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生物质能利用论文解析

生物质能在我国农村生产中的利用与开发

摘要：

关于生物质能的概念，论述以及利用生物质能的基本原理和方法。

对我国目前农村生产及生活的能源利用及发展现状做了概述，从分析我国农村生物质能利用及消费结构，得出我国生物质能的利用集中在沼气、薪柴和秸秆。

而随着新能源技术的不断发展，农村沼气规模也不断扩大，利用方式也由传统的燃烧向集中制气，碳化和固化方式转变。

过去农村生物质能消费以秸秆和薪柴为主，现在沼气利用占据越来越重要的位置，当今我国生物质能在农业，农村中的利用仍存在许多问题，未来需要从结构，技术，资金保障，市场及产业发展等方面促进利用与发展。

关键字：

生物质，发酵，热解，农村生物质能，沼气，秸秆。

Biomassenergydevelopmentandutilizationofruralproductioninourcountry

（KunmingUniversityofscienceandtechnology,Energyandengineering,KunmingUniversity2013dynamicclass131,Kunming,Yunnan）

Abstract:

Onbiomassconceptsarediscussed,aswellastheuseofbiomassenergymethods.OnruralproductionandlivinginChina'senergyutilizationanddevelopmentoutlinedthecurrentsituation,fromtheanalysisofconsumptionstructureofruralbiomassenergyuseinChinaandobtainedtheutilizationofbiomassenergyinChinafocusonbiogas,woodandstraw.Withthedevelopmentofnewenergytechnologies,ruralmarshgasscalehasbeenexpanded,usedalsobytraditionalcombustiontoconcentratedgas,carbonationandcuringmode.Ruralbiomassenergyconsumptioninthepastdominatedbystrawandfirewood,gasnowusedtooccupyanincreasinglyimportantposition,biomassenergyinagricultureinChinatoday,therearestillmanyproblemsintherural,futureneedsfromthestructure,technology,funding,marketinganddevelopmentpromotetheuseanddevelopmentoftheindustry.

Keywords:

biomass,ferment,pyrolyzation,ruralbiomassenergy,methane,straw.

0引言

进入二十一世纪以来，面对能源和环境问题的双重挑战，可再生能源的开发利用越来越受到人们的重视。

而生物质能作为一种可再生且无污染的能源是指绿色植物经光合作用生成的生物物质和其他有机质转化成的能源，并能够直接当作燃料或转换成气态或液态燃料的载能体。

生物质能源种类较多，从原料来源的角度看，生物质能源可分为农业生产废弃物和加工剩余物、薪柴和林业加工剩余物、人畜粪便和能源植物等。

可制成沼气、生物质燃气、生物发酵制取的氢气等气体燃料，生物柴油、燃料乙醇、生物质裂解液化等液体燃料以及炭棒、颗粒燃料等固体燃料。

与其他可再生能源相比，生物质能源具有地区性限制小、可控性强、转化形式多样等优势，且生产成本相对较低在一定程度上减少对矿物燃料的依赖，保障国家的能源安全、减轻环境污染是解决未来能源危机的最具潜力的途径之一。

农村的生物质能利用主要是指农村利用秸秆、人畜粪便和沼气作为能源进行的生产、生活。

我国是一个农业大国，拥有54.31％的农村人口，由于秸秆和薪柴等生物质能是农村主要的生活燃料，因而广大农村地区拥有丰富的生物质资源。

据资料显示：

农村能源消费总量由1980年的3.28亿吨标准煤增长到2008年的9.24亿吨标准煤，增加了2.8倍。

生物质能在农村生活用能结构中约占40％的比例，这表明在今后很长一段时间内，生物质能将在经济发展中扮演十分重要的角色。

不仅如此我国作为世界第二大能源生产和消费国，国民经济的发展和全面建设小康社会步伐的加快对能源生产和消费提出了更高的要求。

《可再生能源发展“十二五”规划》明确提出要将可再生能源作为国家能源发展的重要战略组成部分，推动其“全方位、多元化、规模化和产业化发展”，以保障我国国民经济和社会的可持续发展。

