生物能源的发展和对社会经济的影响.ppt

生物能源的发展及对社会经济的影响,国家政策,生物能源概述,生物能源的发展现状,生物质能与可持续发展,新能源产业对环境生态与社会经济发展的影响,中国与世界一次能源消费结构比较,I生物质能源科技发展“十二五”重点专项规划,II、生物能源概述,又称生物质能，就是太阳能以化学能形式贮存在生物中的能量形式，即以生物为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。生物质能的原始能量来源于太阳，所以从广义上讲，生物质能是太阳能的一种表现形式。,森林能源森林能源是森林生长和林业生产过程提供的生物质能源，主要是薪材，也包括森林工业的一些残留物等。森林薪材来源于树木生长过程中修剪的枝桠、木材加工的边角余料以及专门提供薪材的薪炭林。,农作物秸秆农作物秸秆是农业生产的副产品，也是我国农村的传统燃料。秸秆资源与农业种植业的生产关系十分密切。,禽畜粪便禽畜粪便也是一种重要的生物质能源。除在牧区有少量直接燃烧外，禽畜粪便主要是作为沼气的发酵原料。中国主要的禽畜是鸡、猪和牛。,生活垃圾城镇生活垃圾主要是由居民生活垃圾、商业和服务业垃圾、少量建筑垃圾等废弃物所构成的混合物，成分比较复杂，其构成主要受居民生活水平、能源结构、城市建设、绿化面积以及季节变化影响。,能源植物能源植物种类较多，例如制糖作物、油料植物等。目前国内外正在研究和已经研究利用的植物主要有三角戟、三叶橡胶树、麻疯树、汉加树、白乳木、油桐、小桐子、光皮树、油楠、油橄榄等。,水生植物一些水生藻类，主要包括海洋生的马尾藻、巨藻、海带等，淡水生的布袋草、浮萍、小球藻等，水生植物转化成燃料，也是增加能源供应的方法之一。,生物质资源按照来源可分为六大类,二、生物能源的种类,III、生物能源的发展现状,一、国外生物质能源产业发展现状2009年，欧盟生物质能源的消费量超过1.43亿吨标准煤，约占欧盟能源消费总量的6%；美国的生物质能源利用达1.36亿吨标准煤，占全国能源消费总量的4%；一些国家的生物质能源利用已达到较高比例，如瑞典为32%，沼气“固体成型燃料”粮食乙醇等产业技术比较成熟，已经形成了较大的产业规模。,2009年全球燃料乙醇产量达5859万吨，相当于8378.4万吨标准煤，其中巴西甘蔗超过一半用于燃料乙醇的生产，乙醇的产量大约为2367万吨，替代了全国56%的汽油。部分生物质能源，如生物柴油等已经实现了一定的突破，进入产业化初期，产业得到了快速发展。而比较新型的技术，如纤维素乙醇等，则处在关键技术突破或中试阶段，是近期发展重点和热点。,二、国内生物质能源产业发展现状,在国家各级政府部门推动下，我国生物质能源产业也取得了较快发展：户用沼气发展较快，应用较广，大中型沼气技术近年发展迅速，建成大中型沼气厂4700多处，形成了产业雏形；燃料乙醇产量已接近172万吨，折合246万吨标煤；生物柴油产能140万吨，产量40万吨；我国生物质成型燃料生产厂约200家，总产量达到200万吨，产品主要用于环保要求较高的城镇锅炉的替代燃料。此外，还有许多新兴生物质能技术正处于技术研发与示范阶段，主要是以木质纤维素生物质为原料的生物液体燃料，如纤维素燃料乙醇、生物质合成燃料和裂解油，还有能源藻类技术等。,三、现有的生物技术,1、生物质液化燃料乙醇的开发生物质生产燃料乙醇的原料主要有剩余粮食、能源作物和农作物秸秆等。利用粮食等淀粉质原料生产乙醇是工艺很成熟的传统技术。我国政府于2002年制定了以陈化粮生产燃料乙醇的政策，将燃料乙醇按一定比例加到汽油中作为汽车燃料，已在河南和吉林两省示范。然而我国随着中国人口的持续增长，粮食很难出现大量剩余。因此，陈化粮是一种不可靠的能源。,从原料供给及社会经济环境效益来看，用含纤维素较高的农林废弃物生产乙醇是比较理想的工艺路线。