生物质能源的利用和发展——文献综述

1、文 献 综 述生物质能源的利用和发展 姓 名： 张原源 学 号： 01201307030319 专 业： 化学工艺 授课教师： 王海彦 生物质能源的利用和发展前言【关键词】生物能源的开发利用是当前国内外广泛关注的一个重大课题。它不仅关系到各能源消费大国的能源安全问题，而且关系到各国能否胜利实现可持续发展。由于生物质能所具有的可再生性、环保性、资源丰富性和可替代性等优点，生物质能的开发与利用的研究已越来越受到世界研究者的目光，世界各国如巴西、美国、欧盟均都投入了大量的人力物力财力研究生物质能并取得了较大的成绩，为其他国家的发展提供了借鉴经验。我国出台的可再生能源法也极大的促进了我国生物质能源的发

2、展。目前纤维素的开发利用、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开发生物质能的方法。21世纪是生物的世纪,是科学技术飞速发展的新世纪,可持续发展是当前经济发展的趋势所在.面对化石能源的枯竭和环境的污染,生物能源的开发利用为经济的可持续发展带来了曙光.生物能源作为可再生,污染极小的能源,具有无可比拟的优越性,必将为21世纪的经济发展和环境保护注入强大的推动力！【摘要】生物质能源、现状、目前研究、发展the use and developm

3、ent of biomass energy abstract： the bio-energy development and utilization is widespread concern at home and abroad as a major issue. it is not only related to the energy consuming countries of energy security, but also to the ability of states to victory in achieving sustainable development. since

4、biomass is a renewable, environmental protection, resource-rich and irreplaceable advantages of biomass energy development and utilization of more and more attention by researchers in the world, the world such as brazil, united states , the eu has invested a great deal of human material and financia

5、l resources of biomass and has made great achievements in the development of other countries supplied the experiences. at present the development and utilization of cellulose, crop straw utilization, development and utilization of bio-diesel, marine microalgae biomass energy such as biomass energy d

6、evelopment and utilization of research has been put into actual production, and along with molecular biology genetic engineering, the extensive application of principles of genetics, it has also been developed with the development of transgenic tobacco biomass method. the 21st century is the century

7、 of biology is the rapid development of science and technology, the new century, economic development, sustainable development is the trend of the current location. the face of fossil energy depletion and environmental pollution, bio-energy development and utilization for the sustainable economic de

8、velopment zone to the dawn. bio-energy as a renewable, pollution, minimal energy, has incomparable superiority, will for the 21st century economic development and environmental protection into a powerful driving force!key words：biomass energy, status, use, development 目 录生物质能源的利用和发展21引言51生物能源概述51.1对

9、生物能源含义有代表性的的看法：61.2生物质能与常规能源的相似性及可获得性61.3生物能源的分类672生物质能源目前的发展状况72.1国外开发生物能源的经验72.1.1巴西生物能源发展72.1.2美国生物能源发展82.1.3欧盟生物能源发展82.2中国生物能源利用现状82.3制约我国生物质能开发利用的因素82.3.1缺乏总体规划和发展82.3.2经济效益不高92.3.3技术尚需革新92.4我国可再生能源法对于生物质能源的促进93生物质能源的研究方面与利用93.1陆地纤维素目前开发应用概况103.1.1纤维素降解的困难所在103.1.2纤维素开发酒精的研究情况103.1.3目前酒精生产面临的问题

10、与粮争地103.2农作物秸秆的综合利用113.2.1目前解决“秸秆焚烧”所存在的问题113.2.2解决“秸秆焚烧问题”的对策与建议123.2.3秸秆利用与循环经济133.3生物柴油的现状与发展前景133.3.1生物柴油的现状与发展前景133.3.2生物柴油的主要特性133.3.3生物柴油的生产方法153.3.4生物柴油的应用前景分析153.4微藻生物质可再生能源的开发利用163.4.1利用藻类作热解材料具有如下优点。163.4.2微藻生物柴油的生产工艺163.4.3降低生物柴油的成本,提高生物燃料的可行性的方式173.4.4微藻生物柴油未来发展趋势183.5其他研究进展183.5.1海水和沙漠

11、转化生物燃料并释放淡水研究183.5.2基因技术有望使烟叶成为生物燃料原料194展望未来与发展规划194.1展望未来194.2我国生物质能的发展规划195结语20参考文献：20引言随着世界能源消耗量的不断加剧，能源安全已经愈来愈深刻地影响着当今全球经济社会的发展。人们深刻认识到石油、煤、天然气等化石能源的资源有限性及其使用过程中产生的环境污染问题。而生物能源（即能够直接或间接地通过绿色植物的光合作用，把太阳能转化为化学能后固定贮存在生物体内）因其具有可再生性、环保性、资源丰富性和可替代性而日益引起国际社会的共同关注。美国、日本、德国、巴西等国家已走在了生物能源发展的前列。生物质能源的优点在于其

