生物燃料的作用范文

導語：如何才能寫好一篇生物燃料的作用，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

電池在我們的生活中發揮著非常重要的作用，但在使用過程中卻帶來了嚴重的環境問題。一節一號電池腐爛在地里，能使一平方米土壤永久失去利用價值；一粒紐扣電池可使600噸水受到污染，相當于一個人一生的飲水量。嚴峻的現實迫使我們尋找電池發展的新出路，生物燃料電池的問世讓我們看到了曙光。本文初步介紹了生物燃料電池的基本情況，以期能開闊視野，對中學化學教學有所裨益。

1穿越歷史，生物燃料電池向我們走來

早在19世紀初，英國化學家戴維就提出了燃料電池的設想，1839年英國人格拉夫發明了最早的氫燃料電池[1]。可以說發展到今天，氫燃料電池已成為了最成熟的燃料電池，但在氫氣的制備、輸送、電池的能量轉化率、使用安全性等方面存在許多問題，陷入了尷尬的發展處境[2]。生物燃料電池的出現又讓我們充滿了新的期待。

生物燃料電池的發展可追溯到20世紀初，1910年英國杜漢姆大學植物學教授Michael Cresse Potter用酵母和大腸桿菌進行試驗時，發現了微生物也可以產生電流,從而拉開了生物燃料電池研究的序幕。六十年代，為了將長途太空飛行中的有機廢物轉化成電能，美國航空航天管理局投入了大量的人力和物力進行研究，真正掀起了生物燃料電池研究的。后來盡管由于技術原因，生物燃料電池曾一度陷入停滯狀態，但七、八十年代出現的石油危機又讓電池家族的新成員成為人們矚目的中心，自此之后迎來了更加廣闊的發展前景[3]。

簡言之，生物燃料電池就是以微生物、酶為催化劑，將有機物（如糖類等）中的化學能直接轉化成電能的一種電化學裝置。根據電池中使用的催化劑種類，可將生物燃料電池分為微生物燃料電池和酶燃料電池兩種類型。

2兩種典型的生物燃料電池

2.1 微生物燃料電池

典型的微生物燃料電池如上圖所示，它由陽極室和陰極室組成，質子交換膜將兩室分隔開。它的基本工作原理可分為四步來描述:(1)在微生物的作用下，燃料發生氧化反應，同時釋放出電子;(2)介體捕獲電子并將其運送至陽極;(3)電子經外電路抵達陰極，質子通過質子交換膜由陽極室進入陰極室;(4)氧氣在陰極接收電子，發生還原反應。我們以葡萄糖為例來具體地說明這個過程[1]：

陽極半反應：

C6H12O6+6H2O6CO2+24H++24e-E0=0.014V

氧化態介體 + e-還原態介體

陰極半反應:

6O2+24H++24e-12H2O E0=1.23V

2.2 酶燃料電池

如下圖，葡萄糖在葡萄糖氧化酶（GOx）和輔酶的作用下失去電子被氧化成葡萄糖酸，電子由介體運送至陽極，再經外電路到陰極。雙氧水得到電子，并在微過氧化酶的作用下還原成水。

陽極半反應：葡萄糖葡萄糖酸＋2H++2e

陰極半反應：H2O2+2H++2e2H2O[3]

2.3生物燃料電池中的介體及其作用

2.3.1介體的作用

在生物電池的設計中一個最大的技術瓶頸就是如何有效地將電子從底物運送至電池的陽極。科學家設想在陽極室加入一種或幾種化學物質，作為運輸電子的介體。介體的作用如圖3所示。

2.3.2 介體需滿足的條件[1][3]

經過研究發現充當介體的分子必須具備嚴格的條件：①介體的氧化還原電極電勢應與代謝物的電勢相一致；②介體的氧化態和還原態都應易溶于電解質溶液；③在溶液中有足夠的穩定性且不能吸附在細菌細胞或電極的表面；④介體的電極反應快；⑤微生物燃料電池中的介體應易于穿透細胞膜且對微生物無毒害作用；⑥微生物燃料電池中的介體在得到電子后應易于從細胞膜中出來；⑦介體的任一種氧化態都不會對微生物的代謝過程造成干擾。

生物燃料電池中常用的介體有硫堇、EDTA-Fe(Ⅲ)、亞甲基藍、中性紅等。

3 生物燃料電池的優點

與傳統的化學電池技術相比，生物燃料電池具有操作上和功能上的優勢（表1）。首先它將底物直接轉化為電能，保證了具有高的能量轉化效率。其次，不同于現有的生物能處理，生物燃料電池能在常溫、常壓甚至是低溫的環境條件下都能夠有效運作，電池維護成本低、安全性強。第三，生物燃料電池不需要進行廢氣處理，因為它所產生的廢氣的主要組分是二氧化碳，不會產生污染環境的副產物。第四，生物燃料電池具有生物相容性，利用人體內的葡萄糖和氧為原料的生物燃料電池可以直接植入人體。第五，在缺乏電力基礎設施的局部地區，生物燃料電池具有廣泛應用的潛力。

表1化學燃料電池與生物燃料電池比較[3]

4生物燃料電池的用途[1][5]

4.1改善汽車的燃料結構

使用生物燃料電池，1L糖類物質的濃溶液氧化產生的電能可供一輛中型汽車行駛25-30 Km,如果汽車的油箱為50L的話，裝滿糖后可連續行駛1000Km而不需要再補充能源。使用生物燃料電池，一方面可控制因化石燃料燃燒導致的空氣污染問題，另一方面還可避免因發生交通事故而引發的汽油起火燃燒甚至是爆炸。

4.2污水處理

2005年，由美國賓夕法尼亞州立大學的科學家洛根率領的一個研發小組宣布，他們研制出一種新型的微生物燃料電池，可以把未經處理的污水轉變成干凈用水和電能。

4.3為可植入人體內的設備提供能量支持

2005年日本東北大學教授西澤松彥領導的研究小組新開發出了一種利用血液中的糖分發電的燃料電池。這樣的生物電池可為植入糖尿病患者體內的測定血糖值的裝置提供充足電量、為心臟起搏器提供能量。

4.4 在機器人設計中的作用

2001年英國西英格蘭大學的科學家們研制出了一種名為“Slugbot”的機器人（如圖5），專門用于搜捕危害種植業的鼻涕蟲。“Slugbot”將抓獲的鼻涕蟲放在一容器里，在酶的作用下將其轉化成電能。

2000年美國南佛羅里達大學科學家斯圖亞特.威爾金森（Stuart Wilkinson）宣稱，他們已經研制出了一種需要吃肉以給體內補充電能的機器人Chew Chew。 這種機器人體內裝有一塊微生物燃料電池，為機器人運動和工作提供動力。這種微生物燃料電池可以通過細菌產生酶，消化肉類食物，然后把獲取的能量再轉化為電能，供給機器人使用。

4.5在航空航天上的使用

為處理密閉的宇宙飛船里宇航員排出的尿液，美國宇航局設計了一種巧妙的方案：用微生物中的芽孢桿菌來處理尿液，產生氨氣，以氨氣作為微生物電池的電極活性物質，這樣既處理了尿液，又得到了電能。一般在宇航條件下，每人每天排出22克尿，能得到47瓦電力。

5 生物燃料電池發展展望

在化石燃料日趨緊張、環境污染越來越嚴重的今天，生物燃料電池以其良好的性能向我們展示了一個美好的發展前景。但不可否認的是，由于技術條件的制約，目前生物燃料電池的研究和使用還處于不成熟階段：電池的輸出功率小、使用壽命短。例如美國得克薩斯大學亞當?海勒博士研制的葡萄生物電池能提供的功率僅為2.4微瓦，這說明要點燃一個小燈泡需要100萬株葡萄，并且產電能每天都在衰減。由此導致生物燃料電池的使用范圍非常狹小，遠沒有達到全面推廣的時期。研究人員正在積極研究，努力克服這一瓶頸。

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5.1開發無介體生物燃料電池[5]

有一類鐵還原性微生物，由于其細胞膜上有豐富的細胞色素，表現出較強的電化學活性，在生物電池中能直接將電子轉移至陽極而不需要借助任何介體。研究表明Rhodoferax ferrireduler和Geobacteraceae種群的微生物都具有這種功能，它們在電池內發生的反應可表示為：

C6H12O6+6H2O+24Fe(Ⅲ) 6CO2+24Fe(Ⅱ)+24H+

+24e-。

無介體生物燃料電池的優點主要表現為有充足的空間，有利于提高電子轉移的效率和速率。

5.2加強對電極的修飾[4]

學者Derek R. Lovley等用石墨氈和石墨泡沫代替碳棒作為電池的陽極，研究發現電池的電能輸出大大增加，約為原來的三倍。說明增大電極的表面積可以增大吸附在電極表面的微生物和酶的密度，從而增加電量的輸出。

Zhen He等在微生物燃料電池中用微生物來修飾陰極，加快了氧氣的還原反應速率，極大地提高了電池輸出的電流密度。

5.3 選擇合適的質子交換膜[4][6]

質子交換膜能有效地維持電池兩極室內酸堿度的平衡，保證電池反應的正常進行。Liu和Logan在電池的設計中取消了質子交換膜，結果發現電池的庫侖輸出效率由55%降到了12%；Min et al.研究發現如果氧氣由陰極室進入陽極室，電池的庫侖輸出效率會從55%降至19%。這說明質子交換膜的質量好壞關系到生物燃料電池的性能，選擇合適的質子交換膜，增強質子的穿透性而降低氧氣的擴散成為了生物燃料電池開發中的一個重要環節。

5.4 開發光化學生物燃料電池[5]

利用光合細菌或藻類吸收太陽光，并將其轉化成電能的裝置稱為光化學生物燃料電池。科學家曾設計出這樣的一種電池：用石墨作陽極，陽極室內有項圈藻和可溶性奎寧介體；陰極也為石墨電極，電解質溶液為鐵氰化鉀。把這種電池先放在陽光下光照10小時，然后在黑暗的環境中放置10小時，發現可產生1mA的電流（外電路電阻為500歐），只不過光子轉化成電子的效率只有0.2%。后來人們又用Synechococcus細菌來代替項圈藻，發現轉化率可提高到3.3%。

參考文獻：

[1] A.K.Shukla,P.Suresh,S.Berchmans ,A.Rajendran.Biological fuel cells and their applications[J]. Current Science,2004,(4):455-468.

[2] 沈萍.微生物學[M].北京： 高等教育出版社， 2000,446-450.

[3] 劉強，許鑫華，任光雷，王為.酶生物燃料電池[J].化學進展，2006,(11):1530-1536.

[4] 連靜，祝學遠，李浩然，馮雅麗.直接微生物燃料電池的研究現狀及應用前景[J].科學技術與工程，2005,(22):1671-1815.

[5] Frank Davis and Séamus P.J.Higson.Biofuel cells-Recent advances and applications[J].Biosensors and Bioelectronics, 2007,(22):1224-1235.

[6] Alyssa L.Walker,Charles W.Walker Jr.Biological fuel cell and an application as a reserve power source[J].Journal of Power Sources,2006,(160):123-129.

[7]袁麗霞.多種多樣的電池[J].化學教學,2006,(12):53-56.

[8]仇紅亮.漫談氫能源發展的尷尬[J].化學教學，2005,(6):37-38.

致謝：本文在寫作過程中，得到化學系樂翠娣老師的指導和幫助，謹致以誠摯的謝意!

篇2

生物能源是指利用生物可再生原料及太陽能生產的能源，生物能源主要包括生物電能和生物燃料兩大類。生物電能主要是利用各種植物秸桿進行發電，而生物燃料則是通過發酵產生甲醇和乙醇燃料等。生物能源既是可再生能源，又是無污染或低污染的綠色能源。

生物能源不含硫，其碳循環是動態的，能源植物通過光合作用固定二氧化碳和水，將太陽能以化學能形式儲藏在植物中，是一種可再生的環保型新能源。因此，開發生物能源是解決能源危機和保護生態環境的有效途徑。

各國已廣泛開始關注用生物能源來代替化石燃料，并制定了相應的計劃，如日本的“陽光計劃”、印度的“綠色能源工程”、美國的“能源農場”和巴西的“酒精能源計劃”等。

生物燃料乙醇

生物燃料乙醇也稱燃料酒精、乙醇汽油和乙醇柴油。燃料乙醇可以單獨作為一種燃料或作為改進型混合燃料。生物燃料乙醇是一種燃燒充分、可再生的燃料，近年來備受青睞。

在1979年，美國便開始制定酒精發展計劃，同年，日本工業技術研究院開始對稻草、廢木材等進行能源化研究，時至今日酒精發酵技術已基本完善。1980年，美國和加拿大兩位華裔教授幾乎同時宣布已經解決木糖酒精發酵的問題，這一研究成功使半纖維素利用進入一個嶄新階段。1998年9月由美國第一家商業化以纖維質(蔗渣和稻草殼)為原料生產酒精的工廠破土動工。

目前生物燃料乙醇的制備有2種，一種是直接由淀粉、蜜糖等物質通過各種轉化，最后分離出乙醇：一般的方法是首先使用淀粉酶，經水解成為醛，然后把剩余化學鍵折斷，經葡萄糖酶催化，生成葡萄糖，最后用酵母發酵法，把葡萄糖轉化成乙醇。另一種是由木質纖維通過發酵作用生產乙醇：纖維素制備乙醇主要有酸水解和酶水解乙醇生產工藝兩大類。目前對酸水解研究較少，因其較酶水解工藝來說，研究和發展潛力較弱；纖維素酶水解乙醇生產工藝可以分為分步水解發酵工藝、同步糖化發酵工藝以及復合水解發酵工藝。