生物质制燃料乙醇即把木质纤维素水解制取葡萄糖，然后将葡萄糖发酵生成燃料乙醇的技术。纤维素水解只有在催化剂存在的情况下才能显著地进行。常用的催化剂是无机酸和纤维素酶，由此分别形成了酸水解工艺和酶水解工艺。我国在这方面开展了许多研究工作，比如华东理工大学开展了以稀盐酸和氯化亚铁为催化剂的水解工艺及水解产物葡萄糖与木糖同时发酵的研究，转化率在70以上。中国科学院工程研究所在国家攻关项目的支持下，开展了纤维素生物酶分解固态发酵糖化乙醇的研究，为纤维素乙醇技术的开发奠定了基础。,以美国国家可再生能源实验室(NREL)为代表的研究者，近年来也进行了大量的研究工作，如通过转基因技术得到了能发酵五碳糖的酵母菌种，开发了同时糖化发酵工艺，并建成了几个具有一定规模的中试工厂，但由于关键技术未有突破，生产成本一直居高不下。纤维素制乙醇技术如果能够取得技术突破，在未来几十年将有很好的发展前景。,2、生物质液化生物柴油的开发,生物质液化技术较为重要的方式之一是快速热解生产液体燃料技术，其主产品就是各种生物油。这种技术始于20世纪70年代末，迄今，为降低快速热解法的生产成本，各国已经对多种反应器和工艺进行了研究，特别是欧美等发达国家，在进行全面的理论研究的基础上，已建立了相应的实验装置。快速热解法生产的液体燃料可以替代许多锅炉、发动机及透平机所用的燃油，而且还可以从中萃取或衍生出一系列化学物质，如食品添加剂、树脂、药剂等。,3、生物制氢,生物制氢课题最先由Lewis于1966年提出，20世纪70年代能源危机引起了人们对生物制氢的广泛关注，并开始进行研究。生物质资源丰富，是重要的可再生能源。生物质可通过气化和微生物催化脱氢方法制氢。目前以葡萄糖，污水，纤维素为底物并不断改进操作条件和工艺流程的研究较多。中国在此方面研究也取得了一些进展，任南形琪等1990年就开始开展生物制氢技术的研究，并于1994年提出了以厌氧活性污泥为氢气原料的有机废水发酵法制氢技术，利用碳水化合物为原料的发酵法生物制氢技术。,4、厌氧发酵技术,厌氧发酵是指在隔绝氧气的情况下，通过细菌作用进行生物质的分解。将有机废水（如制药厂废水、人畜粪便等）置于厌氧发酵罐（反应器、沼气池）内，先由厌氧发酵细菌将复杂的有机物水解并发酵为有机酸、醇、H2和CO2等产物，然后由产氢产乙酸菌将有机酸和醇类代谢为乙酸和氢，最后由产CH4菌利用已产生的乙酸和H2、CO2等形成CH4，可产生CH4（体积分数为5565）和CO2（体积分数为3040）气体混合物。,5、生物质燃烧技术,生物质燃烧方面，主要集中于提高燃烧效率。着力改进锅炉设计，提高单一生物质燃料或与煤混合燃烧锅炉的热效率，以降低乡村、小镇生物质发电和供热的成本。,IV生物质能与可持续发展,中国是经济发展快而能源资源紧缺的大国。目前的能源资源状况决定了我国以煤为主的能源供应格局不可能改变，并且我国石油供需矛盾日益突出、石油供应安全形势严峻。我国石油进口依存度目前已达50%左右，对国家能源安全十分不利。而且，煤炭、石油等化石矿物能源，是不可再生的宝贵资源，过度地破坏性地开采，实质上是在“抢子孙的饭，断子孙的路”。属于可再生能源的水能、风能、太阳能、生物质能、地热能，是取之不尽用之不竭的。更重要的是它们都存在于本国土地上，不会受制于人。其中，生物质能总量十分丰富，是仅次于煤炭、石油和天然气的第四大能源。,1、生物质能具有以下特点：(1)储量丰富和可再生性。(2)低污染性。(3)生物质能源具有普遍性、易取性，生产过程较为简单。(4)生物质能是唯一可以储存与运输的能源。(5)生物质能具有分布分散、能量密度小、热值和热效率低和成分复杂等缺点。,2、生物质能的利用方式生物质能的开发利用就要求人们恢复植被，最终形成二氧化碳的收支平衡，使用这种能源几乎不会产生二氧化硫的污染，这种技术有利于回收利用有机废弃物、处理废水和治理污染。