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作者简介:
生物油是指通过快速加热的方式在隔绝氧气的条件下使组成生物质的高分子聚合物裂解成低分子有机物蒸汽,并采用骤冷的方法,将其凝结成液体,它具有原料来源广泛、可再生、便于运输、能量密度较高等特点,是一种潜在的液体燃料和化工原料。它是从生物质材料中提取的固态、液态或气态燃料。生物乙醇和生物柴油是用在汽车中的比较普遍的生物油。
生物油作为燃料可用于窑炉、锅炉等产热设备,将生物油用于柴油机也具有很大应用前景,对减少柴油消耗、缓解高品质燃料油供应紧张有重要意义。
(来源:文章屋网 )
第二代生物燃料指的是以麦秆、稻草和木屑等农林废弃物或藻类、纸浆废液为主要原料,使用纤维素酶或其他发酵手段将其转化为生物乙醇或生物柴油的模式。第二代生物燃料与第一代最重要的区别在于其不再以粮食作物为原料,从而最大限度地降低了对食品供应的威胁。第二代生物燃料不仅有助于减少对传统化石能源的依赖,也能减少温室气体的排放,对实现全球可持续性发展具有重要作用。许多国家都制定了或是正在执行相关计划,大力发展第二代生物燃料。
Frost & Sullivan预计2011年将是第二代生物燃料技术大规模工业化的一年,市场规模将以每年200,000吨的速度扩大。在2017年前后,第二代生物燃料有望成为能源的重要组成部分。
技术分析
第二代生物燃料的发展离不开技术,唯有其技术的不断更新,方能使其发挥优势,不断开拓市场。目前生物燃料生产技术的主要技术方法主要有水解发酵、气化发酵、气化催化合成和热解。虽然这些技术现在都还处在实验阶段,但是近年来各国及各大企业都投入巨资研发,成果不断。
我国拥有丰富的纤维素资源。据估算,我国每年生产的农作物秸秆、谷糠和饼粕的总产量高达7.8 亿吨以上,其中玉米秸秆占3.3亿吨(占总量的42.4%)、小麦秸秆占1.5亿吨(占19.7%),而稻草秸秆占1.2亿吨(占15.3%),此三类纤维素占全国总纤维素产量的77.4%以上。不过,目前大量的秸秆主要被用于生物质直燃发电,燃烧转换效率并不高。由于缺乏成熟的秸秆制备燃料乙醇技术,纤维素制备乙醇的转化成本偏高。一旦该项技术取得重大突破,无论从单位秸秆生产出产品的热值还是产品的价值计算,都将构成生物质直燃发电的有力竞争对手。
纤维素乙醇所应用的技术主要是水解发酵技术,该技术首先采用弱酸、弱碱或者酶水解原材料,破坏纤维素和半纤维素,使其转化成为C5、C6糖类。这些糖类再进一步发酵成为酒精。
纤维素乙醇技术的优点是以热水和酶作为基础,流程简单,碳排放明显低于其他生物燃料技术。全程不需要高温高压。纤维素预处理阶段基本就能将纤维素全部水解,而不能处理的木质素也可以通过分离燃烧产生能源。当然它也有其缺点,比如预处理成本比较高、产率较低等等。现在各主要公司的研究团队和相关科研机构都加大了对预处理过程及新型水解酶和酵母的研发力度,使该技术的发展充满机会。帝斯曼公司于2010年6月28日宣布研发出新型的酵母技术,据称能将水解和发酵效率提高一倍。
市场分析
第二代生物燃料目前正处于起步阶段,在国内还没有形成大规模生产。现在国内主要的生物燃料公司,包括吉林燃料乙醇有限责任公司、河南天冠集团、安徽丰原生物化学股份有限公司和黑龙江华润酒精有限公司,都属于第一代生物燃料企业。但是随着近年来粮食价格不断攀升以及中国政府引导发展非粮生物燃料政策的出台,这些企业在积极研发下一代生物燃料技术。08年以来,重点发展的非粮燃料企业多采用1.5代生物燃料技术,原料主要采用木薯(华南)、甘薯(华中、西南)与甜高粱(华北、华东)等作物。随着近年来薯类成本上升较多,薯类制备生物乙醇能否维持盈利也是该产业的一大疑问。
中国参与第二代生物燃料技术研发的只有河南天冠集团等少数几家企业,但运营规模还非常小,诺维信公司已经同中粮集团和中石化开展合作,研究纤维素乙醇。2008年,美国纤维素乙醇的成本为约2到4美元每加仑(3.6-7.2人民币/升)。第一代乙醇工厂以玉米为原料生产乙醇的成本约为每加仑1.5美元(2.7人民币/升),但加上税收和分销支出,其价格比燃气价格更高。纤维乙醇的价格必须通过可行的技术达到降低目的。
