生物质能源的开发与利用.docx

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生物质能源的开发与利用

琼州学院

本科生学年论文

论文题目：

生物质能源的开发与利用

学院：

理工学院

专业:

化学

年级：

10级

学生姓名：

陈琳

学号：

10218020

导师及职称：

邢孔强教授日期：

2013年6月10日星期

生物质能源的开发与利用

理工学院10化本班陈琳20号

摘要：

针对生物质能源的开发利用对于中国发展的重大意义，从生物质能源的概念入手，综

述和探讨了国内外生物质能源的发展状况，展望了中国生物质能源开发的广阔前景及生物质

能源今后发展的方向与措施。

关键词：

生物质能源；开发；利用

1生物质能源的概念

生物质能源是可再生能源中的一种形式。

而可再生能源是指从自然界获取的可以再生的非化石能源。

它主要包括太阳能、风能、地热能、生物质能等。

生物质能源是以生物质为载体的能量，生物界一切有生命的有机物质，包括动植物和微生物，所有生物质都有一定的能量，而作为能源利用的主要是农林业的副产品及其加工残余物，也包括人畜粪便和有机废弃物。

是太阳能以光化学作用形成化学能储存于生物质中的能量形式，它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用。

是取之不尽、用之不竭的能源资源⑴。

生物质能具有以下特点：

（1）贮量丰富和可再生性，保证能源的永续利用；

（2）环保性,在生物质能源利用过程中显著降低了C02排放,对减少温室效应有积极意义，在利用转化过程中还可以减少硫化物、氮化物和粉尘等的排放；（3）生物质

能源具有普遍性、易取性,生产过程较为简单；（4）在可再生能源中，生物质是唯一可以储存与运输的能源；（5）生物质具有分布分散、能量密度小、热值低和成分复杂等缺点[2]o

2生物质能源开发利用的必要性

2.1缓解能源、环境危机的必然选择

煤、石油、天然气等矿物燃料是工业社会的核心能源，但它们是不可再生资源，储藏量有限。

据国际能源机构统计，煤、石油、天然气可供开采的年限分别只有240年、40年和50年。

随着人类经济社会的飞速发展，能源消耗的速度越

来越快，尤其是矿物燃料消费的不断增加，导致了对它们的过度开采，使得价格日益上涨并渐趋枯竭；同时，高强度的利用使多余的能量和碳素大量释放，打破

了自然界的能量和碳平衡，造成臭氧层破坏、全球气候变暖、酸雨等灾难性后果，引起了国际社会的极大忧虑。

如果没有新的能源来取代常规能源在能源结构中的主导地位，21世纪必将发生严重的、灾难性的能源和环境危机。

2.2保障国家安全的现实需要

据有关专家预计，到2010年，中国石油进口依存度可能会进一步上升。

固然，发展生物质能源不是获得新能源的唯一途径，人类可以发展核能源，甚至可

以通过高技术手段从外太空获得能源，但后两者蕴藏着巨大的风险。

首先，核能源的发展极可能给世界带来新的不稳定因素，甚至直接威胁到人类的生存环境；其次，各国家或集团受技术水平的限制，在有限的外太空区域内进行能源开发，将不可避免地引发新的国际争端。

