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關(guān)鍵詞:遼寧;直排口;現(xiàn)狀;對(duì)策
1 概述
遼寧省海岸帶東起鴨綠江,西至山海關(guān)老龍頭,海域面積2.1萬(wàn)平方公里,近海水域面積6.8萬(wàn)平方公里[1]。近年來(lái),隨著遼寧沿海經(jīng)濟(jì)帶開發(fā)開放,在促進(jìn)全省經(jīng)濟(jì)加快發(fā)展同時(shí),也給海洋環(huán)境帶來(lái)一定影響[2],尤其是對(duì)近岸海域的影響。近岸海域環(huán)境的污染主要是由陸源入海排污引起的[3],目前各沿海城市大大小小的排污口正是海洋污染的主要來(lái)源。本文以遼寧省主要入海直排口為研究對(duì)象,統(tǒng)計(jì)分析各排污口污染物入海情況,對(duì)入海排污口水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià),并對(duì)存在問(wèn)題提出建議。
2 研究對(duì)象及評(píng)價(jià)方法
研究對(duì)象為遼寧省主要的入海直排口,包括工業(yè)直排口、綜合直排口和市政直排口,每季度監(jiān)測(cè)一次,監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、氨氮、總氮和總磷等。采用單因子評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)入海直排口中各污染因子,根據(jù)結(jié)果進(jìn)行超標(biāo)率評(píng)價(jià),通過(guò)加權(quán)計(jì)算的方式,實(shí)現(xiàn)將不同來(lái)源、不同污染物對(duì)環(huán)境的影響進(jìn)行比較,從而確定環(huán)境監(jiān)控的重點(diǎn)目標(biāo)。
3 結(jié)果與討論
3.1 超標(biāo)率評(píng)價(jià)
遼寧省主要入海直排口出現(xiàn)超標(biāo)的污染物有化學(xué)需氧量、總磷、總氮、氨氮、生化需氧量等,其超標(biāo)頻次比率為20%、19.7%、19.2%、17.7%、16.9%(圖1)。由此可見,遼寧直排海排污口面臨著富營(yíng)養(yǎng)化指標(biāo)超標(biāo)的問(wèn)題。
3.2 入海量分析
直排口入海污染物中工I排污口占污水排放總量的41.8%,其次是綜合排放口為38.5%,而污染物中化學(xué)需氧量、生化需氧量、懸浮物、石油類、氨氮和總磷均是生活排放口占污水排放總量的最大比例,總氮主要來(lái)自于綜合排放口(圖2)。
3.3 主要污染物及污染源
采用等標(biāo)污染負(fù)荷法分析遼寧省直排入海主要污染物為氨氮、總磷和化學(xué)需氧量,主要污染源為分布在大連灣的市政排污口D13、D36、D43、D51,主要是因?yàn)椴糠稚钗鬯唇?jīng)處理直接排海造成的。
4 對(duì)策
針對(duì)遼寧省主要入海直排口污染現(xiàn)狀,提出以下幾點(diǎn)建議:一是對(duì)超標(biāo)的污染物和污染源應(yīng)加大監(jiān)測(cè)頻次;二是加大對(duì)重點(diǎn)直排源的環(huán)境監(jiān)察力度,超標(biāo)排放污染物的企業(yè)進(jìn)行嚴(yán)厲處罰;三是對(duì)重點(diǎn)污染源安裝在線監(jiān)控設(shè)備,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控;四是對(duì)近岸海域直排口進(jìn)行拉網(wǎng)式清查,打好基礎(chǔ)對(duì)上游企業(yè)嚴(yán)格監(jiān)管;五是制定和完善流域環(huán)境保護(hù)和污染防治法律法規(guī)和規(guī)劃,降低直排海污染源污染排放強(qiáng)度。
參考文獻(xiàn)
[1]嚴(yán)登華,何巖,王浩,等.遼寧近岸海域水質(zhì)演化及對(duì)近海陸域生態(tài)水文格局的響應(yīng)[J].海洋通報(bào),2004,23(3):54-60.
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【關(guān)鍵詞】二次能源;生物質(zhì)能;開發(fā)戰(zhàn)略
1 生物質(zhì)能源的應(yīng)用現(xiàn)狀
目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)生物質(zhì)能發(fā)展主要集中在尋找生物質(zhì)資源、研發(fā)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)、探討生物質(zhì)能的生態(tài)環(huán)境效益3個(gè)方面,生物能技術(shù)主要應(yīng)用于生物乙醇燃料、生物質(zhì)氣體燃料、生物制氫、生物柴油四方面。
1.1 生物乙醇燃料
生物乙醇研究的重點(diǎn)主要集中于能源轉(zhuǎn)化效率和溫室氣體排放兩個(gè)方面。 以秸稈為原料生產(chǎn)燃料酒精的工藝中存在若干亟待解決的技術(shù)難題, 纖維素酶的生產(chǎn)是其中難點(diǎn)之一。目前提倡固體發(fā)醇, 但固體發(fā)酵不可能像液體發(fā)酵那樣隨著規(guī)模的擴(kuò)大而大幅度下降成本。故從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展角度來(lái)看, 應(yīng)選用液體發(fā)酵技術(shù)[1]。
1.2 生物質(zhì)氣體燃料
生物質(zhì)氣化技術(shù)是一種熱化學(xué)處理技術(shù),通過(guò)氣化爐將固態(tài)生物質(zhì)轉(zhuǎn)換為使用方便而且清潔的可燃?xì)怏w,用作燃料或生產(chǎn)動(dòng)力。
德國(guó)沼氣工程普遍采用產(chǎn)氣率高專用的青貯玉米作為主要發(fā)酵原料,產(chǎn)氣率是雞糞的2.5倍,豬糞的3.4倍,牛糞4.5倍。[2]
我國(guó)生物燃料可持續(xù)發(fā)展的外部機(jī)遇較好,內(nèi)部因素中環(huán)保指標(biāo)及可再生性優(yōu)勢(shì)明顯,所以要依靠?jī)?nèi)部?jī)?yōu)勢(shì)抓住外部發(fā)展機(jī)遇在最優(yōu)SWOT戰(zhàn)略組合選擇上,應(yīng)側(cè)重SO戰(zhàn)略( 即增長(zhǎng)型戰(zhàn)略),同時(shí)兼顧ST戰(zhàn)略( 即特色經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略),突出生物燃料的特色,努力打造我國(guó)生物燃料種植生產(chǎn)和銷售的產(chǎn)業(yè)集群。
1.3 生物制氫
生物制氫過(guò)程可以在常溫常壓下進(jìn)行, 且不需要消耗很多能量。生物制氫過(guò)程不僅對(duì)環(huán)境友好, 而且開辟了一條利用可再生資源的新道路。此外, 生物制氫過(guò)程可以和廢物回收利用過(guò)程耦合。
生物制氫過(guò)程可以分為 5 類:
1)利用藻類或者青藍(lán)菌的生物光解水法;
2)有 機(jī) 化 合 物 的 光 合 細(xì) 菌 ( P SB ) 光 分解法;
3)有機(jī)化合物的發(fā)酵制氫;
4)光合細(xì)菌和發(fā)酵細(xì)菌的耦合法;
5)酶法制氫。[3]
1.4 生物柴油
所謂生物柴油,是指利用各類動(dòng)植物油脂為原料,與甲醇或乙醇等醇類物質(zhì)經(jīng)過(guò)交脂化反應(yīng)改性,使其最終變成可供內(nèi)燃機(jī)使用的一種燃料。生物柴油來(lái)自于植物油 ( 玉米、棉籽、海甘藍(lán)、花生、油菜籽、大豆、向日葵) 或動(dòng)物脂肪。
生物柴油的主要優(yōu)點(diǎn)在于其環(huán)境友好性, 大氣污染小, 尤其是硫含量低, 是一種優(yōu)良的清潔可再生燃料。
生物柴油的制造方法有以下 4 種:
(1)直接使用和混合;(2)微乳法;(3)熱解;(4)酯交換。[4]
生物柴油的生產(chǎn)在技術(shù)上已經(jīng)基本成熟, 主要生產(chǎn)工藝分為化學(xué)法、生物酶法和超臨界法化。生物柴油生產(chǎn)的主要問(wèn)題是成本高, 制備成本的 75 % 是原料成本。降低成本是生物柴油能否實(shí)用化的關(guān)鍵, 目前仍處于試驗(yàn)研究及小規(guī)模生產(chǎn)與應(yīng)用階段。
1.5 其他典型技術(shù)的例子
奶牛-沼氣-牧草0循環(huán)型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式, 即: 奶牛場(chǎng)排出的糞水經(jīng)沼氣池發(fā)酵, 產(chǎn)生的沼氣用于牧場(chǎng)鍋爐燃燒, 沼液、 沼渣用于澆灌狼尾草草地, 收獲的牧草為奶牛提供青飼料。以期通過(guò)該循環(huán)利用模式, 增強(qiáng)系統(tǒng)的自凈化能力, 實(shí)現(xiàn)資源的高效、 持續(xù)利用[5]。
DPSIR模型是由歐洲環(huán)境局( EEA) 提出的,內(nèi)容涵蓋資源 環(huán)境與經(jīng)濟(jì)社會(huì)等多個(gè)領(lǐng)域,可以較為準(zhǔn)確地描述系統(tǒng)的復(fù)雜性和相互之間的因果關(guān)系,廣泛用于資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià) 城市化與資源環(huán)境相互關(guān)系分析水資源承載力評(píng)價(jià)等研究中,其科學(xué)性、應(yīng)用性已得到學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)可[6]。
在能值理論的這一特點(diǎn),Brown和Ulgiati 提出了能值可持續(xù)指標(biāo)ESI,將其定義為系統(tǒng)能值產(chǎn)出率與環(huán)境負(fù)載率之比[7]。
生物質(zhì)直燃發(fā)電作為 CDM 項(xiàng)目, 引入發(fā)達(dá)國(guó)家資金和關(guān)鍵技術(shù),不僅可有效增大系統(tǒng)的能值產(chǎn)出率,降低環(huán)境負(fù)荷,使生物質(zhì)直燃發(fā)電系統(tǒng)更具有競(jìng)爭(zhēng)力,還能使系統(tǒng)能值可持續(xù)指標(biāo)提高,使之富有活力和發(fā)展?jié)摿?,可維持較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的可持續(xù)發(fā)展[8]。
2 面向未來(lái)的生物能源開發(fā)戰(zhàn)略
2.1 可持續(xù)發(fā)展
實(shí)行清潔生產(chǎn), 實(shí)現(xiàn)綜合利用、循環(huán)利用、盡量減少排放和能耗; 將能源開發(fā)與廢物處理結(jié)合起來(lái), 在整體、協(xié)調(diào)、再生、循環(huán)的前提下合理建設(shè)以生物能源為紐帶的生態(tài)產(chǎn)業(yè)園, 如沼氣工程。
2.2 因地制宜
開發(fā)生物能源一定要因地制宜, 不可盲目上馬。除了上述的 3 種有前景的生物能源產(chǎn)品, 沼氣、生物質(zhì)氣化技 術(shù)等都值得好好推廣應(yīng)用。
2.3 前瞻性
開發(fā)中國(guó)的生物能源需要做到以下的政策和軟件支持:(1)加大宣傳。有必要通過(guò)輿論宣傳加強(qiáng)人們對(duì)生物能源的認(rèn)識(shí)。(2)加大政府投資和扶持。在新的生物能源初始商業(yè)化階段要進(jìn)行減免稅等優(yōu)惠政策。(3)借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn), 充分調(diào)動(dòng)地方和工業(yè)界的積極性。(4)加強(qiáng)高校對(duì)于生物能源的教育及研究。[9]
2.4 以生物質(zhì)能高效利用為核心構(gòu)建農(nóng)村循環(huán)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)
(1)對(duì)農(nóng)林生物質(zhì)能開發(fā)利用應(yīng)充分考慮資源的有限性和利用方式的平衡。
(2)堅(jiān)持以沼氣為主以太陽(yáng)能和風(fēng)能等新能源綜合利用系統(tǒng)構(gòu)建能滿足農(nóng)村基本用能需求的供應(yīng)體系。
(3)高度關(guān)注農(nóng)村能源加大政策扶持力度。
(4)創(chuàng)新機(jī)制推動(dòng)農(nóng)村新能源市場(chǎng)發(fā)展。
(5)創(chuàng)建示范工程為生物質(zhì)資源有效利用不斷探索新的途徑。[10]
3 結(jié)語(yǔ)
開發(fā)利用生物質(zhì)能, 既是我國(guó)緩解能源供需矛盾的戰(zhàn)略措施, 保證社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的重要任務(wù)。隨著國(guó)際原油價(jià)格的持續(xù)攀升和資源的日漸趨緊, 石油供給壓力增大, 生物能源產(chǎn)業(yè)、生物質(zhì)材料產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保意義日漸顯現(xiàn), 生物質(zhì)能源在不遠(yuǎn)的將來(lái)一定會(huì)得到大力推廣。
【參考文獻(xiàn)】
[1]王建楠,胡志超,彭寶良,王海鷗,曹士峰.我國(guó)生物質(zhì)氣化技術(shù)概況與發(fā)展[J].農(nóng)機(jī)化研究,2010,1.
