1 新能源的概况
新能源是指在传统能源以外的各种能源形式。其形式都是间接的或者直接的来自于太阳或地球内部所产生的能量。其中包括了太阳能、地热能、水能、风能和海洋能、生物质能等。
我国对于太阳能、风能、水能等新能源的开发利用比较早, 尤其是水能发电的技术现在已经相当成熟和先进, 然而对于生物质能这类新能源的研究则还处于初级阶段[1]。生物质是指间接或直接地来源于光合作用而形成的各种有机体, 包括所有的微生物和动植物。生物质能则是指直接或间接地通过植物的光合作用, 把太阳能转化为化学能后储藏在生物质内部的能量, 是一种以生物质作为载体的能量, 是可以再生的绿色能源, 具有可再生性、丰富性、可替代性和清洁性的特点。因此, 生物质能源代替石油化工能源的研究和开发已经成为世界关注和研究的热点。
2 生物质能源
生物质能是指利用植物 (包括光合细菌和绿藻) 的光合作用, 利用太阳光能把CO2和H2O合成有机物, 从而把太阳光能变成化学能贮存在生物质中。生物质能源转换的方式有四种主要的形式, 分别为生物质气化、生物质固化、生物质液化和生物质发电[3]。
2.1 生物质气化
2.1.1 生物质制沼气
有机废弃物 (如农作物秸秆、粪便、有机废水等) 在厌氧的条件下通过微生物的发酵作用产生了一种以CH4为主要成分的可燃性气体, 就是沼气。从能源角度来说, 沼气属于中等热值的燃料, 是性能比较好的, 而且沼气还是生物质可再生的能源;但从环保角度来说, 沼气中所含有的CH4气体是作用强烈的温室气体, 它所能导致的温室效应是CO2的27倍, 因此控制沼气及CH4排放又是大气保护的一个重要方面。由此看来, 沼气的高效利用, 是既有控制沼气污染, 又有开发新能源的双重意义。
2.1.2 生物质气化
生物质的气化是指将固态的生物质燃料转化为气体燃料的过程, 它也是热解的一种, 主要是指在高温下得到较好生产率的气体。其产出的气体中主要含有CO、H2和CH4, 以及少量的CO2和N2, 都可以直接作为燃料使用。
2.2 生物质固化
生物质固化是将有机废弃物 (秸秆、木屑、锯末、稻壳等) , 用机械加压的方法, 把没有型态、密度低的生物质原料压制成具有一定形状、密度较高的固体成型燃料。
从成型工艺上可分为常温压缩成型、碳化成型和热压成型3种。另外, 生物质炭化炉可以将已经成型生物质块进一步炭化, 在隔绝空气的条件下, 生物质被高温分解, 生成的燃气和焦油从炭化炉释放出去, 得到最终产物生物炭, 其燃烧效果得到显著改善, 产生的烟气中污染物含量明显降低, 是一种高效的燃料。
2.3 生物质液化
2.3.1 生物质热裂解
裂解是在缺氧或无氧的条件下, 利用热能来切断生物质大分子中的化学键, 使其转变为低分子物质的过程。在裂解的过程中产生的少量热值气体可作为系统内部的热源, 气体中NOX的浓度很低, 无污染问题。现在, 国外已经发展了多种生物质的裂解技术, 以达到最大程度的增加液体产量的目的。
2.3.2 生物质液化
以纤维素废弃物为原料生产乙醇, 将会有效扩大乙醇燃料的市场供应。制取乙醇的原料主要有两大类, 一类是含糖丰富的植物原料, 一类是木质纤维原料。以秸杆类植物为例, 生物质的微生物利用是先把多糖 (纤维素、半纤维素) 降解为可发酵的单糖 (葡萄糖、木糖等) , 然后再将可发酵的单糖转化为目的产物。
2.3.3 生物柴油
生物柴油的主要成份是由动植物的油脂转化而来的, 包括高级脂肪酸的低碳烷基酯混合物, 因为它的物化性能与石化的柴油相接近, 所以可以直接用来代替石化柴油, 也可以与普通柴油按照一定的比例互溶从而代替石化柴油使用。生物柴油的生产方法包括酶法和酸碱法。其中, 酸碱法技术已经较为成熟, 使用广泛, 但对环境的污染较重;酶法技术尚未成熟, 技术成本较高。生物柴油作为一种优质的液体燃料, 可以作为我国生物质能产业的一个发展方向。
2.4 生物质发电
秸秆发电在欧洲的一些国家已经得到了相当广泛的应用。秸秆是清洁的可以再生资源, 秸秆经切碎后发电, 每2t秸秆产生的热量相当于1t的标准煤, 其热值相当于煤炭的85%~90%, 可秸秆燃烧产生烟气中的含硫量只有3.3%, 远远低于煤炭。秸秆发电后的灰渣仍可以作为农家肥被再次利用, 因此其生态经济效益十分显著。
但是, 利用秸秆发电仍然存在较多的限制因素[2], 其主要问题有以下几点。
2.4.1 秸秆的资源化利用的政策、法规需要完善
我国秸秆的资源巨大, 但是处理不当对环境和农业的可持续发展产生了阻碍的作用, 目前我国还没有一套行之有效的固体废弃物再生利用的政策法规, 因此只有很少一部分的秸秆被回收利用。
2.4.2 秸秆的资源化利用的全民意识没有完全树立
因为在我国广大的农村地区, 环境保护意识还十分的薄弱, 秸秆的资源价值没有被人们所了解, 因此田间的秸秆往往还是一烧了之, 即造成了环境的污染, 也造成了资源的浪费。
2.4.3 秸秆的资源化利用需要一定的技术保障
我国秸秆资源化的利用规模在近几年来, 取得了一定的发展, 但在技术水平上与世界发达国家相比仍存在着很大的差距, 还需要进一步的研究和发展。从而保证秸秆的有效利用率, 减少对环境的污染。
3 结语
现在我国经济的快速发展, 能源的需求量增加, 加上人们对环境保护的意识逐渐增强, 在国家节能减排的政策环境下, 生物质能产业迎来了前所未有的发展机遇。随着技术水平的进一步提高, 产业发展政策环境的逐渐完善, 许多大型企业的积极参与, 我国的生物质发电、生物液体燃料、沼气工程和生物质固体成型燃料将会逐步的实现产业化。
摘要：伴随经济发展, 在世界范围内的能源出现了紧张的问题, 并伴有严重的环境污染, 在这样的情况下, 可再生的清洁能源的开发利用, 不但能有效的减少环境污染问题, 也将会缓解能源危机。我国的生物质能源利用技术起步比较晚, 不过也取得了一些科研成果, 主要有沼气技术、生物质固化成型技术、生物质气化技术、生物柴油技术等。
关键词：新能源,环境问题,生物质,利用
参考文献
[1] 周凤起.中国新能源、可再生能源的发展与趋势[J].绿叶, 2008, 9:30～35.
[2] 曹稳根, 段红.我国生物质能资源及其利用技术现状[J].安徽农业科学, 2008, 36 (14) :6001～6003.
[3] 张应桂, 周勇.生物质能转化技术利用现状与环境评价[J].化学工程师, 2007 (11) :33～36.
[4] 匡廷云, 白克智, 杨秀山.我国生物质能发展战略的几点意见[J].化学进展.2007 (8) :58～62.