12、既是保障能源安全的重要途径之一，又兼具减轻环境污染的特点。在这一点上，作为生物质能源家族一员的能源作物更是表现得淋漓尽致。如甜高粱，不仅可以通过能量转换替代化石液体燃料，保障能源安全，同时还能保障粮食安全，而且还能吸收二氧化碳，加工过程中无污染，原料得以物尽其用。 生物质能源的优点还在于它是可再生能源领域唯一可以转化为液体燃料的能源。它不仅具有资源再生、技术可靠的特点，而且还具有对环境无害、经济可行、利国利农的发展优势。 生物质能源的优点还在于它可以有效促进能源农业的发展，能够助推社会主义新农村建设的发展。能源作物的大面积种植可以开发利用闲置的荒漠地、盐碱地，有利于这些质地差的土壤逐渐改良，更

13、有利于农业产业结构调整，还可以培育出致力于可再生能源利用领域的新型农民。不仅如此，它还可以吸纳农村剩余劳动力，增加农民收入，农民的收入来源也变得更加多元化。1生物能源概述能源是人类活动的物质基础，简单地说，凡是能被人类利用以获得有用能量的各种来源都可以称为能源。在某种意义上讲，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。当今世界，能源的发展是全世界、全人类共同关心的问题，也是我国社会经济发展的重要问题。按能源是否具有可再生性，可以将能源分为不可再生能源和可再生能源两大类。不可再生能源主要包括化石能源，如煤、石油、天然气和核能等；可再生能源是指通过天然作用或人工活动能再生更新、可为人

14、类反复利用的自然资源，如小水电、太阳能、风能、生物能源、地热能、海洋能和固体废物等。目前，从世界范围看，生物能源利用在各种形式的可再生能源利用的总份额中所占比重最大，是一种理想的可再生能源。1.1对生物能源含义有代表性的的看法：(1)利用具有能源价值的植物和有机废弃物等生物质作为能源，称为生物质能。它是由太阳能源、空气、水、土壤等的作用而成，可取之不尽。(2)生物能源，又叫绿色能源，就是通过种植含有大量能源的植物(如一些可以快速生长的树和草类)，并对这些植物进行加工转换而生产出的电力、气体和液体燃料等二次能源。(3)生物能源，在生物学领域中，是表征生物体量的名词。在能源资源领域，多数情况下被定

15、义为在一定量的生物体蓄积量中，除去化石资源后剩余的有机资源。(4)生物能源也称为生物质能。生物质是指有机物中除化石燃料外的所有来源于动、植物能再生的物质。生物质能则是指直接或间接地通过绿色植物的光合作用,把太阳能转化为化学能后固定和贮藏在生物体内的能量。1.2生物质能与常规能源的相似性及可获得性生物质能的载体是有机物，所以这种能源是以实物的形式存在的，是唯一一种可储存和可运输的可再生能源。而且它分布最广, 不受天气和自然条件的限制，只要有生命的地方即有生物质存在。从利用方式上看，生物质能与煤、石油内部结构和特性相似，可以采用相同或相近的技术进行处理和利用，利用技术的开发与推广难度比较低。另外，

16、生物质可以通过一定的先进技术进行转 换，除了转化为电力外，还可生成油料、燃气或固体燃料，直接应用于汽车等运输机械或用于柴油机，燃气轮机、锅炉等常规热力设备，几乎可以应用于目前人类工业生产或社会生活的各个方面，所以在所有新能源中，生物质能与现代的工业化技术和目前的现代化生活有最大的兼容性，它在不必对已有的工业技术做任何改进的前提下即可以替代常规能源，对常规能源有很大的替代能力，这些都是今后生物质能发挥重要作用的依据。 从化学的角度上看，生物质的组成是c-h化合物，它与常规的矿物燃料，如石油、煤等是同类。由于煤和石油都是生物质经过长期转换而来的，所以生物质是矿物燃料的始祖，被喻为即时利用的绿色煤炭

17、。正因为这样，生物质的特性和利用方式与矿物燃料有很大的相似性，可以充分利用已经发展起来的常规能源技术开发利用生物质能。但与矿物燃料相比，它的挥发组分高，炭活性高，含硫量和灰分都比煤低，因此，生物质利用过程中so2、nox的排放较少，造成空气污染和酸雨现象会明显降低；这也是开发利用生物质能的主要优势之一。 1.3生物能源的分类生物能源取材广泛，通常包括农业生物能源(农业作物、农业废弃物等)、林业生物能源(木炭、薪材、林业废弃物等)、微生物能源(主要为藻类、细菌)、城市及工业废物残渣和动物粪便等。（1）农业生物能源。农业生物能源来源极为广泛，主要有农业作物和农业废弃物两大类。农业作物的种类很丰富，