生物能源的开发涉及到包括农业、化工、生物、环境、能源等多个领域。生物质能源的开发与利用是把各种生物质原料通过不同途径转化为高附加值的生物质能源、生物材料、石油产品替代品及副产品等环境友好产品的全过程。生物质能源转化利用途径包括燃烧、热化学法、生化法、化学法和物理化学法等，可转化为二次能源。,3、国内外生物质能开发现状与发展趋势,我国生物质资源丰富。据统计，全国近年秸杆年产量约6亿吨，薪柴年产量（包括木材砍伐的废弃物）为2亿吨左右，还有大量的人畜粪便及工业排放的有机废料、废渣，每年生物质资源总量折合成标准煤2-4亿吨。目前除少量生物质被用于农村家庭燃料或饲料外，绝大多数生物质被露天焚烧、填埋，或直接丢弃在田间地头进行生物降解。因此很有必要加强对生物质利用的研究。,目前，国内外已有的生物质能利用技术归纳起来有五种，即直接燃烧技术、热化学转换技术、生物转换技术、液化技术和有机垃圾处理技术。中国生物质能利用技术发展方向，一是沼气利用技术，二是生物质热转化技术；发达国家生物质能利用技术主要定位于把生物质转化为电力和运输或燃烧燃料。,由于生物质能原材料单纯性生产生物柴油、燃料乙醇和生物质燃气比煤、石油、天然气等价格高，无法被市场接受。如果像发达国家一样采取免税和补贴给予支持，这对国家的经济压力太大，因此我国生物质能开发只能通过如下途径:依靠科技进步，将生物质能资源进行精细化工产品的深度利用，综合开发，使之增值，反哺生物柴油、燃料乙醇及生物质燃气等能源产品的开发；利用现代转基因技术培育能源植物新品种，提高出油率，降低原料成本；创新生物质能转化技术，提高生物质能产品产量、降低生产成本。,V新能源产业对环境生态与社会经济发展的影响,化石能源一直是近现代经济社会发展的基石，然而目前正面临着日益枯竭的困境。因此，开发新型可再生能源成为解决能源安全问题的必经之路。生物能源是一种重要的可再生能源，但是生物能源对于促进新能源产业的发展及其对生态环境变化、粮食安全和经济发展等方面的潜在影响，一直也是争论热点，而世界各国又不得不对生物能源发展做出抉择。在这一抉择过程中，必须充分且客观地认识生物能源的前景、挑战与风险，准确地把握其发展方向。,1新能源产业中的生物能源,煤、石油、天然气等化石能源是由上古时代的动植物遗骸沉积于地下数百万年，经复杂的物理化学变化而形成的，它是目前全球消耗的主要能源，每年占全球消耗能源的80%以上。随着社会经济快速发展，化石能源有限储量和人类日益增长的能源需求之间的矛盾正在不断凸显，开发更加清洁的可再生能源是世界能源产业的必然趋势。在生物能、太阳能、风能、地热能、水能、氢能、核能等新能源中，生物能源比较特殊，它的使用理论上不会净增温室气体排放，同时能在一定范围内维持甚至增加陆地土壤的碳储量，从而可有效地解决化石能源枯竭和全球环境污染问题。,生物能源在新能源产业中的角色相比于其他形式的新能源，生物能源在原料来源、燃料形式和环境可持续性等方面表现出其特有的优势：首先，生物能源不仅取材自各种能源作物，还可以利用农业、畜牧业、林业的加工剩余物、畜禽粪便以及工业的副产品和废水废渣、城市生活垃圾等，因而具有广泛的原料多样性。其二，生物能源的产品形式多样。既可以用于直接燃烧供热和发电，又可以用作交通运输燃料，还可以在提供能量的同时联产生物塑料、生物纤维以及生物化工原料等产品，促进形成庞大的生物制造产业体系。,其三，生物燃料燃烧后的全部有机物质均能进入地球的物质循环，所释放的二氧化碳（CO2）也会重新被植物吸收再次作为生物质能源被固定，从而可以实现零碳循环。物质上的永续性、资源上的可循环性使得生物能源产业先天具备低碳环保的生产特征。另外，生物能源产业可以促进工农业联动，创造更多农村就业机会，增加农民收入，带动农村经济发展；还能促进制造业、建筑业、汽车运输、航空航天等其他行业发展。生物能源在生物经济中将扮演重要角色。