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[8]羅玉和,丁力行.生物質(zhì)直燃發(fā)電 CDM 項(xiàng)目可持續(xù)性的能值評(píng)價(jià)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2009,12.
關(guān)鍵詞: 燃料乙醇 新能源 經(jīng)濟(jì)效益
目前,全球氣候逐漸變暖,煤、石油、天然氣等化石能源日漸消耗,從而引發(fā)了世界對(duì)可再生并對(duì)環(huán)境污染少的新型能源的深刻思考。諸如中國(guó)、巴西、美國(guó)、加拿大等國(guó)正在積極開發(fā)和利用生物質(zhì)燃料乙醇。但如果一直采用大量糧食生產(chǎn)燃料乙醇,必然會(huì)造成人類缺糧、缺地等生活隱患,所以走“非糧”路線必然是正確道路。再者地球纖維素的貯量豐富,其能量來(lái)自太陽(yáng),取之不盡,用之不竭。
一、國(guó)內(nèi)外燃料乙醇的發(fā)展現(xiàn)狀
目前,隨著石油價(jià)格的飛漲,環(huán)境污染與能源短缺問(wèn)題日漸突出,化石能源日益枯竭,燃料乙醇便應(yīng)運(yùn)而生,并逐漸形成了一個(gè)產(chǎn)業(yè),一些農(nóng)產(chǎn)品豐富的國(guó)家正大力發(fā)展燃料乙醇的供應(yīng)市場(chǎng)。巴西早在1981年就頒布法令規(guī)定全國(guó)銷售的汽油必須添加燃料乙醇,成為世界上唯一不用純汽油作為汽車燃料的國(guó)家。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,巴西用占全國(guó)面積1.5%的國(guó)土面積,解決了全國(guó)超過(guò)一半的非柴油車用燃料的供應(yīng)。美國(guó)自1992年起就開始推廣燃料乙醇汽油,目前已經(jīng)成為燃料乙醇年產(chǎn)量最大的國(guó)家,年產(chǎn)近4000萬(wàn)噸。加拿大從1981年起在汽油中添加乙醇,到2003年,加聯(lián)邦政府宣布實(shí)施加拿大燃料乙醇的生產(chǎn)和利用,并撥巨款直接用于魁省等4個(gè)省的燃料乙醇商業(yè)化項(xiàng)目。歐盟每年約生產(chǎn)176萬(wàn)噸酒精。1997年只有5.6%用于燃料。1994年歐盟通過(guò)決議,給生物燃料生產(chǎn)工廠予以免稅。并在2010年使燃料乙醇的比例達(dá)到12%。因此一些后續(xù)的國(guó)家如荷蘭、瑞典和西班牙也出臺(tái)了生物燃料計(jì)劃。泰國(guó)是亞洲第一個(gè)由政府開展全國(guó)生物燃料項(xiàng)目的國(guó)家。在短短的幾年時(shí)間內(nèi),泰國(guó)成功地開展了燃料乙醇項(xiàng)目。這些項(xiàng)目提供了利用過(guò)剩的食用農(nóng)產(chǎn)品的途徑,對(duì)提高泰國(guó)農(nóng)村幾百萬(wàn)農(nóng)民的生活水平起到了積極作用。印度是僅次于中國(guó)的亞洲第二大乙醇生產(chǎn)國(guó),設(shè)計(jì)的年生產(chǎn)能力約為200萬(wàn)噸,并準(zhǔn)備效法巴西推出“乙醇汽油計(jì)劃”。
我國(guó)是繼巴西、美國(guó)之后全球第三大生物燃料乙醇生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)。受化石能源枯竭和環(huán)境保護(hù)雙重壓力的影響,中國(guó)生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展再一次被提到戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的位置上來(lái),尤其是在我國(guó)已經(jīng)形成了初步規(guī)模的燃料乙醇產(chǎn)業(yè),更是受到格外關(guān)注。我國(guó)燃料乙醇市場(chǎng)格局是2002年形成的,2006年以后的幾年時(shí)間里,燃料乙醇已經(jīng)在國(guó)內(nèi)更多地區(qū)推廣。到2010年底,燃料乙醇消費(fèi)量占全國(guó)汽油消費(fèi)量的比例,已經(jīng)由過(guò)去不足20%上升到50%以上。同時(shí)我國(guó)也將采取各種措施來(lái)增加燃料乙醇的產(chǎn)量??梢姡剂弦掖夹袠I(yè)發(fā)展前景光明,具有相當(dāng)?shù)耐顿Y潛力。
二、燃料乙醇的概述
1.燃料乙醇的含義
乙醇俗稱酒精,它以玉米、小麥、薯類、甜高粱等為原料,經(jīng)發(fā)酵、蒸餾而制成。將乙醇進(jìn)一步脫水再加上適量汽油后形成變性燃料乙醇。燃料乙醇中的無(wú)水乙醇體積濃度一般都達(dá)到99.5%以上,它是燃燒清潔的高辛烷值燃料,是可再生能源。主要是以雅津甜高粱加工而成。
燃料乙醇再添加變性后,與無(wú)鉛汽油按一定比例混配成的乙醇汽油,是一種新型綠色環(huán)保型燃料。當(dāng)乙醇混配比例在25%以內(nèi)時(shí),燃料可保持其原有動(dòng)力性。它可以有效改善油品的性能和質(zhì)量,降低一氧化碳、碳?xì)浠衔锏戎饕廴疚锏呐欧?。它不影響汽車的行駛性能,還可以減少有害氣體的排放量。更重要的是,乙醇是太陽(yáng)能的一種表現(xiàn)形式,在整個(gè)自然界大系統(tǒng)中,乙醇的生產(chǎn)和消費(fèi)過(guò)程可形成無(wú)污染的閉路循環(huán)。
2.燃料乙醇的使用方法
乙醇既是一種化工基本原料,又是一種新能源。盡管目前已經(jīng)有著廣泛的用途,但仍是傳統(tǒng)觀念的市場(chǎng)范圍。其現(xiàn)在的使用方法主要有兩種:一種以乙醇為汽油的“含氧添加劑”,這也是美國(guó)使用燃料乙醇的基本方法;二是用乙醇代替汽油,這是巴西較普遍采用的方法。未來(lái)乙醇作為基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)方向?qū)⒅饕w現(xiàn)在三個(gè)方面:一是車用燃料,主要是乙醇汽油和乙醇柴油。這就是我們傳統(tǒng)所說(shuō)的燃料乙醇市場(chǎng),也是近期的(10年內(nèi))容量相對(duì)于以后較小的市場(chǎng)(在我國(guó)約1000萬(wàn)噸/年)。二是作為燃料電池的燃料。在低溫燃料電池諸如手機(jī)、筆記本電腦,以及新一代燃料電池汽車等可移動(dòng)電源領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景,這是乙醇的中期市場(chǎng)(10―20年內(nèi))。乙醇目前已被確定為安全、方便、較為實(shí)用理想的燃料電池燃料。乙醇將擁有新型電池燃料30―40%的市場(chǎng)。市場(chǎng)容量至少是近期市場(chǎng)的5倍以上(主要是纖維原料乙醇);三是乙醇將成為支撐現(xiàn)在以乙烯為原料的石化工業(yè)的基礎(chǔ)原料。在未來(lái)二十年左右的時(shí)間內(nèi),由于石油資源的日趨緊張,再加上纖維質(zhì)原料乙醇生產(chǎn)的大規(guī)模工業(yè)化,成本相對(duì)于石油原料已具可競(jìng)爭(zhēng)性,乙醇將順理成章地進(jìn)入石化基礎(chǔ)原料領(lǐng)域(如乙烯原料市場(chǎng)),很可能將最終取而代之。如果要做一個(gè)形象而夸張的比喻的話,二十世紀(jì)后半葉國(guó)際石油大亨的形象將在二十一世紀(jì)中葉為“酒精考驗(yàn)”的乙醇大亨所替代。
3.燃料乙醇的特點(diǎn)
(1)可作為新的燃料替代品。
乙醇作為新的燃料替代品,可直接作為液體燃料,也可用于生產(chǎn)生物質(zhì)燃料乙醇的主要原料來(lái)源或者同汽油混合使用,減少對(duì)不可再生能源――石油的依賴,保障國(guó)家能源的安全。
(2)辛烷值高,抗爆性能好。
作為汽油添加劑,可提高汽油的辛烷值。通常車用汽油的辛烷值一般要求為90、93或97,乙醇的辛烷值可達(dá)到111,所以向汽油中加入燃料乙醇可大大提高汽油的辛烷值,且乙醇對(duì)烷烴類汽油組分(烷基化油、輕石腦油)辛烷值調(diào)合效應(yīng)好于烯烴類汽油組分(催化裂化汽油)和芳烴類汽油組分(催化重整汽油),添加乙醇還可以較為有效地提高汽油的抗爆性。
(3)減少礦物燃料的應(yīng)用,以及對(duì)大氣的污染。
乙醇的氧含量高達(dá)34.7%,乙醇可以按較甲基叔丁基醚(MTBE)更少的添加量加入汽油中。汽油中添加7.7%乙醇,氧含量達(dá)到2.7%;如添加10%乙醇,氧含量可以達(dá)到3.5%。所以加入乙醇可幫助汽油完全燃燒,以減少對(duì)大氣的污染。使用燃料乙醇取代四乙基鉛作為汽油添加劑,可消除空氣中鉛的污染;取代MTBE,可避免對(duì)地下水和空氣的污染。另外,除了提高汽油的辛烷值和含氧量,使用乙醇汽油可以有效降低汽車尾氣對(duì)環(huán)境的污染,降低碳?xì)浠衔锖偷难趸锏呐欧帕俊?/p>
(4)可再生能源。
若采用雅津甜高粱、小麥、玉米、稻谷殼、薯類、甘蔗、糖蜜等生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)乙醇,其燃燒所排放的CO2和作為原料的生物源生長(zhǎng)所消耗的CO2,在數(shù)量上基本持平。這對(duì)減少大氣污染及抑制溫室效應(yīng)意義重大。
三、燃料乙醇的生產(chǎn)工藝
目前,燃料乙醇的生產(chǎn)方法有合成法和生物法兩種。由于近年來(lái)原油資源短缺及乙烯價(jià)格上升,所以合成法逐漸被生物法所取代。
生物法生產(chǎn)燃料乙醇大部分是以甘蔗、玉米、薯類和植物秸稈等農(nóng)產(chǎn)品或農(nóng)林廢棄物為原料經(jīng)酶解糖化發(fā)酵制造的,其生產(chǎn)工藝有酶解法、酸水解法及一步酶法等。其生產(chǎn)工藝與食用乙醇的生產(chǎn)工藝基本相同,有所不同的是需要增加濃縮脫水后處理工藝,使乙醇的含量達(dá)到99.5%以上。脫水后制成的燃料乙醇再加入少量的變性劑就成為變性燃料乙醇,與汽油按一定比例調(diào)和就成為車用乙醇汽油。合成法是用纖維素、半纖維素、木素及其它生物體有機(jī)物,經(jīng)過(guò)熱解合成氣(H2,CO),化學(xué)或酶催化或微生物發(fā)酵而合成乙醇。
在某些方面,化學(xué)法好比西藥,強(qiáng)烈、見效快,生物法好比中藥,溫和、見效慢。兩種方法“各有千秋”,其制約因素是成本和高效、廉價(jià)催化劑、酶和合適微生物的開發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)。生物法具有選擇性、活性好、反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點(diǎn),但原料利用率低、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、產(chǎn)物濃度低及酶、微生物活性易受影響且纖維素降解和單糖轉(zhuǎn)化所需酶、微生物適用于不同反應(yīng)條件,不能很好耦合。而化學(xué)法具有原料利用率高、反應(yīng)時(shí)間短、催化劑構(gòu)成簡(jiǎn)單、沒(méi)有嚴(yán)格反應(yīng)條件限制等優(yōu)點(diǎn),但為高溫、高壓過(guò)程,對(duì)設(shè)備要求高。
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四、燃料乙醇的經(jīng)濟(jì)效益
生物質(zhì)直接燃燒熱效率很低,只有10%左右,而將它們轉(zhuǎn)化成氣體或液體燃料(甲烷、氫氣、乙醇、丁醇、柴油等)熱效率可達(dá)30%以上,緩解了人類面臨的資源、能源、環(huán)境等一系列問(wèn)題。其次,乙醇燃燒值僅為汽油2/3,但分子中含氧,用作汽油添加劑抗暴性能好、低排放,可提高其辛烷值2―3倍,還能使汽車動(dòng)力性能增加等。
據(jù)推算,平均每3.3噸玉米可生產(chǎn)1噸燃料乙醇,而且生產(chǎn)只是利用玉米種的淀粉,玉米種的其他部分仍可綜合利用。如生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的藥用添加劑、食品添加劑、專用飼料和農(nóng)業(yè)復(fù)合肥等產(chǎn)品,由此可見燃料乙醇的生產(chǎn)成本比較低。巴西以甘蔗為原料生產(chǎn)燃料乙醇,成本價(jià)為每升0.2美元。美國(guó)以玉米為原料生產(chǎn)燃料乙醇,成本價(jià)為每升0.33美元。而且如谷物莖稈、稻草和木屑等廢料也可用來(lái)生產(chǎn)燃料乙醇,這樣就大大降低了燃料乙醇的生產(chǎn)成本。
除此之外,燃料乙醇還有一些明顯的關(guān)聯(lián)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。一方面,燃料乙醇有巨大的環(huán)保效應(yīng),這可以大大降低城市處理空氣污染的費(fèi)用。另一方面,對(duì)于石化行業(yè)發(fā)展來(lái)說(shuō),燃料乙醇具有巨大的需求又是十分有利的。燃料乙醇的辛烷值是非常高的,可以提高油品質(zhì)量和辛烷值。
五、燃料乙醇的發(fā)展前景和展望