据此，国家能源局印发《生物质能发展“十二五”规划》，指出开发利用生物质能对发展循环经济、促进农村发展和农民增收、培育和发展战略性新兴产业具有重要意义，并提出到2015年，生物质能在农村生活用能等领域的利用初步达到商业化和规模化水平。

1生物质能的转化利用方式

开发、利用生物质能的途径主要有生物化学法和热化学法。

此外,还有机械萃取的方法。

一般来说,所有种类的生物质都可以进行热化学转化,含湿量低的草本植物和木本植物最适合热化学转化。

生物质转化技术在过去的20年中取得了很大的进展,人们进行了大量的将生物质通过热化学、生物化学方法转化成液体、固体和气态物质的研究其中,将生物质气化成主要成分是CO和H2的燃气,是生物质能转化利用的主要途径。

1.1生物化学转化

生物化学转化包括发酵（产生乙醇）和厌氧性消化（产生富CH4和CO2的生物气,也称沼气）。

而生物化学转化方法包括：

（1）发酵。

乙醇的生产过程称为发酵,其流程为先将生物质碾碎,通过催化酶作用将淀粉转化为糖,再用发酵剂将糖转化为乙醇,得到的乙醇体积分数较低（10%～15%）的产品,蒸馏除去水分和其他一些杂质,最后浓缩的乙醇（一步蒸馏过程可得到体积分

95%的乙醇）冷凝得到液体。

（2）厌氧性消化。

厌氧性消化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。

1.1热化学转化

生物质热化学转化包括直接燃烧、气化、热解、液化和碳化。

气化和液化技术是生物质热化学利用的主要形式。

（1）直接燃烧。

将生物质作为燃料在高温下直接燃烧,是最简单的热化学转化工艺。

（2）气化。

气化是通过生物质在高温（800～900℃）下部分氧化生成CO,H2,CH4等可燃气体及CO2的混合物的过程。

（3）热解。

热解是将生物质转化为有用燃料的热化学过程。

（4）液化。

生物质液化是在低温及高的反应气体压力下将生物质转化为稳定的液态碳氢化合物,可分为直接液化和间接液化。

1.2机械萃取

将含有大量生物油的种子作物压碎,从中提取生物油直接用于替代柴油或作为燃料油。

这种植物油的热值一般为39.3～40.6MJ/kg,可作为动力燃料。

2中国农村生物质能的发展现状。

由于我国是农业大国，生物质能源种类丰富、分布广泛据估计，当前我国生物质能源总量约为７亿ｔ标准煤，预计２０２０年将达９亿～１０亿ｔ标准煤。

近年来，我国加大农村生物质能源的发展力度，生物质能源的开发利用取得了一定的进展。

目前，我国生物质能资源主要包括农作物秸秆、林业生物质资源、畜禽粪便和能源作物等，利用直接和混合燃烧、化学法和物理化学法等技术转化为二次能源，分别用于生活、运输及发电等［２］。