從原材料來看，各國的乙醇主要以玉米、小麥、薯干等糧食為原料經過發酵生產而成。美國是世界上最大的以谷物為原料生產生物燃料乙醇的國家。2004年，美國生產乙醇消耗的玉米約占其產量的11％。

面臨重重問題

目前，生物燃料乙醇主要存在如下問題：①使用糧食作為發酵原料生產乙醇；②從植物中提煉乙醇需要耗費大量能源；③酒精廢液帶來環境污染；④燃料乙醇價格沒有優勢。

而其中最嚴峻的問題是使用糧食作為發酵原料生產乙醇。這不僅大大提高了燃料乙醇的生產成本，還導致了能源與糧食的矛盾，必將引發糧食安全、爭用農地等問題。越來越多地使用糧食生產生物燃料可能給世界范圍內已經高度開發的土地和水資源造成更大的壓力。如果在2015年前將生物燃料占全球燃料總需求的比例提高到5％，那么，世界耕地面積就必須比目前擴大15％。

我國已經于2007年5月份叫停了用玉米提煉生物乙醇的新項目，而改用甜高粱、紅薯和木薯。現有的以玉米為原料的生物乙醇項目也計劃在未來五年內全部轉化為甜高粱，紅薯和木薯。另外，在我國，來自農田及森林、的廢棄物如玉米稈、稻麥稈等相當多，若利用這些纖維原料替代淀粉類原料，則能夠有效地降低成本，解決能源與糧食的矛盾。目前由于缺乏有效的原料預處理和發酵方式，纖維類原料生產生物燃料乙醇未被廣泛推廣使用，因此對這兩項關鍵技術的研究將成為今后的重點。而纖維素原料生產燃料乙醇的實用性關鍵在于木糖發酵，因此找出發酵的優良菌種成了必須首先解決的問題。日本生物能公司在日本神戶和京都等大學研究人員的幫助下，使用生物工程設計的酵母，可直接把淀粉發酵成乙醇。公司用此法獲得約92％的理論乙醇產率，由此大大降低了生產成本。中國科學院化工冶金研究所生化工程國家重點實驗室篩選出發酵乙醇的優良菌種，并優化了利用純木糖培養的條件。

同時，我們也需要進一步進行生物燃料乙醇生產過程的優化研究。綜合利用生產原料，根據原料的不同特性，篩選經濟可行的生物能源生產路線，加大副產品加工利用，從而降低生物能源生產成本。

篇3

中圖分類號：TK229 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）22-0338-021、生物質顆粒的燃燒與結渣特性

生物質成型顆粒燃料是經過壓制粘合而成的，其密度遠大于原生物質。成型燃料的結構與組織特征決定了揮發分的析出速度與傳熱速度都很低。生物質成型燃料的燃燒過程可分為干燥脫水、揮發分析出、揮發分燃燒、焦炭燃燒和燃燼幾個階段。其燃燒過程是：1）燃料進入燃燒室內，在高溫熱量（由前期燃燒形成）作用下，燃料被加熱和析出水分。當溫度達到約250℃左右，熱分解開始，析出揮發分，形成焦炭。氣態的揮發分和周圍高溫空氣摻混首先被引燃而燃燒，進行可燃氣體和氧氣的放熱化學反應，形成火焰。2）成型燃料表層部分的碳處于過度燃燒區，形成較長火焰。3）焦炭擴散燃燒，燃燒產物CO2、CO及其氣體向外擴散，CO與O2結合成CO2，在表面進行CO的燃燒，在層內主要進行碳燃燒，在表面形成灰殼，并隨著燃燒，燃燼殼不斷加厚。當可燃物基本燃盡，在沒有強烈干擾的情況下，形成整體的灰球，灰球變暗紅色成為灰渣，完成整個燃燒過程。在爐內強烈氣流的干擾下，則有一部分細碎燃料，以飛灰形態隨煙氣逸出爐內。

生物質顆粒燃料本身的灰分中含有鈣、鈉、鉀等離子，這些離子在燃燒過程中容易形成渣層，且灰的軟化溫度較低，因此燃料本身的特性決定了結渣的特性和程度。燃燒過程中燃料層的溫度，爐膛溫度，燃料與空氣混合不充分以及鍋爐超負荷運行是造成結渣的重要因素。生物質顆粒中還含有氯、硫等元素，對鋼材有腐蝕作用。

2、固定爐排燃煤鍋爐改燃木柴、生物質顆粒等

2.1 改燃木柴

在節能和環保要求日益嚴格的今天，部分地區已不準許安裝蒸發量較小的固定爐排燃煤鍋爐，而原燃煤的固定爐排鍋爐也要進行改造。因此，新裝的固定爐排燃煤鍋爐有部分直接燃用木柴、木板等，出現的問題有：

1）木柴燃燒過快，添加燃料時間短。木柴一般呈塊狀，開始燃燒時需要大量空氣，后一階段需要空氣量減少，過量空氣變多。

2）多數爐門處于常開狀態，增加了漏風和散熱。

3）爐膛容積小，火焰較高，煙氣流速快，煙氣流程短，排煙溫度較高。在進行測試時發現，燃燒時排煙溫度常超過300℃。

4）燃燒過程擾動不足，煙氣中CO含量高，未燃盡的碳顆粒較多。

5）燃燒中空氣分布不均勻，對水冷壁的沖刷嚴重。

這些問題一方面給鍋爐帶來了安全隱患，嚴重時會使鍋爐積灰結焦甚至出現受熱面變形的情況，另一方面，鍋爐的熱效率低下，燃燒不穩定，鍋爐出力達不到使用要求。由于木柴、木板均為人工送料，鍋爐運行的自動化程度較低，現場粉塵較大，操作環境差。

2.2 改燃生物質顆粒

這種鍋爐改燃生物質顆粒一般要增加送料器，改變人工送料的方式。下面通過一個案例說明這種改造存在的缺陷。

在對某企業的鍋爐能效測試中發現：鍋爐經過改造，由固定爐排手燒燃煤爐改為給料機輸送燃料的燃生物質顆粒爐，在測試中發現尾部煙氣氧含量超過17%，并且經過多次調節也無法降下來，鍋爐的配風設計不合理，爐內燃燒狀況極差。經過觀察燃燒過程，發現鍋爐燃燒不佳的原因：

如圖1示，燃料由鍋爐前端位于爐排上方約0.6m高的送料口給入，為實現燃料均勻分布在爐排上，送料風風管鼓入大量熱風將燃料顆粒吹撒在爐排上，而這一部分熱風未能有效地參與燃燒反應，反而增加了過量空氣，縮短了飛灰和可燃氣體成分的停留時間，使其不能充分參與燃燒，降低了鍋爐的熱效率。

由一次熱風管送入的熱風不足，因而在右側添加了一臺鼓風機從底部供風，降低了風溫，不利于燃燒。燃料在爐排上堆積過厚（圖2示），難以燃盡并產生較多CO。因此這種設計極大的影響了鍋爐的熱效率。同時，該鍋爐的尾部還增加了空氣預熱器，由于引風機的功率不足，導致爐膛呈微正壓燃燒，爐內煙氣冒出，導致爐墻部分位置出現燒黑的現象。

同時，由于固定爐排不是專門針對生物質顆粒進行設計和制作的，往往會出現生物質顆粒從爐排漏下去的情況，這樣也增加了燃料的固體未完全燃燒熱損失。

3、鏈條爐排鍋爐改燃生物質顆粒的問題

鏈條爐排鍋爐作為一種常見的鍋爐結構形式，由于其運行穩定可靠、操作方便，使用中較為常見，這種類型的鍋爐較多設計為燃燒煙煤的鍋爐，燃燒形式為層燃。在實際運行中，有部分設計燃料為煤的鏈條

（1）當直接改燃生物質顆粒后，由于生物質顆粒密度小于煤，且揮發份含量遠高于煤，其燃燒主要在爐排上部的空間發生，因此燃料在爐內的停留時間變短，許多焦粒和炭黑無法燃盡，還會造成整個火界后移，甚至引起尾部受熱面部位二次燃燒。（2）鏈條爐排燃煤鍋爐一般只有在爐排下方鼓入一次風，不設置二次風，而生物質顆粒揮發份的燃燒需要大量空氣，因此會造成燃燒區缺氧的情況，產生較多CO。（3）受熱面布置與生物質顆粒的燃燒情況不相符，造成換熱效果變差，爐膛出口煙氣溫度高。（4）生物質顆粒的熱值較煤低，燃燒溫度低，燃燒強度小，不適宜較大的爐排面積，因此直接改燃生物質顆粒的煤爐會出現出力不足的情況。（5）由于鼓風一般偏高，而且生物質顆粒的灰分較輕，飛灰量變大。

結合生物質顆粒的特點及以上情況，改造要考慮到燃燒、積灰、結焦等眾多問題，而不宜直接將燃料更換為生物質顆粒。

4、固定爐排鍋爐改燃粉狀生物質

在某些企業中，粉狀生物質如鋸末較易獲得，于是將固定爐排鍋爐改為燃粉狀生物質鍋爐。這種改造一般是在前端的人孔接上給料管，生物質粉末通過風力輸送到爐膛中進行燃燒。通過分析，這種改造會存在以下問題：

1）燃燒方式由層燃變為室燃，煙氣流程變短，煙氣中未燃盡碳顆粒和CO增多；

2）粉狀生物質燃燒系統點火程序不完善，存在點火爆燃現象，且木粉加料倉沒有防火防爆裝置；

3）燃燒中的顆粒和生物質中的雜質沖刷水冷壁，易造成較大磨損；

4）容易結焦。

5、燃油鍋爐改燃生物質

這種改造的燃油鍋爐一般為臥式三回程結構（圖3），然后在鍋爐前端加裝采用水冷的生物質顆粒燃燒機，燃燒機采用固定爐排，生物質顆粒通過螺旋給料機給入，燃燒后產生的高匱唐進入鍋爐爐膛和煙管換熱，接著進入省煤器換熱。這種鍋爐存在的問題包括：

1）部分生物質顆粒燃燒機不成熟，無相關的型式試驗即投入使用。生物質顆粒在燃燒機內氣化后產生的可燃氣體攜帶大量的生物質粉塵進入爐膽，對爐膽造成不同程度的磨損，當引風機和鼓風機匹配不佳時，生物質灰分容易在煙管里沉積。

2）爐膽前部布置過多的衛燃帶，燃燒機出來的氣流溫度高，容易燒塌衛燃帶，加上氣流溫度達到灰分的熔點，灰分容易粘附在受熱面上，燃料含硫量大時，長期作用對受熱面造成腐蝕損壞，同時灰分中含有的堿金屬離子也會對受熱面造成腐蝕。

3）燃燒機與鍋爐不匹配，鍋爐不能全部吸收燃燒機產生的高溫氣流，使鍋爐及其輔機長期處于超負荷狀態，造成煙管越堵、風機越大、積灰越多的惡性循環。

4）生物質燃料與油不同，灰分含量大，燃燒后的煙氣傳熱特性與油燃燒后的煙氣傳熱特性存在不同。改造的鍋爐未經科學的熱力計算，多憑經驗估算。

5、總結

由于燃料特性存在較大不同，無論什么型式的燃煤、油鍋爐直接改為燃生物質鍋爐而不進行設計或相應改造，一般都不能取得較好的效果。要克服以上存在的問題，要針對燃料的特點對燃燒系統、煙風系統、除塵系統等進行改造，才能實現鍋爐安全、經濟地運行。

篇4

關鍵詞：生物質燃料；循環流化床鍋爐；適應

煤、石油、天然氣等化石燃料從20世紀70年代就開始大規模的開采，其存儲量急劇減少。據預測，地球上蘊藏的可開發利用的煤和石油等化石能源將分別在200年和30～40年以內耗竭，而天然氣按儲采比也只能用60年。目前，尋找替代能源已經引起全社會的廣泛關注。生物質能是一種可再生的清潔能源，來源十分豐富。它是僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源消費總量第四位的能源。當前，生物質燃料的消耗已占世界總能源消耗的14%，在發展中國家這一比例達到38%。據世界糧農組織（FAO）預測，到2050年，以生物質能源為主的可再生能源將提供全世界60%的電力和40%的燃料，其價格低于化石燃料。生物質燃料的開發利用已經成為全世界的共識。在眾多的生物質能源轉換技術中，直接燃燒是高效利用生物質資源最為切實可行的方式之一。

循環流化床CFB（Circulating Fluidized Bed）燃燒技術由于在替代燃料、處理各種廢棄物和保護環境三方面具有其它燃燒技術無可比擬的獨特優勢而逐漸受到各國的關注。在我國能源與環境的雙重壓力下，近幾年，循環流化床鍋爐在我國得到了快速發展。了解生物質燃料對CFB鍋爐的影響，采取有針對性的設計方案和相應的運行調整，對延長鍋爐的使用壽命、提高鍋爐的效率具有良好的促進作用。

