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【关键词】 燃料 研究现状 发展前景 生物质固体
我国是农业生产大国,农村发展随着新格局的改变,做出了政策性的调整,农村农作物废弃物回收利用,依靠生物质能得到一定经济效益,且缓解环境污染,减少浪费。国家重视新能源的开发和利用,在这样的情况之下,生物质能必然会成为重要的研发对象。
1 生物质固体成型燃料研究现状
1.1 国内外生物质固体成型燃料研究的现状
国内现状:生物质燃料具有它固有的特性,比如说它属于一种可再生资源,重复利用度高,完全符合国家可再生资源的条件,在掌握好其优势的情况下,运用到实际中,使得资源合理利用,这是发展的趋势所在。那么,在国内,随处可见农民利用生物质能实现农村收割后留下的秸秆,将其成型的批量生产,达到实现农村经济利益化的结果。我国在技术上存在着一些缺陷,这些缺陷导致在生产量上不能达到一定规模,还有运输不便的问题等,这些是需要解决的,而且高新的技术是国内需要学习和借鉴的。
国外现状:在国外,生物质能的研究和开发项目已经趋向成熟,比如说美国、英国、澳大利亚等发达国家,在技术上的钻研已经有了很大的突破,而且技术基本已经成型。在面对全世界的关注和重视,国家已经大范围的提高对生物质能的高度认识,对于生物质能的开发已经成为重中之重。对于能源的转化,这是资源再利用后的创新结果。国外很多生产者,已经大量的对这块领域投入精力,在资金和技术上都得到了相应的投资。目前,很多国内生产企业者,引用国外先进的技术,学以致用,将生物质固体成型燃料得到有效的利用和加工,在得到技术上的指引之下,正在积极提高自身能力和作为。
1.2 了解生物质能的应用情况,客观理解研发的意义
十二五规划建设中不断的提出要规划农村城镇建设,缩进农村与城市的距离。这一大的发展方向,是需要农村和城镇共同努力创造的。生物质能源为农村城市建设提供了良好的契机,也为生产者提供了回报社会的机会。
那么,对于可再生资源的合理配置优化问题上,不能理解,目前农村在农作物上的废弃物的利用,是推动农村发展的动力和指向。生物质能的利用在农村已经很普遍。结合工厂的加工利用,解决了农村不少供热供暖的问题。生物质固体成型燃料的研究,在新的领域中发挥其作用,比如城镇的修建中,我们可以看到解决了不少城市采暖问题。
不论在农村还是城市,生物质能的应用,遍布在工业园、社区等地方。在化工和农业发展上,得到良好的资源配置,将其转化为新能源新动力,这是国家在农业规划中取得的一大进步。在长远的发展目标下,我国会不断将生物质能的研发作为首要任务,不断突破技术和大规模生产的目标,变废为宝转为实在生产力。
1.3 分析生物质能的优势与劣势,进一步规避风险
第一,在优势上,优胜略汰,创新发展是根本。我国是农业大国,资源十分的丰富,在许多废弃利用的例子上显而易见,不仅能达到经济上的效益,而且有效的解决了一些就业难的问题。企业想要立足社会,需要不断的竞争中获得地位,那么在生物能源研究发展这块领域,有很大潜力和竞争力。很多企业学习国外先进的技术,将生物质固体燃烧能源技术应用纯熟。优胜略汰,适者生存的法则,使生物质能的研发与利用成为烫手山芋。
第二,国家的重视,企业的技术发展,带来可观收益。在规划农村建设问题,以及农业发展问题上,国家的政策支持,给予很大的鼓励。这使得大批的生产企业者,大胆创新,不断突破新的技术,研发出可行性技术,及时与农村农业废弃利用相互接应。这样推动了企业与农村建设。给农民和企业者以及国家带来了良好效益。
第三,在现代社会中,生产线上存在着不能大规模生产的缺点,如能将这缺点得以解决,在生产效益方面会得到很大的提高。这是在技术上应不断突破的重要一点,日本、美国等国家,应用生物质能研究的技术比较先进,这需要生产中不断学习和丰富经验,也是一个重要的发展目标和方向。
2 发展前景可观,生物质能源仍旧是未来趋势导向
2.1 媒体杂志报道,新观点推波助澜
在各种杂志和媒体报道上,已经足够引起社会关注度。重视程度的轻重也决定其走向,我国是农业生产大国,最近由《农经》杂志社主办的一期研讨会上,与会专家也发表了观点。在未来发展趋势上,作为秸秆生产大国,面对生物质固体成型燃料研究上,需要不断的学习新的技能和经验,补充自身不足,达到优质的标准。这些可以通过与国外进行学习和交流,一来可以促进中外合作,二来可以推进秸秆新技术,给整体行业链接做扎实的基础。促进行业产业的全面发展。