技术发展及市场竞争
由于整个行业还处于刚刚起步阶段,市场规模偏小,因而没有激烈的市场竞争。先期进入的企业一旦确立了技术优势,就能在市场竞争中处于有利地位。随着政策扶持力度加大和新进入企业增多,预计未来技术进步的步伐会越来越快。
替代品的威胁
作为传统化石能源的替代品,生物燃料的重要性会随着石油、煤炭等能源的储量减少和价格攀升逐步增强。然而,由于目前生产成本相对较高、技术尚不成熟,生物燃料也受到包括生物质直燃发电、太阳能、风能、水电在内的其他可再生能源的威胁。不过,在可预计的未来,生物燃料有望凭借其能够兼容现有汽油机、柴油机、能与汽油、柴油掺杂使用而且能量密度高、蓄能方便等优势占有越来越重要的地位。
稳定的销售模式
在中国,生物燃料包括生物乙醇和生物柴油两个组成部分。生物乙醇市场的主要销售渠道是中石油、中石化加油站。而生物柴油市场因为规模小,目前的主流渠道是厂家直供辅以民营加油站。由于生物乙醇的售价是与成品油联动的,收购价格也按发改委相关文件执行,因此受渠道议价能力影响不大。但生物柴油市场由于没有相关文件指导,生产、供应量偏小,客户分散,市场渠道尚不稳定。有待政府更进一步的指导和扶持来实现常规化和稳定化。
原料供应分散且不足
足量、稳定的原料供应才能支持生物燃料的快速发展。以中国纤维素乙醇为例。纤维素乙醇主要以农林废料为原料。据中国农业部统计,全国每年秸秆等农业废料产量在7亿吨以上,但去除农民焚烧填埋和生物质直燃消耗等去处,仅剩余3亿吨以上。目前中国国内没有统一的秸秆供应商,主要依赖于生物燃料企业自己从农民和大型农场所在地收购,这也增加了秸秆收购和储运成本。
市场进入门槛高
关键词:代用燃料;粘温特性;蒸馏特性
中图分类号:TK421*.7 文献标识码:A
The Comparative Study of Physical and Chemical Properties of the Three Kinds of Alternative Fuels and Diesel
SunGuiping,ZhangYongliang,Zhaoxin,LinChaoqun,ZhangXuemin
(China Agricultural University, Beijing 100083)
Abstract: In this paper, based on the main physical and chemical characteristics of three kinds of alternative fuels (illegal cooking oil, DME, biodiesel ) and diesel ,their daily requirements and the engine combustion are analyzed . The density、solidifying point and flash point of the three kinds of alternative fuels and diesel are measured, the different requirements of its daily use are compared. Doing experiments of viscosity and distillation are due to study the difference of viscosity characteristic and distillation characteristic, numerical analysis is used based on the results of viscosity experiments. Experience formula is applied to calculate the surface tension of each fuel and its impact on the engine combustion is analyzed.