1 生物質燃料種類

生物質能是植物通過光合作用將太陽能以化學能的形式存儲在生物質中。我國擁有豐富的生物質資源，但目前可供開發利用的生物質資源主要為農業廢棄物、林業廢棄物、經濟作物廢棄物、牲畜糞便、城市和工業有機廢棄物等。生物質燃料是一種清潔燃料，含硫量低，含碳量不高，燃燒后NOx和SO2的含量很低；生物質中灰分一般也很小，所以充分燃燒后煙塵含量很低。生物質燃料在燃燒過程中具有二氧化碳零排放的特點，這對于緩解日益嚴重的“溫室效應”有著特殊的意義。隨著能源危機的加劇，生物質能越來越受到人們的重視。目前國內已開發了單一生物質燃料和多種生物質燃料混合燃燒的系列化生物質鍋爐，目前已經運行過的生物質燃料多達30多種，農業廢棄物主要包括稻草、麥草、玉米秸稈、棉花桿、油菜桿、稻殼、花生殼、紅薯藤等；林業廢棄物主要包括樹皮、樹枝、樹根、木材加工廢料等；經濟作物廢棄物主要包括甘蔗渣、菌類作物的培養基等；牲畜糞便主要來源于養殖場。

2 燃料對鍋爐的影響與適應措施

2.1生物質成型技術

實踐已經證明，由于各種生物質燃料自身特性的原因，即使經過簡單破碎的秸稈、廢木材、稻殼等生物質廢棄物仍然具有熱值較低、形狀很不規則的特點。因此，它的爐前熱值經常發生很大的變化，若將其直接送入CFB鍋爐里進行燃燒，會出現燃燒不穩定的現象。另外，由于空隙率很高，這些體積龐大的生物質廢棄物也不利于長距離的運輸。為了解決上述矛盾，生物質壓縮成型技術應運而生。生物質壓縮成型技術是把生物質與經過除氯的添加劑混合后被鑄造模型制成具有統一尺寸、所含熱值均勻并易于輸送的衍生燃料。將生物質加工成成型燃料是利用CFB鍋爐燃燒生物質的重要方式。成型燃料代替原生物質燃料進行燃燒，可以減少大量的化學不完全燃燒熱損失與排煙熱損失。而且燃燒速度均勻適中，燃燒相對穩定。在生物質壓縮成型的過程中，一般都會加入一些添加劑（石灰石等）和其他輔助燃料（煤、污泥等）。這種方式充分發揮了生物質燃料易著火和其他輔助燃料燃燒穩定的優點，是當前生物質燃料進行燃燒利用的重點，各國學者的研究也大都集中于此。

2.2生物質含水量

目前國內在運行的生物質流化床鍋爐其入爐生物質燃料普遍含水量高，特別是秸稈類和樹皮類目前入爐水分在30%～50%之間，高水分燃料入爐后，著火相應延遲，爐內流化速度大，燃料在爐內的有效停留時間短，造成燃燒效率下降，燃料熱值偏低，燃料消耗量更大；著火滯后引起的爐膛上部溫度偏高使過熱蒸汽超溫，過熱器管壁溫度偏高，帶來安全上的隱患；鍋爐密相區床溫控制變得困難，鍋爐低負荷穩燃水平下降；另由于燃燒產生的煙氣量增加，排煙溫度升高，增加鍋爐的排煙損失，降低鍋爐效率。因此，要達到良好的效益必須盡量控制入爐燃料的水分在合理范圍內，首先應控制收購的燃料含水率，杜絕人為加水，其次生物質流化床鍋爐應建足夠的防雨料庫，從源頭上控制燃料入爐含水率。

2.3生物質含灰量

循環硫化床需要大量的床料顆粒在循環回路中循環，使爐膛的熱量分布更均勻，傳熱更快，燃燒更充分，因此，生物質燃料的含灰量對循環流化床鍋爐設計和運行非常重要。一般生物質燃料中本身含灰量在3%～10%之間，但由于生物質燃料的外帶雜質較多，特別是農、林廢棄物，在鍋爐實際運行中尾部灰濃度實測值是理論值的3～5倍。應控制收購的燃料灰分，杜絕人為加沙加土。

爐膛的灰濃度對循環流化床鍋爐的負荷和爐膛床溫的均勻性影響較大。在燃燒木材加工廢棄物等生物質燃料含灰量低時，靠自身的灰量無法滿足床料的要求，則在運行中一般采取添加床料，所以床料成為循環物料的主體。在設計上采用可調試返料系統的循環灰量，保證物料循環系統的暢通，穩定爐膛溫度。在運行上當燃料含灰量較高時，則需放灰，一般采取放底渣的方式。

生物質鍋爐床層的高度受燃料的含灰量影響非常大，床層的過高、過低都會影響流化質量，引起結焦。燃料灰分和雜質影響尾部飛灰的濃度，尾部的吹灰裝置應設置到位。

2.4爐內結渣、積灰、腐蝕

生物質因鉀、氯含量較高，所以燃燒后灰中含有大量堿金屬鹽，作為肥料是很好的，但是在燃燒過程中因為這些堿金屬鹽熔點低，容易在爐排、水冷壁以及尾部受熱面上結渣、積灰，應引起設計者和運行人員的高度重視。采用循環流化床燃燒方式時，這些鉀鹽會與砂床料或秸稈夾帶的泥土（含砂子）反應生成硅酸鉀一玻璃，容易造成床料結焦或顆粒長大，因此運行過程中應及時排除燃燒過程中形成的大顆粒物，補充合適的床料，維持爐內物料粒度的相對均勻。

由于灰中堿金屬含量高，導致對流受熱面的積灰嚴重，一方面需要采用合適的管子節距，同時需要選擇合適的吹灰方式。從目前的運行效果來看，脈沖吹灰、蒸汽吹灰、機械振打方式是有效的清灰方式，效果較好，而超聲波除灰效果不佳。

此外，生物質灰中富含鉀和鈉等堿金屬，熔點低，在爐膛內為汽相，在500℃左右以灰污形式凝結于高溫過熱器受熱面上，對過熱器造成高溫腐蝕。解決方法為可以將高溫過熱器放置在外置換熱器中，也可像其他燃燒方式一樣采用抗腐蝕材料如奧氏體不銹鋼材料（0Cr17Ni12Mo2）或將過熱器放置于650℃以內的煙氣中，采用12CrlMoVG或表面噴涂耐腐蝕材料；解決省煤器腐蝕的方法是使省煤器人口水溫高于HC1露點溫度20～30℃。避免或減輕空氣預熱器腐蝕的方法是采用考登鋼或熱空氣再循環，保證空預器人口溫度在80～100℃；也可以采用暖風器將空氣加熱到80～100℃以上再送入空氣預熱器。

2.5輔機的選擇

由于生物質燃料的灰量和水分的變化隨季節性和地域的變化非常大以及生物質燃料實際外帶灰量較多，在實際運行中許多生物質循環流化床鍋爐因引風機和除塵器選小導致鍋爐出力不足，爐膛冒正壓等問題。因此，選擇一次風機、引風機、布袋除塵器等設備時應充分考慮裕量。

3 結語

3.1生物質燃料對CFB鍋爐的設計與運行有很大影響。生物質燃料不僅有效提高了CFB鍋爐燃料供應的安全度，提高了CFB鍋爐對燃料的定價權，也使當地的生物質資源得到充分利用。但由于不同生物質燃料有所差別，這對CFB鍋爐設備和運行人員提出了更高要求。只有對生物質燃料的特殊性進行充分了解，在設計和運行中采取必要的措施，提高鍋爐及其系統設備的適應性和可靠性，以使生物質流化床鍋爐產生更高的社會和經濟效益。

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為了應對全球能源、氣候危機，幫助汽車擺脫對石油的依賴，通用汽車部署了全球新能源戰略，致力于提高現有能源的燃油經濟性以及開發使用替代能源和新型動力推進系統。可持續生物燃料，特別是基于非糧食原料的下一代纖維素乙醇燃料的研發和商業化，在通用汽車既定并正在實施中的新能源戰略中是一個重要而優先的組成部分。

10月20日，通用汽車舉辦了“聚焦中國、分享全球經驗”――通用汽車可持續生物燃料研發媒體溝通會，旨在與中國分享通用汽車在可持續生物燃料領域全球領先的技術和理念，進一步落實基于全球能源安全及能源多樣化的新能源戰略，支持中國可持續發展車用能源及交通體系。

通用汽車全球能源系統總監Andreas Lippert在分析中國生物燃料行業現狀時表示：通用汽車認為，在尋求降低對石油依賴的所有替代能源技術途徑中，可持續生物燃料是近期最可行的解決方案。

通用汽車在可持續生物燃料研發及商業化領域均居于世界領導地位，已經生產超過500萬輛混合使用生物燃料及石油的生物燃料驅動轎車及卡車。在美國，通用汽車預計其生物燃料汽車產量將在2012年前占其全球汽車產量的50%。

目前，中國是位于美國和巴西之后的世界第三大乙醇燃料生產國，年產約10億加侖。根據通用汽車在北京清華大學成立的中國車用能源研究中心的研究進程，通用汽車已經開始成功地評定可持續生物燃料在中國車用能源領域的發展潛力。

通用汽車中國公司副總裁陳實表示，中國可以在非糧食耕作土地上，利用林作物的廢棄物、包括柳枝稷的能源作物、甚至垃圾生產纖維素乙醇燃料。因此，可持續生物燃料的發展對中國車用能源來說，將起到極大的推進作用。“我們相信由Coskata、Mascoma這樣的公司所致力研發的下一代纖維素乙醇燃料解決方案在中國市場將有令人振奮的潛力。”陳實說。

通用汽車認為，中國是率先應用可替代能源動力推進系統的最佳市場。通用汽車會落實對中國的承諾，利用先進的解決方案幫助加速中國汽車行業新能源汽車的發展，也將為中國的汽車消費者提供更節能、更清潔、更環保的產品。

陳實表示，通用汽車將持續推進其“立足中國、攜手中國、用心中國”的在華戰略，幫助中國車用能源多樣化的解決方案的探索及其商業化。

今年1月和5月，通用汽車分別宣布與美國Coskata及Mascoma公司在新一代乙醇燃料技術領域內建立戰略聯盟，以加速其商業化進程。兩個合作伙伴分別研究不同的生產工藝及其商業化途徑。Coskata公司專注纖維素乙醇燃料，原料來自任何農業及城市生活含碳廢棄物；Mascoma公司的研發方向在第二、三代可持續生物燃料，原料來自任何林作物的廢棄物。

篇6

1　生物質固體成型燃料

農作物秸稈通常松散地分散在大面積范圍內，且堆積密度較低，這給收集、運輸、儲藏和應用帶來了一定的困難。在一定溫度和壓力作用下，將秸稈壓縮成棒狀、塊狀或顆粒狀等成型燃料，提高其運輸和貯存能力，改善秸稈燃燒性能，提高利用效率，不僅可以用于家庭炊事、取暖，也可以作為工業鍋爐和電廠的燃料替代煤、天然氣、燃料油等化石能源。

2　不同類型的生物質固體成型燃料

3　生物固體成型燃料的特點

生物質固體成型燃料是生物質能開發利用技術的發展方向之一，可為農村居民和城鎮用戶提供優質能源，近年來越來越受到人們的廣泛關注。其體積縮小6～8倍，密度約為1.1～1.4噸／m3；能源密度相當于中質煙煤：使用時火力持久，爐膛溫度高，燃燒特性明顯得到了改善。

二　國外生物質固體成型燃料發展現狀

1　國內外發展現狀

目前，國外生物質能固體成型燃料技術及設備的研發已經趨于成熟，相關標準體系也比較完善，形成了從原料收集、預處理到生物質固體成型燃料生產、配送、應用整個產業鏈的成熟體系和模式。

2　生物質固體成型設備

3　熱利用設備

4　發展現狀

2005年，世界生物質固體成型燃料產量已經超過了420萬噸，其中美洲地區110萬噸，歐洲地區300萬噸。預計2007年將總產量超過500萬t。歐洲現有生物質固體燃料成型廠70余個。僅瑞典就有生物質顆粒加工廠10余

家，單個企業的年生產能力達到了20多萬噸。國外生物質固體成型燃料技術及設備的研發已經趨于成熟，相關標準體系也比較完善，形成了從原料收集、預處理到生物質固體成型燃料生產、配送、應用的產業鏈成熟體系和模式。

5　歐盟標準－CEN／TC335固體生物質燃料

歐盟固體生物質燃料標準化工作始于2000年。按照歐盟的要求，由歐盟標準化委員會(cEN)組織生物質固體燃料研討會，識別并挑選了一系列需要建立的固體生物質燃料技術規范。歐盟標準化委員會準備了30個技術規范，分為術語；規格、分類和質量保證；取樣和樣品準備，物理(或機械)試驗；化學試驗等5個方面。技術規范的初始有效期限制為3年，在2年以后CEN成員國需要提交對標準的意見，特別是可否轉成歐盟標準。(表2)

三　我國發展生物質固體成型燃料的有力條件

1　國內發展現狀

我國生物質固體成型技術的研究開發已有二十多年的歷史，20世紀90年代主要集中在螺旋擠壓成型機上，但存在著成型筒及螺旋軸磨損嚴重、壽命較短、電耗大、成型工藝過于簡單等缺點，導致綜合生產成本較高，發展停滯不前。進入2000年以來，生物質固體成型技術得到明顯的進展，成型設備的生產和應用已初步形成了一定的規模。

