生物能源课件

生物能源

曹毅

四川大学

1主要内容

第一节第二节第三节第四节第五节生物质和生物能源

生物柴油

燃料乙醇

其它生物能源

我国生物能源的现状和未来开展2?

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第一节

生物质和生物能源

31.1世界能源概况

化石能源是主流，但仅能支撑300年的大规模开采

世界能源消耗趋势1970-20254能源平安成为各国关注的问题

伊拉克战火炸毁了输油管

5使用化石能源导致全球气候变化

2005年有8个台风登陆我国，海棠、麦莎、泰利、卡努、达维和龙王均在12级以上

HurricaneKatrina,lateAugust20056世界各国二氧化碳排放量：1950年至今的总排放量

7可再生能源是未来开展的重点

依赖自然条件

可再生、环保、地域限制小

高技术、危险系数高

81.2生物质和生物能

?生物质是指由光合作用而产生的各种有机体，人们常将生物质所含有的能量简称为生物能。

?生物质是以C、H为根本组成的有机化合物，生物能属于化学能。?能源特征：干净性、低能源品位、分散性

9生物能源的主要形式

?薪柴：直接燃烧，热效率低

?生物质发电

?燃料乙醇：粮食或纤维素发酵

?生物柴油：生物油脂进展酯交换反响

?生物油和合成气：生物质热化学转化

?生物制氢：微生物发酵生物质制氢气

?沼气：微生物发酵农作物秸秆、禽畜粪便等有机物，主产物是甲烷

10世界生物能源现状

?巴西和美国在燃料乙醇上处于领先：巴西〔甘蔗〕和美国〔谷物〕2005年的燃料乙醇产量分别为165和162亿升。

?欧盟在生物柴油上处于领先：德国、法国、意大利等国已经在公交车领域使用生物柴油。欧盟以油菜为原料，2001年生物柴油的产量超过100万吨，方案到2022年至少生产600万吨，占欧盟全部燃料的2％。

11美国当前的能源构造

12美国把生物能源摆在重要位置

美国能源部和农业部联合提出?生物质技术路线图?

13美国生物质方案的任务

14

美国生物质计划体系

15美国生物能源的开展目标

?Biopower：到2030年之间每年增加2%。2022年达到总能源的4%，2022年到达5%。

?BiobasedTransportationFuels：从2001年占总消耗能源的0.5%，到2022年增加到4%，2022年的10%，2030年的20%。

?BiobasedProducts：从2001年的12.5billionpounds，总量的5%，到2022年增加到12%，2022年的18%，2030年的25%。