Key Words: Alternative fuels; Viscosity Characteristic; Distillation Characteristic
0引言
随着我国经济的发展,对能源的需求也越来越大。受资源的限制,2011年我国原油进口数量达2.5亿吨。汽车工业是我国的支柱产业,进入21世纪后得到了飞速发展,汽车保有量不断增长,但我国石油短缺、最终能源枯竭又是不争的事实。一方面是汽车工业的迅速发展,另一方面是能源紧缺,因此开发代用燃料成为解决当前经济的不断发展和能源危机的重要途径之一[1]。因此寻找合适的车用燃料替代品,对于补充我国能源总量的不足,促进汽车工业的发展有重大意义[2]。1
有关研究表明,目前比较有前途的石油替代燃料包括:气态烃、醇类(甲醇、乙醇)、DME、生物柴油、地沟油等[2]。本文选取3种代用燃料(地沟油、DME、生物柴油)与柴油的主要理化特性进行对比,分析其未来的应用前景。
1 试验简介
1.1 试验装置和方法
采用闭口闪点测定器,按照SH/T0315-92《闭口闪点测定器技术条件》进行燃料闪点的测定;采用低温油品凝点试验仪器,按照GB/T510《石油产品凝点测定法》进行燃料凝点的测定;采用GB265型石油产品运动粘度测定仪,按照GB/T265试验方法进行燃料粘温特性试验;采用石油产品蒸馏试验器,按照GB/T6536《石油产品蒸馏测定法》规定的试验方法进行燃料蒸馏特性试验。
1.2 实验材料
石化石油、地沟油、DME、生物柴油。其中,石化柴油为市售0#柴油;地沟油、DME和生物柴油是由国内某生物质有限公司提供,DME在常温常压下呈液态,是二甲醚的混合液体,生物柴油以豆油为原料。
2 3种代用燃料与柴油的概述
地沟油泛指在生活中存在的各种劣质油,如今不法商贩将其简单的的加工后用作食用油,给人们的身心带来极大的伤害。而将地沟油合理利用,可以生产生物柴油、发酵成为乙醇和沼气等,荷兰还使地沟油为飞机提供燃料成为现实。因此,地沟油替代柴油成为车用燃料,有很广泛的应用前景。
DME的制备原料来源广泛,装机生产能力已有很大的发展。DME的理化性质与柴油很相似,实验测得十六烷值和低热值分别是40.1和42.65,与柴油基本相同,有优良的燃烧性能,且现有的发动机基础结构都完全适用于DME。将其作为车用燃料,碳烟和微粒排放为零,氮氧化物、一氧化碳等有害物的排放也得到很大程度的改善。
生物柴油是通过植物油与醇类进行酯化反应得到的,可实现工业化大量生产。其作为代用燃料,含氧和高十六烷值使得燃烧更充分,可降低尾气中有害气体的排放。同时燃烧过程中产生的二氧化碳与其原料生产过程中吸收大气中的二氧化碳基本平衡,是真正的绿色代用燃料。
3 3种代用燃料与柴油的理化性质
代用燃料要替代柴油,必须具备与石化柴油相近的一些性质,其质量评价标准包括:密度、凝点、闪点、粘温特性、蒸馏特性、表面张力、十六烷值、热值等等,仅对发动机性能影响较大的几项指标予以讨论,其理化特性比较见表1.
3.1 凝点
凝点是衡量燃油低温性能的重要指标,可用于估计燃油不经预热即可输送的最低温度,有很重要的现实意义。同时柴油的低温流动性较差,使得凝点成为柴油使用的重要评判标准。由于燃料是多种烃类的复杂混合物,而每一种烃类的凝点都不同,因此燃料的凝点只是一个近似的温度。
DME、生物柴油和柴油,实验测得凝点分别是-54℃、-30℃、-25℃,表明DME和生物柴油可以很好地补偿柴油较差的低温流动性,使得柴油发动机可以保持比较好的低温使用性能;而地沟油的凝点只有-3.5℃,表明其对发动机的使用环境要求较高,适应性较差。
3.2 闪点
闪点是燃油雾化和蒸发性的评价指标,也是可燃性液体安定性的评价指标。闪点越低,燃油的雾化、蒸发性越强,发动机工作越粗暴,储存、运输越不安全。
地沟油、DME、生物柴油和柴油,实验测得闪点分别是60℃、52℃、58℃、50℃,表明3种代用燃料的闪点都较柴油有一定的提高,它们的使用安全性更好,因此在生产、储存和使用过程中,更安全可靠。