2　形成了良好的政策法規環境

國務院辦公廳《關于加快推進農作物秸稈綜合利用意見的通知》中指出“結合鄉村環境整治，積極利用

秸稈生物氣化(沼氣)、熱解氣化、固化成型及炭化等發展生物質能，逐步改善農村能源結構。”財政部出臺了《秸稈能源化利用補助資金管理暫行辦法》，采取綜合性補助方式，支持從事秸稈成型燃料、秸稈氣化、秸稈干餾等秸稈能源化生產的企業收集秸稈、生產秸稈能源產品并向市場推廣。

3　核心技術趨于成熟

目前，我國秸稈固體成型的關鍵技術已取得突破，特別是模輥擠壓式顆粒成型技術，已經達到國際同類產品先進水平，有效地解決了功率大、生產效率低、成型部件磨損嚴重、壽命短等問題，并已實行商業化。全國秸稈固體成型設備的生產和應用已初步形成了一定的規模，固體成型燃料的年產量約20萬噸，主要以鋸末和秸稈為原料，用于農村居民生活用能、鍋爐燃料和發電等。生物質爐具的開發也取得一定的進展，開放了秸稈固體成型燃料炊事爐、炊事取暖兩用爐、工業鍋爐等專用爐具。

(1)不同的成型技術(圖5、6、7)

(3)生物質固體成型燃料示范工程案例

示范地點：北京大興區：建設規模：年產20000噸固體成型燃料，包括：顆粒燃料生產線1條，年產10000噸：壓塊燃料生產線1條，年產10000噸；原料類型：各種農作物秸稈、木屑、花生殼等。

工藝技術路線：(如8所示)

執行情況：已完成秸稈固體成型設備的研究設計，形成了具有自主知識產權的成型機，產品如圖9、10、11、12所示。

2008年5月通過農業部科教司組織的鑒定，鑒定結論：技術為國內領先，主要技術經濟指標居國際先進水平。

(4)生物質固體成型燃料爐

根據用途的不同，生物質固體成型燃料爐具可分為炊事爐、采暖爐和炊事采暖兩用爐；根據使用燃料的規格不同，可分為顆粒爐(圖13)和棒狀爐；根據進料方式的不同，可分為自動進料爐和手動爐；根據燃燒方式的不同，可分為燃燒爐、半氣化爐(圖14)和氣化爐。

(5)擬引進國外先進技術

引進了瑞典Gordic Environment AB公司的pellx生物質固體成型燃料高效燃燒器。(圖15)

熱輸出：10～25kW；

燃燒效率：大約90％；

功率消耗：大約40W

(6)我國生物質固體成型燃料標準體系(圖16)

(7)近期擬(已)制訂計劃(表4)

4　秸稈收儲運模式初步建立

農作物秸稈通常松散地分散在大面積范圍內。收購組織面廣量大，涉及到千家萬戶，這給秸稈能源化利用帶來了困難。經過探索和嘗試，各地因地制宜，形成了“農戶+秸稈經紀人+企業”、“農戶+企業+政府”等各具特色的秸稈收儲運模式。(圖17)

需求分析：

生物質固體成型燃料適用于農村居民炊事和采暖用能，大中城市工業鍋爐、發電和熱電聯產等。生物質固體成型燃料可為農村家庭提供室內取暖燃料，未來發展潛力巨大；隨著國家節能減排政策的實施，大中城市取締燃煤的工業鍋爐將成為必然，將燃煤鍋爐改造為燃生物質固體成型燃料鍋爐則是一個可行的選擇；木質顆粒燃料具有燃燒效率高、自動化程度高、清潔衛生等優點，適合于別墅壁爐等高端人群的冬季采暖，也是未來一個應用方向。

四　發展前景與展望

《可再生能源中長期發展規劃》中明確提出“重點發展生物質固體成型燃料”到2010年，生物質固體成型燃料年利用量達到100萬噸；到2020年，生物質固體成型燃料年利用量達到5000萬噸。(圖18)

效益分析：

拉動內需。建設1處年產3000噸秸稈固體成型燃料的示范點，需投資180萬元，需要水泥100噸、磚30萬塊、沙子170噸、鋼材70噸。

增加就業。建設秸稈固體成型燃料示范點可引導農村勞動力就地就近就業，每條生產線需要操作工30人，均來自當地農民，按照1000元／月計算，年人均收入可達1.2萬元。同時，從秸稈的收集、儲存和運輸整個收購環節，可以間接帶動當地的一部分勞動力參與到這個行業中來。按照每年收購12000噸原料計，可以吸收至少200人參與該行業。

篇7

1、Altshuller和Darrell Mann專利考察模式

前蘇聯著名發明家G.S. Altshuller（G.S.阿奇舒勒）及其同事提出了TRIZ理論，其目的是研究人類進行發明創造、解決技術難題過程中所遵循的科學原理和法則。其中包含很多適用于技術創新的工具和方法，如：矛盾解決原理、物質場分析等。產品技術成熟度預測是TRIZ理論的一項重要研究內容。科研工作者和生產者可以通過對產品技術成熟度的預測，了解產品技術的進化過程，為進一步的科研、生產策略和計劃制定提供參考，對技術發展具有重要意義。

本文采用的產品技術成熟度預測方法有以下兩種：

（1）應用Altshuller專利考察模式進行產品技術成熟度預測：通過對大量專利的分析，Altshuller將專利分為五個等級，并發現了專利等級、專利數量和獲利能力隨技術系統生命周期的變化規律，這些規律和S曲線（產品進化過程曲線）一起被后來的技術預測專家用來進行產品技術成熟度預測。

（2）應用Darrell Mann專利考察模式進行產品技術成熟度預測：受Altshullar專利考察模式的啟發，Darrell Mann根據專利的基本功能，重點考察了兩類特殊的專利：降低成本的專利和彌補缺陷的專利，得出了這兩類專利的數量隨技術系統生命周期的變化規律。據此進行產品技術成熟度預測，能夠較快確定技術是否已經過了成熟期。

2、微生物燃料電池

微生物燃料電池（MFC）是利用電化學技術將微生物代謝能轉化為電能的一種裝置，其基本原理是作為燃料的有機物在厭氧陽極室中被產電微生物氧化，產生電子與質子，其中電子被微生物捕獲并傳遞給電池陽極，通過外電路到達陰極，形成回路產生電流。而質子通過隔膜到達陰極，與氧氣及電子反應生成水。微生物燃料電池具有無污染、適用范圍廣泛等優點，目前已經成為治理污染、開發新能源方面的研究新熱點。

目前針對MFC專利領域的研究主要為專利趨勢分析、分類號研究及檢索和專利申請狀況分析，但是針對MFC產品技術成熟度預測的研究未見報道。

二、樣本構成

1、檢索數據庫

使用的檢索系統為CNABS。

2、檢索關鍵詞及主要分類號

關鍵詞：微生物、燃料電池、MFC

主要分類號：分類號： C02F、H01M

3、檢索結果

檢索截止日為2012年11月30日，經過去除噪音及去除同樣的發明創造后，共獲取2000-2011年相關專利申請182篇，作為主要統計分析樣本；2000年之前未見相關專利申請；2012年專利申請公開不完全，僅作為背景分析，不納入統計分析樣本。

三、微生物燃料電池專利的分級和分類

專利分級使用Altshuller發明的專利五級分級標準，通過全面閱讀分析專利信息（權利要求書、說明書及附圖、摘要）、確立標志性專利、縱向比較等步驟而得出具體的分級；專利分類中關注Darrell Mann的專利考察模式中重點考察的兩類特殊的專利：降低成本的專利和彌補缺陷的專利，確定每份專利或申請所屬于的類別，最后統計數量，擬合曲線，與分級過程可同步進行。

1、專利信息分析與整理

在對微生物燃料電池進行分級和分類前，首先通過對專業背景資料和專利信息的閱讀，對微生物燃料電池技術的發展有全面的了解，主要分析專利申請所要解決的技術問題，以及解決該問題所采取的技術手段。通過閱讀分析，可以主觀的了解技術的繼承與發展脈絡，為分級作準備。

在專利技術發展中，微生物燃料電池的技術改進主要為系統構型的改變、電極材料的改進、交換膜材料的變化及微生物的選用等。

微生物燃料電池在結構上可以分為單室MFC和雙室MFC兩種。典型的雙室MFC由陽極室、質子交換膜和陰極室組成。單室MFC省去陰極室直接把質子膜固定在陰極上，陰極室暴露在空氣中，空氣中的氧氣直接傳遞給陰極。二者各具有優缺點，在專利發展中發明人對MFC構型進行不斷的調整，以克服在先技術的缺陷。例如申請號為20051001185.5（一種以有機廢水為燃料的單池式微生物電池）的專利為首個單池式微生物燃料電池；申請號為20051008661.8（生物反應器——直接微生物燃料電池及其用途）的專利申請為雙室結構的變形，即主要由筒狀的陽極室、陰極室及將兩室中間隔開的質子交換膜構成；申請號20071014496.5（一種管式升流式空氣陰極微生物燃料電池）的專利，具備了微生物燃料電池構型的優點，并結合了上升流活性碳陽極和無膜空氣陰極于一體的，可以使兩電極間距離盡可能最小。

從MFC產電機理來看，陽極作為產電微生物附著的載體，不僅影響產電微生物的附著量，同時還影響電子從微生物向陽極的傳遞，因此早期很多研究都集中在陽極材料的選擇和修飾上。陰極作為電子受體，主要是氧化態的物質，近年在專利申請中也較為常見。例如申請號為20071019540.5的專利提供了一種鐵離子循環電極及其制備方法；申請號為20071019656.9的專利提供了一種含錳離子的微生物燃料電池陽極的制備方法；申請號為20091004092.0的專利公開了一種用于微生物燃料電池的布陰極組件及其制備方法，該布陰極組件包括防水透氣層、布基材料層和導電催化層或者包括防水透氣布和導電催化層；申請號為20101001927.1的專利中使用碳化鎳鉬作為微生物燃料電池陽極；申請號為20101022015.2（一種微型微生物燃料電池）的專利申請中的陽極為金絲微電極陣列，空氣陰極為膜電極：質子交換膜、催化劑層和氣體擴散層。

膜材料在MFC中的應用主要為分離兩極室中的電解液，同時使陽極室中的質子通過，其中質子交換膜被廣泛使用。但出于成本的考慮，去膜和采用其他膜對質子交換膜進行取代成為專利申請的一個發展趨勢，例如：申請號為20051011421.3（燃料電池用菌紫質質子交換膜的制備方法）的專利采用微生物作為燃料電池中質子交換膜，對環境不造成污染有效地降低了質子交換膜的生產成本；申請號為20081002795.3（一種微生物燃料電池及應用）的專利采用的膜材料為離子交換膜，具有與傳統使用質子交換膜MFC相當甚至略高的輸出功率與產電性能，能很好的替代傳統使用質子交換膜MFC，并可降低微生物燃料電池成本。

微生物的選擇影響著代謝通路，從而影響對有機質的去除和/或能量輸出功率。在微生物的選用上，根據不同的發明目的有產氣腸桿菌（申請號為20081002922.2）、海洋酵母（20091009798.8）、希瓦氏菌（申請號為20091014094.3和20091030567.7）、弗氏檸檬酸桿菌（20091019363.9）、蠟樣芽孢桿菌（20111034751.2）等等。

此外，在應用的領域上，除了傳統的用于發電和廢水處理的微生物燃料電池之外，該技術擴展到其它的廣大領域中，例如：申請號為20061003825.2（一種生態廁所）的專利申請利用微生物燃料電池理論，設計了糞便-微生物-質子膜-電極構成的“糞便電池”；申請號為20091009346.8的專利申請公開了一種面向植入式醫療設備供電的微生物燃料電池系統，該系統設置在人體的橫結腸中，利用腸道微生物和內容物產電，可為植入式醫療設備提供能源；申請號為20101014660.4（微生物燃料電池及安有該電池的發電裝置）的專利申請公開了一種安有微生物燃料電池的發電裝置在稻田進行微生物發電中的應用；申請號為20111008632.6的專利申請中的微生物燃料電池能降解揮發性有機物，在處理揮發性有機廢氣的同時實現電能的回收。

2、分級

Altshuller的專利五級分級標準，具體如表1所示：

經過對專利信息的閱讀分析后，確立了標志性專利：申請號為00810805（一種用于廢水處理的使用廢水和活性污泥的生物燃料電池）的專利為首個進入中國的微生物燃料電池申請，至少用到微生物、電池、廢水處理三個領域的知識，采用交叉學科解決了產電的同時能夠進行污水處理的的技術問題，創造了一種新的系統（僅在專利領域考慮）。作為首個標志性的專利，在專利等級分析時，定級較高，為4級；申請號為20051001185.5（一種以有機廢水為燃料的單池式微生物電池）的專利為首個單池式微生物燃料電池，無須外加動力來提高陰極表面的氧氣含量，無須投加電子轉移介體，并且陽極池無需氮氣吹脫就能較好地維持厭氧狀態，使系統發生了質變，經過綜合考慮，在專利等級分析時，定為3級。