能源安全已经成为国家安全不可分割的重要组成部分，能源问题直接关系到中国经济的快速增长以及社会的可持续发展与稳^定。

2.3解决“三农”问题的良好途径

“三农”问题是中国经济发展的根本性问题，对它解决的质量将直接影响着中国经济社会发展的全局，全国上下都给予了足够的重视。

生物质产业利用中国丰富的农林废弃物和非农田为原料和基地，生产出市场前景广阔、环境友好和高

附加值的能源及生物化工产品，既帮助解决中国部分农村剩余劳动力的就业问题，又能够实现农业和农民增收，是解决“三农”问题的一条有效途径。

据推算，只要利用中国50%勺低质地，生产能源作物，发展生物质能源，就可以实现年产值约1万亿元，加上秸秆、畜禽粪便等，生物质产业就可以催生1000个生物质

能源企业，带动500万农户，促进5000万农业劳动力转移，实现农民增收400亿元。

同时，生物质能源如沼气等还能为农民提供价廉、清洁的燃料，使4000

万农户生活用能效率提高2〜3倍。

除此之外，发展生物质产业还能有效降低秸秆露地燃烧、畜禽粪便污染、石油基地膜等对环境的污染⑶。

3生物质能源的利用现状

3.1国外生物质能源的利用概况

在能源需求日益高涨，矿产资源面临枯竭的背景下，世界各国都对生物质能源越来越重视，纷纷制定和实施了相应的开发研究计划。

如日本的“阳光工程”、印度的“绿色能源工程”、巴西的“酒精能源计划”等。

目前世界生物液体燃料生产主要集中在美国、巴西、欧盟等农产品富余的国家⑴。

荷兰、德国、法国、加拿大、芬兰等国，多年来一直在进行各自的研究与开发，并形成了各具特色的生物质能源研究与开发体系，拥有着各自的技术优势。

国外对生物质能源的开发主要利用了沼气技术、生物质热裂解气化技术、生物质液体燃料技术等。

3.2中国生物质能源的利用状况

中国政府及有关部门对生物质能源的利用极为重视，中央几位主要领导人曾多次批示和指示加强农作物秸秆的能源利用，国家科委已连续在三个国家五年计划中将生物质能技术的研究与应用列为重点研究项目。

在此背景下，涌现出了一

大批优秀的科研成果和成功的应用范例，如户用沼气池、禽畜粪便沼气技术、生物质气化发电和集中供气、生物压块燃料等，取得了较好的社会效益和经济效益。

同时，中国已组建起了一支高水平的科研队伍，拥有一批致力于生物质能源技术研究与开发的着名专家学者，具备一定的产业和技术基础⑷。

3.3中国生物质能源利用与国外的差距

虽然中国在生物质能源开发方面取得了巨大成绩，但应该清醒地认识到，中国的生物质能源发展水平与发达国家相比仍存在一定差距。

1）技术单一，开发不力

中国早期的生物质利用主要集中在沼气开发上，近年逐渐重视热解气化技术的开发应用，也取得了一定突破，但其他技术进展却非常缓慢，包括生产酒精、热解液化、直接燃烧的工业技术和速生林的培育等，都没有突破性的进展。

2）标准欠缺，管理混乱

在秸杆气化供气与沼气工程开发上，没有明确的技术标准和严格的技术监督，很多不具备技术力量的单位和个人参与了沼气工程承包和秸杆气化供气设备的生产，造成项目技术不过关，达不到预期目标，甚至带来安全问题，给后续开展生物质能源利用工作带来了很大的负面影响。

3）规模小，效益低

由于资源分散，收集手段落后，中国的生物质能源工程的规模很小，大部分工程采用简单工艺和简陋设备，设备利用率低，转换效率低下，造成投资回报率低，难以形成规模效益。

4）投入少，效果差

相对科研内容来说，投入过少，使得研究的技术含量低，低水平重复研究较多，未能有效解决一些关键技术。

4生物质能源的开发措施

依据上述生物质能源的发展方向，针对性地提出以下应对措施。

4.1制订生物质能源产业的国家发展战略生物质能源产业发展是一个事关能源战略、科技战略、三农问题和生态环境问题的庞大系统工程，因而应从战略高度来认识发展生物质能源产业问题。

为此，政府应尽快拿出切合中国国情的发展规划，并采取措施鼓励生物质能源产业的发展，有以下措施：

①制订经济激励政策，在税收、原材料价格等多方面给予优惠；②加大示范推广力度；③进行相关的立法和行政性行业规范；④加大研发力度，提供强大的技术支撑等[3]0

4.2提升经济效益经济效益是关系生物质能源产业生存与发展的关键问题。

我国生物质能源产业发展的现实选择：

发展规模经济、能源农业，提升转化率与综合利用率，同时政府给予财政支持。

4.3支持和鼓励技术创新在生物质转化替代石油的技术方面，我国起步较晚而且在很多方面都较落后，因此我国应该加大科技投入力度，鼓励在生物质

能源原料和品种开发、生物能源转换和提炼技术等方面的技术创新；另外，还要密切与国外相关领域尤其是当今最先进科技创新领域的研究合作⑶。

与此同时，

还要加强长期的基础研究，因为生物质能源产业发展涉及多方面。

只有通过革命性的技术创新，才能缩减生物质能源与传统原油、天然气产品的生产成本差距，

才能使其具有真正的市场竞争优势，从而实现生物质能源对石油能源的最终替代。

5生物质能源的研究与利用

目前陆地纤维素的开发利用、农作物的秸秆利用、生物柴油的发展与利用、海洋微藻生物质能的开发与利用等方面生物质能的研究已经投入到实际生产当中去，而且随着分子生物学、基因工程原理与遗传学原理的广泛应用，人们也已经开发出了用转基因烟草等方法开发生物质能的方法。