燃料乙醇的生產(chǎn)正在由傳統(tǒng)的糧食釀造向生物加工過(guò)渡,所以它的發(fā)展前景是十分廣闊的。美國(guó)能源部資助用生物質(zhì)廢料生產(chǎn)燃料乙醇的技術(shù)開發(fā),美國(guó)每年生產(chǎn)約2.8×108T的生物質(zhì)廢料。如谷物莖稈、稻草和木屑等,開發(fā)將生物質(zhì)廢料轉(zhuǎn)化為乙醇是生物質(zhì)制乙醇工業(yè)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵,美國(guó)Novozymes公司和NREL合作研發(fā)了將生物質(zhì)(如玉米秸稈)中的纖維素轉(zhuǎn)化成葡萄糖,再發(fā)酵成燃料乙醇,這大大降低了燃料乙醇的生產(chǎn)成本。加拿大IOGEN公司與加拿大石油公司合作投產(chǎn)了世界上最大的,也是迄今唯一的用纖維素廢料生產(chǎn)乙醇的裝置,每年可將12000―15000T小麥等其他谷物莖稈轉(zhuǎn)化為3×106―4×106T燃料乙醇。這也將燃料乙醇的生產(chǎn)成本價(jià)降到了1.1美元/加侖,預(yù)計(jì)未來(lái)可減少到90美分/加侖。
我國(guó)由天冠集團(tuán)和山東大學(xué)聯(lián)合攻關(guān)的纖維素酶科項(xiàng)目中試發(fā)酵試驗(yàn)表明,酶活力及生產(chǎn)成本達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。該項(xiàng)目利用酶解法生產(chǎn)纖維素乙醇,具有反應(yīng)條件溫和、環(huán)境污染小、裝置簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。采用當(dāng)今流行的液體深層通風(fēng)發(fā)酵培養(yǎng),通過(guò)誘發(fā)育種和基因工程等方法,從提高酶活性降低生產(chǎn)成本著手,利用經(jīng)濟(jì)實(shí)用的秸稈類物質(zhì)作原料,使酶的發(fā)酵水平顯著提高,可望經(jīng)過(guò)后續(xù)處理進(jìn)行規(guī)?;a(chǎn)。
燃料乙醇作為一種新型清潔燃料,是目前世界上可再生能源的發(fā)展重點(diǎn),符合中國(guó)能源替代戰(zhàn)略和可再生能源發(fā)展方向,技術(shù)上成熟安全可靠,在中國(guó)完全適用,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,成為普通汽油與柴油的替代品。燃料乙醇作為推動(dòng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè),必須依靠科技進(jìn)步。在吸收國(guó)外成果和經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)上,加強(qiáng)燃料乙醇生產(chǎn)新技術(shù)研究、開發(fā)和副產(chǎn)物深度加工研究工作。
近年來(lái),石油等礦物質(zhì)日漸枯竭,油價(jià)進(jìn)一步上漲,使燃料乙醇發(fā)展更重要,而且使燃料乙醇的價(jià)格有一定的上升空間。隨著石油等礦物質(zhì)的枯竭與油價(jià)的大幅上升,以乙醇等能代替礦物質(zhì)能源的新型能源供應(yīng)多元化戰(zhàn)略已成為國(guó)家能源政治的一個(gè)方向。
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[關(guān)鍵詞]生物質(zhì)鍋爐;生物質(zhì)能;發(fā)電技術(shù)
中圖分類號(hào):TM619 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-914X(2014)29-0256-01
一、農(nóng)林生物質(zhì)資源和發(fā)展前景
1.農(nóng)業(yè)資源構(gòu)成:農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源是指農(nóng)業(yè)作物(包括能源植物),主要有以下兩個(gè)部分構(gòu)成:農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的廢棄物,如農(nóng)作物秸稈(玉米秸?高粱秸?麥秸?豆秸?棉稈和稻草等);農(nóng)業(yè)加工業(yè)的廢棄物,如稻殼、玉米芯、甘蔗渣、花生殼等。
2.林業(yè)資源的構(gòu)成:林業(yè)生物質(zhì)資源包括森林生長(zhǎng)和林業(yè)生產(chǎn)加工資源中所提供的能源,主要有以下三個(gè)部分構(gòu)成:碳薪林、在森林撫育和間伐過(guò)程中的零散木材、殘留的樹枝、樹葉和木屑等;木材采運(yùn)和加工過(guò)程中的枝丫、鋸末、木屑等;林業(yè)副產(chǎn)品的廢棄物(如果殼和果核等)。
3.生物質(zhì)發(fā)展前景:由于生物質(zhì)通過(guò)氣化、液化、固化可以轉(zhuǎn)化為二次能源,分別為熱量或電力、固體燃料(木炭或成型燃料)、液體燃料(生物柴油、生物原油、甲醇、乙醇和植物油等)和氣體燃料(氫氣、生物質(zhì)燃?xì)夂驼託獾龋?。生物質(zhì)壓縮成型替代煤是利用木質(zhì)素充當(dāng)黏合劑將農(nóng)業(yè)和林業(yè)生產(chǎn)中的廢棄物壓縮為成型燃料,提高其能源密度,是生物質(zhì)預(yù)處理的一種方式。將松散的秸稈、樹枝和木屑等農(nóng)林廢棄物擠壓成固體燃料,能源密度相當(dāng)于中等煙煤,可明顯改善燃燒特性。在該領(lǐng)域中我國(guó)已擁有世界領(lǐng)先技術(shù),為大規(guī)模燃燒利用生物質(zhì)打下基礎(chǔ)。
二、我國(guó)生物質(zhì)發(fā)電的發(fā)展趨勢(shì)
1.政府對(duì)生物質(zhì)發(fā)電的重視性:由于生物質(zhì)發(fā)電與煤電、水電等存在價(jià)格上的劣勢(shì),缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,政府采取電價(jià)補(bǔ)貼政策支持生物質(zhì)發(fā)電的發(fā)展。生物質(zhì)發(fā)電廠上網(wǎng)電價(jià)為脫硫燃煤機(jī)組標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)加0.25元/kW?h補(bǔ)貼電價(jià)。發(fā)電消耗熱量中常規(guī)能源超過(guò)20%的混燃發(fā)電項(xiàng)目不享受補(bǔ)貼電價(jià)。此外,生物質(zhì)發(fā)電可享受收入減計(jì)10%的所得稅優(yōu)惠,秸稈生物質(zhì)發(fā)電享受增值稅即征即退政策。
2.我國(guó)發(fā)展生物質(zhì)發(fā)電的一大動(dòng)力是要通過(guò)發(fā)電避免農(nóng)民焚燒秸稈引起污染等社會(huì)問(wèn)題,另一方面又要通過(guò)發(fā)電扶助農(nóng)民。隨著生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目的增多,原料收購(gòu)價(jià)格還在上升,虧損迫使部分生物質(zhì)發(fā)電廠停產(chǎn),因此國(guó)家在稅收等政策上進(jìn)一步加大扶持力度就顯得非常重要。
3.截至2011年底,國(guó)內(nèi)各級(jí)政府核準(zhǔn)的生物質(zhì)能發(fā)電項(xiàng)目累計(jì)超過(guò)了170個(gè),投資總額超過(guò)600億元。可再生能源“十二五”規(guī)劃明確提出,到2015年國(guó)內(nèi)生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)規(guī)模不低于1300萬(wàn)千瓦。國(guó)家在相關(guān)行業(yè)政策上給予了一系列的優(yōu)惠,隨著產(chǎn)業(yè)政策的逐步完善,生物質(zhì)能發(fā)電將進(jìn)入快速發(fā)展期。
4.就國(guó)內(nèi)生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看,技術(shù)引進(jìn)和自主開發(fā)已經(jīng)成為中國(guó)生物質(zhì)發(fā)電的主旋律。但是要清楚地認(rèn)識(shí)到努力走自主開發(fā)之路才是最終出路,而且不斷完善的國(guó)產(chǎn)技術(shù)將最終主導(dǎo)中國(guó)市場(chǎng)。配套輔助系統(tǒng)的開發(fā)、成熟和完善是生物質(zhì)發(fā)電事業(yè)不斷發(fā)展關(guān)鍵。而國(guó)內(nèi)相關(guān)系統(tǒng),比如收集、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、預(yù)處理和給料系統(tǒng)等,都存在一定問(wèn)題。這些系統(tǒng)的完善成熟與否將決定著中國(guó)生物質(zhì)發(fā)電事業(yè)的發(fā)展方向。
三、現(xiàn)階段我國(guó)的生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)
農(nóng)作物秸稈發(fā)電在發(fā)達(dá)國(guó)家己受到廣泛重視,在奧地利、丹麥、芬蘭、法國(guó)、挪威、瑞典、美國(guó)、加拿大等國(guó)。目前我國(guó)秸稈發(fā)電主要工藝分三類:秸稈鍋爐直接燃燒發(fā)電、秸稈~煤混合燃燒發(fā)電和生物質(zhì)氣化發(fā)電。
1.生物質(zhì)鍋爐直接燃燒發(fā)電
根據(jù)生物質(zhì)燃料性質(zhì)可分為兩類:一是歐美國(guó)家針對(duì)木質(zhì)生物質(zhì)燃料的燃燒技術(shù)。我國(guó)早期的蔗渣爐和稻殼爐屬于這類。另一類是秸稈燃燒技術(shù),我國(guó)生物質(zhì)資源以秸稈為主體,因此國(guó)內(nèi)生物質(zhì)燃燒技術(shù)的研究主要集中在秸稈燃燒技術(shù)上。國(guó)內(nèi)鍋爐廠家根據(jù)我國(guó)生物質(zhì)發(fā)電實(shí)際情況對(duì)引進(jìn)的丹麥技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)后制造生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)自主開發(fā)了燃料預(yù)處理系統(tǒng)、給料系統(tǒng)以及排渣系統(tǒng)。多家國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)和鍋爐生產(chǎn)廠家研制了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的流化床鍋爐,技術(shù)比較成熟。
2. 生物質(zhì)、煤混合燃燒發(fā)電
混合燃料發(fā)電方式主要有兩種。一種是生物質(zhì)直接與煤混合后投入燃燒,該方式對(duì)于燃料處理和燃燒設(shè)備要求較高;一種是生物質(zhì)氣化產(chǎn)生的燃?xì)馀c煤混合燃燒,產(chǎn)生的蒸汽一同送入汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組?;旌先剂习l(fā)電主要也是引進(jìn)丹麥技術(shù)加以改造。我國(guó)南方利用甘蔗渣摻燒發(fā)電早有先例。僅需對(duì)現(xiàn)有煤炭發(fā)電廠鍋爐爐膛稍加改造,再增加輸料和袋式除塵裝置即可。直接在傳統(tǒng)燃煤鍋爐中混燃小于總熱值20%的生物質(zhì),技術(shù)上已基本成熟。
3.生物質(zhì)氣化發(fā)電
在生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的分類上,由于其燃?xì)猱a(chǎn)生的機(jī)理不同而將其分為反應(yīng)性氣化與熱解氣化。在反應(yīng)性氣化上,大多又分為水蒸氣氣化、等離子氣化等方式。在實(shí)際的運(yùn)用當(dāng)中,我們又通常根據(jù)發(fā)電需求的不同而分為大型的流化床氣化和相對(duì)較小的固定床氣化兩種。下面將分別對(duì)流化床氣化和固定床氣化以及水蒸氣氣化和等離子氣化作出說(shuō)明。
①流化床氣化發(fā)電:大型的發(fā)電裝置一般采用流化床氣化系統(tǒng),因?yàn)榱骰矚饣谑褂玫倪^(guò)程中氣化的能力大,而且其轉(zhuǎn)化效率非常高,在需求電量比較大的情況下,采取并聯(lián)方式將發(fā)電機(jī)連接起來(lái),其實(shí)際工作將能很好的滿足。同時(shí),在發(fā)電過(guò)程中,我們也需建立相對(duì)應(yīng)的凈化系統(tǒng)和安全系統(tǒng)等。
②固定床氣化發(fā)電:作為傳統(tǒng)的氣化方式,固定床氣化通常有兩種模式:上吸式固定床氣化和下吸式固定床氣化。它們兩種方式的運(yùn)行流程基本相同,只是在氣化介質(zhì)的流動(dòng)方向以及加料的位置上有所不同。
③水蒸氣氣化:水蒸汽氣化就是首先將生物質(zhì)粉碎后投入到氣化室,然后將蒸汽也注入其中,在高溫的條件下,多種混合物進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),最后產(chǎn)生可燃性的混合氣體,再送入內(nèi)燃機(jī)等發(fā)電設(shè)備中。這中氣化方式在反應(yīng)容器上有著特別的要求,尤其是在氣化爐中,其控制的溫度、壓力等因素都非常重要。