對于其余的專利或申請進行分級，也要經過縱向比較，分析其所要解決的技術問題及采用的技術手段，根據分類標準來定級，例如：申請號為20061014499.1（可堆疊式單室微生物燃料電池）的專利公開了一種可堆疊式單室微生物燃料電池，這種構型雖然是首次出現，但是為通過數量的疊加來提高產電能力，量的變化更為明顯，在Altshuller的專利考察模式中通常將這類專利定為一級。當然，如果專利中出現其他的技術特征，協同使得該專利較之前的專利申請有質的改變，分級可以再考慮；申請號為20091004203.8（一種微生物燃料電池及其制備方法和應用）的專利將微生物燃料電池及電芬頓有效的結合起來，使系統發生了質的變化，用到了全行業的知識，因此定位2級；申請號為20091007803.6（一種用于同步產電脫鹽的污水處理工藝及裝置）的專利利用微生物燃料電池的內電流在處理污水、產電的同時脫鹽。使系統發生了質的變化，用到了全行業的知識，因此定位2級；申請號為20101022182.0（一種植物——土壤微生物燃料電池系統）的專利申請中，使陽極電極置于植物根部周圍的土壤內，陰極電極置于土壤表面。主要以植物光合作用生產并釋放到根部的有機質為燃料，避免了產電微生物以污水中有機質為燃料時，有機質對產電微生物的抑制作用，從而導致產電效率低的問題。系統發生變化，用到了全行業的知識，定位2級。

經過對分析樣本的全面閱讀與分析后，最終將微生物燃料電池專利信息整理匯總如表2所示：

四、微生物燃料電池產品技術成熟度預測

1、Altshullar專利考察模式

根據表2內容，繪制專利數量統計曲線和專利等級統計曲線，并與標準曲線進行對比，如圖1、圖2所示。

統計曲線拐點位置與標準曲線對應的拐點位置如箭頭所示。根據曲線拐點可以預測，微生物燃料電池產品技術目前已結束嬰兒期，處于快速成長階段。由專利數量統計曲線可知：技術系統較嬰兒期階段有較快的發展，研發數量穩步增長。而對于專利等級統計曲線的變化：當微生物燃料電池產品技術進入穩定的發展軌道，數量增長明顯，某個特定技術空間內的專利密度增大，將會導致專利保護范圍的縮小，且會出現大部分針對單一要素進行某一指標的提高的專利技術，從而拉低專利等級。

2、Darrell Mann專利考察模式

在進行專利數據整理時，發現2000-2011年間高校申請和科研院所申請量占總申請量的96%，從側面說明微生物燃料電池產品技術還處于研發階段，因為還沒有大規模投入使用，反映在Darrell Mann專利考察模式中，以降低成本為目的的專利申請會小于彌補技術缺陷的專利申請。

Darrell Mann專利考察模式主要應用是快速判斷技術是否進入成熟期。根據表2內容，繪制彌補技術缺陷專利數量統計曲線和降低成本專利數量統計曲線，并與標準曲線進行對比，如圖4、圖5所示。

從圖4（a）和圖5（a）中可以看到在2009年到2010年間彌補技術缺陷專利數量和降低成本專利數量出現了明顯下滑，結合圖1（a）——專利數量統計曲線，可以看到其原因為2010年專利申請數量明顯低于2009年。這種情況的出現有以下的可能：（1）對專利申請的國家和地區進行統計，發現2009年進入中國大陸的專利申請共7份，占2009年專利申請數量總數的17.9%，而2010年其他國家和地區進入中國大陸的專利申請數量為0，2011年同樣為0，說明其他國家和地區出于技術發展或專利戰略等原因，于2010年起逐漸放棄我國的專利市場，使專利申請數量受到影響，而這個原因很可能是由于遇到了產電能力難以大幅度提高的技術瓶頸以及生產成本的控制難以達到實現廣泛應用的目的；（2）微生物燃料電池領域的研究主力為高校和科研院所，2009年有24所高校及科研院所提交了專利申請，2010年僅有19所，研究室的科研方向轉向也部分影響了2010年的專利申請數量。

但是該曲線的下滑段并不影響曲線上升的總趨勢判斷，從圖4和圖5中可以看出，微生物燃料電池產品技術還未進入成熟期，結合對專利信息的理解和兩種分類專利數量對比，應該還處于成長期當中。

五、結論

進入我國最早兩份關于微生物燃料電池的申請（申請號：00809995、00810805）均由韓國科學技術研究院于2000年遞交，之后才出現由我國高校興起的微生物燃料電池專利申請，在經歷模仿、吸收后、開始創新，因此微生物燃料電池產品技術經歷的嬰兒期比較短暫，進入成長期比較迅速。

經過對專利信息的分析，同時結合期刊文獻公開的關于微生物燃料電池的資料，認為應用Altshuller和Darrell Mann的專利考察模式對微生物燃料電池產品技術的成熟度預測結果是可信的。在未來的發展中，微生物燃料電池技術將會不斷的成熟，成為污水處理領域的常用技術。

篇8

關鍵詞：生物質；生物質能；產業；沼氣；生物質發電；生物質燃料；能源作物

1　 概　述

近年來，在能源危機、保護環境和可持續發展的呼聲中，可再生的清潔能源以及能源的多元化倍受關注，生物質能成為其中的一個新亮點。

為了促進可再生能源的開發利用，增加能源供應，改善能源結構，保障能源安全，保護環境，實現經濟社會的可持續發展，中國已經制定并實施了《可再生能源法》。可再生能源是清潔能源，是指在自然界中可以不斷再生、永續利用、取之不盡、用之不竭的資源，它對環境無害或危害極小，而且資源分布廣泛，適宜就地開發利用。根據《可再生能源法》的定義，目前主要包括太陽能、風能、水能、生物質能、地熱能和海洋能等非化石能源[1]。中國可再生能源資源非常豐富，開發利用的潛力很大，其中生物質能的開發潛力更大。

生物質能一直是人類賴以生存的重要能源，它目前是僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源消費總量第四位的能源，在整個能源系統中占有重要地位[2]。據有關專家估計，生物質能極有可能成為未來可持續能源系統的重要組成部分，到下世紀中葉，采用新技術生產的各種生物質替代燃料將占全球總能耗的40%以上。

生物質能是蘊藏在生物質中的能量，是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉化為化學能而貯存在生物質內部的能量。煤、石油和天然氣等化石能源也是由生物質能轉變而來的。生物質能是可再生能源，通常包括以下幾個方面：一是木材及森林工業廢棄物；二是農業廢棄物；三是水生植物；四是油料植物；五是城市和工業有機廢棄物；六是動物糞便。在世界能耗中，生物質能約占14%，在不發達地區占60%以上。全世界約25億人的生活能源的90%以上是生物質能，直接燃燒生物質的熱效率僅為10%~30%[3]。生物質能的優點是燃燒容易，污染少，灰分較低；缺點是熱值及熱效率低，體積大而不易運輸。

目前世界各國正逐步采用如下方法利用生物質能：1）熱化學轉換法，獲得木炭、焦油和可燃氣體等高品位的能源產品，該方法又按其熱加工的工藝不同，分為高溫干餾、熱解、生物質液化等方法；2）生物化學轉換法，主要指生物質在微生物的發酵作用下，生成沼氣、酒精等能源產品；3）利用油料植物所產生的生物油；4）把生物質壓制成成型狀燃料(如塊型、棒型燃料)，以便集中利用和提高熱效率。

“為了緩解中國能源短缺問題，保證能源安全，治理有機廢棄污染物，保護生態環境，建議國家應大力開發生物質能，實施能源農業的重大工程。”中國作物學會理事長路明研究員在接受記者采訪時說[4]，“生物能源開發工程應主要包括：沼氣計劃、酒精計劃、秸稈能源利用計劃和能源作物培育計劃等。”

在2006年8月召開的全國生物質能源開發利用工作會議上，國家發展與改革委員會副主任陳德銘提出，今后15年，中國在生物質能源方面將重點發展農林生物質發電、生物液體燃料、沼氣及沼氣發電、生物固體成型燃料技術四大領域，開拓農村發展新型產業，為農村提供高效清潔的生活燃料，并為替代石油開辟新的渠道。

綜上所述，目前，中國生物質能源的產業化利用途徑主要包括以下方面：沼氣利用工程、農林生物質發電、生物固體成型燃料、生物質液體燃料、能源作物培育利用等。

2　中國生物質能產業發展目標

中國農村生物質能是一座待開發的寶藏。根據《可再生能源中長期發展規劃》確定的主要發展目標，到2010年，生物質發電達到550萬千瓦（5.5GW），生物液體燃料達到200萬噸，沼氣年利用量達到190億立方米，生物固體成型燃料達到100萬噸，生物質能源年利用量占到一次能源消費量的1%；到2020年，生物質發電裝機達到3000萬千瓦，生物液體燃料達到1000萬噸，沼氣年利用量達到400億立方米，生物固體成型燃料達到5000萬噸，生物質年利用量占到一次能源消費量的4%[5]。

開發利用生物質能是當前國內外廣泛關注的重大課題，既涉及農業和農村經濟發展，又關系到國家的能源安全。今后5～10年，中國農村生物質能發展的重點是沼氣、固體成型燃料和能源作物。《農業生物質能產業發展規劃》確定的主要發展目標是[6，7]：到2010年，全國農村戶用沼氣總數達到4000萬戶，新建大中型養殖場沼氣工程4000處，生物質能固體成型燃料年利用量達到

100萬噸，能源作物的種植面積達到2400萬畝左右。

據統計，全世界每年通過光合作用生成的生物質能約50億噸，相當于世界主要燃料消耗的10倍，而作為能源的利用量還不到其總量的1%，中國的利用量更是遠遠低于世界平均水平[8]。2005年，中國可再生能源開發利用總量約1.5億噸標準煤（tce），為當年全國一次能源消費總量的7%(其中非水電可再生能源利用占1%)，根據政府的規劃目標，到2010和2020年可再生能源利用總量將達到2.7億tce和5億tce，分別占屆時能源消費總量的11%和16%(其中非水電可再生能源利用占2%和5%)[9]。因此，中國生物質能的發展利用空間很大。

3　中國生物質能產業化的發展前景

3.1沼氣利用工程的發展空間

沼氣的利用主要包括沼氣燃氣和沼氣發電。目前，中國農村生物質能開發利用已經進入了加快發展的重要時期。統計顯示，截至2005年底，中國農村中使用沼氣的農戶達到1807萬多戶，建成養殖場沼氣工程3556處，產沼氣約70億立方米，折合524萬噸標準煤，5000多萬能源短缺的農村居民通過使用了清潔的氣體燃料，生活條件得到根本改善[5]。中國已經建成大中型沼氣池3萬多個，總容積超過137萬立方米，年產沼氣5500萬立方米，僅100立方米以上規模的沼氣工程就達到630多處[10]。距離2010年預定目標的發展空間還很大。

中國經過二十多年的研發應用，在全國興建了大中型沼氣工程和戶用農村沼氣池的數量已位居世界第一。不論是厭氧消化工藝技術，還是建造、運行管理等都積累了豐富的實踐經驗，整體技術水平已進入國際先進行列。

沼氣發電發展前景廣闊，但目前還存在一些障礙，如技術障礙、市場障礙、政策障礙等，通過制定發展規劃、加強技術保障體系建設、引入競爭機制，創新投資體系，研究制定促進沼氣發展利用的國家級配套政策，等等。當技術、市場、政策等壁壘被克服后，沼氣發展前景廣闊，產業空間巨大。

3.2生物質能發電的發展前景

目前，生物質發電主要包括沼氣發電、生物質直燃發電、生物質混燃發電、農林秸稈生物質氣化發電、生物質炭化發電、林木生物質發電等。

生物質能源轉化為電能，正面臨著前所未有的發展良機：一方面，石油、煤炭等不可再生的化石能源價格飛漲；另一方面，各地政府頂著“節能降耗20%”的軍令狀，對落實和扶持生物質能源發電有了相當大的默契和熱情。國家電網公司擔任大股東的國能生物質發電公司目前已有19個秸稈發電項目得到了主管部門批準，大唐、華電、國電、中電等集團也紛紛加入，河北、山東、江蘇、安徽、河南、黑龍江等省的100多個縣、市開始投建或是簽訂秸稈發電項目[8]。

煤炭作為一次性能源，用一噸少一噸。而中國小麥、玉米、棉花等農作物種植面積很大，產量很高，而且農作物是可再生資源，相對于現在電廠頻頻“斷煤”、不堪煤價攀升的尷尬局面，推廣秸稈發電具有取之不盡的資源優勢和低廉的成本優勢。

生物質直接燃燒發電（簡稱生物質發電）是目前世界上僅次于風力發電的可再生能源發電技術。據初步估算，在中國，僅農作物秸稈技術可開發量就有6億噸，其中除部分用于農村炊事取暖等生活用能、滿足養殖業、秸稈還田和造紙需要之外，中國每年廢棄的農作物秸稈約有1億噸，折合標準煤5000萬噸。照此計算，預計到2020年，全國每年秸稈廢棄量將達2億噸以上，折合標準煤1億噸，相當于煤炭大省河南一年的產煤量。

為保障生物質發電原料供應，在強化傳統農業生產的基礎上，應大力開發森林、草地、山地、丘陵、荒地和沙漠等國土資源，充分挖掘生態系統的生物質生產潛力。重點加強高效光合轉化作物、速生林木與特種能源植物的培育推廣，大幅度擴大生物質資源的生產規模，逐步建立多樣化的生物質資源生產基地。