18、如甜高粱、稻米、木薯、甘薯、油菜籽、玉米、花生等；农业废弃物，如秸秆、枝条、谷壳等。（2）林业生物能源。林业生物能源和农业生物能源一样，在能源利用中起着十分重要的作用。林业生物能源主要来自森林生态系统，它的主要组成部分是木柴能源，包括薪柴、木炭、林业废弃物和作为燃料用的其他木质产品。林业生物能源在未来能源利用领域中存在着巨大的开发潜力和广阔的市场前景。（3）微生物能源。微生物能源资源丰富，是重要的生物能源，在生物能源的开发利用中起着不容忽视的作用。微生物中的蓝绿藻、光合菌、厌氧菌等都可以通过不同的方法产生氢气。2生物质能源目前的发展状况2.1国外开发生物能源的经验 现代意义上的生物能源的开发，

19、已有几十年的历史。20世纪70年代初的石油危机，使得欧美国家积极寻找替代能源，积极地从事生物能源等可再生能源的研究和开发，围绕新型生物能源作物培育和生物能源转换技术等方面展开进行研究和试验，并从政策上给生物能源的开发给予支持。2.1.1巴西生物能源发展1973年，石油危机爆发，沉重打击了巴西经济，致使政府下决心发展石油替代产业。1975年，巴西政府启动“生物能源计划”和“全国实施发展燃料乙醇生产计划”，两大计划的核心是用甘蔗作原料，生产燃料乙醇，作为车用动力。巴西政府在数年内投入数十亿美元，扶持该上述两大计划的实施。到20世纪90年代，燃料乙醇产量达1万吨，居世界第一位。巴西发展石油替代产业，

20、与本国支柱产业蔗糖生产相结合，逐步形成甘蔗生产一燃料酒精一乙醇汽车，一个全新的生产链。这些乙醇加工厂在糖价高时生产食用糖出口，在糖价低时生产燃料酒精供本国使用。现在不仅国际石油价格对巴西社会经济影响大大减弱，农民的甘蔗种植与蔗糖生产也相对稳定。2.1.2美国生物能源发展美国生物能源的研究和开发方面，对大量的能源作物进行研究和试验，并制定了“能源农场”开发研究计划，同时推进生物质能技术和装置的商业化应用，实现了规模化产业经营。美国的玉米产量列全球之首，20世纪80年代，玉米生产过剩，由于国际粮食市场疲软，出口困难。而生产燃料乙醇为玉米转化寻找到了出路。美国于2000年开始实施“开发和推进生物质产

21、品和生物能源”的法案，计划将用生物质能替代30%的交通领域石油消费，2003年美国燃料乙醇的总生产能力达到约840万吨。2010年将超过1200万吨。2.1.3欧盟生物能源发展欧盟地处能源十分紧缺的地区，石油、天然气、煤炭等传统能源主要依靠进口。大力开发节约型替代能源便成为欧盟一项重要的能源课题。欧洲在生物柴油合成、生物质发电等方面居世界领先地位，2004年，欧洲已有10万吨级的利用秸秆生产柴油的装置投产，2003年欧盟生物柴油产量达到130万吨。秸秆发电方面，以丹麦为例，1988年丹麦诞生了第一座秸秆生物燃烧发电厂。目前，已建立了130家秸秆发电厂。秸秆发电技术现已走向世界，被联合国列为重点

22、推广项目。石油的消费量却比1973年下降了50%。这一巨变的背后，是秸秆发电等可再生资源占了丹麦全国能源消费量的24%以上。值得关注的是，欧美各国在开发生物能源的过程中，都把能源开发和农村经济的复兴结合起来，取得了较好的效果。另外，各国政府在资金投人、政策支持等方面，对生物能源的开发起了关键作用，如生物能源生产研发技术的先期投资、减免环境税等，都值得我国借鉴。2.2中国生物能源利用现状中国已经开发出多种固定床和流化床气化炉，以秸秆、木屑、稻壳、树枝为原料生产燃气。2006年用于木材和农副产品烘干的有800多台，村镇级秸秆气化集中供气系统近600处，年生产生物质燃气2,000万立方米。 中国政府

23、及有关部门对生物质能源利用也极为重视，己连续在四个国家五年计划 将生物质能利用技术的研究与应用列为重点科技攻关项目，开展了生物质能利用技术的研究与开发，如户用沼气池、节柴炕灶、薪炭林、大中型沼气工程、生物质压块成型、气化与气化发电、生物质液体燃料等，取得了多项优秀成果。政策方面，2005年2月28日，第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议通过了可再生能源法，2006年1月1日起已经正式实施，并于2006年陆续出台了相应的配套措施。这表明中国政府已在法律上明确了可再生能源包括生物质能在现代能源中的地位，并在政策上给予了巨大优惠支持，因此，中国生物质能发展前景和投资前景极为广阔。 中国在生物

24、质能源方面，目前主要是雅津甜高粱秸秆和籽粒加工乙醇，渣加工颗粒燃料作为替代煤炭的可再生能源。在光能应用方面，中国的光能农业发展处于国际领先地位，太阳能和农作物种子的直接结合，促使太阳能深层次的发展和利用。2.3制约我国生物质能开发利用的因素 开发、利用生物质能源是我国目前应对能源危机和环境恶化两大难题的必然选择。然而，要加速生物质能源的开发、利用，并使之尽快成为一大新兴产业，形成对石油的全部或部分替代，仍然面临着诸多制约因素。2.3.1缺乏总体规划和发展思路发展生物质能源产业涉及的层面和环节众多，投资巨大，仅依赖于市场机制难以奏效，必须借助于强有力的“政府之手”。这是因为国家环境战略的实施在相

