生物質(zhì)液體燃料應用前景分析

    能源在國民經(jīng)濟中具有特別重要的戰(zhàn)略地位。我國目前能源供需矛盾尖銳，結(jié)構(gòu)不合理；能源利用效率低；一次能源消費以煤為主，化石能源的大量消費造成嚴重的環(huán)境污染。今后15年，滿足持續(xù)快速增長的能源需求和能源的清潔高效利用，對能源科技發(fā)展提出重大挑戰(zhàn)。
 
    生物質(zhì)能利用技術(shù)的三大類 
    生物質(zhì)主要包括薪炭林、經(jīng)濟林、用材林、農(nóng)作物秸稈、林業(yè)加工殘余物和各類有機垃圾等。我國生物質(zhì)資源十分豐富，資源總量不低于30億噸干物質(zhì)/年，相當于10億多噸油當量，約為我國目前石油消耗量的3倍。世界各國在調(diào)整能源發(fā)展戰(zhàn)略時，都把高效利用生物質(zhì)能擺在優(yōu)先地位，列為能源利用中的重要課題。我國商品化的生物質(zhì)能僅占一次能源消費的0.5%左右，與發(fā)達國家相比還有很大差距。
 
    目前，生物質(zhì)能利用技術(shù)主要有直接燃燒、生物化學轉(zhuǎn)化和熱化學轉(zhuǎn)化三大類。直接燃燒包括爐灶燃燒、鍋爐燃燒和成型燃料燃燒等方式。目前許多農(nóng)村地區(qū)普遍采用爐灶燃燒，熱效率低于15%；鍋爐燃燒熱效率較高，熱電聯(lián)產(chǎn)時可達90%以上；成型燃料燃燒是把生物質(zhì)固化成型后再用于傳統(tǒng)的燃燒設備，電耗較高。
 
    生物化學轉(zhuǎn)化主要以厭氧發(fā)酵和生物酶技術(shù)為主。厭氧發(fā)酵主要適合于將工業(yè)有機廢液和人畜糞便等非固體生物質(zhì)分解為沼氣；生物酶技術(shù)是把生物質(zhì)生化轉(zhuǎn)化為乙醇，但目前生物酶大規(guī)模生產(chǎn)還存在難度，且用于木質(zhì)纖維素還存在轉(zhuǎn)化速度慢和廢液需要二次處理等問題。
 
    熱化學轉(zhuǎn)化主要有熱解干餾、熱解氣化和熱解液化三種。熱解干餾技術(shù)可將木質(zhì)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為炭、燃氣和多種化學品，但缺點是利用率較低，原料適應性不強；熱解氣化可將生物質(zhì)主要轉(zhuǎn)化為可燃氣體，既可用作生活煤氣，也可用作制氫或合成氣的原料，還可以通過鍋爐或內(nèi)燃機等轉(zhuǎn)化為熱能或電能；熱解液化是在中溫閃速加熱條件下使生物質(zhì)迅速熱解，然后對熱解產(chǎn)物迅速冷凝獲得一種稱為生物油的初級液體燃料，提質(zhì)后可替代柴油汽油用于內(nèi)燃機。
 
    突破大規(guī)模利用的瓶頸 
    鑒于生物質(zhì)資源分散、原料組分復雜，以及熱值低、不易運輸和貯存等特點，必須將其經(jīng)濟高效地轉(zhuǎn)化為高熱值的液體燃料（如醇類、汽油和柴油等），才能實現(xiàn)大規(guī)模利用的目的。
 
    中國科學技術(shù)大學生物質(zhì)潔凈能源實驗室根據(jù)多年研究經(jīng)驗獲得的最佳技術(shù)路線是：首先在原料產(chǎn)地將生物質(zhì)（秸稈）規(guī)模適度地（原料收集半徑控制在10～20公里）分散熱解，轉(zhuǎn)化為便于運輸和儲存的初級液體燃料??生物油，然后將各地熱解得到的生物油收集、集中后進行再加工（精制提煉，制富氫合成氣和氫氣，合成甲醇和混合醇，合成汽油和柴油）。這樣可從根本上解決生物質(zhì)資源分散和受季節(jié)限制等大規(guī)模應用的瓶頸問題。
 
    中國科學技術(shù)大學生物質(zhì)潔凈能源實驗室是一個專門從事生物質(zhì)能研究與開發(fā)的科研實體。2004年8月該實驗室成功研制出每小時處理15公斤物料的電熱式熱解液化工業(yè)小試裝置，經(jīng)過對熱源進行自熱式（以熱解副產(chǎn)物焦炭和不凝性氣體燃燒釋放的熱量為熱解提供熱源）改造后，自熱式的熱解裝置已于2005年11月通過安徽省科技廳組織的專家鑒定。2006年1月又成功研制出每小時可處理150公斤物料的自熱式熱解液化工業(yè)中試裝置。從運行情況來看，熱解焦炭和不凝性氣體燃燒釋放的熱量足以為熱解提供熱源。采用木屑、稻殼、玉米稈和棉花稈等多種原料進行的熱解液化試驗表明，木屑產(chǎn)油率60%以上、秸稈產(chǎn)油率50%以上。生物油熱值18～20兆焦/千克。不同原料制取的生物油在組成上雖然存在差異，但主要成分的相對含量十分接近，因而可以容易地混合使用。    生物油的經(jīng)濟效益
 
    生物油經(jīng)過簡單的品質(zhì)改良后，生產(chǎn)成本約增至900元/噸、熱值約增至為18～20MJ/kg、長時間儲存不變質(zhì)，銷售價格假設為1000元/噸。如果用生物油替代柴油和重油，提供同樣的熱量，價格分別相當于柴油和重油的43.2%和63.1%。顯然，生物油的開發(fā)和利用不僅具有重要的社會和環(huán)境效益，還有巨大的經(jīng)濟效益，可以變廢為寶，增加農(nóng)民收入。
 
    該實驗室在生物質(zhì)熱解液化配套技術(shù)方面的研究也取得重要進展，如采用高壓內(nèi)混式霧化燃燒技術(shù)已能單獨對生物油實現(xiàn)穩(wěn)定的工業(yè)燃燒，在生物油催化裂解方面也進行了大量研究，結(jié)果表明，生物油通過水蒸汽催化重整可以制取較高氫/碳比的富氫合成氣（主要組分為H2/CO/CO2的混合氣），這種合成氣進一步純化可獲得氫氣，也可通過不同的工藝合成制取柴油、汽油、甲醇或二甲醚等高品位的液體燃料。同時，該實驗室還對催化劑再生進行了研究。
 
    中國科學技術(shù)大學生物質(zhì)潔凈能源實驗室在生物質(zhì)自熱式熱解液化、生物油成分分析與結(jié)構(gòu)研究、生物油精制提煉與品質(zhì)提升、生物油定向氣化與合成氣制備、生物質(zhì)基液體燃料合成等方面開展了大量卓有成效的研究，初步形成一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)和國際先進水平的研究成果?？梢灶A料，我國在生物質(zhì)能大規(guī)模應用的基礎理論和應用技術(shù)研究方面將實現(xiàn)新的跨越.