大力發展生物質發電正當其時。中國“十一五”規劃要求：建設資源節約型、環境友好型社會，大力發展可再生能源，加快開發生物質能源，支持發展秸稈發電，建設一批秸稈和林木質電站，生物質發電裝機達550萬千瓦。中國可再生能源發電價格實行政府定價和政府指導價兩種形式。其中生物質發電項目上網電價實行政府定價，電價標準由各省（自治區、直轄市）2005年脫硫燃煤機組標桿上網電價加每千瓦時0.25元補貼電價組成[11]。 作為《中華人民共和國可再生能源法》配套法規之一的《可再生能源發電價格和費用分攤管理試行辦法》規定，生物質發電項目補貼電價，在項目運行滿15年后取消。自2010年起，每年新批準和核準建設的發電項目補貼電價比上年批準項目遞減2%。發電消耗熱量中常規能源超過20%的混燃發電項目，不享受補貼電價[11]。通過招標確定投資人的生物質發電項目，上網電價按中標確定的價格執行，但不得高于所在地區的標桿電價。

2010年，中國生物質能產量將達到22TWh，生物質發電裝機容量5.5GW，占全國總發電量的0.78%；2020年，中國生物質能產量達到120TWh，生物質發電裝機容量30GW，占全國總發電量的2.6%；2010年和2020年可再生能源發電占發電總量的比例仍然較小，分別為8.63%和11.86%[12]。國家發展與改革委員會計劃到2020年底將可再生能源發電的比例提升到15%~16%。

據農業部提供的數據[13]，中國擁有充足的可發展能源作物，如農作物秸稈年產6億噸、畜禽糞便年產21.5億噸、農產品加工業如稻殼、玉米芯、花生殼、甘蔗渣等副產品的年產量超過1億噸、邊際土地4.2億公頃，同時還包括各種荒地、荒草地、鹽堿地、沼澤地等。據中國科學院石元春院士估計，如果能利用現有農作物秸稈資源的一半，生物質產業的產值就可達近萬億元人民幣。截止到2005年底，中國生物質發電量2GW，距離2010年的5.5GW和2020年的30GW還有很大的發展空間。作為唯一可運輸并儲存的可再生能源，憑其優越的先天條件，中國生物質能發電產業具備廣闊的發展空間，擁有巨大的投資價值。

3.3 生物質固體燃料的發展模式

生物質固體成型燃料也是農業部今后的重點發展領域之一。農業部將重點示范推廣農作物秸稈固體成型燃料，重點在東北、黃淮海和長江中下游糧食主產區進行試點示范建設和推廣，發展顆粒、棒狀和塊狀固體成型燃料，并同步開發推廣配套爐具，為農戶提供炊事燃料和取暖用能。

豐富、清潔、環保又可再生的生物質能源過去卻沒有得到重視，而被白白浪費掉。河南農業大學張百良教授分析指出，除去飼養牲畜、工業用和秸稈還田，中國每年還具有4億噸制作成型燃料的資源可以生產1.5億噸成型燃料，可替代1億噸原煤，相當于4個平頂山煤礦的年產量[8]。以農作物秸稈為原料的生物質固體燃料產業規模雖然不是很大，但因目前開發程度低，發展空間仍巨大。

3.4生物質液體燃料的發展模式

3.4.1 生物液體燃料生產大國的典型模式

生物液體燃料具有替代石油產品的巨大潛力，得到了各國的重視，主要包括燃料乙醇和生物柴油。國際油價的持續攀升，提高了生物液體燃料的經濟性，在一些國家和地區已經具有了商業競爭力。目前，巴西燃料乙醇折合成油價約25美元／桶，低于原油價格。2005年，巴西和美國仍然是燃料乙醇的生產大國，分別以甘蔗和玉米為原料，摻混汽油，占其國內車用交通燃料的50%和3%，比2004年分別提高6%和1%。美國在2001~2005年，燃料乙醇產量已經翻了一番，2005年最新的能源法案中又提出，到2010年燃料乙醇產量再增加一倍的目標。歐盟確定了到2010年生物液體燃料在總燃料消耗的比例達到6%的目標[14]。

目前，生產生物液體燃料比較成功的典型模式有巴西模式和美國模式。

1）巴西甘蔗－乙醇模式

巴西是推動世界生物燃料業發展的先鋒。它利用從甘蔗中提煉出的蔗糖生產乙醇，代替汽油作為機動車行駛的燃料。如今巴西乙醇和其他競爭燃料相比，價格上已具有競爭性。這也是當前生物燃料業發展最為成功的典范。巴西熱帶地區的光照使得那里非常適合種植甘蔗。現在，巴西已經是世界上最大的甘蔗種植國，每年甘蔗產量的一半用來生產白糖，另一半用來生產乙醇。

最近幾年，由于過高的汽油價格和混合燃料轎車的推廣，巴西燃料乙醇工業更是得到了長足的發展。混合燃料轎車能夠以汽油和乙醇的混合物為燃料，自從2003年在巴西大眾市場銷售后，銷量節節攀升，目前已經占據了巴西轎車市場的半壁江山。在混合燃料轎車需求的拉動下，巴西燃料乙醇的日產量從2001年的3000萬升增加到2005年的4500萬升，已能滿足國內約40%的汽車能源需求[14]。

用蔗糖生產乙醇是目前世界上制造乙醇最便宜的方法。在未來4年中，巴西計劃將新建40～50家大型乙醇加工廠。為了保證原料供應，甘蔗的種植面積也將不斷擴大。

當前巴西生物燃料發展戰略的成功，并不意味著巴西的蔗糖乙醇會成為世界生物燃料業未來的選擇。因為即使只替代目前全球汽油產量的10%，也需要將巴西現有的甘蔗種植面積擴大40倍。巴西不可能“騰”出這么多土地用于種植甘蔗。另外，由于甘蔗的品種有強烈的地域性，巴西的技術路線在別的國家很難走得通。就連非洲、印度、印度尼西亞都無法照搬，更別說主要地處溫帶的中國了。

因此，巴西模式盡管取得了迄今最大的成功，但卻不是未來世界生物燃料業發展的方向，更不適合地處溫帶、缺少耕地的中國。探索適合中國國情的生物液體燃料發展模式成為當務之急。

2）美國玉米－乙醇模式

美國是主要的燃料乙醇生產國之一，但與巴西不同，它用的不是甘蔗而是玉米。盡管有不少反對的聲音，但美國燃料乙醇的日產量仍從1980年的100萬升增加到現在的4000萬升。目前，美國已投入生產的乙醇生產廠有97家，另外還有35家正在建設當中。這些工廠幾乎都集中在玉米種植帶。

玉米中用于生產乙醇的主要成分是淀粉，通過發酵它可以很容易地分解為乙醇。這正是用玉米生產乙醇的優勢，但這也是人們反對的原因，因為淀粉是一種重要的糧食。2007年美國計劃投入4200萬噸玉米用于乙醇生產，按照全球平均食品消費水平，同等數量的玉米可以滿足1.35億人口一年的食品消耗[14]。

中國現在80%的乙醇的原料是谷類，由于原本過剩的谷物在2000年后產量快速減少，使得燃料乙醇的發展再次面臨挑戰[15]。玉米加工燃料乙醇業過快發展，一些地區甚至玉米主產區已在考慮進口玉米了。國家已經制定相關政策，對玉米加工燃料乙醇項目加以限制，強調發展燃料乙醇要以非糧原料為主，因為谷類供給安全問題對于擁有巨大人口的中國來說，始終應該放在首位。糧食安全始終是國家重大戰略問題。中國糧食不能承受“能源化”之重。中國國情和美國、巴西不一樣，其成功經驗雖有可資借鑒之處，但不能照搬他們的模式。

生物液體燃料方面新技術的研發，在很大程度上取決于解決生物燃料生產的原料供應問題。目前生產液體燃料大多使用的是糧食類作物，如玉米、大豆、油菜籽、甘蔗等。但是從能源的投入、產出分析，利用糧食類作物生產液體燃料是不經濟的。因此，利用木質纖維素制取燃料乙醇將是解決生物液體燃料的原料來源和降低成本的主要途徑之一。

3.4.2中國生物質液體燃料的產業化發展途徑

中國生物液體燃料的發展已初具規模。當前，中國以陳化糧為原料生產燃料乙醇的示范工程，年生產能力已達102萬噸，生產成本也達到了消費群體初步接受的水平。在非糧食能源作物種植方面，中國已培育出“醇甜系列”雜交甜高粱品種，并建成了產業化示范基地，培育并引進多個畝產超過3噸的優良木薯品種，育成了一批能源甘蔗新品系和能糖兼用甘蔗品種。具備了利用菜籽油、棉籽油、木油、茶油和地溝油等原料年產10萬噸生物柴油的生產能力[16]。

1）油菜籽－生物柴油模式

中國農科院油料作物研究所所長王漢中研究員呼吁：國家應大力推廣“油菜生物柴油”。生物柴油相對于礦物柴油而言，是通過植物油脂脫甘油后再經過甲脂化而獲得。發展油菜生物柴油具備三大優點：一是可再生；二是優良的環保特性：生物柴油中不含硫和芳香族烷烴，使得二氧化硫、硫化物等廢氣的排放量顯著降低，可降解性還明顯高于礦物柴油；三是可被現有的柴油機和柴油配送系統直接利用。因此，生物柴油在石油能源的替代戰略中具有核心地位。

目前，發展生物柴油的瓶頸是原料。木本油料的規模有限，大豆、花生等草本油料作物與水稻、玉米等主要糧食作物爭地，擴大面積的潛力不大。而作為生物柴油的理想原料，油菜具有其獨特的優勢。首先適應范圍廣，發展潛力大:長江、黃淮流域、西北、東北等廣大地區都適宜于油菜生長；其次油菜的化學組成與柴油很相近:低芥酸菜油的脂肪酸碳鏈組成與柴油很相近，是生物柴油的理想原料；第三，可較好地協調中國糧食安全與能源安全的矛盾：長江流域和黃淮地區的油菜為冬油菜，充分利用了耕地的冬閑季節，不與主要糧食作物爭地。

根據歐洲油菜發展的經驗和油料科技進步的情況，王漢中預計，只要政策、科技、投入均能到位，經過15年的努力，到2020年，中國油菜種植面積可達到4億畝，平均畝產達到200千克，含油量達到50%左右。屆時，中國每年可依靠“能源油菜”生產6000萬噸的生物柴油(其中4000萬噸來源于菜油，2000萬噸來源于油菜秸稈的加工轉化)，相當于建造3個永不枯竭的“綠色大慶油田”[17]。

2）纖維素－乙醇模式

在整個生物燃料領域，當前最吸引投資者的并不是用蔗糖、玉米生產乙醇，或是從油菜籽中提煉生物柴油，而是用纖維素制造乙醇。所有植物的木質部分--通俗地說，就是“骨架”--都是由纖維素構成的，它們不像淀粉那樣容易被分解，但大部分植物“捕獲”的太陽能大多儲存在纖維素中。如果能把自然界豐富且不能食用的“廢物”纖維素轉化為乙醇，那么將為世界生物燃料業的發展找到一條可行的道路。

雖然因技術上的限制，目前還沒有一家纖維素乙醇制造廠的產量達到商業規模，但很多大的能源公司都在競相改進將纖維素轉化為乙醇的技術。最大的技術障礙是預處理環節(將纖維素轉化為通過發酵能夠分解的成分)的費用過于昂貴。但是，要想用纖維素生產乙醇，預處理環節無法回避。技術上的不確定性，迫使制造乙醇的大部分投資仍集中在傳統的工藝--通過玉米、蔗糖生產乙醇，但這些辦法無法從根本上解決當前的能源危機。為了保證能源安全，美國總統布什說，美國政府計劃在6年內把纖維素乙醇發展成一種有競爭力的生物燃料。

因為發展能源不可能走犧牲糧食的道路。盡管現在技術上還存在障礙，但大部分人仍相信，利用纖維素生產燃料乙醇代表了未來生物燃料發展的方向。中國生物質液體燃料的未來也同樣寄希望于用纖維素生產燃料乙醇。一旦技術取得突破，纖維素乙醇產業化發展空間巨大，產值難以估量。但是，各國的國情與能源結構不同，不能寄希望于某個方面來解決，因為任何國家都不可能單靠技術引進發展本國的生物燃料產業。因此，需要因地制宜，多能互補。

3）能源作物－生物液體燃料模式

石元春院士表示，在能源結構的歷史轉型中，中國發展生物質能源有很強的現實性和可行性。目前，中國對石油的進口依存度為近40%；SO2和CO2的排放量也分居世界第一和第二位。中國發展生物質能源不僅原料豐富，而且還有自行培養的甜高粱、麻瘋樹等優良能源植物；燃料乙醇、生物柴油等主產品工業轉化技術基本成熟且有較大的改進空間，成本降幅一般在25%~45%，且目前在新疆、山東、四川等地已取得進展[4]。

發展能源作物不會威脅糧食安全與環保。曾有專家提出能源安全和糧食安全存在矛盾。解決這個問題需要充分認識到糧食安全和能源安全有統一性，發展能源農業將是促進農民增收、調動農民種糧積極性的有效措施。糧食作物和能源作物有很好的互補性。首先，能源作物大都是高產作物，既能滿足糧食安全的需求，又是很好的能源作物。其次，能源農業開發的領域很廣，可以做到不與或少與糧食爭地。能源農業開發的領域，大多是利用農業生產中的廢棄物，如利用畜禽場糞便、農產品加工企業的廢水與廢物開發能源，既能增加農民收入，又能為糧食生產提供優質肥料，是生產清潔能源、促進糧食生產、保證糧食安全和能源安全的雙贏舉措。

除糧食外，中國其他可用于生物質能生產的植物和原料還有很多，如甘蔗、甜菜、薯類等。廣西科學院院長黃日波說，僅廣西的甘蔗資源和木薯資源分別具備年產830萬噸和1300萬噸生物乙醇的生產潛力，加起來超過2000萬噸[15]。