25、当长时间内是国家意志、政府行为，而国家能源战略也不完全是市场行为。我国目前尚没有制订出适合国情的生物质能源发展国家战略和发展计划，从而严重束缚了企业的手脚，使得我国生物质能源产业的发展缓慢。目前，生物燃料乙醇的年产量才100多万t，生物柴油也刚刚起步，我国的生物能源产业发展的规模还非常小。如果政府仍不主导生物质能源的发展，那么与发达国家的差距将进一步拉大。所以，政府的当务之急是进行相关的立法，明确相应的产业发展、扶持政策。2.3.2经济效益不高虽然政府和社会十分关心生态效益和经济效益，但在市场经济条件下生物质能源产业能否形成并得到长足发展关键在于其能否带来经济效益，因为经济主体(农户和企业)不

26、仅看重它的技术效率和发展前景，而且更看重它的经济效率。目前，我国生物质能源产业刚刚起步，而且其产品乙醇和生物柴油生产所采用的主要原料都是农产品。但是用粮食生产乙醇不具有成本优势，燃料乙醇的生产依赖于国家的财政补贴和税收优惠。企业每生产1t 燃料乙醇可得到国家财政1 800元的补贴，并免征5消费税，增值税实行先征后返。这一状况决定了目前我国乙醇汽油的生产模式很难进入商业化运行阶段。目前我国生物质能源产业经济效益低下的原因： 规模经济问题。对于一个人口接近13亿的农业大国，在未来相当长的时间内，粮食安全仍将是一个首要问题，所以生物质产业的发展以富裕粮食作为加工原料是没有出路的，必须依赖农作物秸秆等

27、生物质。由于农业生产加工过程相对分散，农作物秸秆等生物质的收集成本比较高，直接结果是生物质能源和生物材料的生产成本高于石油开发成本，因而生物质产业的经济效益的提升应寄希望于规模经济。结构问题。通过开发空闲地等边际性土地，改善农业产业结构，大量种植能源植物，发展能源农业，以便为生物质能源产业发展提供更优质的原材料。技术效率低下问题。目前生物质的加工转化率较低，直接制约经济效益的提升。 生物质能源的外部性补偿问题。生物质能源的开发利用能够净化空气、改善环境，从经济学角度上说，这种正的外部性应该得到补偿，因而在实践中探索对生物质产业进行适当补偿，也是提升该产业经济效益的一种途径。2.3.3技术尚需革

28、新当前制约我国生物质能源产业发展的最大瓶颈在于生物质转化的技术效率较低和自主知识产权少、创新能力不足。当务之急就是建立、完善一系列符合国情的政策支持和技术标准，切实加强发展规划和扶持政策研究工作，实行官、产、学、研4方面联合行动，瞄准最紧迫的领域进行科技攻关，从而为产业发展提供强大的技术支撑，帮助企业降低生产成本。目前我国亟待进行科技攻关的领域： 陈化粮或农作物秸秆等纤维质生物质制酒精或生物柴油的发酵、提炼技术研究；生物质能源的液化技术研究；生物技术和转基因技术在能源农业上的应用研究；开发高浓度乙醇发动机或纯乙醇发动机等相关研究等。2.4我国可再生能源法对于生物质能源的促进2005年2月28日

29、颁布，2006年1月1日实施的可再生能源法是我国一部非常重要的对能源领域进行调整的法律，它不仅弥补了我国能源法体系的一个空缺，使我国能源法的体系趋向完整，而且从制度设计的角度看，也属于我国能源领域比较成熟和比较先进的立法，是我国能源政策法制化的具体体现，可以较好地实现能源可持续发展的目标。可再生能源法和配套法律法规的出台，为可再生能源的开发利用创造了较好的环境，仅燃料乙醇项目正在立项的规模就超过1 200万吨，生物柴油研究和试验性生产全面启动，通过建立可再生能源基金的办法将使我国陆的可再生能源生产能力得到迅速提高。由于生物质能源在环境效应、生产成本和农业综合效益方面的特殊作用，生物质能应该作为

30、可再生能源的重要组成部分优先开发；交通燃料替代的紧迫性和经济性需要将生物柴油的生产列为重点，以油菜为原料生产生物柴油是较佳选择，利用原料生产和转化技术的优势开创新兴产业。3生物质能源的研究方面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。3.1陆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

31、物。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

32、重的环境污染(如农作物的秸杆、城市的垃圾等)。3.1.1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。只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。3.1.2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