161.3生物炼制——biorefinery

??生物炼制是指将生物质转化为具有附加值产品的过程。这些产品主要包括生物材料、乙醇、燃气、化工和其它材料生产的关键中间体等。

生物炼制基于机械、化学和生物化学过程的技术平台。

17生物炼制——生物质的转化

18第二节

生物柴油

生物柴油〔Biodiesel〕，又称脂肪酸甲酯，是以植物油、动物脂肪、或废弃的食用油等作原料，与低碳醇类〔甲醇、乙醇〕经酯交换反响获得。

19?2.1生物柴油的生产路线

20脂交换法

价格低

产率高

可循环利用

菜籽油

麻风树油

豆油

棕榈油

废油

微藻，微生物

21各种生物柴油原料的组成

Perfect22生物柴油产业链

脂肪酸甲酯

生物柴油〔20%〕

外表活性剂

增塑剂

润滑剂

等

甘油

1，2－丙二醇

聚酯

丁二酸

等

232.2生物柴油的性质

生物柴油与柴油性质的比较

24生物柴油的优点

?原料来源广泛

?可再生性

?可作为柴油代用品

?可用于现有石化柴油设备〔或仅做微调〕?可减少温室气体的释放

?可减少车辆尾气释放，减小环境污染

?可得到经济价值较高的副产品甘油

?贮存、运输和使用都很平安

25

使用生物柴油可显著降低尾气排放

particulatematterhydrocarbon26生物柴油的缺点

?热值比石化柴油低

?低温流动性差

?增加了NOx的释放

?可降解或软化某些橡胶化合物

?与某些金属〔铜、铅、锡、锌〕和塑料〔聚乙烯、聚丙烯〕不兼容

272.3世界生物柴油的开展

1991-2005年世界生物柴油的产量变化

282005年生物柴油生产前五强

国家

德国

产量〔亿升〕

19.2法国

美国

意大利

5.112.92.27澳大利亚

0.8329美国生物柴油加工厂的分布

30生物柴油开展的瓶颈是原料本钱

2006年生物柴油与石化柴油的价格比照

31选择适宜的原料是关键

不同原料的生物燃料产量

32第三节

燃料乙醇

?乙醇是一种重要的工业原料

?能源特点：燃烧值较高，清洁，环保，平安，可再生，适用于汽油发动机等

?1907年，福特制造出世界上第一台燃烧纯乙醇的发动机

333.1谷物发酵法生产燃料乙醇

技术工艺已经成熟：原料的前处理，菌种培育，发酵，乙醇的浓缩。

粮食供给和降低原料成本是关键

34??湿磨增效路径图

35干磨增效路径图

363.2纤维素法是未来的趋势

37纤维素法制乙醇的主要过程

38木质纤维素原料来源丰富价格低廉

速生草

秸秆

木屑

废纸

甘蔗

39木质纤维素的组成和构造

酚类

15-25%6C糖均聚物

38-50%5C、6C糖聚合物

23-32%40木质纤维素的组成和构造

41生物质从田间到生物炼制厂

42纤维素法制乙醇的关键问题

?原料的来源和价格

?木质纤维素的水解

–纤维素酶水解效率低、价格高

–半纤维素酶制剂的开发落后

?5C糖的发酵

43

44

45

46

473.3世界燃料乙醇的开展

1975-2005年世界燃料乙醇的产量变化

482005年燃料乙醇生产前五强

国家

巴西

产量〔亿升〕

165美国

中国

欧盟

162209.5印度

3.0492006年美国乙醇工厂分布

502006年燃料乙醇与汽油的价格比

51不同原料的乙醇产量

52第四节

其它生物能源

?4.1氢能源

?氢是一种理想的清洁能源，

“零排放〞

?以水的形式存在，储量十分丰富

?氢气的热值高，约是汽油的2.68倍

?氢能制备工艺：矿石燃料制氢〔96%〕、电解制氢〔4%〕、热解制氢、光化制氢、放射能水解制氢、等离子电化学法制氢和生物制氢等。

53生物制氢

?生物制氢指得是在有机质发酵降解和微生物利用太阳能光解水的过程中，释放出氢气的过程。

?产氢微生物：

1〕光合生物——厌氧光合细菌、蓝细菌和绿藻

2〕非光合生物——严格厌氧细菌、兼性厌氧细菌和好氧细菌

3〕古细菌类群

54生物制氢路线

?光驱动制氢：利用光合细菌和微藻直接将太阳能转化为氢气，是一个非常理想的过程。但光利用效率很低，光反响器设计困难，近期很难推广应用。

?厌氧发酵制氢：利用产氢菌厌氧发酵，优点是产氢速度快，反响器设计简单，能够利用可再生资源和废弃有机物进展生产。

554.2生物质的热化学转化

56生物质液化及其产物

?生物质液化技术可将生物质转化为高品位的现代能源产品，即易于存贮、运输、能量密度高的燃料油，从而实现生物质的广泛利用。?生物质液化产物：

〔1〕气体：H2、CO、CO2、CH4及C2-4烃

〔2〕固体：焦炭

〔3〕液体：生物油，酸性较强，组成复杂

57生物质液化技术

?快速热解液化

2：采用超高加热速率〔10～104

K/s〕、超短产物停留时间〔～3s〕及适中的裂解温度。循环流化床工艺

?高压液化：较高压力下的热转化过程，温度一般低于快速热解。

?新技术：超临界萃取和水热提升等。

?关键技术问题：生物油热值低，腐蚀性强。

58生物质气化技术

?生物质气化：是指在高温下通过热化学反响将生物质转化为CO、H2、CH4和CnHm等可燃气体的技术。

?影响生物质气化的关键问题之一是气体的热值偏低。

?新生物质气化技术：催化气化、气化制氢、超临界气化、焦油气化等。

594.3沼气

?沼气是厌氧微生物发酵农作物秸秆、禽畜粪便和工业有机废物等产生的一种混合气体。

?主要成分：CH4

55-65%；CO2

30-40％；少量H2S，CO，H2，O2等。

60第五节

中国生物能源现状和未来开展

中国2004年能源消费结构

亿吨标准煤，增长15.2%煤炭亿吨，增长14.4%原油亿吨，增长16.8%天然气415亿m3，增长18.5%水电3280亿，增长15.6%核电501亿，增长15.6%612004年中国与世界能源消费比较