科技部中國生物技術發展中心有關專家指出，根據能源作物生產條件以及不同作物的用途和社會需求，估計中國未來可以種植甜高粱的宜農荒地資源約有1300萬公頃，種植木薯的土地資源約有500萬公頃，種植甘蔗的土地資源約有1500萬公頃[15]。如果其中20%~30%的宜農荒地可以用來種植上述能源作物，充分利用中國現有土地與技術，生產的生物質可轉化5000萬噸乙醇，前景十分可觀。

據農業部科教司透露，為穩步推動中國生物質能源的發展，并為決策和進一步開發利用土地資源提供可靠的數據，該司決定按照“不與人爭糧，不與糧爭地”的原則，開展對適宜種植生物質液體燃料專用能源作物的邊際土地資源進行調查與評價工作，以摸清適宜種植能源作物邊際土地資源總量及分布情況[18]。

以能源作物為原料的生物液體燃料模式發展潛力巨大，將是未來生物質能源發展的方向之一。

4) 林木生物質－生物柴油發展模式

利用中國豐富的林木生物質資源生產生物柴油，將薪炭林轉變為能源林，實現以林木生物質能源對油汽的替代或部分替代，探索兼顧能源建設和生態環境建設的新模式，實現可再生能源與環境的可持續發展。開發林業生物質能產業是林業的一個很有潛力的新產業鏈，既是機會，也是創新，不僅具有巨大潛力和發展空間，更是林業發展新的戰略增長點。

“森林具有可再生資源的屬性。林業是天然的循環經濟。生物質能技術是林業發展的新契機。”專家研究指出，中國生物質資源比較豐富，據初步估計，中國僅現有的農林廢棄物實物量為15億噸，約合7.4億噸標準煤，可開發量約為4.6億噸標準煤[19]。專家預測2020年實物量和可開發量將分別達到11.65億噸和8.3億噸標準煤。中國現有木本油料林總面積超過600多萬公頃，主要油料樹種果實年產量在200多萬噸以上，其中，不少是轉化生物柴油的原料，像麻瘋樹、黃連木等樹種果實是開發生物柴油的上等原料。

中國現有300多萬公頃薪炭林，每年約可獲得近1億噸高燃燒值的生物量；中國北方有大面積的灌木林亟待利用，估計每年可采集木質燃料資源1億噸左右；全國用材林已形成大約5700多萬公頃的中幼齡林，如正常撫育間伐，可提供1億多噸的生物質能源原料；同時，林區木材采伐、加工剩余物、城市街道綠化修枝還能提供可觀的生物質能源原料[19]。

中國發展林業生物質能源前景十分廣闊。中國林業可用來發展生物質能源的樹種多樣，可作為能源利用的現有資源數量可觀。在已查明的油料植物中，種子含油量40%以上的植物有150多種，能夠規模化培育利用的喬灌木樹種有10多種。目前，作為生物柴油開發利用較為成熟的有小桐子、黃連木、光皮樹、文冠果、油桐和烏桕等樹種。初步統計，這些油料樹種現有相對成片分布面積超過135萬公頃，年果實產量在100萬噸以上，如能全部加工利用，可獲得40余萬噸生物柴油[19]。

目前全國尚有5400多萬公頃宜林荒山荒地，如果利用其中的20%的土地來種植能源植物，每年產生的生物質量可達2億噸，相當于1億噸標準煤；中國還有近1億公頃的鹽堿地、沙地、礦山、油田復墾地，這些不適宜農業生產的土地，經過開發和改良，大都可以變成發展林木生物質能源的綠色“大油田”、“大煤礦”，補充中國未來經濟發展對能源的需要[18]。國家林業局副局長祝列克介紹，“十一五”期間，中國主要開展林業生物質能源示范建設，到2010年，實現提供年產20萬噸~30萬噸生物柴油原料和裝機容量為100萬千瓦發電的年耗木質原料。到2020年，可發展專用能源林1300多萬公頃，專用能源林可提供年產近600萬噸生物柴油原料和裝機容量為1200萬千瓦發電年耗木質原料，兩項產能量可占國家生物質能源發展目標30%以上，加上利用林業生產剩余物，林業生物質能源占到國家生物質能源發展目標的50%以上[19]。

可見，林木生物質能源的發展將逐步成為中國生物質能源的主導產業，發展空間巨大，前景廣闊。

4　結　語

國家已出臺的《生物燃料乙醇及車用乙醇汽油“十一五”發展專項規劃》及相關產業政策，明確提出“因地制宜，非糧為主”的發展原則，發展替代能源堅持“不與人爭糧，不與糧爭地”，要更加依靠非糧食原料。從大方向來看，用非糧原料能源替代化石能源是長遠方向，例如薯類和纖維質以及一些植物果實來替代。為避免糧食“能源化”問題[20]，必須開發替代糧食的能源原料資源。開發替代糧食資源，如以農作物秸稈和林木為代表的各類木質纖維類生物質，及其相應的生物柴油和燃料乙醇生產技術，被專家們認為是未來解決生物質液體燃料原料成本高、原料有限的根本出路。

生物質能源將成為未來能源重要組成部分，到2015年，全球總能耗將有40%來自生物質能源，主要通過生物質能發電和生物質液體燃料的產業化發展實現。

有關專家也對生物質能源的發展寄予了厚望，認為中國完全有條件進行生物能源和生物材料規模工業化、產業化，可以在2020年形成產值規模達萬億元。

雖然生物質能源發展潛力巨大、前景廣闊，并正在逐步打破中國傳統的能源格局，但是生物質能的產業化發展過程也并非一帆風順，因為生物質原料極其分散，采集成本、運輸成本和生產成本很高，成為生物質燃料乙醇業的致命傷，若不能妥善解決將可能成為生物質能產業發展的瓶頸。

生物質能的資源量豐富并且是環境友好型能源，從資源潛力、生產成本以及可能發揮的作用分析，包括生物燃油產業化在內的生物質能產業化開發技術將成為中國能源可持續發展的新動力，成為維護中國能源安全的重要發展方向。在集約化養殖場和養殖小區建設大中型沼氣工程也將成為中國利用生物能源發電的新趨勢。從環保、能源安全和資源潛力綜合考慮，在中國推進包括以沼氣、秸稈、林產業剩余物、海洋生物、工業廢棄物為原料的生物質能產業化的前景將十分廣闊。

[參考文獻]：

[1] 中華人民共和國可再生能源法.china.org.cn/chinese/law/798072.htm.

[2] 生物質能發展重點確定沼氣固體成型燃料能源作物[EB/OL]. (2007-01-26)[2007-03-18].（來源：人民日報）。

[3] 生物質能的概況. (2006-11-22)[2007-04-02].

[4] 潘 希. 生物質能欲開辟中國農業“第三戰場”。 科學時報，2005-04-30.

[5] 佚 名。我國確定農村生物質能發展戰略目標[EB/OL]. (2006-10-13)[2007-03-18]. 來源: 新華網.

[6] 生物質能發展重點確定沼氣固體成型燃料能源作物[EB/OL]. (2007-01-26)[2007-03-18].（來源：人民日報）。

[7] 師曉京. 農業部正制定《農業生物質能產業發展規劃》，今后重點發展沼氣、固體成型燃料和能源作物[N]. 農民日報，2007-01-26.

[8] 王瓊杰. 日生物質能源能挑起我國未來能源的“大梁”嗎？中國礦業報，2007-03-06.

[9] 世界可再生能源發展現狀及未來發展趨勢分析.[EB/OL]

[10] 譚利偉，簡保權. 生物質能源的開發利用[J]. 農業工程技術.新能源產業，2007，總291期，第3期：18-27.

[11] 《可再生能源發電價格和費用分攤管理試行辦法》[S]. [2007-04-03].

[12] Hu Xuehao. The Development Prospects of Renewable Energy and Distributed Generation in Power System and the Requirement for Energy Storage Technology[R/OL]. 2006 International Conferences on Power System Technology， Chongqing， China， October 22-24， 2006.

[13]中國科學技術信息研究所. 農業生物質資源-待開發的金礦。2006[2007-04-2].

[14] 蔡如鵬. 生物燃料走在路上[J]中國新聞周刊，2006，第48期，第66頁.

[15] 王一娟 徐時芬. 專家為中國生物能源發展獻策--開發替代糧食原料，破解燃料乙醇困局[J]. 經濟參考報，2005-09-30.

[16]農村生物質能利用大有可為[EB/OL] . (2007-02-25)[2007-04-04].

[17] 胡其峰.專家呼吁大力推廣“油菜生物柴油”[N/OL].光明日報， 2005-08-02.

[18] 師曉京. 農業部開展適宜種植能源作物邊際土地資源調查[N/OL]. 農民日報，2007-03-21.

篇9

[關鍵詞]生物質資源；燃料乙醇產業；理性思考

[作者簡介]寧世梅，博白縣第三高級中學一級教師，廣西博白537600；龍裕偉，廣西社會科學院副研究員，廣西南寧530022

[中圖分類號]F40　[文獻標識碼]A　[文章編號]1672―2728(2007)04―0082―03

當前全球性能源危機凸顯能源在人類可持續發展中的戰略地位，燃料乙醇作為一種十分重要的可再生能源，備受全球關注。我國當前優先發展能源工業，大力發展可再生能源，擴大生物質固體成型燃料、燃料乙醇和生物柴油生產能力，把推廣使用車用乙醇汽油作為一項重要的能源戰略。對于擁有燃料乙醇生物質資源優勢，又有一定產業基礎的廣西來說，做大做強燃料乙醇產業，既面臨重要發展機遇，同時也面對挑戰。

一、廣西燃料乙醇產業發展狀況與規劃

廣西地處亞熱帶，生物質資源豐富，具有良好的發展生物乙醇、燃料乙醇的自然條件。目前廣西利用木薯資源生產乙醇的企業有20多家，其中規模較大的年產木薯酒精10萬噸的企業1家，年產木薯酒精8萬噸的企業1家。廣西還有一批以甘蔗為原料的制糖企業設有酒精車間。2005年，全區乙醇生產能力50萬噸，產量30萬噸。

在石油危機的沖擊和影響下，廣西十分重視生物質能的開發與利用，將發展燃料乙醇產業納入廣西“十一五”發展規劃，還專門制定了廣西生物產業發展“十一五”規劃。將主要發展以木薯燃料乙醇、生物柴油、沼氣、成型復合燃料等重點項目，力爭在“十一五”期間把生物質產業建設為廣西的支柱產業。目前，廣西成立了自治區生物質產業工程領導小組，發展木薯制取燃料乙醇生產的方案已報國家發改委。

二、廣西發展燃料乙醇產業的有利條件與不利因素

(一)有利條件

廣西發展燃料乙醇產業的有利條件主要有三個方面：

1．廣西是全國最主要的熱帶作物種植區，擁有我國最多的適宜種植木薯、甘蔗等生物質資源的土地資源。廣西擁有適宜種植木薯、甘蔗等生物質資源的熱帶作物種植面積11.4萬平方公里，占全國熱作區總面積的38.5％，列全國第一位，比列第二位的云南省高出12.1個百分點(3.6萬平方公里)。

2．廣西種植木薯、甘蔗作物有著悠久的歷史，是全國最主要的木薯產區和甘蔗產區，具有較好的產業基礎。2005年，廣西種植木薯404.25萬畝，產量173.61萬噸，均占全國總量的60％以上；廣西甘蔗種植面積1121.4萬畝，產量5154.69萬噸，2005/2006年榨季全區產混和糖537.7萬噸，產糖量占全國總產量的61％，廣西糖業的龍頭地位進一步得到鞏固。

3．發展燃料乙醇產業面臨重大發展機遇，市場前景廣闊。燃料乙醇的生產發展及其推廣使用，隨著國際石油市場和價格的波動幾經起伏。但近年受到世界石油資源緊缺、原油價格不斷攀升、環境壓力日益加重的影響，作為綠色可再生能源的燃料乙醇，再次受到世界各國的關注，并形成了新一輪的快速發展趨勢。可以預見，隨著燃料乙醇技術的日益成熟及其成本的降低、效益的提高，其在人類社會可持續發展中的地位和作用將會越來越重要，市場前景十分廣闊。

(二)制約因素

在看到有利條件的同時，也要看到制約因素，以趨利避害。

1．技術因素。首先是木薯種植技術水平較低，高產優質木薯新品種覆蓋率低，粗放栽培、粗放管理，木薯產量低。其次，木薯加工技術水平落后，木薯產業大中型企業僅1家，企業規模小，眾多“散亂”的小淀粉廠、小酒精廠的技術裝備普遍陳舊、過時、落后。最后，“三高一難”等技術難題。用木薯生產燃料乙醇，要克服酒精生產的“三高一難”――“糧耗高、能耗高、成本高、酒精糟液處理難”，實現節糧、節能、降低成本和清潔生產。深度開發木薯酒精糟液飼料資源；擴大二氧化碳、雜醇油、酣酯酒精等副產品的綜合利用和增值途徑；以綜合利用效益沖減酒精的成本，以技術進步創效益與石油燃料競爭。