其中，可以为农村居民提供生活用能的主要包括农村沼气，农作物秸秆的气化和生物液体燃料。

本文主要针对这几种农村普遍使用的生物质能进行分析。

表１　生物质能转化利用一览表

原料来源技术类型产品用途发展的现状

该项发电厂的规模受限于本地可用原

农作物农业，林业直燃发电电力发电，供热料的限制，小规模的运用一般效率

秸秆生产混合燃烧发电生物质燃气炊事都很低

林业气化集中供气技术固体成型燃料炊事，采暖前期发展较快，但由于技术制约出现

生物资源固体成型燃料技术沼气炊事停滞，现又有发展趋势。

沼气技术燃料乙醇运输技术趋于成熟，处于试点阶段。

水解技术生物柴油

费托合成技术不成熟，处于开发阶段。

养殖场养殖场沼气工程技术沼气，电力炊事，发电技术基本成熟，到2009年底，中国已

或养殖小区运输建成养殖沼气工程5.65万处，年产沼

禽畜农村户用沼气技术沼气气7.6亿立方米。

粪便农户散养炊事技术比较成熟，到2009年，中国累计

推广3057万户沼气池，年产沼气130.8

亿立方米。

甜高粱茎秆发酵法燃料乙醇运输作物品种，种植技术和燃料乙醇加工

甘蔗、木薯等技术已初步具备了商业化发展的条件，

能源作物但由于受预处理工艺和酶技术等因素

油菜籽、棉籽生物柴油制约，尚未出现商业化产品。

麻疯树等化学法

如表1所示。

其中，可为农村居民提供生活用能的技术包括农村户用沼气技术、养殖场沼气工程、固体成型燃料技术、秸秆沼气技术、秸秆气化集中供气技术。

整体上看，目前中国生物质能开发利用仍处在发展的初始阶段，不同种类技术的产业化水平并不平衡。

农村户用沼气、养殖场沼气工程等技术已经比较成熟，通过政府提供补贴等经济激励政策，实现了产业化应用；固体成型燃料技术、秸秆沼气等技术正处于试点示范阶段，或正进入商业化早期发展阶段，在最近几年将实现产业化；秸秆热解气化技术还存在诸如技术及成本等问题，影响了推广应用。

从发展潜力和市场前景来看，农村户用沼气、固体成型燃料等技术可为农村居民提供优质的生活用能，替代传统的低效燃烧方式，未来发展潜力巨大，应根据全国各地的资源禀赋、生活习惯、经济发展状况，技术成熟程度和经济性，因地制宜分阶段、分步骤发展；而秸秆热解气化技术存在缺欠，发展前景不明晰；养殖场沼气工程作为畜禽粪便治理的有效手段，其环境效益高于能源效益，未来需求量较大。

下面就对三种技术进行详细分析。

2.1沼气

沼气在我国２０世纪２０年代就开始了生产与应用。

沼气生产不仅含有５５％～７５％的甲烷和２５％～４５％的ＣＯ２，还可产生少量的硫化氢。

可直接用来烹饪或空间加热。

近几年由于农村畜禽养殖业的发展，产生了大量的粪便、垫草，而这些排泄物和废弃物又是其他生物质（主要是粮食、农作物秸秆等）的转化形式，是一种很好的生物质资源。

据计算，我国禽畜粪便资源总量约８．５１亿吨，其中牛粪５．７８亿吨、猪粪２．５９亿吨、鸡粪０．１４亿吨。

理论上，我国的农产品加工和畜牧业养殖等废弃物可生产沼气约８００亿立方米。

沼气发展具有很大的潜力。

２００３年农业部《农村沼气建设国债项目管理办法》确定了对农村沼气项目建设每年１０亿元国债的补助标准，大力推动农村沼气的发展利用。

在农村户用沼气技术方面，我国达到国际领先水平，南方“猪－沼－果”、北方“四位一体”以及西北的“五配套”等多种利用模式，有效推动了户用沼气的发展。

２００３年至2012年，农村户用沼气池规模不断扩大，年均利用率基本达到９０％，２０１２年中央安排沼气建设投资３０亿元，年末累计农村户用沼气池３６５２．３万户，年总产气量约１３８亿ｍ３，为近３６００万农户提供了生活燃料。

生活污水净化沼气池逐年增加，２０１２年已建成２０８５５１处，总池容达到９７０万ｍ３。

沼气工程建设以农业废弃物处理工程为主，２０１２年沼气工程９１９５２处，其中大型沼气工程５２４６处，中型沼气工程９７６７处，各类沼气工程年总产气量约达２０亿ｍ３，农村沼气受益人口达１．５亿多人［２２］。

沼气工程已实现零部件的标准化生产，建立起较为完善的技术服务体系。

2.2农作物秸秆气化

农作物秸秆气化在我国２０世纪９０年代才发展起来。

我国有着丰富的秸秆资源，据统计，我国每年各类农作物秸秆产量近７亿吨，其中可用于收集利用的约4.8亿吨，用于造肥还田和畜牧饲料的1.5亿吨、作为造纸等工业原料的1.8亿吨、用于炊事、取暖等0.1亿吨。