工程

消费总量〔

亿吨标准油〕

煤炭〔亿吨〕

石油〔亿吨〕

天然气〔万亿m3〕

发电量〔万亿〕

人均消费〔吨标准油〕

世界

10255382.7171.6中国

13.918.72.90.422.11.0762中国石油储量和开采年限

?中国目前探明油、气储量占世界总量的％和％，人均拥有量只有12％和4％。

?如果按石油最终可采储量为140亿吨计算，最终开采年限将可达70年。

?3天然气可采储量为万亿m，可开采79年。

63中国对进口石油的依赖程度

?2005年，进口量到达1亿吨。

?2022年，进口量将到达亿吨，可能超过日本成为世界第一大油品进口国。

?石油平安问题对我国成为了一个日益紧迫的问题。

64中国能源的主要问题和解决方案

?1、主要问题：

〔1〕能源资源缺乏

〔2〕能源供给主要依赖煤炭，环境污染严重

〔3〕能源利用率低，浪费严重

?2、解决方案：

加大清洁能源能源构造的比重，特别是可再65生能源的开发利用

5.1中国生物能源现状

资源量

1、农作物秸秆7亿吨/年

2、林业及木材加工废弃物9亿吨/年

3、畜禽养殖和工业废水产沼气800亿m3/年

4、城市垃圾亿吨/年

利用量

1、沼气55亿m3/年

2、发电200万kW/年

3、燃料乙醇100万吨/年

4、利用能源作物生产燃料乙醇和生物柴油在进展试点和示范

66现有的粮食燃料乙醇

公司

河南天冠

吉林省吉林

安徽丰原

黑龙江金玉

产量/万吨

3030321067各地拟建粮食燃料乙醇工程

粮食路线

河南天冠二期

产品

乙醇

产量/万吨

3020302050状态

在建

启动

即将启动

发改委未批

发改委未批

68丰原生化白城工程

乙烯

丰原定向增发

黑龙江肇东

山东华信

乙醇

乙醇

乙醇

非粮乙醇工程是未来开展的方向

非粮食路线

中石化新疆甜高梁

河北薯类乙醇

重庆薯类乙醇

四川广元薯类乙醇

广西木薯乙醇

产品

乙醇

乙烯

乙醇

乙醇

乙醇

产量/万吨

704010～2010～2015状态

启动

论证

论证

论证

论证

69麻疯树生产生物柴油工程化模式

资源收集分析

组织培养体系研究

常规育种

分子育种

生物技术研究

麻疯树

抗肿瘤、抗病毒药物

遗传转化体系研究

产量、品质控制机理研究

栽培技术

综合利用标准化优质

原料种植基地

优质原料

生物柴油工艺

提高综合研究

生物肥料

生物农药

其它化工产品

中试基地

效益

705.2中国生物能源利用目标

工程

生物质发电〔万kW/年〕

2022年

2022年

5503000固体成型燃料〔万吨/年〕

农村户用沼气〔亿m3/年

〕

燃料乙醇〔万吨/年〕

生物柴油〔万吨/年〕

10011050001801000100715.3中国开展生物能源的好处

?〔1〕再造绿色大庆，增加能源供给。

?〔2〕减少二氧化碳排放，改善生态环境。

?〔3〕创造就业岗位，增加农民收入。

?〔4〕开展生物化工，推动化工革命。

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5.4中国生物能源的开展方向

〔1〕高效直接燃烧技术和设备〔2〕集约化综合开发利用〔3〕生物质能的创新高效开发利用〔4〕城市生活垃圾的开发利用〔5〕能源植物的开发

73?????开展生物能源要消除四大误区

?〔1〕消除与人争粮的误区

?〔2〕消除与粮争地的误区

?〔3〕消除生产本钱高的误区

?〔4〕消除技术不成熟的误区

74思考题

?1、什么是生物能源？生物能源主要包括哪些形式？

?2、未来生产生物乙醇的方法是什么？目前阻碍其开展的关键问题是什么？

75延伸阅读

?美国能源部官方网站：

?欧洲可再生能源委员会：

?中国国家开展和改革委员会能源局：

?中国生物能源网：

76

延伸阅读

1、Biofuelsfortransformation-globalpotential