2.2 规模化应用是发展关键
顺应国家文明建设和城镇规划的要求,我国电力供应不足、农村生活改善方面,都需要实现生物质能源规模化应用的策略。目前,高温的天气,导致地方提起进入电力供应不足的高峰。我国目前应用较多的是农作物秸秆以及农产品余物上,加上废弃物以及家禽废物等,这些残余物每年达到十多亿吨。因此,为实现生物质能规模化应用势在必行。
2.3 政策利好助推产业发展
生物质能在政府推行的政策下,使产业得到迅猛发展。生物质能源是世界四大能源之一,在农业资源领域、城市中、林业资源、工厂废水还有畜禽粪便上应用广泛。在实现生物质能的合理利用中,面临着很多考验,面对系列的问题,在政策上得到应允,是项目开展的首要条件。企业给国家带来良好效益的同时,国家也为中小企业发展难提供良好的平台。
2.4 解决环保问题,缓解能源短缺
生物质能源转化为优质资源,在以往,农村经常可见的现象,如在收割完农作物后,将其剩下的部分燃烧,这使得空气污染加重,在其合理资源利用下,减少了废弃物对空气的污染。在工厂、学校、城市、医院方面,在采暖以及电力、燃料方面解决了能源短缺的问题。
3 生物质固体成型燃料研究的发展目标
对于生物质能的研究,我国树立了长远的目标。在国家的重视之下,生物质能发展越来越快,经过不断的创新和学习新的技术,给国家和社会做出了贡献。十二五规划一直都非常重视农村发展建设问题,也对生物质资源的发展给予大幅度支持。尤其针对生物质成型燃料,在其发现具可再生利用资源之初,就注定其发展会随着经济腾飞,实现其价值。国家政策支持,对生物基础质成型燃料在今后的应用广泛奠定了基础,并且树立了长远的发展目标。
4 结语
目前,国家能源局和农业部正在进行生物质固体成型燃料行业标准出台工作,包括固体成型燃料的分级标准、燃烧器技术和成型设备关键部件等规范。根据前文所述,在国内外新的发展格局下,拥有国家政策对生物质固体成型燃料研究的大力支持,通国不断努力学习,突破技术上和大规模生产的问题,我国有充足的资本和信心将生物质能推向更高更远的发展。
参考文献:
1.生物燃料的概念
生物燃料是指通过生物资源生产的燃料乙醇和生物柴油,用于替代由石油制取的汽油和柴油,是可再生能源开发利用的重要方向。受世界石油资源、价格、环保和全球气候变化的影响,20世纪70年代以来,许多国家日益重视生物燃料的发展,并取得了显著的成效。中国的生物燃料发展也取得了很大的成绩,特别是以粮食为原料的燃料乙醇生产,已初具规模。
2.生物燃料的发展现状
尽管如此,我国的生物燃料产业仍处于初级发展阶段,还有很长的路要走。而美国、巴西等国的生物燃料产业发展已经相对成熟,在美国,用生物燃料如生物柴油、乙醇和生物丁醇替代部分石油基汽油或柴油已成为较普遍的现象。美国提出的目标是到2025年通过大量使用生物燃料,替代从中东进口石油的75%以上。
巴西是世界领先的生物燃料生产国,其50%的甘蔗作物用于生产该国非柴油运输燃料的40%以上。在美国,谷类作物的15%用于生产非柴油运输燃料的约2%,乙醇生产以更快的速度在增长。据估算,巴西和美国生产的乙醇成本低于汽油。2007~2011年间巴西石油公司在可再生燃料方面投资将超过3亿美元。
生物燃料是清洁能源,发展生物燃料对促进经济可持续发展、推进能源替代、控制城市大气污染具有重要的战略意义。对许多石油公司而言,墨西哥湾漏油事故对环境造成的负面影响进一步促使他们将目光投向生物燃料。
可以看出,世界各国对于生物燃料的重视程度越来越高。但由于世界粮食危机日益严重,因此,生物燃料长期的发展潜力在于使用非食用原料,包括农业、城市和林业废弃物以及高速增长的富含纤维素的能源作物,如换季的牧草等,以此缓解生物燃料与粮食的竞争。
3.生物燃料的发展前景
进入21世纪后,随着全球环境问题的日益突出和石油价格的持续上涨以及其他一些因素的影响,生物燃料得到了进一步的重视,成为了可再生能源开发利用的重要方向。它不是一个新鲜事物,早在上世纪70年代,一些国家就已经开始尝试利用生物燃料,以减少对石油的依赖。国外在生物燃料的开发和应用上起步较早,目前已实现规模化生产和应用。