3.3粘度
粘度是用来表征液体性质相关的阻力因子,其对燃油在发动机内的雾化质量及燃烧情况有重要影响,是评价发动机燃油的一个重要指标。燃油粘度过大,喷油嘴喷出的油滴颗粒大且不均匀,雾化效果不好,与空气混合不充分,导致燃烧不彻底。而粘度过小,会影响油泵、油嘴的,增加柱塞的磨损。
粘温特性是指燃料的粘度随温度变化而变化的关系,反映了燃油的一个重要品质。本文对地沟油、DME、生物柴油和柴油,在20~100℃的温度范围内,进行粘温特性试验,得到3种代用燃料和柴油粘温特性对比如图1所示。
由图1可以看出,随着温度升高,3种代用燃料的粘度值逐渐下降,与柴油的粘温特性保持一致。柴油和DME的粘度受温度影响较小,粘温特性曲线较为平缓,而地沟油和生物柴油的粘度受温度影响较大,粘温特性曲线较为陡峭。
与柴油相比,DME在2℃的粘度值减小了12.60%,但40℃-100℃温度范围内,两种燃料的粘度值差值很小,最大为7.24%,表明DME与柴油的粘温特性有很好的一致性。大约60℃左右,生物柴油的粘度值大于柴油,但随着温度升高,差值越来越小,60℃-100℃,生物柴油的粘度值迅速下降了64.95%,远小于柴油的粘度,且两种燃料的差值随温度升高越来越大,最大差值较柴油减少了44.75%,表明高温环境下生物柴油的粘度下降较大,高温下对供油系统偶件(柱塞、柱塞套,出油阀、出油阀座,针阀、针阀体)的效果会变差,容易发生早期磨损,影响发动机的使用可靠性[6]。地沟油的粘度远大于柴油,在20℃时较柴油粘度增加了73.88%,表明其雾化质量较差,燃烧不充分,热效率低;且排气污染增加,不利于环境保护[7];若要替代柴油成为车用燃料,需要适当的添加剂来降低其粘度值以改善雾化质量[8]。
由图1中4种燃料粘温特性数据,应用数值分析的最小二乘法分析其粘温特性。回归公式如式(1)-(4)所示。
对于柴油:
υ=0.0003X2-0.0700X+4.8798 (1)
对于DME:
υ=0.0003X2-0.0476X+4.0336 (2)
对于生物油:
υ=0.0006X2-0.0814X+5.6875 (3)
对于地沟油:
υ=0.0003X2-0.1306X+8.5805 (4)
式中,υ为混合燃料的粘度,单位是mm/s,X为摄氏温度,X∈[0,100].
3.4 馏程
馏程是石油产品的主要理化指标之一,用来判定油品轻、重馏分组成的多少,可以控制产品质量和使用性能等。柴油的混合燃料需要具备良好的低温流动性,要有一定的轻质馏分加快其蒸发速度,有利于形成可燃混合气,避免滞然期过长和突然爆震,同时减少碳烟等未燃混合物的排放,因此馏程是保证柴油在发动机燃烧室里迅速蒸发气化和燃烧的重要指标[9]。本文对地沟油、DME、生物柴油和柴油进行蒸馏试验,其结果如图2所示。
由图2可以看出,馏出率为50%时,3种代用燃料的蒸发温度远小于柴油,表明它们的平均蒸发性较柴油有所改善,在较低温度下可以有大量燃料挥发与空气混合,缩短暖车时间,而且从低负荷向高负荷过度时,能够及时地供给所需的可燃混合气[5]。馏出率为90%时,3种代用燃料的蒸发温度远大于柴油,表明它们的重质成分含量较多,在汽缸中不易挥发而附着在气缸壁上,燃烧时容易产生积碳,或者沿着汽缸壁流入油底壳而稀释油,同时不宜完全燃烧,影响燃烧效率[5]。
柴油的蒸馏曲线几乎是一条斜率一定的曲线,馏出率的增加随温度的升高几乎不变,而3种代用燃料的蒸馏曲线先是较为平缓,然后非常陡峭。分析其初馏温度相差不大,地沟油、DME、生物柴油和柴油分别是171℃、166℃、188℃、180℃,但终馏温度有很大的差别,分别较柴油升高了16.5℃、37.5℃、34.5℃,说明代用燃料的重质馏分过多,使燃料的雾化和蒸发性能变差。
3.5 表面张力
燃料的表面张力是评判其品质的另外一个重要指标。燃料在发动机气缸内的撕裂、破碎、雾化、吸热和汽化等过程都与表面张力有关,它影响着燃料在喷射过程中所受的阻力、蒸气和液滴与热空气之间的传热和混合等[10]。相同雾化压力下,表面张力大的燃油雾化颗粒粒径相对较大,即雾化质量相对较差[11]。