④等離子氣化:等離子氣化即采用等離子技術(shù),把生物質(zhì)原料加入到等離子氣化室中,使得他們?cè)诔叩臏囟认職饣?,在這種環(huán)境下,碳的轉(zhuǎn)化率非常之高,氣化得到的氣體經(jīng)過(guò)一定的凈化設(shè)備和過(guò)濾設(shè)備,就能通入到相應(yīng)的發(fā)電設(shè)備之中,從而得到我們需要的電能。
結(jié)語(yǔ):生物質(zhì)能源在未來(lái)將成為可持續(xù)能源重要部分。我國(guó)幅員遼闊,但化石能源資源有限,生物質(zhì)資源豐富,發(fā)展生物質(zhì)能源具有重要的戰(zhàn)略意義和現(xiàn)實(shí)意義。合理開發(fā)生物質(zhì)能源將涉及農(nóng)村發(fā)展、能源開發(fā)、環(huán)境保護(hù)、資源保護(hù)、國(guó)家安全和生態(tài)平衡等諸多利益。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和城鄉(xiāng)人民生活水平的不斷提高,既有經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益,又能保護(hù)環(huán)境的生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的利用前景將會(huì)越來(lái)越廣闊。
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一、多能互補(bǔ)的必要性
數(shù)據(jù)顯示,我國(guó)60%左右農(nóng)村人口仍然靠傳統(tǒng)的秸桿和薪材等解決能源問(wèn)題。全國(guó)農(nóng)村每年直接消耗的各種能源相當(dāng)于5.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,占全國(guó)總能耗的一半左右。發(fā)展新能源已成為改變農(nóng)村能源使用結(jié)構(gòu),減少環(huán)境污染以及促進(jìn)農(nóng)村社會(huì)和諧發(fā)展的重要手段。然而,農(nóng)村新能源到底該向何發(fā)展,發(fā)展中要解決哪些問(wèn)題?
農(nóng)村新能源主要包括沼氣、太陽(yáng)能、風(fēng)力發(fā)電、微小水電、生物質(zhì)能這幾個(gè)方面。現(xiàn)階段農(nóng)村能源應(yīng)該多種形式并存,不同的地區(qū)應(yīng)根據(jù)自身的特點(diǎn),確定適合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展水平的發(fā)展方向和發(fā)展重點(diǎn)。
在談到農(nóng)村新能源利用時(shí),國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心研究員周宏春教授提出了“四位一體”和“五配套”的概念?!八奈灰惑w”,就是以太陽(yáng)能為動(dòng)力,以沼氣為紐帶,將種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)結(jié)合起來(lái),在全封閉條件下將沼氣池、豬禽舍、廁所和日光溫室等一體化。
“這樣既解決農(nóng)村的能源供應(yīng),改善農(nóng)民衛(wèi)生和生活環(huán)境,又可以減少農(nóng)作物和蔬菜生長(zhǎng)中農(nóng)藥化肥的使用量,提高食品品質(zhì)和食品安全?!薄拔迮涮住蹦J?,是建一個(gè)沼氣池、一個(gè)果園、一個(gè)暖圈、一個(gè)蓄水窖和一個(gè)看營(yíng)房,實(shí)行人廁、沼氣、豬圈三結(jié)合的立體養(yǎng)殖和多種經(jīng)營(yíng)系統(tǒng)。
農(nóng)村新能源代表著未來(lái)能源利用的方向,發(fā)展前景是很好的。但是,一些地區(qū)受技術(shù)水平制約,影響了農(nóng)村新能源技術(shù)的推廣使用。此外,隨著農(nóng)村養(yǎng)殖戶的減少,沼氣的替代能源問(wèn)題也是需要考慮的。拿沼氣發(fā)展來(lái)說(shuō),要跳出為沼氣而建沼氣池的單純觀念,將推廣沼氣與養(yǎng)殖、種植相結(jié)合,打造“養(yǎng)殖一沼氣一種植”的模式,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式的轉(zhuǎn)變,達(dá)到“三沼(氣、渣、液)”綜合利用,增加農(nóng)民收入的目標(biāo)。
總之,農(nóng)村能源的發(fā)展應(yīng)堅(jiān)持“因地制宜,多能互補(bǔ),綜合利用,講求效益”。“特別是要重視發(fā)展生物質(zhì)能技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)?!鞭r(nóng)村能源行業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)朱明強(qiáng)調(diào)說(shuō)。具體來(lái)說(shuō),就是大力發(fā)展以秸稈、稻草等這些原料豐富、取材容易的生物質(zhì)能,以及清潔的太陽(yáng)能、風(fēng)能、微水電等可再生能源,同時(shí)通過(guò)改革爐具等措施提高能源利用效率,以實(shí)現(xiàn)農(nóng)村地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。
國(guó)家發(fā)展改革委副主任解振華表示,未來(lái)我國(guó)將有序推進(jìn)以秸稈為主要原料的生物質(zhì)能源。為緩解資源能源約束,發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì),保護(hù)環(huán)境,應(yīng)對(duì)氣候變化,我國(guó)將大力推動(dòng)農(nóng)作物秸稈在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的循環(huán)利用,積極發(fā)展以秸稈為原料的加工業(yè),有序發(fā)展以秸稈為原料的生物質(zhì)能源。
二、生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)和技術(shù)在各國(guó)的發(fā)展概況
生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)已受到了國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注,許多國(guó)家制定了促進(jìn)生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關(guān)政策,并投入了大量的資金用于研究開發(fā)和推廣應(yīng)用。由于生物質(zhì)能作為可再生能源僅次于煤炭、石油、天然氣之后第四大能源,因此它在整個(gè)能源系統(tǒng)中占有重要的地位。近些年來(lái),開發(fā)利用生物質(zhì)能成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注的重大課題,既涉及農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展,又關(guān)系到國(guó)家的能源安全。作為經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的中國(guó),大力開發(fā)新型可再生能源已經(jīng)是國(guó)家發(fā)展的重要戰(zhàn)略,因此開發(fā)利用生物質(zhì)能這一課題,有利于中國(guó)開拓新能源,并且能夠緩解能源供需矛盾,也是解決“三農(nóng)”問(wèn)題,保證社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)性發(fā)展的重要任務(wù)。
生物質(zhì)能的利用分為兩種:直接用作燃料的有農(nóng)作物的秸稈、薪柴等;間接作為燃料的有農(nóng)林廢棄物及藻類等,它們通過(guò)微生物作用生成沼氣,或采用熱解法制造液體和氣體燃料,也可制造生物炭。生物質(zhì)能是世界上最為廣泛的可再生能源。據(jù)估計(jì),每年地球上僅通過(guò)光合作用生成的生物質(zhì)總量就達(dá)1440~1800億噸(干重),其能量約相當(dāng)于20世紀(jì)90年代初全世界總能耗的3~8倍。但是尚未被人們合理利用,多半直接當(dāng)薪柴使用,效率低。影響生態(tài)環(huán)境。
現(xiàn)代生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)是利用農(nóng)作物及其殘?bào)w、畜禽糞便、有機(jī)廢棄物等可再生或循環(huán)的有機(jī)物質(zhì)為原料,通過(guò)TA性加工轉(zhuǎn)化生產(chǎn)化工產(chǎn)品、生物質(zhì)燃料和生物能源以及生物質(zhì)產(chǎn)品的一個(gè)格外引人關(guān)注的新興產(chǎn)業(yè)。生物質(zhì)既是可再生能源,也能生產(chǎn)出上千種的化工產(chǎn)品,且因其主要成分為碳水化合物,在生產(chǎn)及使用過(guò)程中與環(huán)境友好、又勝石油能源一籌。
目前我國(guó)的秸稈產(chǎn)出量已超過(guò)7億噸,折合成標(biāo)煤約為3.5億噸,相當(dāng)于7個(gè)神東煤田,全部利用可以減排8.5億噸二氧化碳,相當(dāng)于2007年全國(guó)二氧化碳排放量的1/8。隨著國(guó)家明確提出到2015年秸稈綜合利用率在80%的行動(dòng)目標(biāo),我國(guó)秸稈資源化駛?cè)肟燔嚨?。以“秸稈能源”為代表的生物質(zhì)能利用,在大力發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的背景下,進(jìn)入人們的視野。
目前。世界上較為成熟、可規(guī)?;_發(fā)利用的生物質(zhì)技術(shù)主要集中在發(fā)電、固化成型燃料、沼氣和液體燃料等方面。其中,生物質(zhì)發(fā)電在發(fā)達(dá)國(guó)家已受到廣泛重視,2005年全世界生物質(zhì)發(fā)電的裝機(jī)容量約達(dá)5000萬(wàn)千瓦,主要集中在北歐和美國(guó)。
生物質(zhì)固化成型燃料在發(fā)達(dá)國(guó)家通常用來(lái)替代煤、燃?xì)獾茸鳛槊裼萌剂线M(jìn)行炊事、取暖,或用于區(qū)域供熱和發(fā)電等。美國(guó)和歐洲一些國(guó)家的生物質(zhì)成型燃料產(chǎn)品已進(jìn)入商業(yè)化階段,并相應(yīng)開發(fā)了專用爐具;泰國(guó)、印度、越南、菲律賓等國(guó)也建成了一些生物質(zhì)成型燃料生產(chǎn)廠,逐漸進(jìn)入了規(guī)?;a(chǎn)階段。
沼氣技術(shù)已經(jīng)在有些國(guó)家普遍應(yīng)用,歐洲和印度等地已建設(shè)了大量的戶用沼氣和大中型沼氣工程。截至到2003年底,德國(guó)的大中型沼氣工程總數(shù)已超過(guò)3000個(gè),大多采用以畜禽糞便和秸稈為主要原料的厭氧消化工藝,機(jī)械化和自動(dòng)化程度很高,生產(chǎn)出來(lái)的沼氣主要用于發(fā)電。
生物液體燃料已實(shí)現(xiàn)規(guī)?;a(chǎn)和應(yīng)用。2005年,全世界生物燃料乙醇的總產(chǎn)量約為3000萬(wàn)噸,主要集中在巴西和美國(guó);生物柴油總產(chǎn)量約220萬(wàn)噸,主要集中在德國(guó)。巴西以甘蔗為原料生產(chǎn)燃料乙醇,2005年的消費(fèi)量為1200萬(wàn)噸,替代了當(dāng)年汽油消費(fèi)量的45%;美國(guó)主要利用耕地多、產(chǎn)量大的玉米為原料,同時(shí)積極發(fā)展纖維素制取燃料乙醇技術(shù)。歐盟對(duì)生物燃料也很重視。主要以大豆、油菜籽和回收的動(dòng)植物廢油等為原料生產(chǎn)柴油,2005年原歐盟15個(gè)成員國(guó)年產(chǎn)量約200萬(wàn)噸,占世界總產(chǎn)量的90%,其中德國(guó)年產(chǎn)量約為150萬(wàn)噸。
三、中國(guó)生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況
中國(guó)農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源主要有農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便、農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)副產(chǎn)品和能源作物等,資源豐富,產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿薮蟆^r(nóng)業(yè)生物質(zhì)具有資源種類多,分布范圍廣的特點(diǎn),可轉(zhuǎn)化為電力、燃?xì)夂鸵后w燃料等多種商品位能源。