我国从上世纪末开始发展自己的生物燃料技术,主要是利用相对过剩的粮食,开发应用生物燃料乙醇。经过5年的试点和推广使用,我国生物乙醇汽油在生产、混配、储运及销售等方面已拥有较成熟的技术。我国生物燃料发展潜力巨大,前景广阔。尽管如此,由于我国生物燃料仍处于起步阶段,未来发展受到众多因素的制约。首先是原料的问题。我国以陈化粮为原料开展生物乙醇汽油的试点,然而我国陈化粮数量有限,不具备再扩大规模生产的条件,而利用新粮则成本过高。燃料乙醇的新原料包括甜高粱、木薯、甘蔗及生产生物柴油的原料如麻风树、黄连木等油料植物,这些原料能否落实成为制约生物燃料规模化发展的重要因素;其次是技术问题。据发改委的报告称,有些技术虽较为成熟,但发展潜力有限。而另一些技术尚处于技术试验或研究阶段,距离工业化生产还有较大差距。因此,生物燃料技术产业化基础薄弱也制约着生物燃料规模化发展;此外,产品价格和国家政策等问题也是影响发展的重要因素。总的来说,我国生物燃料的发展虽然受到一些因素的制约,但未来前景广阔,我国生物燃料技术将会得到较快发展。
自20世纪中期以来,石油成为世界上最重要的能源物资。石油危机给世界经济发展投下了浓重的阴影,可再生能源发展成为大趋势。此外,汽车尾气对环境的污染也日益严重,成为人类共同面对的一大难题。生物质能源原料来源广、可大规模开发、廉价和清洁的属性,使之成为世界各国新能源竞相发展的战略首选。我国是世界生物质资源大国,加快先进生物燃料技术产业化及高值化综合利用,是加快新能源发展、缓解化石能源危机、减少PM2.5和温室气体排放、提高农业资源综合利用率的核心与关键。
世界许多国家都成立了专门的生物能源开发管理机构,制定了相应的开发研究计划,美国的国家生物质能管理办公室及其“能源农场计划”、“乙醇发展计划”,巴西的国家生物质能委员会及“燃料乙醇和生物柴油计划”,印度的国家生物燃料发展委员会及“绿色能源”工程,以及法国政府的“生物质发展计划”,日本政府的“新阳光计划”等等,这一系列大量积极务实的战略举措与激励政策,加快了世界生物质能源产业技术的发展,并产生了重大社会效益和经济效益。据国际能源署(IEA)的最新统计,目前,全球开发利用的生物质能源已占新能源的77%以上,其中,生物质液态与气态能源占生物质能源利用总量的60%以上,而且这一比例还在加速攀升。
作为生物能源的主力军,燃料乙醇具有无可替代的优势――使用方便,不需要改造现有汽车。添加10%的燃料乙醇到汽油中,可以减少汽车尾气CO排放量的30%,烃类排放量的40%,同时减少CO2和氮氧化合物的排放。因此,燃料乙醇在许多国家得到了大力发展。
燃料乙醇生产推广历程
巴西、美国走在了世界燃料乙醇生产推广的前列,全球大部分的燃料乙醇是这两国生产的。中国、欧盟、加拿大、澳大利亚、中南美洲等国家和地区紧随其后开始了燃料乙醇的生产和推广。全球燃料乙醇年产量从1970年代的数十万吨急速增长到了近7 000万吨(2013年,见表1),推广区域从巴西、美国发展到美、欧、亚、非、大洋各大洲。
表1 2013年燃料乙醇产量(美国农业部) 单位:万吨
1.中南美洲
巴西早在20世纪70年代就开始生产、推广燃料乙醇,是目前世界上唯一不供应纯汽油的国家,也是世界上最早推广使用燃料乙醇的国家。1977年巴西开始使用E20汽油(含乙醇20%),1980年研制出使用含水乙醇的汽车发动机,所用燃料乙醇含水量达7.8%,目前,巴西全国有超过250万辆汽车是由使用含水乙醇发动机驱动的,另有1 550万辆车使用含乙醇22%~100%的E22乙醇汽油。
目前,巴西车用燃油的主要国家标准除柴油外仅有两项,一是Gasolina-E22,即22%燃料乙醇+78%汽油;另一是Ethanol-E100,即93%燃料乙醇+7%水。灵活燃料车主可以自由选择E22和E100的混配比例。政府主要职责是根据甘蔗收成和市场需求确定当年酒精与汽油的混配比例,即在糖价走高时,适当降低乙醇混配比例,反之,则提高比例。这也是政府自1998年开始规定,酒精汽油混配比例从按22%强制性混配调整为可根据酒精的供给情况在22%~25%进行混配的重要原因。2013年,巴西生产燃料乙醇1 872万吨,占全球产量的26.75%。
秘鲁2013年产乙醇约18.9万吨,消费6.7万吨。立法规定自2010年起,汽油中必须混配7.8%的生物乙醇。墨西哥、哥伦比亚等国计划推广E10乙醇汽油,阿根廷计划使用E15乙醇汽油。
2.北美洲
美国是第一大燃料乙醇生产国,2013年产量达3 972万吨,占全球产量的56.77%。在粮食主产区的几个州强制推广E15,其他地区强制推广E10/E85供消费者自由选择。