2．原材料因素。按照規劃，“十一五”時期，廣西燃料乙醇產業以木薯燃料乙醇生產為主。理論上，廣西也可以以甘蔗為原料發展甘蔗燃料乙醇產業。無論是以木薯為原料，還是以甘蔗為原料，廣西燃料乙醇產業在廣西區內都會直面其他產業的挑戰，主要是糖業、淀粉工業、蠶絲綢產業乃至煙業。關鍵環節在于這幾類產業均依賴廣西的土地資源，都在爭土地。

(1)糖業是廣西“十一五”時期重點發展的6大優勢產業之一，是廣西重要的利稅“大戶”，廣西木薯淀粉產業乃至木薯乙醇產業在中近期仍將無法取代其地位。今后一個時期，糖業乃至甘蔗種植面積仍將是優先保障與發展的。

(2)廣西木薯淀粉產業仍有較大的發展空間，關鍵因素在于國內淀粉市場需求量大、缺口大、利潤可觀，廣西木薯原料短缺問題突出。近年，由于木薯原料不足，廣西的淀粉廠最早在10月下旬開榨，最遲在次年的3月上旬停榨，中間除去春節等假日停榨的時間，工廠的加工期最多只有4個月左右。各淀粉廠、酒精廠為爭搶原料，2005～2006年榨季鮮薯收購價格一度超過450元／噸，有的淀粉廠在榨季中期由于原料價格過高而停榨。目前廣西仍有一批在建或擬建的木薯加工項目(包括淀粉廠和酒精廠)，建成投產后，木薯原料短缺的矛盾將更加突出。

(3)蠶絲綢產業和煙草產業也是廣西大力發展的產業，尤其是蠶絲綢產業的市場發展勢頭迅猛，也將會與木薯乙醇產業爭奪土地資源，從而使廣西燃料乙醇產業發展面臨更加突出的原料供應短缺問題。

廣西燃料乙醇產業除了受到廣西區內原材料供應所制約，還受到國內乃至國際市場原材料供應所制約。廣西的木薯產量占到全國的60％～70％，此外木薯原料較多的是廣東省和海南省，均為當地企業消耗，其余省份產量極少，因此從外省調入木薯原料是不可行的，只能從國外進口。但是根據FAO統計，世界木薯的年產量雖然已接近2億噸，但大部分是供人類直接消費，真正進入國際貿易的只有600萬噸左右的木薯制品(相當于1800萬噸鮮薯)，絕大部分來自泰國和越南。我國從2001年起，每年均進口超過200萬噸的木薯制品。由于這兩個國家的木薯產業結構和廣西是雷同的，從原料到產品都存在競爭，所以這個來源可能存在不穩定的因素。

3．市場因素。燃料乙醇是石油的替代產品，

燃料乙醇產業與石油產業之間存在高度競爭關系，直接受到石油景氣水平的左右。如果國際市場上石油供過于求，或供求平衡，石油價格比較合理或偏低，那么，燃料乙醇產業就會在產業成本偏高、政府扶持力度不夠的情況下，難以有大的發展。從當前國際石油價格行情來說，相當于每桶石油熱值的燃料乙醇的成本應低于50美元才有盈利空間。由于直接受到國際石油市場行情的牽制，燃料乙醇的市場穩定性較差，市場風險較大。

另外，廣西燃料乙醇產業還直面國內、國際同業市場的競爭與挑戰。國內除了黑龍江、吉林、河南、安徽4個試點省，廣東省正在上馬國內首家以木薯和甘蔗為原料生產車用燃料乙醇的大型環保能源項目――廣東燃料乙醇項目，首期投資6.86億元，設計年產燃料乙醇50萬噸。除此之外，目前國內醞釀建設燃料乙醇項目的省份還有四川、云南、山東、內蒙古、福建、遼寧、河北、新疆、陜西、寧夏和江蘇等。可以預見，在未來幾年，全國性的燃料乙醇“大戰”一觸即發，廣西將會直面激烈的國內市場競爭。同時，國際上燃料乙醇產品及其原材料的市場供求狀況也會對廣西燃料乙醇產業發展產生影響作用。

4．盈利因素。燃料乙醇產品成本與汽油相比，其成本高，盈利性差。凡是生產生物燃料乙醇的國家，都對其實行政策扶持。按照國家計劃，定點生產燃料乙醇的企業，財政補貼將逐年遞減，直至2008年完全取消。為了保持盈利，在補貼取消之前，燃料乙醇生產企業的首要任務是降低生產成本。

三、做大做強廣西燃料乙醇產業的對策建議

(一)調控燃料乙醇產業發展規模，不能盲目發展、快速擴張

主要理由和依據是：(1)燃料乙醇產業受木薯原料“瓶頸”制約。(2)國內燃料乙醇產業將面臨比較激烈的市場競爭，市場風險大。(3)今后一個時期廣西擴大木薯原料種植規模的空間有限，以甘蔗為燃料乙醇主要原料來源的可能性也不大。

針對上述問題，廣西在發展燃料乙醇產業過程中，首先要考慮原材料供應問題，不能盲目擴大發展規模。根據廣西燃料乙醇原料來源的現實性(包括區內來源、國內來源和國際市場供應)，“十一32"時期廣西發展100萬噸燃料乙醇的產能，其規模偏大，建議控制在50萬～70萬噸的幅度，待技術條件、市場條件等因素相對成熟后，再不斷擴大燃料乙醇產業規模。

(二)上規模、高起點地發展燃料乙醇企業

在當前國際石油市場價格水平下，燃料乙醇產品成本高、市場價格高，與石油產品相比，缺乏市場競爭能力，必須十分重視新技術的開發和應用，以期不斷降低生產成本，提高燃料乙醇的市場競爭力。發展燃料乙醇企業，應當堅持上規模、高起點、技術先進的原則。以期實現規模效益、降低能源消耗、提高原料利用水平，從而達到降低單位成本的目的。建議廣西新建或改建燃料乙醇企業時，其產能規模應在10萬噸以上。

(三)鼓勵發展混合原料型燃料乙醇企業

由于廣西區內、國內乃至國際市場上木薯、甘蔗原料的緊缺，發展燃料乙醇產業必須從廣西的實際出發、從市場供求狀況出發，來考慮燃料乙醇產業的原料供給問題，優化燃料乙醇的原料配置。廣西應當以木薯為主導，積極發展薯、蔗、稻、蜜以及玉米等原料混合的燃料乙醇企業。其主要優點有四：一是可以緩解木薯原料之不足；二是可以在糖業市場價格下跌情況下，將原定供應糖業的原料蔗用于燃料乙醇生產，保障甘蔗價格的相對穩定性以及蔗農的利益；三是可以增加糖業副產品糖蜜的附加值以及糖廠的收益；四是可以保障燃料乙醇原料來源的穩定性及其產業發展的可持續性，這在技術上也是可行的。

(四)“抓大放小”，關停、淘汰一批技術落后、污染大、能耗高的木薯淀粉企業和木薯酒精企業。優化木薯產業組織結構

目前廣西共有木薯淀粉企業和木薯酒精企業200多家，絕大多數為小企業。這些小企業普遍存在技術落后、污染大、能耗高、效益低等問題，不能適應新型工業化發展以及經濟社會可持續發展的要求。應當根據國家產業政策、環保政策以及其他政策的規定，對這些小企業進行全面清理整頓，凡是不符合政策要求，又無力進行技術改造的，均應予以關停、淘汰。這樣，在一方面使當地生態環境得到改善的同時，還可以杜絕它們與技術水平較高、環保條件好的大中型燃料乙醇企業爭原料的問題，從而有利于優化廣西燃料乙醇產業發展的市場環境，促進燃料產業的健康發展。

(五)延長燃料乙醇產業鏈，培育發展燃料乙醇產業集群

發展燃料乙醇產業，涉及農業種植和養殖、乙醇及其副產品生產、石油調配、汽車制造、環保、商業銷售乃至乙烯生產、現代石油化工和燃料乙醇副產CO2的資源利用等，可以形成一條很長的產業鏈。應當根據燃料乙醇的產業鏈特性，做好燃料乙醇產業集群的發展規劃與培育工作，為做大做強燃料乙醇產業創造良好的產業生態環境。

篇10

關鍵詞：生物質；化工產品；開發；應用

中圖分類號：F42 文獻標識碼：A

生物質是能源領域常用的術語，是由光合作用而產生的各種有機體。生物能是太陽能以化學能形式貯存在生物中的一種能量形式，一種以生物質為載體的能量，它直接或間接地來源于植物的光合作用。在各種可再生能源中，生物質能是獨持的，它是貯存的太陽能，也是惟—一種可再生的碳源。它可以轉化為常規的固態、液態和氣態燃料。化學工業耗用烴類少于整個烴類消費量的 5%，但不遠的未來仍需要這些原材料。預計石油和天然氣生產在 2020 年后某一時期將達到峰值。假設化學加工仍優先需用烴類，能源公司為滿足這一需求將面臨新的挑戰。在本世紀初葉，可再生的生物資源將為化學工業提供大多數原材料。這將包括林業、漁業、動物飼養業和農業副產物。從某種意義來說，增加對這類原材料的依賴將成為必然。從長期看， 生物煉油廠可生產寬范圍的下游化學品、 燃料和其他產品。據催化劑集團資源公司（CGR）分析，從生物質制取的化學品現已占化學品總銷售額約 5%，現約 200 種產品由發酵制取，其中前4種產品為乙醇、檸檬酸、葡糖酸和乳酸。

1開發生物質能對中國的重要意義

1.1促進社會經濟的發展和生態環境

生物質是僅次于煤炭、石油、天然氣的第四大能源，在整個能源系統占有重要地位。生物質能一直是人類賴以生存的重要能源之一，在世界能源消耗小，生物質能具有可再生性。據有關專家預測，生物質能在未來能源結構中具有舉足輕重的地位．采用新技術生產的各種生物質替代燃料，主要用于生活、供熱和發電等方面。我國生物質能資源相當豐富，人類正面臨著經濟增長和環境保護的雙重壓力，因而改變能源的生產方式和消費方式，用現代技術開發利用包括生物質能在內的可再生能源資源，對于建立可持續發展的能源系統，促進生態環境的改善具有重大意義。

1.2 改變我國以化石燃料為主的能源結構

我國的能源生產及消費結構的共同特點是：煤炭在能源結構中長期占絕對主導地位，一般占70％以上；石油、天然氣、水電等優質能源在一次能源中的比重—直在25％左右，而且隨著能源供應量的增長優質能源比重近年來還有所下降；從不同地區的能源消費結構來看，由于沿海與內地經濟發展水平的差異，且受運輸和環境保護的制約，其能源結構也在不斷優化。生物質既是低碳燃料，在其生長過程中又大量吸收。而成為溫室氣體的匯(sink)，隨著國際社會對溫室氣體減排聯合行動付諸實施。大力開發生物質能源資源，對于改善我國以化石燃料為主的能源結構，特別是為農村地區因地制宜地提供方便能源，具有十分重要的意義。

1.3發展生物基產品可減少排放

它擁有生產低排放燃料的潛力，而且可削減運輸行業的 CO2排放。 除了發展生物乙醇和其他生物燃料以減少汽油消耗外，一些公司也采用生物質為原材料生產各種其他產品，包括紡織品、塑料和清洗液等，以減少碳足跡。從事生物技術開發的 Novozymes 公司在開發生物基產品用酶方面頗有作為， 該公司生產的酶類用作有機物化學反應的催化劑， 酶類在生物質轉化中起到關鍵作用，并且使用酶可大大降低排放。據稱，每生產一份酶，可相當于減少 100～200份的CO2排放。Novozymes公司 2007 年生產了20萬噸酶，從而使CO2排放減少了 2000 萬噸。

2作為能源利用的生物質能資源量時影響因素

首先，生物質能資源量是受多種因素影響的是隨時間變化，生物質能資源是可再生的，通過種植、增加畜禽飼養等措施，資源量可以增加，而不合理的過量消費，又會造成資源量的減少，而且這種消費對資源量的影響又有滯后性，往往在消費時并不馬上表現出來；作為重要生物質能資源的農作物秸稈及農業加工剩余物資源量又接受農作物產量的影響，而畜禽飼養量也受到農作物產量的影響，因而相應的資源量也就必然受到氣候等多種自然因素及市場價格等多種社會因素的影響；各種生物質能資源剩余物及其可利用成分是受人民生活水平等多種變化因素影響的，因此說，每年的生物質能資源量都受到當年各種具體因素影響的，是變化的，而不是一成不變的。

其次，生物質能資源是—種自然資源，其本身可以有多種用途作為一種重要生物質能資源的農作物秸稈：它既可以當作燃料，也可以作為飼料、肥料和工業原料，所以在研究各種生物質可作為能源使用的資源量時，就必然會涉及其在各種不同用途之間的分配比例問題，也就必然會涉及將一種生物質能資源作為能源使用的成本問題。在考慮資源量時，應該對各種成本進行比較，選擇合理的用途。

最后，如同其他可再生能源一樣，生物質能可利用資源量取決于各種生物質能利用和轉換技術水平，評價生物質能資源可利用量必須充分考慮各種生物質能利用和轉換技術的經濟、技術可行性等出素：以畜禽糞便為例，除了收集上的困難外，還應充分考慮利用的可能性問題。日前主要是通過厭氧發酵工藝對其進行處理應用的，因而其可作為能源利用的部分就受到沼氣池容量、效率等的限制；如果應用致密成型技術對大量被廢棄的農作物秸稈進行轉換，可以產生大量的高品位能源，但這些轉換技術尚存一些技術問題，那些被廢棄的農作物秸稈資源也只是一種潛在的可利用能源。