一直致力于生物質(zhì)能研究的中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)石元春院士認(rèn)為,以秸稈為原料的現(xiàn)代能源是一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)。在當(dāng)今發(fā)展清潔能源應(yīng)對(duì)全球氣候變暖的大形勢(shì)下,秸稈迎來(lái)了 一個(gè)發(fā)展現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè)的重大機(jī)遇。
根據(jù)最新資料和有關(guān)專家預(yù)測(cè),我國(guó)秸稈目前的用途是:還田15%,飼料16%,工業(yè)原料3%,薪柴50%和露地焚燒16%。也就是說(shuō),目前秸稈中的66%,約6_7億噸是用于能源的,具有替代2.4億噸標(biāo)煤和減排5.8億噸二氧化碳的能力。
秸稈還田、秸稈飼料、工業(yè)原料和薪柴的利用屬于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)提升,而以秸稈為原料的現(xiàn)代能源是一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)。據(jù)了解,秸稈能源在歐洲發(fā)展已經(jīng)有30多年,特別是北歐的丹麥和瑞典,秸稈發(fā)電和顆粒燃料的技術(shù)成熟度和商業(yè)化程度最高。
1、農(nóng)作物秸稈
2004年我國(guó)小麥、玉米、稻谷、棉花、大豆、薯類、油料等主要農(nóng)作物產(chǎn)量達(dá)4.69億噸,秸稈產(chǎn)量約為5.96億噸。預(yù)計(jì)到2020年我國(guó)主要作物的秸稈總量將達(dá)到8億噸左右。其中,約有50%左右農(nóng)作物秸稈用作農(nóng)村居民生活用能,由于采用傳統(tǒng)的燃燒方式,效率低下;我國(guó)以甘蔗渣及稻殼發(fā)電為應(yīng)用方式的生物質(zhì)燃燒發(fā)電已得到初步應(yīng)用,總裝機(jī)容量達(dá)800兆瓦;固化成型燃料技術(shù)已初步形成了研究、開發(fā)和應(yīng)用同步推進(jìn)的良好勢(shì)頭;以秸稈過(guò)腹還田、粉碎還田和生產(chǎn)有機(jī)肥還田的技術(shù)已形成一定應(yīng)用規(guī)模;以秸稈為主要原料生產(chǎn)生物質(zhì)材料的技術(shù)研究已經(jīng)起步。
目前我國(guó)秸稈能源化主要有直接作為農(nóng)村生活燃料、秸稈氣化、壓塊替代煤炭燃料以及秸稈發(fā)電這幾個(gè)途徑。其中秸稈氣化、壓塊替代煤炭燃料和秸稈發(fā)電已經(jīng)在不少地方進(jìn)行了探索和推廣。
發(fā)展秸稈顆料燃料產(chǎn)業(yè)前景廣闊。中國(guó)現(xiàn)年消費(fèi)煤炭26億噸,其中中小鍋爐用約10億噸,是溫室氣體排放大戶,如果采用秸稈顆粒燃料替代,減排效益不可低估。
在中國(guó),截至2007年底,核準(zhǔn)的生物質(zhì)直燃發(fā)電項(xiàng)目約百個(gè),裝機(jī)容量2500兆瓦,建成投交并網(wǎng)發(fā)電的項(xiàng)目總裝機(jī)容量400兆瓦以上。截至2008年底,中國(guó)國(guó)能生物質(zhì)發(fā)電集團(tuán)已有10個(gè)30兆瓦和7個(gè)12兆瓦的生物質(zhì)電站正在運(yùn)營(yíng),其中單縣電站裝機(jī)容量30兆瓦,年發(fā)電2.2億千瓦時(shí),可替代8.7萬(wàn)噸標(biāo)煤的燃煤,減排18萬(wàn)噸二氧化碳,農(nóng)民年新增收入6000萬(wàn)元和獲得1000多個(gè)工作崗位。秸稈直燃發(fā)電的技術(shù)和設(shè)備已經(jīng)可以全部自主與國(guó)產(chǎn)。
秸稈能源產(chǎn)業(yè)還將為農(nóng)民帶來(lái)增收的機(jī)會(huì)。以每噸秸稈農(nóng)民可獲250至300元算,全國(guó)4億噸能源用秸稈就能獲得1000億至1200億元。計(jì)劃2012年達(dá)40億元。此外,農(nóng)村的能源中,由煙熏火燎燒薪柴到燒顆粒燃料,能效可以提高2~3倍,能源消費(fèi)質(zhì)量也將顯著提高。
2、能源作物
能源作物指經(jīng)專門種植,用以作為能源原料的草本和木本植物,如甜高粱、甘蔗、木薯以及油菜等。全國(guó)未利用土地總面積為24508.79萬(wàn)公頃,其中有6020.56萬(wàn)公頃土地資源可供能源作物的開發(fā)種植。另外,每年還有約900萬(wàn)公頃不同類型的季節(jié)性農(nóng)閑地,可以種植能源作物。
3、生物液體燃料
我國(guó)已建設(shè)了以陳化糧為原料生產(chǎn)燃料乙醇的示范工程,分別在6省市進(jìn)行示范,燃料乙醇年生產(chǎn)能力已達(dá)102萬(wàn)噸。在非糧食作物生產(chǎn)燃料乙醇方面也取得了一定進(jìn)展,已培育出適應(yīng)鹽堿地種植的“醇甜系列”雜交甜高粱品種,并建成了產(chǎn)業(yè)化示范基地;培育并引進(jìn)了多個(gè)優(yōu)良木薯品種,平均畝產(chǎn)超過(guò)3噸;育成了一批能源甘蔗新品系和能、糖兼用型甘蔗品種,并篩選出了適合甘蔗清汁發(fā)酵的菌株和活性干酵母菌株。
此外,我國(guó)已對(duì)利用菜籽油、棉籽油、烏桕油、木油、茶油和地溝油等原料生產(chǎn)生物柴油的技術(shù)開展了研究,目前已有年產(chǎn)10萬(wàn)噸生物柴油的生產(chǎn)能力。我國(guó)在雙低油菜與雜種優(yōu)勢(shì)利用的結(jié)合上已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平:在油菜、油葵等主要作物上已開發(fā)出高含油量品種,含油量高達(dá)51.6%;為了不與食用油和工業(yè)用油爭(zhēng)原料,還開發(fā)了利用麻瘋樹果實(shí)、黃連木籽等能源作物生產(chǎn)生物柴油的技術(shù),初步具備了商業(yè)化發(fā)展的條件;在利用季節(jié)性農(nóng)閑地種植油菜生產(chǎn)生物柴油方面具有很大潛力。
四、生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)在中國(guó)未來(lái)的前景
以生物質(zhì)為原料生產(chǎn)綠色能源和環(huán)境友好產(chǎn)品是人類實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路,已成為世界科技領(lǐng)域的前沿。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步,世界各國(guó)將會(huì)更加重視環(huán)境保護(hù)和全球氣候變化問(wèn)題,通過(guò)制定新的能源發(fā)展戰(zhàn)略、法規(guī)和政策,進(jìn)一步加快生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
從目前生物質(zhì)的資源狀況和技術(shù)發(fā)展水平看,今后發(fā)展的主要趨勢(shì)是發(fā)電、供熱、生產(chǎn)液體燃料和生物質(zhì)材料等。最近20多年來(lái),生物質(zhì)技術(shù)發(fā)展很快,產(chǎn)業(yè)規(guī)模、經(jīng)濟(jì)性和市場(chǎng)化程度逐年提高,預(yù)計(jì)在2010~2020年間,大多數(shù)生物質(zhì)技術(shù)可形成較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,在2020年以后將會(huì)有更快的發(fā)展,并逐步成為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。
生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)正成為朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。在中國(guó)發(fā)展生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)具有深遠(yuǎn)的意義,不僅有利于解決資源、能源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題,更是解決好“三農(nóng)問(wèn)題”、加快社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)的戰(zhàn)略舉措。中國(guó)政府高度重視生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。已經(jīng)研究制定了一系列促進(jìn)生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關(guān)政策。
加強(qiáng)生物質(zhì)技術(shù)研究與工程集成,在固化成型、燃燒、沼氣、燃料乙醇、生物質(zhì)材料等方面的關(guān)鍵技術(shù)研究和裝備開發(fā)方面取得突破性進(jìn)展,創(chuàng)新一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品;推廣一批先進(jìn)的生物質(zhì)工程技術(shù);建成一批生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)化示范工程;開展我國(guó)農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源現(xiàn)狀調(diào)查,初步查清我國(guó)生物質(zhì)資源的擁有量和分布情況,建立生物質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù),促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的形成與發(fā)展。
全面推進(jìn)生物質(zhì)工程科技創(chuàng)新,在生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化和材料利用等方面達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,部分技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平,增強(qiáng)我國(guó)農(nóng)業(yè)生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。提高生物質(zhì)能和產(chǎn)品在能源消費(fèi)中的比重,通過(guò)生物質(zhì)利用解決農(nóng)村生活燃料短缺問(wèn)題;基本實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用,促進(jìn)我國(guó)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。
以科學(xué)發(fā)展觀為統(tǒng)領(lǐng),以國(guó)家目標(biāo)和市場(chǎng)需求為導(dǎo)向,針對(duì)我國(guó)生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié),選擇秸稈綜合利用、農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物資源化和能源作物開發(fā)為切入點(diǎn),通過(guò)技術(shù)研究、集成和重點(diǎn)突破,創(chuàng)新生物質(zhì)工程技術(shù),加快生物質(zhì)科研成果轉(zhuǎn)化,促進(jìn)生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程,為建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村、為提高國(guó)家能源保障能力、為全面實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè)目標(biāo)提供重要的科技和產(chǎn)業(yè)支撐。
我國(guó)政府及有關(guān)部門已連續(xù)在四個(gè)國(guó)家五年計(jì)劃將生物質(zhì)能利用技術(shù)的研究與應(yīng)用列為重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目,開展了生物質(zhì)能利用技術(shù)的研究與開發(fā),如戶用沼氣池、節(jié)柴炕灶、薪炭林、大中型沼氣工程、生物質(zhì)壓塊成型、氣化與氣化發(fā)電、生物質(zhì)液體燃料等,取得了多項(xiàng)優(yōu)秀成果?!犊稍偕茉捶ā返暮蛯?shí)施表明中國(guó)政府已在法律上明確了可再生能源包括生物質(zhì)能在現(xiàn)代能源中的地位,并在政策上給予了巨大優(yōu)惠支持,“農(nóng)林生物質(zhì)工程”也已經(jīng)成為“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃重大項(xiàng)目。