1979年,第二次石油危机爆发,美国国会为保障国家能源安全考虑,出邦政府燃料乙醇发展计划,大力推广含10%乙醇的混合汽油。美国燃料乙醇产量因此从1979年的3万吨快速增长至1990年的260万吨。1990年,美国国会通过《清洁空气法修正案》规定,1992年开始39个一氧化碳超标地区强制采用10%的乙醇混合汽油。1995年开始9个臭氧超标地区强制使用5.7%的乙醇混合汽油。环保要求的提高为陷入低油价泥潭的美国燃料乙醇行业注入了活力。2007年,美国《能源独立及安全法案》获得通过,其中具体规定了未来15年中燃料乙醇的强制使用标准,到2015年美国一半以上的新车将使用含85%乙醇的混合汽油。美国燃料乙醇再次迎来了一轮高速增长,2010年燃料乙醇产量达3 500万吨。根据美国能源部公布的资料可以看出,近年来美国燃料乙醇的生产与使用获得迅猛发展:1993年年产量突破38亿升,2002年突破76亿升也用了10年时间,2004年则超过了114亿升。根据美国能源部的计划,到2025年可再生物质生产的生物燃料将代替从中东进口的石油的75%,到2030年将用生物燃料代替现在汽油使用量的30%,届时将需要燃料乙醇2 280亿升(1.8亿吨左右)。
加拿大已形成规模生产,并正逐步推广使用乙醇汽油。其各省对燃料乙醇的使用要求不同,其中安大略省已立法,要求汽油中必须含有10%的燃料乙醇,温尼泊省也是10%,而萨斯喀则温省要求为7.5%。
3.欧盟
近十年来,欧盟燃料乙醇产业发展极为迅速,消费量从2002年的0升/天骤增至2011年的1 300万升/天(见表2、3)。已成为重要的燃料乙醇生产区和消费区,2013年产量达409万吨,占全球产量的5.85%。各国推广E5~E8乙醇汽油。
4.亚洲
我国是第三大燃料乙醇生产国,2013年产量达208万吨,占全球产量的2.97%,在部分省市封闭推广E10。2000年以来,我国原油对外依存度由30%上升至国际公认警戒线(50%)以上,达到58%,高于美国的53%。我国能源安全已成为不可忽视的问题(如图1)。
在能源安全受到威胁,并且国内存在存粮需要消化的背景下,我国在2002年前后开始推广用存粮做燃料乙醇(见表5)。
2006年以前,玉米乙醇受政策扶持率先发展,但因“与人争粮”矛盾突出,2006年后政策转而全面限制玉米乙醇的大规模推广,补贴也被不断下调,玉米乙醇产量增速因此大幅下滑。国家批准建设燃料乙醇定点的其中4家企业采用的是1代技术,由于粮食占成本的主要部分,达到70%以上,随着粮食价格的上涨,成本进一步上升。以中粮生化为例,2011年,公司燃料乙醇生产成本为8 182元/吨,而销售价格仅为5 657元/吨,公司完全依赖政府补贴才能维系生存。根据国家政策规划,黑龙江等10个省区已开始燃料乙醇汽油的试点工作。从数据看,国内燃料乙醇供需仍存在一定缺口(见表4)。在玉米乙醇成本高企,政府全面限制国内粮食乙醇产能规模进一步扩张的情况下,以纤维素乙醇为代表的非粮乙醇将逐渐成为国内燃料乙醇的主要组成部分,未来市场空间较大。由于现有燃料乙醇定点资质的多为玉米乙醇企业,其产能扩张受到政策与高成本的双重限制,实际产量增长缓慢。目前,现有试点地区内燃料乙醇需求无法被完全满足,玉米乙醇已无法满足《可再生能源中长期规划》、《可再生能源“十二五”规划》对未来我国燃料乙醇利用量大幅提升的要求。出于国家能源安全、粮食安全与企业发展的战略考虑,燃料乙醇势必走向大规模发展“非粮”的时代。目前,国内以粮食秸秆、玉米芯为原料的2代纤维素乙醇生产已经具备基本技术条件,山东龙力生物、中粮肇东、河南天冠和安徽丰原都已完成纤维素乙醇中试,并开始运行或建设工业化规模的生产线。同时,企业也在积极申报定点供应资质。纤维素乙醇已经燃起星星之火。
我国燃料乙醇的发展还存在很多制约因素亟待解决:
一是燃料乙醇产业的战略定位与政策扶持力度不匹配,国家缺少统一的生物能源管理机构。本世纪初,我国已把发展可再生能源定格为国家战略。先后出台了《可再生能源法》《可再生能源中长期发展规划》等鼓励生物燃料发展的政策法规。但是我国对生物燃料规模化发展对减少PM2.5和温室气体排放上的作用认识和重视不够,特别是随着能源与环境问题的日益突出,美国、欧盟甚至东南亚都在持续加大对生物质燃料生产推广的政策支持,而我国所出台的鼓励政策不配套,实施细则不完善,没有发挥出应有的政策导向作用。特别是对1.5代生物燃料的推广使用、2代生物燃料的技术创新、研究开发缺乏系统、连续和稳定的政策支持,从而导致生物燃料的推广应用积极性受到影响,技术创新投入也步履维艰。