33、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。往汽油里加入酒精作为燃料始于第一次世界大战，1921年德国的混用酒精达到21000吨。五十年代初期，由于大量便宜石油的出现而终止。七十年代中期发生石油危机以来，生物酒精再次被用作燃料，从此得到大力发展。首先在巴西、美国，接着其他工业国家也拭目一待，并积极寻求相应的对策，同时发展中国家也逐渐重视。国际能源机构(ifa)为推进燃料酒精事业的发展，设立了专门的协作组织，现有日、美、加、意、瑞典、新

34、西兰等国参加，1986年在巴黎召开了第一次会议，就燃料酒精的制造和新技术开发交换情报。国际上，发酵酒精的研究目的是以将其作为清洁的液体燃料，替代或部分替代汽油，作为汽车燃料为目标的。科学研究的主要方向集中在再生资源利用、提高发酵强度和节约能源三大方面的十几个课题上。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。如从减少大气中温室气体浓度、防止地球气温

35、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。3.1.3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。美国能源部1979年以1.5亿美元的预算用于生物质能的生产研究，并动员全国的大学、科研机构对此进行广泛的研究，同时美国农业部在中西部设置四个实验厂，以纤维素废物生产燃料酒精。1980年2

36、月，美国能源部和国家科学基金会主持了在纽约召开的“燃料和化学物发酵生物学展望”学术讨论会，报告中阐述了纤维素资源的开发利用和生产乙醉的问题。日本通产省从1980年起制定了生物质燃料化的七年研究开发计划，并设置了生物质研究委员会。经费预算总额为260亿日元。工业技术研究院微生物工业研究所从1979年起，就进行稻草、废木材能源化的研究，乙醇发酵技术己基本完善，目标是降低成本，进行工业化生产。其余一些国家如英、法、印度也都在计划生产燃料酒精。中国科学院1980年在广州召开了“全国纤维素化学学术会议”，把开发利用纤维素资源作为动力燃料提到议事日程上来。这一切表明，纤维素物质生产酒精己普遍受到人们的重视

37、，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。3.2农作物秸秆的综合利用3.2.1目前解决“秸秆焚烧”所存在的问题（1）秸秆还田将秸秆发酵后施于农田中，或者将秸秆粉碎埋于农田中进行自然发酵，都是改善土壤，保证土壤中有机质的肥田好措施。目前，国内已生产出若干种机械化秸秆还田设备，并在一些地区应用。然而，秸秆还田在我国有很大的局限性。我国人多耕地少，耕地不能采取轮作休耕制，而是一季接着一季地耕种，将未发酵的干枯秸秆埋于农田中，没有发酵的时间，没腐烂的秸秆不但起不到肥田作用，反而影响作物出苗率。可见，目前采取秸秆还田来解决“秸秆焚烧”还是存在一定问题

38、的。（2）秸秆气化做燃料秸秆气化技术是一种很好的生物质能转化技术，不失其为“消化”秸秆的好方法。然而，目前所采取的在农村建设供100200户管道燃气的秸秆气化系统，存在很多问题，也解决不了“秸秆焚烧问题”。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，希望改善的生活条件顺序为房屋、电、自来水、电视、电话、交通工具、燃料。可见，燃料排在最后。这说明，就广大农村来说，目前对管道燃气的需求没达到相当的迫切程度。没有农民自身的积极性，靠国家补贴在农村建设管道燃气

39、是不可取的。3)由于财力有限，国家补贴也有限，目前所建的秸秆气化供气系统投资都偏低，造成了建设质量隐患较多。隐患不除，事故将不断出现，不可能长期运行。4)秸秆气化提高了能源利用率，一个200户的气化站，每年不过消耗400t秸秆，与大量过剩的秸秆相比太少了，解决不了“秸秆焚烧问题”。5）除了采取干馏热解法建设较大规模的秸秆气化供气系统可以做到微利运行外，所有氧化法气化系统都是没有经济效益的，即便是工程建成了，如何保证长期运营，维修资金如何保证，运行亏损谁来补贴，如何进行安全管理，一系列问题都解决不了。6)管道燃气的建设，是百年大计的事，必须与村镇建设规划一起考虑。而目前分散居住的农村，不整齐的村

40、屯，建设管道燃气系统是不合实际的。3.2.2解决“秸秆焚烧问题”的对策与建议近几年出现的“秸秆焚烧问题”基本上是作为“农业问题”去解决，去管理的。虽然农业管理部门下了很大的力气，却禁烧效果不大，这是受行业方面、技术方面、投资方向方面、经营管理方面、推广范围方面的限制。目前，我国农村经济基本上属于个体的、分散的私有经济，农业生产多以家庭为单位，土地少、产值少、经济实力小。这样的作业单位，容易接受规模小、风险小、投资少、见效快的生产项目，诸如大棚生产、四位一体、节能灶、小型机械、各种种植技术等，而投资大、回收期长、涉及户数多的项目，靠个体的小农单元是无法启动和运作的。每家每户生产粮食所“排放”的废