表面张力与燃料的化学成分、密度和温度等有关。温度越低、密度越大,表面张力越高,其经验公式为[12]
■ (5)
其中,σ为燃料在一定温度下的表面张力,ρ为燃料在该温度下的密度。
经过计算,20℃下地沟油、DME、生物柴油和柴油的表面张力(单位是10-3N/m)分别是25.587、24.562、25.157、25.355。与柴油表面张力相比,生物柴油减少了0.78%,DME减少了4.07%,这两种燃油的雾化质量有所改善。而地沟油的表面张力增加了0.92%,雾化质量变差,不利于其在发动机气缸内的燃烧。
4. 结论
(1)DME和生物柴油可以很好地补偿柴油较差的低温流动性,而地沟油的低温流动性较差。
(2)3种代用燃料的闪点都较柴油有一定的提高,在生产、储存和使用过程中安全性更好。
(3)柴油和DME的粘度受温度影响较小,粘温特性曲线较为平缓且有很好的一致性。生物柴油的粘度受温度影响较大,尤其在高温环境下粘度值下降了64.95%,供油系统偶件的效果会变差,影响发动机的使用可靠性。地沟油的粘度远大于柴油,在20℃时较柴油粘度增加了73.88%,表明其雾化质量较差。
(4)3种代用燃料的平均蒸发性较柴油有所改善,但重质馏分过多,燃烧不充分,不利于环境的保护。
(5)生物柴油和DME的表面张力较柴油有所下降,雾化质量有所改善,地沟油的表面张力较柴油增加了0.92%,雾化效果变差,不利于其在发动机气缸内的燃烧。
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基金项目:中央高校基本科研业务费(2012QJ013).
【关键词】生物质;综合利用;稻壳
生物质是指有机物中除化石原料外的所有来源于动、植物能再生的物质,是一种理想的可再生的绿色资源,由于它的广泛性、可再生性、清洁性而受到人们的关注。燃烧后产生的CO2能被植物循环利用,CO2的净排放量为零,是典型的绿色可再生资源。
生物质种类繁多,主要包括农业废弃物、林业废弃物、动物油脂、制糖业和造纸业蔗渣等工业废弃物。稻壳是一种农业秸秆,大量的稻壳在农村或在粮米加工厂堆积如山,成了难以处理的废弃物。因此,下面对生物质的研究也是针对农作物废弃物稻壳为对象的。
稻壳是稻谷加工的主要副产品之一。我国每年拥有稻壳量在3.6亿吨以上,是一种量大价廉的再生资源。稻壳所含木质素和硅质较高,所以它不易吸水,直接施放到田间作肥料不易腐烂。正是因为稻壳本身具有这一特性,所以限制了对它的开发利用。
本文主要从稻壳的各个组成部分分析其用途,使其变废为宝,造福于社会。
1 稻壳的物理和化学性质
稻壳表面粗糙、有细小毛刺、呈空心梭形状,长度一般在5 mm左右, 宽约2.5mm~5mm,,厚不到0.5mm。
稻壳富含半纤维素、纤维素、木质素、二氧化硅,其中脂肪、蛋白质等含量极低。
2 稻壳的应用
稻壳的气化与应用
(1)发酵成沼气:稻壳在农村的产量非常大,人们将稻壳堆放成山,大量的稻壳聚集在一起,经过日晒、雨淋后,堆砌的稻壳内部温度上升,微生物迅速生长,在无氧的环境下进行发酵,而发酵的主要气体就是甲烷,即沼气。而沼气的用途很多,如发电、供热等。据资料报道,目前我国广东省能源研究所在海南开发建成了1.2MW植物生物质能气化示范发电站,该电站是我国乃至整个亚洲最大的植物生物质能气化发电系统,其综合技术参数及整个系统的运转水平均达到了国际先进水平。从经济意义分析,该示范电站的建成,每年可增加产值(人民币)约500万元,具有明显的经济效益。
(2)稻壳直接燃烧发电:进入稻壳煤气发生炉的空气预热后与氧化层稻壳接触燃烧,产生大量的热能和CO2,CO2气体在还原层与赤红的稻壳反应生成CO,同时CO与水蒸气反应分解出H2,在还原层中形成煤气。这种利用稻壳产生的煤气经过净化后进入燃气内燃机燃烧,产生的巨大热能动力带动发电机进行发电。虽然以农业废弃物做燃料的发电厂,其投资比一般发电厂高,但发电成本低廉、燃料获取容易,有助于解决发展中国家电力紧张的情况。例如广东省建成了生物质能气化发电站;山东省推行“惠农九九气化炉”,利用稻壳转化为为天然气来为人们提供服务。