2007年以粮食为原料的燃料乙醇停止审批,直到2012年又核准了2家分别以木糖渣和甜高粱为原料的共10万吨产能,2013年核准了4家以木薯为原料的共65万吨产能。目前,我国燃料乙醇产业发展缓慢,2015年前400万吨规划目标很可能落空。政策因素无疑在制约着我国生物燃料的规模化发展。缺乏统一的生物能源管理机构,具体运行中的一些细小问题解决困难。由于国家部门工作程序不一致,使燃料乙醇实际市场需求和指令性计划的矛盾一直得不到及时解决。根据国家发改委推广燃料乙醇的政策要求,为了确保封闭推广区域的市场供应,燃料乙醇生产企业要根据市场的实际需求保证供给,也就是说市场需要多少燃料乙醇生产企业必须生产多少。而国家补助则是按每年年初制定的燃料乙醇计划数执行。另外,为鼓励和引导企业发展非粮燃料乙醇,国家出台了一些扶持政策。由于没有明确的认定程序,虽然天冠集团和安徽丰原分别改造了30万和17万吨木薯乙醇产能并通过了验收,但是近年来两家生产企业销售的木薯燃料乙醇至今没有得到应有的扶持。
二是生物燃料乙醇的功能定位和宣传不够,没有体现出乙醇作为汽油品质改良剂的实质功能,使社会层面对乙醇汽油认识不足。生物燃料乙醇按一定比例加入汽油中,不是简单替代油品使用,它是优良的油品质量改良剂,它既是增氧剂,又是汽油的高辛烷值调和组分(一般汽油的辛烷值最高为97,乙醇的辛烷值为112。辛烷值为我国汽油的标号值,10%的乙醇加入量可提高汽油近3个标号)。当前我国正面临着油品质量升级(国三到国四、国五)、降低PM2.5排放等问题,但炼油行业普遍采取的限锰、降硫,降烯烃等工艺会导致汽油辛烷值损失较大,而我国高辛烷值组分油资源本身就缺乏。乙醇中既不含硫、烯烃、芳烃,辛烷值又高,同时可以降低50%左右的PM2.5排放,是最绿色环保、安全有效、可再生的汽油辛烷值添加剂。美国、欧盟、加拿大、澳大利亚等国的实践已经充分证明:乙醇作为高品质汽油中不可或缺的重要组分,是对MTBE为代表的传统石化基汽油调和剂的最佳替代品(由于污染地下水问题,美国、澳大利亚等国已禁用MTBE。其中美国走了30年使用MTBE的弯路之后,又回过头来再走乙醇代替MTBE的路子,其经验教训可帮助我们更正确的认识燃料乙醇)。使用乙醇作为汽油的改良剂,是对国家、环境、农民、石化企业、生物能源产业诸方有利、多家共赢的最佳选择。
三是政策扶持力度偏低。生物能源作为具有特殊战略性意义的新兴产业,因其使用的对象是庞大的传统能源产业,世界各国都在定价机制、财政税收、投资金融等方面给予优惠和扶持。我国生物燃料的规模化发展正处于关键阶段,无论是生物质资源的收储运体系构建、产品供应链和市场成熟度都无法与现有的化石能源相比,但在产业政策中又得不到应有的合理的鼓励和扶持。例如,美国给予纤维乙醇等第2代先进生物燃料以高额补助(吨纤维乙醇约2 150元RMB),我国已出台木糖渣生产的纤维乙醇补贴政策为每吨纤维乙醇800元RMB。由于与美国政策力度差距较大,将制约我国在这一新领域长期处于竞争优势的后续发展能力。
日本目前尚未大规模使用燃料乙醇,由于资源缺乏,目前只有含3%乙醇的汽油供应。政府计划2020年前,50%以上汽车使用乙醇汽油,2030年所有汽车使用乙醇汽油。
印度作为发展中大国对能源问题也十分重视,其乙醇年产量在17~30亿公升之间,生产原料主要是糖蜜,目前正在推广使用含乙醇5%的乙醇汽油,每年需从巴西进口乙醇,但印度政府的目标是做到燃料乙醇自给自足,因此巴西方面预计这种进口状况不会持续太久。
泰国政府对燃料乙醇的生产使用十分重视,拟建立年产100万吨燃料乙醇生产能力,在全国推广使用E10乙醇汽油。2013年6月27日,广东中科天元新能源科技有限公司为泰国Ubon Bio Ethanol有限公司设计、建造的以干鲜木薯、糖蜜为原料日产40万升燃料乙醇厂顺利通过验收。为了减少对石油的依赖,泰国能源部正采取多种措施,积极推广乙醇汽油。措施包括:与知名品牌汽车厂合作,在各类现有汽车及摩托车上加装转换装置;从价格等方面实行优惠,推动E85乙醇汽油(85%乙醇)的广泛应用;与邮政部门进行试点合作,对首批200辆至300辆长途运输汽车进行E85乙醇汽油改装试验;加强对民众的宣传,消除老百姓对使用乙醇汽油的误解。
菲律宾2009年2月颁布新的法律:《生物燃料法案》,要求汽车燃料用汽油至少含有5%的乙醇,到2011年达10%。关于生物乙醇使用,法律明文规定本地生产的生物乙醇要高于进口生物乙醇。然而,本地生产的数量远远供不应求。