41、物秸秆构成了对社会的危害，是一个社会问题，必须集中治理，跳出“农业问题”的范畴，由各级计划部门牵头统一考虑，作为一项重大的资源再利用问题，大环境问题考虑。确立大手笔项目，“秸秆焚烧问题”是可以得到解决的。1）建设大型有机肥料生产厂把秸秆粉碎，进行快速发酵制造有机肥料，是一项成熟的技术。如果在秸秆过剩地区建设年产1550万t以秸秆为原料的有机肥料工厂，不但可以“消化”掉大量秸秆，同时可以获得可观的经济效益。在绿色食品越来越走俏的今天，有机肥料生产具有广阔的前景。2)建设大型秸秆炭化工厂18世纪时，工业较发达的国家木材热解业很兴盛，几乎所有的冶金用炭都来自木材热解，醋酸生产也来自木材热解产物的木醋

42、液。后来森林少了，煤的出现代替了木材。将秸秆成型进行热解与木材热解相同，是一项成熟的技术。如果在秸秆过剩地区建设年产1050万t秸秆炭化厂，每年可“消化”35165万t秸秆，同时可产中热值燃气0.31.2亿m3，可供中小城市居民用煤气；产木焦油315万t，是一个具有很大经济效益的项目。3)推广秸秆炭粉与化肥掺混技术把秸秆炭化获得炭粉，再将炭粉与化肥掺混施于农田中，可减少化肥流失，提高化肥利用率，可使粮食增产。这是一项成熟的技术，在日本已经使用多年了。我国农业部门、化肥主管部门应尽快推广该项技术，制定出相应的政策和规范。如果得以实现，不但“消化”大量秸秆，同时，减少化肥污染，提高粮食产量也是很明

43、显的。4)建设大型秸秆发电厂不论是将秸秆粉碎进行喷粉燃烧发电，还是将秸秆压块燃烧发电，技术上是成熟的。如果在秸秆过剩地区建设一座20万kw的秸秆发电厂，不但每年可“消化”掉180万t的秸秆，而且还可获得可观的经济效益。5）开发秸秆类煤化应用技术我国对煤炭的应用是很广泛的，特别是大工业生产中用量很大。如果将秸秆类煤化应用，其消耗量是相当大的。类煤化应用方法很多，目前可以采取掺混方法，将秸秆固化、颗粒化、粉末化后，掺入相应的煤炭中进行利用。曾有试验表明，将10%.的秸秆粉掺入煤炭炼焦中，可增加煤气产量，焦炭无明显变化。向煤炭中掺混秸秆，需要从国家角度出台相关政策，需要有相关部门的配合。从长远考虑，

44、秸秆类煤化应用是有前途的，当地球上煤炭耗尽时，秸秆将取而代之。6)建设大型秸秆固化装置将秸秆粉碎，在高压力下制成密度大于1.0的人造木棒的技术是成熟的。如果在秸秆过剩地区建立大型秸秆固化装置，可把松散的秸秆制成类木棒，便于保存，便于运输，便于进入大工业中利用，也是一个行之有效解决“秸秆焚烧问题”的好办法。关于秸秆收集和运输问题，只要形成了大规模应用，收集和运输也将随之形成专业化行业。我国煤炭的运输半径在800km以上，且在运输中易产生粉尘污染。而秸秆的运输半径比煤小得多，且不会产生污染。综上所述，应该说，利用现有成熟技术解决局部地区“秸秆焚烧问题”不应该是很大的难题，只要把“秸秆焚烧问题”作为

45、宏观战略问题考虑，作为国家一项大的资源利用考虑，跳出“农业问题”的误区，这一问题是不难解决的。3.2.3秸秆利用与循环经济新型循环经济必须依靠科技手段来提高社会经济活动的生态效率,实现经济、社会和环境效益的统一。因此,虽然我国在实施过程中还存在这样或那样的问题,但无疑已经在通向循环经济的道路上迈出了坚实的一步。在全球越来越重视环境问题,积极实施可持续发展战略的形势下,积极探求对农业废弃物再利用的有效解决方案成为首选。我国秸秆数量多,分布广,是一种巨大的社会资源且人多地少,人均自然资源占有量低,因此,走生态农业的发展道路是必然选择。经过近年来的工作积累,我国在秸秆资源的治理和综合利用上取得了相当

46、的成效和较丰富的经验。但由于一些问题的制约,秸秆资源综合利用的潜力尚未得到充分发挥。随着各级政府以及社会各界对发展生态农业的认识的加深和措施的加强,相信在相关行业的共同努力下,我国一定能够做到既有效利用资源,又很好保护环境,形成生态和经济的良性循环,实现农业可持续发展,走循环经济的道路。3.3生物柴油的现状与发展前景柴油作为一种重要的石油炼制产品,在各国燃料结构中占有较高的份额,已成为重要的动力燃料。随着世界范围内车辆柴油化趋势的加快,未来柴油的需求量会愈来愈大,而石油资源的日益枯竭和人们环保意识的提高,大大促进了世界各国加快柴油替代燃料的开发步伐,尤其是进入20世纪90年代,生物柴油以其优越