對(duì)國(guó)際上生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)和中國(guó)生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀,以及需要解決的緊迫問(wèn)題與薄弱環(huán)節(jié),選擇秸稈綜合利用、農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物資源化和能源作物開發(fā),增強(qiáng)我國(guó)農(nóng)業(yè)生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力,提高生物質(zhì)能和在能源消費(fèi)中的比重,通過(guò)生物質(zhì)利用解決農(nóng)村生活燃料短缺問(wèn)題,基本實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用,促進(jìn)我國(guó)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。雖說(shuō)生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)是世界發(fā)展和新興的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。但其當(dāng)前成本與價(jià)格尚難與石油基產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)。
利用取之不盡,用之不竭的農(nóng)林生物質(zhì)生產(chǎn)材料和石油化工產(chǎn)品是綠色化學(xué)的重要研究方向。
生物質(zhì)(Biomass)是指通過(guò)生物體的光合作用形成的有機(jī)物質(zhì)或由其轉(zhuǎn)化的物質(zhì),例如動(dòng)物體及排泄物??衫玫纳镔|(zhì)包括森林、農(nóng)作物及農(nóng)作物廢棄物、農(nóng)林加工廢棄物和動(dòng)物糞便。生物質(zhì)的主要成分為纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、脂類、蛋白質(zhì)、淀粉、灰分和芳香族物質(zhì)。其中,纖維素、半纖維素和木質(zhì)素是不易被人和動(dòng)物利用的物質(zhì),脂肪和芳香族化合物是重要的動(dòng)植物提取物。由于生物質(zhì)是通過(guò)光合作用固定CO2形成的有機(jī)物,因此生物質(zhì)燃燒后釋放的CO2與光合作用時(shí)固定的CO2相當(dāng),是一種CO2零排放的能源物質(zhì),對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境減少溫室氣體排放具有重要意義。
生物燃料是可再生能源的重要組成部分,對(duì)交通運(yùn)輸業(yè)(陸運(yùn)、空運(yùn)和海運(yùn))的可持續(xù)發(fā)展有舉足輕重的作用。例如液體的和氣體的生物燃料:生物柴油、生物醇類(生物酒精、生物甲醇和異丙醇),生物二甲醚(bio-DME),生物油、生物氣(沼氣),生物氫氣,以及填埋場(chǎng)氣(主要是CH4)等等。不同于石油,生物燃料被視為是CO2中性的,因?yàn)樵倨洚a(chǎn)生過(guò)程中吸收了同樣數(shù)量的CO2,燃燒釋放量不可能增加。此外,許多生物燃料是含氧的(如生物醇),有助于降低燃燒過(guò)程中含氮化合物顆粒的排出量。
我國(guó)生物質(zhì)能源的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)
我國(guó)非常重視生物質(zhì)能的發(fā)展?!笆濉逼陂g,國(guó)家下發(fā)多個(gè)文件指導(dǎo)生物質(zhì)能源的發(fā)展。國(guó)務(wù)院的《國(guó)家“十二五”科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》、《國(guó)家能源科技“十二五”規(guī)劃(2011-2015)》、國(guó)家發(fā)改委2012年7月下發(fā)《可再生能源“十二五”規(guī)劃》都明確了發(fā)展生物質(zhì)能源的產(chǎn)業(yè)目標(biāo)。國(guó)家能源局特別《生物質(zhì)能發(fā)展“十二五”規(guī)劃》,明確了生物質(zhì)能的發(fā)展目標(biāo)。到2015年我國(guó)生物質(zhì)液體燃料將到達(dá)500萬(wàn)噸。低成本纖維乙醇、生物柴油等先進(jìn)非糧生物液體燃料的技術(shù)進(jìn)步,為生物燃料更大規(guī)模發(fā)展創(chuàng)造了條件,以替代石油為目標(biāo)的生物質(zhì)能梯級(jí)綜合利用將是將來(lái)主要發(fā)展方向。
生物質(zhì)能,是太陽(yáng)能以化學(xué)能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式,即以生物質(zhì)為載體的能量。它直接或間接地來(lái)源于綠色植物的光合作用,可轉(zhuǎn)化為固體、液體和氣體燃料,是取之不盡、用之不竭的一種可再生能源,因此生物質(zhì)能是太陽(yáng)能的一種表現(xiàn)形式。
我國(guó)現(xiàn)階段生物質(zhì)能源發(fā)展的原料主要是油料植物、秸稈及動(dòng)物糞便等傳統(tǒng)生物質(zhì)資源。據(jù)估算,2012年我國(guó)廢棄的農(nóng)作物秸稈資源7.4億噸,折合3.2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤;農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物1.4億噸,折合標(biāo)準(zhǔn)煤0.17億噸;禽畜糞便7.8億噸,折合標(biāo)準(zhǔn)煤5.3億噸;林木生物質(zhì)資源10億噸,折合標(biāo)準(zhǔn)煤5.8億噸;生活垃圾3.1億噸,折合0.45億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,但生物質(zhì)資源的實(shí)際利用量在1億噸標(biāo)準(zhǔn)煤左右,約占可利用總量的15%~20%,因此具有較大的發(fā)展?jié)摿ΑN覈?guó)生物質(zhì)能源發(fā)展的一個(gè)基本原則是“不與人爭(zhēng)糧,不與糧爭(zhēng)地”,因此,生物質(zhì)能源主要來(lái)自于農(nóng)林廢棄物。
到2015年,生物質(zhì)能年利用量超過(guò)5 000萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤。其中,生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)容量1 300萬(wàn)千瓦、年發(fā)電量約780億千瓦時(shí),生物質(zhì)年供氣220億立方米,生物質(zhì)成型燃料1 000萬(wàn)噸,生物液體燃料500萬(wàn)噸。建成一批生物質(zhì)能綜合利用新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范項(xiàng)目。
全球生物能源技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
理想的生物燃料應(yīng)該是能夠用非食品原料廉價(jià)生產(chǎn),常年供應(yīng)且能方便地使用現(xiàn)有供應(yīng)設(shè)施,其能量密度與汽油或柴油相當(dāng)??梢允褂?0%~25%(E10-E25)混合生物乙醇汽油的汽車數(shù)量正在增加。新型彈性燃料車輛能夠燃燒任意混合比例的生物乙醇,包括百分之百的水合乙醇(E100)。類似的,生物柴油也可以任意比例混合,混合的比例已經(jīng)從現(xiàn)在的2%~5%(B2-B5)設(shè)定到未來(lái)的10%~20%(B10-B20)。與生物乙醇比較,生物柴油含有更高的碳含量,能夠產(chǎn)生類似于傳統(tǒng)柴油相當(dāng)?shù)臒嶂?。生產(chǎn)成本尤其是原材料的價(jià)格是目前更高比例混合生物燃料的限制因素。
第一代生物燃料是目前商業(yè)化較成功的生物燃料,包括生物乙醇和生物柴油,其原料是甘蔗、玉米、小麥、谷物、菜籽油,蔬菜油和提取的動(dòng)物脂肪。第一代生物醇(生物乙醇)是通過(guò)啤酒酵母發(fā)酵來(lái)源于作物的植物糖和淀粉產(chǎn)生的,這些作物包括甘蔗、甜菜和玉米。巴西生物乙醇生產(chǎn)以甘蔗為原料,而美國(guó)主要是以玉米為原料生產(chǎn)生物乙醇。第一代生物柴油的生產(chǎn)是對(duì)植物油的化學(xué)修飾完成的,如油菜、棕櫚樹和大豆等,植物油脂和提煉的動(dòng)物脂肪通過(guò)脂肪酸甲酯化作用生產(chǎn)生物柴油。然而,第一代生物燃料的原材料直接與食品或飼料產(chǎn)品形成競(jìng)爭(zhēng),其發(fā)展是不可持續(xù)的,會(huì)導(dǎo)致食物商品價(jià)格的飆升,使其進(jìn)一步推廣受限制。因此生物燃料的發(fā)展與推廣需要第二代、第三代甚至第四代生物燃料的發(fā)展。
第二代生物燃料已經(jīng)有了初步發(fā)展,其原料包括木質(zhì)纖維素,生物廢棄物,固體廢棄物。木質(zhì)纖維素難以降解,從木質(zhì)素纖維形成可發(fā)酵糖要經(jīng)過(guò)多步驟處理,例如原材料前期處理、采用物理的、化學(xué)的或生物的進(jìn)行預(yù)處理、可溶性半纖維素糖從固體纖維物中分離出來(lái)的固、液分離、酶水解纖維素產(chǎn)生可發(fā)酵的葡萄糖等木質(zhì)纖維素利用中,相當(dāng)大的精力集中到真菌纖維素降解酶酶解途徑的研究。酶解過(guò)程涉及一個(gè)聯(lián)合過(guò)程,是末端葡萄糖水解酶和纖維素外切酶共同作用,兩種酶都隸屬于典型的糖苷水解,是通過(guò)攻擊寡糖-多聚糖底物的異構(gòu)中心中的水分子來(lái)實(shí)現(xiàn)的。木質(zhì)纖維素酶的酶活性低、酶解成本高是木質(zhì)纖維素利用的一個(gè)瓶頸。
生物柴油是指由動(dòng)植物油脂(脂肪酸甘油三酯)與醇(甲醇或乙醇)經(jīng)酯交換反應(yīng)得到的脂肪酸單烷基酯,最典型的是脂肪酸甲酯。與傳統(tǒng)的石化能源相比,其硫及芳烴含量低、閃點(diǎn)高、十六烷值高、具有良好的性,可部分添加到石化柴油中。但是使用動(dòng)植物油脂生產(chǎn)生物柴油造成與人和動(dòng)物爭(zhēng)資源的現(xiàn)象。一種新型的油脂生產(chǎn)正在形成――微生物油脂,微生物油脂可以利用農(nóng)作物秸稈通過(guò)發(fā)酵方式工廠化生產(chǎn),不僅可以廢物利用,而且節(jié)省土地,用其生產(chǎn)的生物柴油接近石化柴油的性能,有較好的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
第三代生物燃料是基于藻類物質(zhì)的新一代燃料,利用它們產(chǎn)生的碳水化合物、蛋白質(zhì)、蔬菜油生產(chǎn)生物柴油和氫氣。據(jù)估計(jì),藻類產(chǎn)量可達(dá)61 000升/公頃,相比之下,作物如大豆、菜子的產(chǎn)量分別是200升/公頃、45升/公頃。微藻類特別是小球藻細(xì)胞內(nèi)脂類的積累能夠達(dá)到其生物質(zhì)50%。產(chǎn)生的生物油通常酸值較低,有利于生物柴油的合成。微藻類具有第一代、第二代生物燃料原材料不能比擬的優(yōu)勢(shì)。微藻類能夠使用海水和污水養(yǎng)殖,不會(huì)與食品生產(chǎn)形成競(jìng)爭(zhēng)。
第四代生物燃料主要利用代謝工程技術(shù)改造藻類的代謝途徑,使其直接利用光合作用吸收CO2合成乙醇、柴油或其他高碳醇等,這是當(dāng)前最新技術(shù)。雖然該技術(shù)尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段,但在環(huán)保、成本等方面的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)可以預(yù)期。
生物能源產(chǎn)業(yè)展望
據(jù)統(tǒng)計(jì)2010年大約1 200億升生物燃料產(chǎn)量用于運(yùn)輸業(yè),幾乎是2005年的2倍。全球現(xiàn)有生物燃料市場(chǎng)生物乙醇占近80%,其余的主要是生物柴油。市場(chǎng)主要是第一代生物燃料,美國(guó)是最大的生物乙醇生產(chǎn)國(guó),產(chǎn)量為490億升,第二位是巴西,產(chǎn)量為280億升,分別占全球輸出的57%和33%。歐盟領(lǐng)導(dǎo)著生物柴油生產(chǎn),占2010年世界生物柴油市場(chǎng)的53%。預(yù)期到2020年,全球生物燃料的總產(chǎn)量為2 000億升,其中生物乙醇1 550億升,生物柴油450億升。
將來(lái)生物燃料將在能源技術(shù)的應(yīng)變上占有重要的地位,白色生物技術(shù)在生產(chǎn)生物燃料和化學(xué)原料領(lǐng)域具有較大的潛力。第一代生物燃料技術(shù)已經(jīng)成熟,但與食品生產(chǎn)原料競(jìng)爭(zhēng)。未來(lái)生物燃料的發(fā)展與推廣需要第二代(木質(zhì)素纖維、生物廢棄物、固體廢物)和第三代(藻類和藍(lán)細(xì)菌)技術(shù)應(yīng)用到新興生物燃料的生產(chǎn)。