5.非洲
肯尼亚、乌干达、南非都在积极发展以甘蔗、甜菜为原料的燃料乙醇的生产。
6.大洋洲
澳大利亚绝大多数新的和许多较老式的汽车及轻量化商用汽车可使用E10,E10已在澳大利亚NSW、ACT和Queensland省的400个加德士加油站出售。加德士澳大利亚公司推出的Bio E-Flex燃料(E85)在一百多个大城市和地区使用,仅适用于灵活燃料汽车。
未来展望
燃料乙醇作为汽油的改良剂和可再生替代品,在石油资源日渐匮乏、环保问题日益严峻的形势下成为世界性发展方向,随着车辆保有量的快速增加,其生产、推广规模迅速扩大的趋势不可逆转,1代燃料乙醇因消耗粮食而饱受争议,未来以木薯、甜高粱、木质纤维素类生物质为原料的非粮燃料乙醇将是主要发展方向。
生物能源是什么
生物能源又称绿色能源,可再生,原材料遍布各地,蕴藏量极大。生物能源离我们并不遥远,它就在身边。垃圾、秸秆、沼气甚至包括 “地沟油”,这些看似无用的家伙经过加工处理都能变成可利用能源。通常包括:一是木材及森林工业废弃物;二是农业废弃物;三是水生植物;四是油料植物;五是城市和工业有机废弃物;六是动物粪便。
生物能源主要有沼气、生物制氢、生物柴油和燃料乙醇。沼气由微生物发酵秸秆、禽畜粪便等有机物产生,主要成分是甲烷;生物氢通过微生物发酵得到,由于燃烧生成水,是最洁净的能源;生物柴油是利用生物酶将植物油或其他油脂分解后得到的液体燃料,作为柴油替代品;燃料乙醇是植物发酵时产生的酒精,以一定比例掺入汽油,使排放的尾气更清洁。
生物能源的现状
新型原料培育、产品综合利用、技术高效低成本转化,是“十二五”生物能源技术三大趋势。原料从以废弃物为主向新型资源选育和规模化培育发展;高效、低成本转化技术与生物燃料产品高值利用是技术发展核心;生物质全链条实现绿色、高效利用。
我国现有生物质资源相当于4.5亿吨标准煤,利用技术被列为重点科技攻关项目,如户用沼气池、节柴炕灶、薪炭林、大中型沼气工程、生物质压块成型、气化与气化发电、生物质液体燃料等。
生物能源科技重点包括:微藻、油脂类、淀粉类、糖类、纤维类等能源植物的选育与种植,生物燃气高值化制备及综合利用,农业废弃物制备车用生物燃气示范,生物质液体燃料高效制备与生物炼制,规模化生物质热转化生产液体燃料及多联产技术,纤维素基液体燃料高效制备,生物柴油产业化关键技术研究,万吨级的成型燃料生产工艺及国产化装备,生物基材料及化学品的制备炼制技术等。已经开发出多种固定床和流化床气化炉,以秸秆、木屑、稻壳、树枝为原料生产燃气。
利用方式
1.气体燃料。包括沼气、生物质气化制气等。利用有机垃圾、生物质废料、残留物、废弃物等进行发酵等工艺,生产出沼气等可燃气体。这种利用方式受原材料供应限制,大中型沼气工程发展较慢。可燃气通常用于家庭,以及专用燃气交通工具,使用范围较窄。可燃气体发电同样受到原料供应的限制。
2.液体生物质燃料。包括燃料乙醇和生物柴油,是可再生能源开发利用的重要方向。
生物柴油的原料来源广泛:回收动植物油;含油量高的植物,如麻风树(学名小桐子)、黄连木、文冠果、续随子等。构建大规模生物柴油能源林是解决原料供应的根本。
燃料乙醇在经历了以粮食为原料生产的初级阶段后,逐渐向以木质纤维素等非粮食原料转向。目前已有若干实验试点企业运行投产。
3.固体生物质燃料。分为生物质直接燃烧、压缩成型燃料、生物质与煤混合燃烧为原料的燃料。热效率利用率较低,通过新型炉灶、锅炉提高热效率利用率,或者把生物质固化成型后采用略加改进后的传统设备燃用,但成型燃料的压缩成本较高。此外,生物质燃料发电也成为当前生物质能开发利用的重要方向。
美国、英国、瑞典等国家均有生物质能源发电站建设投产,我国在这方面也具有了一定的规模,南方地区的许多糖厂利用甘蔗渣发电。广东和广西两省共有小型发电机组300余台,云南也有一些甘蔗渣电厂。
在诸多的生物质利用技术中,生物质发电技术是最具发展潜力的利用技术之一。因为电的利用范围较广,而且可以充分利用现存电网。高效直燃发电是最简便可行的高效利用生物质资源的方式之一。
发展生物能源的8大优势
生物能源对环境污染小,属于可再生能源,其普遍、易取,便于运输,且具有以下优势:
1.生物燃料是唯一能大规模替代石油燃料的能源产品,而水能、风能、太阳能、核能及其他新能源只适用于发电和供热。