每年剩余农作物秸秆有近1.2亿吨未得到利用［３］。

预计我国农业生物质资源可转化为能源的农作物秸秆资源量约为３亿吨，折合标准煤为1.5亿吨［４］。

秸秆综合利用产业化程度不高和投入不足。

以云南省为例，除银鸽、新亚等造纸企业秸秆综合利用形成较大规模外，其他秸秆综合利用生产规模普遍偏小，技术水平低，经济效益差。

由于各级政府财力有限，补贴较少，扶持政策滞后，农民和生产企业的积极性不能被充分调动起来，影响秸秆的规模化发展。

截至２０１０年，全国已建成秸秆沼气集中供气工程２４６处，供气４.０６万户，秸秆气化集中供气（煤气）９００处，供气近２１万户，秸秆固化成型５１２处，年产量１７０多万吨，秸秆炭化６９处，年产量近２２万吨。

2.3生物液体燃料

生物液体燃料是以生物质（小麦、玉米、薯类、木本等）为原料生产的液体燃料，如生物柴油、乙醇等，可以用来替代或补充传统的化石能源。

由于不可再生能源日益紧缺和环保要求，越来越多的国家和地区开始发展生物柴油和燃料乙醇。

我国木本含油植物种类丰富，可用作建立规模化生物质燃料油原料基地的乔灌木树种有近３０种。

这些植物抗逆性强、管理粗放、根系发达、易于成活，耐旱耐贫瘠，不占用良田，还可以保水固土，防止石漠化，增加土壤有机质，是很好的水土保持防护林，经济、生态和社会效益非常明显，具有巨大的开发潜力和广阔的发展前景。

3农村生物能开发形势

3.1农村生物质能开发的优势

我国农村拥有大量的生物质能资源。

虽然秸秆资源量近７亿吨，但仍有３亿吨未被有效利用；我国林业废弃物资源量有８亿吨，其中工业消耗５亿吨，有３亿吨亟待开发利用。

而且我国西南地区和西北地区有大量的盐碱地、荒山、丘陵等，虽不适宜粮食生产，但却能种植能源作物，发展潜力巨大。

农村的生物质能开发利用已初具规模，而且技术成熟。

农村沼气的应用，实现了农户自给的循环利用，不仅节约了能源而且也提高了农民的生活质量，带动了农民开发生物质能的积极性，便于在更多的地区进行推广。

我国人口众多，再加上近几年经济增速减缓，就业形势严峻，劳动力过剩，农村的劳动成本相对较低，具有一定的比较优势。

3.2农村生物质能开发的劣势

我国虽然颁布了《可再生能源法》，但在法律体系方面还不完善。

在法律上针对沼气和生物乙醇的比较多，其他的生物质能方面还缺少法律的支持和保护，尤其在非粮作物为原料的生物液体燃料方面，政府的支持政策明显不足，在财政、市场开发等方面缺乏合理有效的激励政策，政府管理混乱，缺乏明确的监管部门，使得政策难以有效落实。

我国生物质能生产没有实现规模化，缺乏竞争力。

许多国家的生物质能已实现规模化生产，达到商业化运营的程度。

如巴西的乙醇开发利用居世界首位，乙醇燃料已占该国汽车燃料消费量的５０％以上。

我国由于技术的局限以及市场体系不健全等，使得生物质能开发缺乏竞争力，长期处于商业化开发的前期，这在一定程度上阻碍了生物质能的开发和利用。

生物质资源利用率低。

据估算，我国农业生物质资源每年可转化为能源近５亿吨标准煤，再加上盐碱地和荒山丘陵能够种植的能源作物，约１５亿吨标准煤以上。

每年大量的秸秆就地燃烧，农村生活垃圾就地倾倒，不仅导致土地的面源污染，而且还浪费了大量的生物质资源。

在新技术的研发及应用方面，由于能源的技术和知识在农村传播速度慢，信息更新较缓，农民的文化知识水平较低，政府能源管理部门不够重视等原因，致使生物质能在农村的开发推广困难，制约了技术的发展和创新。