47、的环保性能受到了各国的重视。3.3.1生物柴油的现状与发展前景在国际市场上,生物柴油根据等级和纯度的不同,价格在250美元/t以上。目前在美国、欧洲、亚洲的一些国家和地区已开始建立商品化生物柴油生产基地,并把生物柴油作为代用燃料广泛使用。生物柴油使用最多的是欧洲,份额已占到成品油市场的5%。目前在欧洲用于生产生物柴油的原料主要为菜籽油,目前的生物柴油标准也主要是参照菜籽油的生物柴油标准品质作出的。1999年,欧盟共生产出3.90105m3生物柴油。2000年初德国的总生物柴油生产量已达450 kt,并有逐年上升的趋势。德国凯姆瑞亚斯凯特公司自1991年起开发研制了用植物油如菜籽油生产生物柴油的

48、工艺和设备。目前利用该公司的工艺和设备已在德国和奥地利等欧洲国家建起了多个生物柴油生产工厂,最大产量达300 t/d。3.3.2生物柴油的主要特性众所周知,柴油分子是由15个左右的碳链组成的,研究发现植物油分子则一般由1418个碳链组成,与柴油分子中碳数相近。因此生物柴油就是一种用油菜籽油等可再生植物油加工制取的新型燃料。按化学成分分析,生物柴油燃料是一种高脂酸甲烷,它是通过以不饱和油酸c18为主要成分的甘油脂分解而获得的1。与常规柴油相比,生物柴油下述具有无法比拟的性能。(1)具有优良的环保特性。主要表现在由于生物柴油中硫含量低,使得二氧化硫和硫化物的排放低,可减少约30%(有催化剂时为70

49、%);生物柴油中不含对环境会造成污染的芳香族烷烃因而废气对人体损害低于柴油。检测表明,与普通柴油相比,使用生物柴油可降低90%的空气毒性,降低94%的患癌率;由于生物柴油含氧量高使其燃烧时排烟少,一氧化碳的排放与柴油相比减少约10%(有催化剂时为95%);生物柴油的生物降解性高。(2)具有较好的低温发动机启动性能。无添加剂冷滤点达-20。(3)具有较好的润滑性能。使喷油泵、发动机缸体和连杆的磨损率低,使用寿命长。(4)具有较好的安全性能。由于闪点高,生物柴油不属于危险品。因此,在运输、储存、使用方面的优点是显而易见的。(5)具有良好的燃料性能。十六烷值高,使其燃烧性好于柴油,燃烧残留物呈微酸性

50、使催化剂和发动机机油的使用寿命加长。(6)具有可再生性能。作为可再生能源,与石油储量不同其通过农业和生物科学家的努力,可供应量不会枯竭。生物柴油的优良性能使得采用生物柴油的发动机废气排放指标不仅满足目前的欧洲号标准,甚至满足随后即将在欧洲颁布实施的更加严格的欧洲号排放标准。而且由于生物柴油燃烧时排放的二氧化碳远低于该植物生长过程中所吸收的二氧化碳,从而改善由于二氧化碳的排放而导致的全球变暖这一有害于人类的重大环境问题。因此生物柴油是一种真正的绿色柴油。表5是德国凯姆瑞亚斯凯特公司开发生产的生物柴油与普通柴油主要性能比较,可以看出,生物柴油在冷滤点、闪点、燃烧功效、含硫量、含氧量、燃烧耗氧量、对

51、水源的危害方面优于普通柴油,而其他指标与普通柴油相当。3.3.3生物柴油的生产方法1）直接混合法将植物油与矿物柴油按一定的比例混合后增加作为发动机燃料使用。20世纪80年代初,caterpillar brazil在柴油中掺和了20%的植物油作为与燃烧室发动机燃料获得成功adams c,et al将脱胶大豆油与2号柴油以不同的比例混合后在喷射涡轮发动机上进行600h的试验,结果1:2的未发现凝胶和变混现象,并降低了燃料的粘度,可用于农用机械的替代燃料。目前各国通常采用5-20%的混合比,其性能比与石油柴油的性能接近。但直接混合法生产的柴油存在粘度高易变质、不完全燃烧等缺点。2）微乳液法将动植物由

52、于溶剂混合制成的微乳状液是由两种不互溶的液体与离子或非离子的两性分子混合而成的直径为1-150nm的胶质平衡体系。这一方法主要解决了动植物油粘度高的问题。3） 高温热裂解法高温热裂解法是在常压、快速加热、超短反应时间的条件下,是生物质中的有机高聚物迅速断裂为短链分子,并使结炭和产气降到最低限度,从而最大限度地获得燃油。但高温热裂解法反应产物难以控制,其得到的主要产品是生物汽油,生物柴油只是其副产品,同时热解设备价格昂贵。4）化学酯交换法目前生物柴油的主要生产方法即用动物和植物油脂和甲醇或乙醇等低碳醇在酸性或者碱性催化剂和高温(230250)下进行转酯化反应,生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯,在经洗涤