新一代生物燃料短期內(nèi)取得商業(yè)化成功具有較大的挑戰(zhàn)性。新一代生物燃料的試點(diǎn)和規(guī)?;痉度孕枥^續(xù)進(jìn)行,因?yàn)榕c取得商業(yè)化成功的第一代生物燃料相比其生產(chǎn)成本過(guò)高。無(wú)論是熱化學(xué)的還是生物化學(xué)的技術(shù)手段,目前還沒(méi)有清晰最佳技術(shù)途徑。
關(guān)鍵詞 秸稈;能源;再利用
中圖分類號(hào) TQ352 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-(2012)112-0188-01
能源發(fā)展是國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ),面對(duì)日益緊缺的石油、煤炭等能源,尋找綠色、環(huán)保、可再生的能源已經(jīng)成為各國(guó)普遍關(guān)注的課題。秸稈是一種具有多種用途的可再生的生物質(zhì)資源。研究發(fā)現(xiàn),農(nóng)作物光合作用的產(chǎn)物一半以上都存儲(chǔ)于秸稈之中,每?jī)蓢崗U棄秸稈產(chǎn)生的熱值相當(dāng)于一噸標(biāo)準(zhǔn)煤產(chǎn)生的熱值,并且其再利用的過(guò)程中能夠達(dá)到二氧化碳的零排放。生物質(zhì)秸稈作為一種環(huán)??稍偕木G色能源,已經(jīng)成為當(dāng)今世界上僅次于石油、煤炭、天然氣的第四大能源。因此,廢棄秸稈轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能源的市場(chǎng)前景十分廣闊,對(duì)其再利用的研究勢(shì)必為能源利用行業(yè)帶來(lái)重大變革。
在我國(guó),秸稈資源十分豐富,進(jìn)行廢棄秸稈轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能源再利用的研究,一方面可以減少人們?nèi)紵斩捤斐傻沫h(huán)境污染,保護(hù)環(huán)境,使秸稈能夠得到很好的利用,提高資源利用效率;另一方面,不僅能夠變廢為寶,提高秸稈的經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí)還可以緩解我國(guó)能源緊張的問(wèn)題,從而促進(jìn)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
1 廢棄秸稈再利用的發(fā)展現(xiàn)狀
當(dāng)前,我國(guó)的秸稈資源很豐富,但是由于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等因素的影響,秸稈再利用的效率并不是很高。在農(nóng)村,人們一般將部分秸稈用于墊圈、喂養(yǎng)牲畜以及堆漚肥,其它大部分秸稈都作燃料燒掉。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及省柴節(jié)煤技術(shù)的推廣,再加上燃煤和液化氣的廣泛普及,用作燃料的秸稈也大大減少。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量有七億噸左右,用作炊事燃料、造紙?jiān)?、飼料肥料、秸稈還田以及其它用途的不足10%,大量富余的秸稈資源中,可作為生物質(zhì)能源原料的秸稈大約有四億噸,這就為我國(guó)的廢棄秸稈轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能源再利用提供了基本原料保證。所以說(shuō),我國(guó)農(nóng)業(yè)秸稈轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能源具有巨大的發(fā)展前景。
從二十世紀(jì)八十年代開始,我國(guó)秸稈轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能源再利用技術(shù)發(fā)展迅速,秸稈生物質(zhì)能源發(fā)電的從無(wú)到有,燃料乙醇產(chǎn)量迅速增長(zhǎng),沼氣建設(shè)的加快以及生物柴油困境的突破,都為廢棄秸稈再利用指明了發(fā)展方向。
2 秸稈能源再利用存在的問(wèn)題
當(dāng)前,我國(guó)的秸稈轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能源再利用過(guò)程中存在著許多問(wèn)題。根據(jù)對(duì)秸稈資源再利用現(xiàn)狀的研究發(fā)現(xiàn),影響秸稈資源再利用的主要因素來(lái)自技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)方面,秸稈資源再利用的效率不高,經(jīng)濟(jì)效益低下已經(jīng)成為秸稈轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能源再利用的阻礙。
一方面是秸稈轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能源再利用的技術(shù)存在不足。由于秸稈堆積密度和能量密度比較低,使得運(yùn)輸以及儲(chǔ)存的費(fèi)用比較高,成為了大型電廠等工業(yè)企業(yè)對(duì)秸稈能源有效利用的阻礙。此外,由于秸稈的纖維素含量比較高,不易粉碎,容易使加料設(shè)備造成阻塞,也增加了秸稈資源再利用的難度。另一方面是來(lái)自經(jīng)濟(jì)因素方面的影響。我國(guó)的秸稈資源分布比較分散,難以進(jìn)行集中處理,而分散處理效率較低且成本較高,這是當(dāng)前秸稈資源難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣使用的主要問(wèn)題。同時(shí)由于秸稈轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能源的技術(shù)復(fù)雜且發(fā)展程度比較低,使得秸稈再利用的成本比較高。例如秸稈資源轉(zhuǎn)化制成的汽油、柴油等生物油,雖然它具有可再生、低污染等諸多優(yōu)點(diǎn),但是其成本比礦物油要高許多,并且還需要專用的燃料設(shè)備進(jìn)行處理。這些技術(shù)和經(jīng)濟(jì)因素的制約都阻礙了秸稈資源的再利用 。
3 未來(lái)廢棄秸稈轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能源再利用的發(fā)展方向或途徑
用廢棄秸稈轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能源具有十分廣闊的發(fā)展前景。根據(jù)對(duì)其再利用 問(wèn)題及現(xiàn)狀的研究,未來(lái)廢棄秸稈轉(zhuǎn)為生物質(zhì)能源再利用的發(fā)展方向或途徑主要有以下三個(gè)方面:
3.1 秸稈轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能源——燃?xì)?/p>
廢棄秸稈轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能源再利用中的一個(gè)重要方向就是將秸稈轉(zhuǎn)化為燃?xì)膺M(jìn)行的再利用。秸稈燃?xì)饩褪侵竿ㄟ^(guò)密閉缺氧,利用沼氣技術(shù)以及熱解氣化技術(shù)將廢棄秸稈轉(zhuǎn)化成的一種可燃?xì)怏w,這種氣體是一種綠色環(huán)保的清潔能源。在這個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程中用到的沼氣技術(shù)和熱解氣化技術(shù)對(duì)秸稈資源轉(zhuǎn)化再利用具有十分重要的意義。其中沼氣技術(shù)可以分為干法和濕法兩種發(fā)酵工藝,它能夠?qū)⒔斩掁D(zhuǎn)化為沼氣能源,從而減少煤炭的使用。同時(shí)秸稈產(chǎn)生沼氣的殘?jiān)梢援?dāng)成有機(jī)肥進(jìn)行使用,減少化學(xué)肥料的使用,有效的保護(hù)環(huán)境。而熱解氣化技術(shù)就是所謂的秸稈氣化技術(shù)。它的主要原理就是秸稈在氣化反應(yīng)器中,通過(guò)氧氣不足條件下發(fā)生的部分燃燒為氣化吸熱提供能量,產(chǎn)生熱解氣化反應(yīng),以此來(lái)促進(jìn)可燃?xì)怏w的轉(zhuǎn)化形成。我們要對(duì)其不斷進(jìn)行優(yōu)化,以此來(lái)降低秸稈燃?xì)獾脑靸r(jià),使秸稈燃?xì)獾靡酝茝V。這兩種技術(shù)對(duì)秸稈燃?xì)獾陌l(fā)展具有十分重要的意義。
3.2 秸稈能源再利用——發(fā)電
利用廢棄秸稈進(jìn)行發(fā)電,就是一種將農(nóng)作物秸稈資源作為主要燃料進(jìn)行發(fā)電的方式,它包括秸稈燃燒發(fā)電和秸稈氣化發(fā)電兩個(gè)方面。
秸稈燃燒發(fā)電就是指在不產(chǎn)生二次污染的前提下,通過(guò)秸稈處理系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行集中焚燒處理,利用秸稈燃燒產(chǎn)生的熱能進(jìn)行發(fā)電的一種形式。秸稈燃燒發(fā)電能夠有效的對(duì)我國(guó)煤炭燃燒發(fā)電的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整,從而緩解我國(guó)煤炭資源緊缺的局面,減少煤炭燃燒發(fā)電造成的環(huán)境污染。同時(shí)通過(guò)對(duì)秸稈的回收發(fā)電,可以提高農(nóng)民的收入,使秸稈變廢為寶。而秸稈氣化發(fā)電就是將其轉(zhuǎn)化為高品位的燃料氣,通過(guò)這些燃料氣推動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)或者內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行發(fā)電。在進(jìn)行秸稈氣化發(fā)電的過(guò)程中,要注意氣體的凈化。秸稈在氣化爐中轉(zhuǎn)化的氣體燃料存在一定雜質(zhì),將這些雜質(zhì)去除可以有效保證燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備的正常運(yùn)行。秸稈氣化發(fā)電不僅可以有效解決秸稈燃燒效率低以及分布比較分散的問(wèn)題,同時(shí)可以降低環(huán)境污染,使燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)得以充分發(fā)揮。
3.3 廢棄秸稈轉(zhuǎn)化制造汽油、柴油
石油資源的日益緊缺導(dǎo)致國(guó)際原油價(jià)格不斷上升,人們迫切尋找可進(jìn)行替代的能源。因此,廢棄秸稈轉(zhuǎn)化的生物質(zhì)汽油和柴油受到了人們?cè)絹?lái)越多的研究與關(guān)注。在催化劑的作用下,利用秸稈碳水化合物以及木質(zhì)素原有化學(xué)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),通過(guò)對(duì)反應(yīng)條件的調(diào)控,可以使其形成高活性的自由基,從而使高分子得以重新組合,實(shí)現(xiàn)汽油以及柴油餾分的制備。這種技術(shù)使得秸稈轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)汽油、柴油得以實(shí)現(xiàn),為石油和化工行業(yè)的發(fā)展注入了新的動(dòng)力。所以廢棄秸稈轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)汽油、柴油對(duì)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有十分重要的意義,能夠?qū)崿F(xiàn)我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略思想。
總而言之,我國(guó)必須要加強(qiáng)對(duì)秸稈高效利用技術(shù),包括直接燃燒技術(shù)與設(shè)備的研究,進(jìn)行集約化綜合新技術(shù)的開發(fā),以此來(lái)降低秸稈資源再利用的技術(shù)難度和成本,提高其利用的效率和經(jīng)濟(jì)效益,實(shí)現(xiàn)秸稈資源再利用的可持續(xù)發(fā)展。用廢棄秸稈轉(zhuǎn)化的生物質(zhì)能源是一種可再生的清潔環(huán)保能源,通過(guò)對(duì)秸稈能源化再利用的研究,可以有效的對(duì)我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整,從而減輕我國(guó)能源緊缺的壓力,降低二氧化碳等溫室氣體的排放,提高環(huán)境質(zhì)量,使秸稈資源再利用能夠?yàn)槲覈?guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出突出貢獻(xiàn)。
參考文獻(xiàn)
[1]婁蕓.秸稈生物質(zhì)能源的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景[J].化學(xué)與生物工程,2010.