2.产品多样。液态:生物乙醇和柴油;固态:原型和成型燃料;气态:沼气等。既可以替代石油、煤炭和天然气,也可供热和发电。
3.原料多样。秸秆、林业加工剩余物、畜禽粪便、食品加工业的有机废水废渣、城市垃圾,还可利用低质土地种植各种能源植物。
4.生物燃料可以像石油和煤炭那样生产塑料、纤维等产品,形成生产体系。其他可再生能源和新能源不可能做到。
5.可循环性和环保性。生物燃料是在农林和城乡有机废弃物的无害化和资源化过程中生产出来的产品;生物燃料的全部物质均能进入生物循环。物质上永续,资源上可循环。
6.生物燃料的“带动性”。生物燃料可以拓展农业生产领域,带动农村经济发展,增加农民收入;还能促进制造业、建筑业、汽车业等行业发展。
7.生物燃料具有对原油价格的“抑制性”。生物燃料将使“原油”生产国从目前的20个增加到200个,通过自主生产燃料,抑制进口石油价格,并减少进口石油花费,使更多的资金能用于改善人民生活,从根本上解决粮食危机。
8.生物燃料可以创造就业机会和建立内需市场。联合国环境计划署的“绿色职业”报告中指出,“到2030年可再生能源产业将创造2040万个就业机会,其中生物燃料1200万个”。
相关政策
近几年,中国生物能源产业发展迅速,产品产出持续扩张,国家产业政策鼓励生物能源产业向高技术产品方向发展,中国企业新增生物能源投资项目逐渐增多。投资者对生物能源产业的关注越来越密切,生物能源已成“十二五”规划扶持重点。《可再生能源中长期发展规划》提出,未来15年内投资约1.5万亿用于发展可再生能源,到2020年发展燃料乙醇至1500万吨、生物柴油500万吨。2011年1月5日,总理主持召开国务院常务会议,决定实施新一轮农村电网改造升级工程。在“十二五”期间,使全国农村电网普遍得到改造,基本建成安全可靠、节能环保、技术先进、管理规范的新型农村电网。
存在问题
1.原料资源短缺。广西木薯燃料乙醇项目,被利用为燃料乙醇原材料的木薯的前后价格差别很大,这对供应体系是个挑战。考虑到与人畜食物相争,很多国家都限制玉米乙醇生产,生物柴油原料不足。同样的问题在生物质发电、成型燃料和生物柴油领域也普遍存在。制备生物柴油主要原材料――“地沟油”回收方面表现尤为突出。相比于“地沟油”制备食用油技术,生物柴油的成本高售价低,再加上相关部门监管力度不够,造成“地沟油”回流餐桌现象普遍,也直接导致生物柴油原料供应不足。
2.技术基础薄弱。以能源作物为原料生产燃料处于试验阶段,以废弃动植物油生产生物柴油的技术较为成熟,但潜力有限。后备资源潜力大的纤维素生物质燃料乙醇和生物合成柴油的生产技术还处于研究阶段,产业化程度低。
3.生物燃油产品市场竞争力弱。受原料来源、生产技术和产业组织等多方面因素的影响,燃料乙醇的生产成本较高。目前,国家每年对102万吨燃料乙醇的财政补贴约为15亿元,在目前的技术和市场条件下,扩大燃料乙醇生产需要大量的资金补贴。
4.销售市场建设滞后,下游企业对接缺失。主要体现在生物液体燃料方面。以生物柴油为例,国内企业几乎都没有自己的加油站,很难进入中石油、中石化的成品油零售市场,销售渠道更是匮乏单一。在生物柴油发展的黄金期,国内涉足企业数量一度达到了300多家,目前数量缩水三分之一。
中小投资者的机遇
原料加工:如绿野科技从菊芋块茎中提取菊粉;甜高粱产量高,秆渣是造纸的好原料,作为大规模的能源作物具备有利的特性,很有前途。
油料作物种植:如北京草业与环境研究发展中心的柳枝稷、芦竹和荻,已试种了3000亩;赤峰市翁牛特旗经济林场,文冠果基地全国最大;湖南林业科学院能源植物与生物燃料油研究中心,选育出大果、矮化、高产、高含油的光皮树无性系良种6个,营造光皮树油料林30万亩。
关键词:中国生物质能源;发展现状;问题;对策
伴随着国家相关生物质能源生产行业标准规范的逐步完善,目前我国生物质能源生产开发已初具规模,在一系列法律法规的保障和财税政策的推动下获得了良好的发展。然而,中国生物质能源产业在实际发展过程当中,仍然存在着工业体系不完善、原料资源不足、产业化基础不够牢固、市场竞争力较低和研究能力滞后等诸多问题。因此,如何准确把握生物质能源产业的影响因素,制定合理有效的应对策略,是当下的生物质能源发展中迫切关注的重要课题。
1 世界能源结构的现状与问题
1.1 节能减排举措影响世界能源结构