53、干燥即得生物柴油。甲醇或乙醇在生产过程中可循环使用,生产设备与一般制油设备相同,生产过程中可产生10%左右的副产品甘油。但是目前生物柴油的主要问题是成本高。生物柴油制备成本的75%是原料成本,因此采用廉价原料及提高转化从而降低成本是生物柴油能否实用化的关键。美国已开始通过基因工程方法研究高油含量的植物。日本采用工业废油和废煎炸油。欧洲是在不适合种植粮食的土地上种植富油脂的农作物。化学法合成生物柴油还有以下缺点:工艺复杂、醇必须过量,后续工艺必须有相应的醇回收装置,能耗高;由于脂肪中不饱和脂肪酸在高温下容易变质,色泽深;酯化产物难于回收,成本高;生产过程有废碱液排放。5）生物酶催化法为解决化学酯

54、交换法中存在的问题,人们开始研究用生物酶法合成生物柴油,即用动植物油脂和低碳醇通过脂肪酶进行转酯化反应,制备相应的脂肪酸甲酯及乙酯。酶法合成生物柴油具有条件温和,醇用量小、无污染排放的优点。但由此带来的主要问题有:脂肪酶对长链脂肪醇的酯化或转酯化有效,而对短链脂肪醇如甲醇或乙醇等转化率低,一般仅为40%60%;短链醇对酶有一定毒性,酶的使用寿命短;副产物甘油和水难于回收,也造成对产物形成抑制和对固定化酶有毒性,使固定化酶使用寿命短。目前生物酶技术生产生物柴油尚未工业化。3.3.4生物柴油的应用前景分析生产和推广应用生物柴油的优越性是显而易见的:(1)原料易得且价廉。用油菜籽和甲醇为生产原料,可

55、以从根本上摆脱对石油制取燃油的依赖。(2)有利于土壤优化。种植油菜可与其他作物轮种,改善土壤状况,调整平衡土壤养分,挖掘土壤增产潜力。(3)副产品具有经济价值。生产过程中产生的甘油、油酸、卵磷脂等一些副产品市场前景较好。(4)环保效益显著。生物柴油燃烧时不排放二氧化硫,排出的有害气体比石油柴油减少70%左右,且可获得充分降解,有利于生态环境保护。此外生物柴油由于竞争力不断提高、政府的扶持和世界范围内汽车车型柴油化的趋势加快而前景更加广阔。目前生物柴油生产存在的主要问题是成本高,化学法生产制备生物柴油具有一定的不足,生物酶法具有很多优点但存在工业化难的技术问题。因此开发价廉的植物油脂以及革新和研

56、究新型的生物柴油制备工艺对生物柴油的生产应用尤为迫切。对我国来说,解决这一难题,可从以下方面着手研究:一是要解决原料数量、质量、渠道问题。制约生物柴油生产的最主要问题是廉价、来源稳定的原料问题。我国地域广泛,拥有丰富的生物柴油资源(大豆油、玉米油、葵花籽油、菜籽油、棕榈油、椰子油、棉籽油、动物油脂等),同时饭店产生大量的煎炸油,如果加以很好利用,有很大市场潜力。在技术资源储备上,可结合应用现代生物技术培育高油植物或工程藻类。二是要解决生产技术应用难点。可着力开发各种催化剂,以适应不同原料的加工要求;改进反应体系,采用超临界流体等技术增加反应界面的接触面积、提高催化剂的有效浓度,提高反应速率;在

57、酶法生产研究中,考虑选择适宜的载体的高效固定化脂肪酶,降低酶使用成本,注重全细胞生物催化剂的开发应用;在生产工艺上,考虑副产品的彻底除去。将生物柴油生产与精制甘油工艺联产,提高油品质量,降低生产成本。3.4微藻生物质可再生能源的开发利用藻类是最低等的、自养的放氧植物，它是低等植物中种类繁多、分布极其广泛的一个类群。无论是海洋、淡水湖泊等水域，或是潮湿的土壤、树干等处，几乎在有光和潮湿的任何地方都能生存。微藻是指一些微观的单细胞、群体或丝状的藻类，大多数是浮游藻类，生物量大、分布广。藻类通过热解可获得生物质燃油，是重要的可再生生物能源；通过农业化学技术可从一些富含脂肪的微藻中提取油脂，用于制备食

58、用油和生物柴油；藻类中还含有多种维生素、胡萝卜素、蛋白质、脂肪酸等成分，是药用活性物质的来源；藻类还可用于污水处理等。地球上的生物每年通过光合作用可固定81010t碳，生产1.461011t的生物质，其中40%应归功于藻类的光合作用。因此，藻类生物与人类的生存和发展有极其密切的关系，是重要的可再生生物资源。微藻由于具有种类多样、光合作用效率高、生物产量高、生长繁殖快、生长周期短和自身合成油脂能力强的有利特点而被许多学者认为是制备生物柴油最佳的生物质能原料之一。因此微藻是新型生物柴油原料油源之一，也是未来生物柴油发展的趋势之一。3.4.1利用藻类作热解材料具有如下优点。1）藻类的光合作用效率较树木