摘要:中國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó),農(nóng)作物秸稈資源非常豐富,秸稈是寶貴的可再生資源。本文介紹了秸稈綜合利用的現(xiàn)狀,包括還田技術(shù)、能源化技術(shù)、飼料化技術(shù)和工業(yè)應(yīng)用技術(shù)等。這些技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中仍存在一些不足。因此,進(jìn)一步開發(fā)秸稈綜合利用新技術(shù),實(shí)現(xiàn)秸稈利用的資源化、高效化和產(chǎn)業(yè)化是發(fā)展的必然趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞:農(nóng)作物秸稈 利用技術(shù) 現(xiàn)狀 發(fā)展對(duì)策
我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó),生物質(zhì)資源十分豐富,據(jù)估計(jì),我國(guó)每年農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量達(dá) 7 億多噸[1]。盡管現(xiàn)在已有大量秸稈用于還田、飼料和工業(yè)原料以及農(nóng)民生活燃料等方面,但仍有很大一部分秸稈直接在田間焚燒,而且由于熱利用率低[2],造成了生物質(zhì)能源的極大浪費(fèi),帶來(lái)的大氣污染和消防安全問(wèn)題危害極大,甚至影響交通和人民群眾的健康。因此,探討農(nóng)作物秸稈資源化及合理開發(fā)利用技術(shù),具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1、農(nóng)作物秸稈的利用技術(shù)現(xiàn)狀
1. 1 秸稈還田技術(shù) 目前秸稈還田有多種形式,主要可分為 4 大類: 秸稈粉碎翻壓還田、秸稈覆蓋還田、過(guò)腹還田和焚燒還田。秸稈粉碎翻壓還田能把秸稈的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)充分保留在土壤里,不僅可以增加土壤速效養(yǎng)分含量,改善土壤中的養(yǎng)分狀況、培肥土壤,緩解氮、磷、鉀肥比例失調(diào)的矛盾,而且操作簡(jiǎn)單。但也應(yīng)該注意到: 機(jī)械粉碎還田成本高,能耗大,會(huì)造成塵埃污染,在山區(qū)、丘陵地區(qū)機(jī)械使用受限;而且秸稈還田量過(guò)大或不均勻會(huì)與植物幼苗爭(zhēng)奪養(yǎng)分、土壤孔隙變大,通常需要在秸稈還田時(shí)增施氮肥和磷肥,適時(shí)灌水,增加了農(nóng)民的成本[3]。
秸稈覆蓋還田是將秸稈粉碎后直接覆蓋在地表,這樣可以減少土壤水分的蒸發(fā),達(dá)到保墑的目的,腐爛后可增加土壤有機(jī)質(zhì)。但是這樣會(huì)給灌溉帶來(lái)不便,造成水資源的浪費(fèi),嚴(yán)重影響播種。這種方式比較適宜于在干旱地區(qū),進(jìn)行小面積的人工整株倒茬覆蓋[4]。
1.2 能源化技術(shù) 生物質(zhì)能是我國(guó)僅次于煤炭、石油和天然氣的第 4 位能源資源,在能源系統(tǒng)中占有重要地位[5],其能源化用量占農(nóng)村生活用能的 30% ~ 35%[6]。生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)換的方式有固化、直接燃燒、氣化、液化、熱解和生物轉(zhuǎn)化等技術(shù)。
生物質(zhì)的熱解氣化是熱化學(xué)轉(zhuǎn)化中最主要的一種方式[7],主要用于集中供氣。不僅價(jià)格低廉,經(jīng)濟(jì)實(shí)惠,而且能減少或防止秸稈污染,凈化環(huán)境。但是此類秸稈燃?xì)鉂崈舳绕?,燃?xì)饨M分不穩(wěn)定,焦油等副產(chǎn)品不易去除,秸稈氣化過(guò)程中產(chǎn)生焦油、廢水,若隨意傾倒易造成二次污染[8]。
秸稈的熱解氣化還可以用來(lái)發(fā)電,秸稈本身屬于可再生能源,可有效地減少 CO2、SO2等氣體的排放,是所有可再生能源技術(shù)中最經(jīng)濟(jì)的發(fā)電技術(shù)。然而,秸稈發(fā)電過(guò)程中,會(huì)產(chǎn)生約占秸稈量 15% 左右的灰渣[9],灰渣中有大量的氮、磷養(yǎng)分,通常得不到合理的利用,排放到環(huán)境中反而會(huì)污染環(huán)境。
2、農(nóng)作物秸稈利用技術(shù)的發(fā)展與對(duì)策建議
2. 1 農(nóng)作物秸稈利用技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 目前氣候變暖已經(jīng)成為生態(tài)惡化的首要原因,氣候變暖的罪魁禍?zhǔn)自从诨剂系淖饔脤?dǎo)致的人為溫室氣體排放; 建立在依靠化石能源基礎(chǔ)上的高碳經(jīng)濟(jì)是 CO2等溫室氣體過(guò)量排放的根本原因,又是造成不可再生能源日益枯竭的根本原因。以低能耗、低排放、低污染為特征的低碳經(jīng)濟(jì)是目前人類應(yīng)對(duì)全球氣候變化、減緩溫室氣體排放的根本出路。在這樣的背景下,農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展必須實(shí)現(xiàn)由高碳農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)向低碳農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)變。低碳農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)就是指在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)中排放最少的溫室氣體,同時(shí)獲得整個(gè)社會(huì)最大效益的技術(shù)[10]。生物質(zhì)能是唯一可固定碳的可再生能源,目前在世界范圍內(nèi)發(fā)展生物質(zhì)能源已成為調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、減排溫室氣體、實(shí)現(xiàn)低碳農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)下可持續(xù)發(fā)展的重要措施[11]。秸稈作為主要的生物質(zhì)資源,將其制成沼氣或作為其他形式的生物質(zhì)能源,將是一種必然的發(fā)展趨勢(shì)。
目前秸稈利用技術(shù)有很多,對(duì)于秸稈的利用也不能是單一的,而應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)胤N植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)的現(xiàn)狀和特點(diǎn),秸稈資源的數(shù)量、品種和利用方式,合理選擇適宜的秸稈綜合利用技術(shù),做到因地制宜,突出重點(diǎn)??紤]到成本等方面原因,應(yīng)當(dāng)將秸稈利用規(guī)?;?、產(chǎn)業(yè)化,從而實(shí)現(xiàn)秸稈利用的資源化、高效化和產(chǎn)業(yè)化,是生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。因此,開發(fā)新技術(shù),從高技術(shù)推進(jìn)高精度、高效利用秸稈及加工秸稈產(chǎn)生的副產(chǎn)品將成為秸稈利用的發(fā)展趨勢(shì)。
2.2 農(nóng)作物秸稈利用技術(shù)的發(fā)展對(duì)策及建議 2009 年初國(guó)家發(fā)改委和農(nóng)業(yè)部制定的《關(guān)于編制秸稈綜合利用規(guī)劃的指導(dǎo)意見》指出,秸稈綜合利用仍然存在利用率低、產(chǎn)業(yè)鏈短和產(chǎn)業(yè)布局不合理等問(wèn)題[12]。針對(duì)現(xiàn)在秸稈利用技術(shù)的不足,提出以下對(duì)策:
2. 2. 1 改進(jìn)現(xiàn)有秸稈利用技術(shù) 建立秸稈收集和物流體系,推廣農(nóng)作物聯(lián)合收獲、粉碎、撿拾打捆全程機(jī)械化,對(duì)收獲后留在田間的秸稈進(jìn)行及時(shí)高效的處理。
對(duì)于溫室大棚種植的瓜果、蔬菜等經(jīng)濟(jì)作物,可以采用秸稈生物反應(yīng)堆。秸稈生物反應(yīng)堆主要是將農(nóng)作物秸稈加入一定比例的水和微生物菌種、催化劑等原料,發(fā)酵分解產(chǎn)生 CO2。構(gòu)造簡(jiǎn)易的 CO2交換機(jī)對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行氣體施肥,滿足農(nóng)作物的需求; 同時(shí)可以有效增加土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分,提高地溫,抑制病蟲害、可減少化肥、農(nóng)藥用量。該技術(shù)方便簡(jiǎn)單,運(yùn)行成本低廉,增產(chǎn)增收效果顯著[13]。
秸稈在飼料化和發(fā)酵制沼氣等利用技術(shù)中常需要對(duì)其進(jìn)行堆腐處理,目前國(guó)內(nèi)外有很多學(xué)者在研究利用微生物技術(shù)促進(jìn)秸稈的降解過(guò)程。有研究表明添加微生物腐解菌劑可以激活有機(jī)物料堆腐生物降解過(guò)程,并改變堆腐的最終物質(zhì)組成特性[14]。Tuomela等[15]研究認(rèn)為添加微生物菌劑可以加快農(nóng)業(yè)廢棄物腐解過(guò)程,并且認(rèn)為降解纖維素類微生物為最佳添加菌種。
2.2.2開發(fā)新技術(shù) 在對(duì)以上各項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)的基礎(chǔ)上,還要依靠科技,大力開發(fā)操作簡(jiǎn)單、集約利用水平高的新技術(shù),將工藝中產(chǎn)生的副產(chǎn)品加以利用,以達(dá)到綜合高效利用資源的目標(biāo)?,F(xiàn)在已有專利產(chǎn)品氣化爐及相關(guān)裝置在秸稈、雜草等生物質(zhì)氣化( 炭化) 時(shí)能同時(shí)制取可燃?xì)怏w、生物質(zhì)炭、醋液、焦油和熱水等 5 種產(chǎn)品,利用燃?xì)獍l(fā)電機(jī)和氣化爐的余熱,經(jīng)過(guò)熱轉(zhuǎn)化后,可在一定區(qū)域范圍集中供暖、供冷。生物質(zhì)炭熱值大,用作固體燃料和保溫材料等,是制作生物質(zhì)成型燃料的最佳原料,燃燒時(shí)無(wú)污染,也是典型的清潔可再生能源; 生物質(zhì)醋液可制作生物農(nóng)藥和有機(jī)肥料和土壤改良劑等; 生物質(zhì)焦油用作粘合劑、防腐劑和燃料。這項(xiàng)技術(shù)把秸稈等生物質(zhì)作為一種資源進(jìn)行固、液、氣三相的高效綜合利用,真正做到高效、無(wú)公害、資源化綜合利用。
2.2.3政策引導(dǎo)和扶持 《關(guān)于編制秸稈綜合利用規(guī)劃的指導(dǎo)意見》指出要堅(jiān)持“政策扶持,公眾參與”的原則。統(tǒng)籌考慮國(guó)家對(duì)秸稈綜合利用的扶持政策情況,進(jìn)一步加大政策引導(dǎo)和扶持力度,充分發(fā)揮市場(chǎng)配置資源的作用,鼓勵(lì)社會(huì)力量積極參與,形成以市場(chǎng)為基礎(chǔ)、政策為導(dǎo)向、企業(yè)為主體、農(nóng)民廣泛參與的長(zhǎng)效機(jī)制。
為貫徹落實(shí)《中華人民共和國(guó)可再生能源法》(20*年*月*日起實(shí)施),鼓勵(lì)生物質(zhì)能的發(fā)展,加強(qiáng)生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目的環(huán)境影響評(píng)價(jià)管理工作,現(xiàn)就有關(guān)問(wèn)題通知如下:
一、根據(jù)《可再生能源法》、《可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)目錄》、《可再生能源發(fā)電有關(guān)管理規(guī)定》和《可再生能源發(fā)電價(jià)格和費(fèi)用分?jǐn)偣芾碓囆修k法》,生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目主要為農(nóng)林生物質(zhì)直接燃燒和氣化發(fā)電、生活垃圾焚燒發(fā)電和垃圾填埋氣發(fā)電及沼氣發(fā)電項(xiàng)目。
二、現(xiàn)階段,采用流化床焚燒爐處理生活垃圾的發(fā)電項(xiàng)目,因采用原料熱值較低,其消耗熱量中常規(guī)燃料的消耗量按照熱值換算可不超過(guò)總消耗量的20%。其他新建的生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目原則上不得摻燒常規(guī)燃料,否則不得按照生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目進(jìn)行申報(bào)和管理。國(guó)家鼓勵(lì)對(duì)常規(guī)火電項(xiàng)目進(jìn)行摻燒生物質(zhì)的技術(shù)改造,當(dāng)生物質(zhì)摻燒量按照熱值換算低于80%時(shí),應(yīng)按照常規(guī)火電項(xiàng)目進(jìn)行管理。
三、建設(shè)生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目應(yīng)充分發(fā)揮當(dāng)?shù)氐膬?yōu)勢(shì),合理規(guī)劃和布局,防止盲目布點(diǎn)。生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)要以城市生活垃圾集中處置規(guī)劃為基礎(chǔ),確定合理的布局及建設(shè)規(guī)模。秸稈發(fā)電項(xiàng)目原則上應(yīng)布置在農(nóng)作物相對(duì)集中地區(qū),要充分考慮秸稈產(chǎn)量和合理的運(yùn)輸半徑;林木生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目原則上布置在重點(diǎn)林區(qū);沼氣發(fā)電項(xiàng)目要與大型畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)、城市生活污水處理工程、工業(yè)企業(yè)的廢水處理工程配套建設(shè)。在采暖地區(qū)縣級(jí)城鎮(zhèn)周圍建設(shè)的農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目,應(yīng)盡量結(jié)合城鎮(zhèn)集中供熱,建設(shè)生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)工程。
四、生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目必須依法開展環(huán)境影響評(píng)價(jià),除生活垃圾填埋氣發(fā)電及沼氣發(fā)電項(xiàng)目編制環(huán)境影響報(bào)告表外,其他生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目應(yīng)編制環(huán)境影響報(bào)告書。生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目環(huán)境影響報(bào)告書應(yīng)報(bào)國(guó)務(wù)院環(huán)境保護(hù)行政主管部門審批,其他生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目環(huán)境影響報(bào)告書(表)報(bào)項(xiàng)目所在省、自治區(qū)、直轄市環(huán)境保護(hù)行政主管部門審批。各省、自治區(qū)、直轄市環(huán)境保護(hù)行政主管部門應(yīng)在審批完成后三個(gè)月內(nèi),將審批文件報(bào)國(guó)務(wù)院環(huán)境保護(hù)行政主管部門備案。
五、在生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)及審批工作中,應(yīng)重點(diǎn)做好以下幾項(xiàng)工作(具體技術(shù)要點(diǎn)詳見附件):
(一)切實(shí)做好生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目的選址和論證工作。根據(jù)區(qū)域總體規(guī)劃及生物質(zhì)資源分布特點(diǎn),深入論證生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目選址的可行性。一般不得在大中城市建成區(qū)、規(guī)劃區(qū)新建生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目。
(二)做好污染預(yù)防和廠址周邊環(huán)境保護(hù)。應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目污染物排放情況,明確合理的防護(hù)距離要求,防止對(duì)周圍環(huán)境敏感保護(hù)目標(biāo)的不利影響。
(三)結(jié)合生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目的發(fā)展現(xiàn)狀,明確嚴(yán)格的污染物治理措施,確保污染物排放符合國(guó)家和地方規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。引進(jìn)國(guó)外設(shè)備的,污染物排放限值應(yīng)不高于引進(jìn)國(guó)同類設(shè)備的排放限值。
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