燃料的使用效率与能源结构直接决定了二氧化碳的排放量,因而能源开发利用同自然环境之间的联系紧密。近年来,煤、石油和天然气这三大化石燃料的使用使得全球二氧化碳排放量急剧增加,引起了气候的异常及失衡。有研究指出,生物质燃料所排放的二氧化碳量要比化石原料少95%左右,若每年生产一亿吨生物质燃料,则能达成5.5%二氧化碳的减排,故生物质能源产业的推进对世界能源结构的优化具有重要意义。
1.2 世界化石燃料危机严重
据统计,在全球能源的总用量中,化石能源所占比例高达85%,每年石油、煤炭和天然气的储量都在不断下降。作为不可再生资源,人们赖以生存的石化能源正在日趋枯竭,使得人类面临愈发严峻的能源危机。
1.3 可持续发展理念促进生物质能源产业发展
如今,可持续发展思想已深入人心。作为一种可再生能源,生物质能源在给人们提供生产原料与能量的同时实现了环境友好的目标,能够在很大程度上缓解人们对石化资源的依赖。
2 生物质能源技术开发的进展
2.1 生物液体燃料
包括生物柴油、燃料乙醇和其他液体燃料。当前采用液体催化剂的化学酯交换法是生产生物柴油的关键技术,利用对原料油当中水分、游离酸的严格脱除来防止催化剂失活。液体酸催化方法虽然能够避免水分、游离酸对产率的影响,但设备易被酸腐蚀、甲醇与丙三醇难以分离,且环境友好性较差。燃料乙醇的生产目前还在探索过程中,我国的燃料乙醇发展快,以吉林燃料乙醇公司、河南天冠集团等为代表的企业都在燃料乙醇的研究上取得了较大的进展。此外,生物质快速热裂解液化等技术也是国际上的研究热点。
2.2 生物燃气
瑞典、丹麦和德国的生物燃气技术发达,已经实现了规模化、自动化与专业化,多使用高浓度粪草原料进行中温发酵,其应用逐渐延伸到车用燃气与天然气管网领域。至2008年,我国的沼气工程初步实现全面发展,厌氧挡板反应器、上流式厌氧污泥床等发酵工艺都有了示范应用。但受未热电联产和环境、温度条件影响,大多沼气工程稳定性不足且高浓度发酵等工艺应用少。
2.3 固体成型燃料
欧美地区的生物质固体成型燃料已走向规模化和产业化,瑞典、泰国等地区对固体成型燃料也给予了很高的重视。20世纪80年代,我国开始研究固体成型燃料并逐步建立了以苏州恒辉生物能源开发有限公司等企业为代表的燃料工厂。
2.4 微藻能源
微藻生物柴油技术的研发主要集中在含油量高且环境适应性强的微藻的选育、规模化产油光生物系统的研发以及收集微藻、提取油脂这几个方面,所面临的最大难题是油脂含量、细胞密度高的微藻细胞的培养。使用微藻对石油形成进行模拟是我国研究微藻的开端,此后微藻异养发酵技术、微藻光合发酵模型等的创新都推动了我国微藻能源的研究开发。
3 影响生物质能源产业发展的因素
3.1产业模式局限
我国的生物质能源开发利用管理模式还有待健全,原料评价体系、技术规范等还不完善。项目模式也存在缺陷,例如,小型项目配套政策的缺失使得立项复杂且操作成本较高。
3.2 生产技术滞后
我国的沼气工程大多应用的是湿发酵工艺,装备与技术水平都比较滞后,不利于沼气的高值化利用。非粮乙醇技术还存在障碍,受工艺复杂、酸浓度需求高、副产物多、设备要求高和成本高等因素制约,乙醇浓度不高、原料综合利用率低和发酵效率低、时间长等问题还有待解决。此外,五碳糖菌种的缺乏、生物酶法制备技术的落后和生物柴油使用性能低、经济性低等也是目前需要解决的难点。
3.3 资源供应不足
原料供应不足是我国生物质能源产业发展的一大瓶颈,单一的原料来源制约了沼气工程规模化发展,非粮原料供应的间断不利于其全年均衡生产,陈化粮等原料的缺乏影响了乙醇燃料工业发展进程,生物柴油技术也面临着原料不足的状况。
4 对策与建议
4.1 创新生物能源技术
生物质能源是实现我国可持续发展是重要能源保障,必须借助自主知识产权核心技术的创新来保证生物质能源产业化的持久。各级政府需积极推广国产化计数,通过补助力度的加大来调动各单位研发应用自主技术的积极性,可通过专项资金的设立来支持生物质能技术创新,逐步形成分散式的产业体系。
4.2 合理利用边际土地
针对原料不足这一瓶颈,应当充分利用边际土地来发展非粮生物质能,逐步建设以能源草、甘薯、木薯等作为原料的生物质液体与气体燃料生产基地。
4.3 加强国家政策支持
生物质能源的开发利用对于我国资源、能源供应都具有重要意义,必须将其纳入安全战略的考虑范畴并给予相应的政策支持。国家可结合生物质能源发展需求完善相关激励体系,推行纳入能源生产社会成本、环境成本的全成本定价方案,科学制定产品价格补贴、液体燃料消费鼓励和液体燃料强制收购等方面的政策,给生物质能源发展提供强有力的体系支撑。
参考文献