农村能源开发利用的综合服务体系有待加强。

缺乏开发、建设、使用的专业科技队伍（如维护、检修等工作人员），基层服务的组织力量薄弱，能源产品的售后服务体系不完善。

如一些地方用上了沼气，但当产品需要维修和更换时找不到服务站点和服务人员，出现维修难的情况，挫伤了农民使用生物质能的积极性，导致很多用上沼气的农户又放弃对沼气的使用。

4.推进中国农村生物质能发展的对策与建议

4.1制定切实可行的优惠政策和扶持措施

政府应出台一些扶持政策，为农村生物质能的发展营造良好氛围。

国家有关部门从能源可持续发展角度，鼓励和支持企业投资生物质能的开发，对生物质能研究的开发、生产加工、经营使用进行投资补贴，对相关科研项目、企业和使用者在资金、原料供应等方面给予优惠政策，加大减税免税和补贴的力度。

培育大型龙头企业，引领农村生物质能的开发和利用，提供相应的配套措施，加强组织管理，帮助农户进行开发生产，共同获益。

4.2因地制宜合理开发资源，保障原料的供应能力

农村有大量的生物质能资源，要加强研究和利用农村的油料作物和非农耕地的能源作物，如在适宜地区推广栽植柴油树（即麻疯树，还包括黄连木、小桐子、雅津树、光皮树等），促进规模化种植与经营，提升原料来源的集中度，逐步构建从育种、产收到产品加工的生物燃料产业链。

提高原料利用效率，降低生产成本，推进原料多元化发展，提高原料保障能力。

4.3加大技术研发和农户技能培训

生物质能开发利用的技术种类繁多，而且技能的成熟度也各异。

应设立专项生物质能资金，增加科研费用，进行产———学———研合作，提高自主研发能力，加快技术创新的步伐［７］。

对那些具有发展潜力的生物质能进行试点和示范，加强相关技能培训，提高开发使用生物质能技术的可操作性，促进农村生物质能的普及和发展。

4.4建立健全的生物质能产业体系

健全生物质能技术的推广和服务体系，重视对人才的培养和开发，加强对农村生物质能的产业化管理和技术队伍建设。

积极发展纵向关联企业和相关配套设施产业，对农村资源进行整合，优化产业结构，建立完善的生物质能产业体系，实现健康有序、可持续的发展。

5.农村生物质能的前景展望

总体看来，我国农村地区生物质能利用已逐步走向成熟阶段，但目前仍存在生物质资源量及分布情况调查不清不全、利用率不够高、全方位能源化利用技术水平有待提高、产业化程度低等问题。

为实现《生物质能源发展“十二五”规划》２０１５年生物质能年利用超过５０００万ｔ标准煤的目标，完成年生物质燃气集中供气３０亿ｍ３，农村沼气用户５０００万户，沼气年产１９０亿ｍ３，生物质成型燃料年利用量１０００万ｔ的发展规划，需要在做好农村生物质资源的调查评价工作的基础上，提高生物质能利用转化技术水平，加快实施生物质能开发利用的政策、资金支持力度，建立完善生物质能源市场，加快生物质能源的规模化、产业化开发利用的进程。

不仅如此，除了制定落实切实可行的优惠政策和扶持措施外，还应该因地制宜合理开发资源，保障原料的供应能力。

如在适宜地区推广栽植柴油树（即麻疯树，还包括黄连木、小桐子、雅津树、光皮树等），促进规模化种植与经营，提升原料来源的集中度，逐步构建从育种、产收

到产品加工的生物燃料产业链。

在这样一个能源多元化的今天，唯有抓住能源发展的机遇，紧跟能源低碳化，节能化的步伐，在国家大力扶持发展农村生物质能上，广泛应用生物质能技术，推动农业生物质能利用技术的全方位发展，为我国的农业生产，科学水平的发展做出更好更高的贡献!

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