,2生物能源的环境影响,事实上，化石能源也是古老的生物质能，但由于化石能源中所含的碳元素已离开地球碳循环太久，燃烧化石能源相当于将地下的碳元素以CO2的形式释放到大气中，从而给环境造成了温室气体的净增加。这种能量的损耗以及空气的污染都是不可逆的。相比之下，各种植物和农作物在生长过程中通过光合作用直接将大气中的CO2转化成有机物储存在生物质中，转化为生物能源燃烧后，会再以CO2的形式回归大气。这种碳循环所需的时间相对较短，因此，生物能源有时也被称作“碳中性”能源。使用生物能源替代化石能源最直接的环境优势正是它可以减少温室气体和酸性气体的排放，并在一定范围内维持大气与陆地中碳含量的平衡。看图片！,煤,生物质能源,人们将一种生物燃料中所含有的能量与其生产中消耗的化石能量的比值称为化石能量平衡，用以衡量各种生物能源净能量的高低。传统化石燃料的化石能量平衡理论上应为1.0，但由于原油炼制和运输上的部分能源消耗，该数值在实际的汽油和柴油生产中仅为0.80.9。不同的作物原料在生产同种生物燃料时的化石能量平衡差别很大。例如，生产燃料乙醇，玉米的化石能量平衡为2.0，而甘蔗最高可达到8.0。因此，巴西利用甘蔗的生物质残留物为原料生产乙醇是一个极为成功的选择。以纤维素为原料的化石能量平衡可以超过10.0，因此以木质纤维素为基础的“第二代生物燃料”在能量平衡中的优势也表明其很可能成为未来替代能源的发展趋向。,3生物能源在生态可持续发展中的利弊权衡,生物能源产业是一种土地密集型能源生产形式。如前述分析，土地用途转变会对碳排放造成一定影响。除此之外，发展生物能源对土壤、水和生物资源等生态环境都会产生影响。据国际能源署预测，未来几十年内全球用于生物燃料及其副产品生产的土地面积将增加到现在的34倍。生物能源产业的进一步发展可能会占用畜牧业草场及其他农作物用地甚至天然森林，还可能增加对未开垦土地的压力。,相对于土壤资源的压力，水资源短缺是一个更严重的问题。随着生活用水和工业用水增加，再加上气候变化，最终可以供农业利用的水资源量越来越少。在生物能源产业中，不少主要能源作物（如玉米、甘蔗、棕榈等）都需要大量的淡水灌溉才能达到商业化产量。以燃料乙醇为例，每生产1加仑则需要消耗大约4加仑的水。若在干旱和半干旱地区发展种植能源作物则需要额外的灌溉水供给。此外，在生产过程中的洗涤、蒸馏、冷却等环节也需要消耗大量水，这势必让业已匮乏的淡水资源面临更大威胁。,土壤与水资源的质量也会受到生物燃料生产的影响。施用化肥、杀虫剂和除草剂等可能会引起水污染，造成局部水域和土壤的富营养化，水体含氧量严重降低，从而导致水生生物可能无法生存。北美最大的河流密西西比河灌溉了美国境内40%的土地，也恰恰由于密西西比河流域的大范围玉米及其他农作物，因施用化肥而使大量的氮与磷经由河流流入墨西哥湾，刺激水生藻类过度繁殖，大量藻类死亡后沉入海底分解，消耗了海水中过多的氧气，使得其他海洋生物缺氧死亡。,4生物能源与社会经济发展,生物能源的快速发展，将农业与能源空前紧密地联系在一起。它们的关系主要体现在生物能源在农业和贸易领域的市场竞争力上。一方面，石油资源的短缺和国际原油价格的不断上涨，使得燃料乙醇、生物柴油等生物燃料与汽油、柴油等化石燃料在能源市场上形成直接竞争；另一方面，在农产品市场上生物燃料生产与粮食和饲料的加工亦形成拮抗关系。,近年来，越来越多的贸易往来也不再限于邻近国家和地区，生物燃料和原料的国际贸易快速攀升。此时，放松或限制生物燃料产品贸易政策都有可能对未来产量和消费模式产生很大影响。如果有完善的国际贸易体制，能源产品的流通可同时为出口国和进口国建立互惠关系：一方面出口国可以借此增加额外收入并增加就业机会，另一方面进口国又可实现温室气体减排和复合燃料多样化。由此可见，国际贸易准则对于全球生物燃料发展至关重要。,生物质能源贸易国际化,据FAO数据，全球有超过9.2