5.1陆地纤维素目前开发应用概况

纤维素是自然界中最丰富的碳水化合物，超过其它碳水化合物的总和，是一类可再生的重要的资源和能源，也是数量最大的一类环境污染物［5］。

它不溶于水，在环境中比较稳定，只有在产纤维素的酶的微生物的作用下，才能分解成简单的糖类。

因此，纤维素酶自1906年从蜗牛消化液中被发现起就受到世界各国的重视。

随着人口的迅猛发展和人民生活水平的不断提高，能源危机、食物短缺、环境污染等日益严重地困扰着整个世界。

寻找开发新的能源、节省粮食、减少环境污染的有效途径显得越来越重要，井已引起吐界许多国家的重视。

植物每年通过光合作用产生达1000亿吨纤维素，是自然界为人类提供的一笔巨大的物质财富，而且纤维素类物质是地球上唯一的数量巨大而又未得到充分利用的可再生的资源，除少数用于造纸、建筑、纺织等行业外，大部分未被充分利用，白白地烂掉或扔掉，有些还造成严重的环境污染（如农作物的秸杆、城市的垃圾等）。

5.1.1纤维素降解的困难所在

在微生物降解纤维素物质过程中，酶和纤维素底物直接接触是纤维素水解的先决条件⑹。

有使酶从有机体扩散至纤维素复杂结构的内部才能完成。

任何限制

纤维素与酶接近的结构特征，都会减少纤维素对酶降解的敏感性。

木质素虽然对纤维素的酶解反应没有损害作用，但由于它包在纤维素外部，能阻止酶分子对纤维素的进攻，从而降低反应速率。

因此对木质纤维素进行预处理，改变天然纤维结构，降低纤维素结晶度，脱去木质素，可以大大提高酶解效率。

5.1.2纤维素开发酒精的研究情况

多年来，中外学者对纤维素的开发利用进行了大量的探索，对分解纤维素的微生物、纤维素酶、纤维素的酶水解、纤维素生产SCP等己有四十多年的研究历史，但研究用纤维素类资源生产燃料酒精及化工产品确近二十年的事。

以纤维素

废物为原料，生产酒精的研究近年来异常活跃。

酒精加到汽油中作为发动机的燃料己非常成功。

通过10多年的研究，大多数课题的技术问题已经解决。

一旦出现石油短缺，利用再生资源生产的酒精就可以用作汽车燃料。

尽管近几年来，世

界原油价格暴跌，但是21世纪面临的能源危机严重性并没有减轻。

绝大多数能源界学者预计，到2050年前后，世界将面临能源的枯竭，发酵酒精和甲醇将是最现实的液体燃料替代用品⑺。

从温室气体浓度、防止地球气温升高的观点出发，那么发酵酒精将是除了HZ和电能外，唯一能现实的汽油替代品。

5.1.3目前酒精生产面临的问题与粮争地

目前，世界各国生产酒精多是用淀粉类或糖类作原料，无疑说这类原料是理

想的，但由于粮食和糖产量并不十分充足，有严重短缺的趋势，而且从能量平衡的观点来看，用这类原料生产燃料酒精也是很不合算的，那样比值往往大于1,

也就是说，生产酒精消耗的能量比生产的能源还多。

显然，人们不能依赖这类原料来解决能源紧张的问题。

这一切表明，纤维素物质生产酒精己普遍受到人们的重视，研究非常活跃。

在这方面，国内外学者作了大量的基础性和应用开发性研究工作，取得了一系列重大进展。

5.2“农作物秸秆焚烧”所存在的问题

目前所采取的在农村建设供100—200户管道燃气的秸秆气化系统，存在很

1）就全国农村来看，仍属于温饱型，有些地区尚达不到温饱型。

在一个相当长的历史时期，农村不可能大面积推广管道化秸秆气化工程。

2）经过对许多农村调查表明，农民有吃、穿保证之后，随着收入的提高，希望