3 稻壳直接作为燃料
当今,能源的来源主要是矿物燃料,而矿物燃料资源是有限的。21世纪,生物质作为一种清洁燃料及可再生能源己受到各国的高度重视。稻壳燃烧热值为12600~16800KJ/kg,每3kg的稻壳所产生的热量相当于1kg的燃料油或1.5kg的煤所产生的热量,我们可以利用稻壳燃烧所产生的热能来发电、供热。稻壳的堆积密度小,一般为100~140 kg/m3,如果通过压缩成型制成燃料棒(块),则能降低运输及贮存成本,方便使用,且大大地提高其燃烧效率。
4 饲料工业
稻壳所含营养物质很少,易受农药残毒污染,不宜直接作为饲料。但如果经过加工处理,使纤维软化或酵解,就可制成粗饲料。甚至还要进行进一步加工处理,将其膨化处理。作为饲料效果较理想。
即使是粉碎后的稻壳粉直接喂饲畜禽,也不易消化吸收,但膨化后的稻壳按10%的比例添加到配合饲料中,畜禽消化率明显提高,总消化率可达17%~20%,综合指标提高1倍以上。据日本饲料专家介绍,膨化后的稻壳按10%的比例添加到配合饲料中,奶牛产奶量可提高11%;猪日增重提高14%;鸡产蛋率提高4.6%。
5 在建材方面的应用
5.1 制水泥
稻壳煅烧后灰分中的二氧化硅与石灰化学反应便可生成黑色稻壳灰水泥。如印度采用稻壳灰制作高标号水泥;韩国利用稻壳燃烧时形成活性高的黑色炭粉后,与石灰化学反应,便可生成黑色稻壳灰水泥,具有防潮、不结块的特性。
5.2 制砖
稻壳内含20%左右优良的无定型硅石,是制砖的好原料。日本将稻壳类与水泥、树脂混合均匀后、再经过快速模压制成砖块,具有防火、防水及隔热性能,其质量轻,且不易破碎的特性。
5.3 制防水材料
印度是多雨水的国家,一科研所把稻壳灰配入沥青铺于屋顶防渗漏获得成功,新材料可耐80℃高温,防水性能优异,有效使用寿命20年以上,现已批量生产。印度某科研所把稻壳灰配入沥青铺于屋顶防渗漏获得成功。
6 在农业中的应用
6.1 无土育苗
浸透的稻壳可做苗床使用。在苗床播种后用粉碎的稻壳覆盖,即可实现无土育苗,且无需封闭灭草。即使用筛过土覆盖,也可达到节土育苗的效果。
6.2 土壤改良剂
稻壳灰是稻壳经过炭化以后的产物,利用膨化后的稻壳灰容易吸水的特点,掺入少量尿素或碳氨;再加入石灰水作催化剂,使其自然发酵30天左右;待颜色变黑后,施撒到地里作为固体有机肥料使用,具有化肥不可比拟的改良土壤、肥田增产的功效。稻壳灰是一种很好的土壤改良剂,可保持土壤的疏松性和透气性。
7 结论
综上所述,稻壳的综合利用的前景广阔,在能源、工业、建材、农业等方面经济效益十分显著。利用廉价的稻壳为原料,经过一系列的加工和特殊的工艺处理,可制备多种附加产品。稻壳的综合利用可以回收资源和能源,创造经济效益,符合国家节能减排和可持续发展的基本国策。
生物质资源种类繁多,范围较广,本文选择我国丰富的农业秸秆稻壳为例,对其利用现状进行简要介绍,从一个侧面论证了生物质资源的优势与光明前景,随着科学技术的不断发展与提高,相信生物质资源将会发挥更加重要的作用,对工业、农业、能源安全等众多方面产生重要的影响。
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生物柴油的环保优势更是显而易见,其能耗仅为石油柴油的1/4,可显著减少燃烧污染排放,而且生物柴油无毒,生物降解率高达98%。近年来,欧美国家政府大力推进生物柴油产业,给予巨额财政补贴和优惠税收政策支持,使生物柴油价格与石油柴油相差无几,从而使之具有较强的市场竞争力。生物柴油在美国的商业应用始于20世纪90年代初,联邦政府、国会以及有关州政府通过政令和法案,支持生物柴油的生产和消费,并采取补贴等措施,使生物柴油产业迅速发展起来。法国推出一项雄心勃勃的生物能源发展计划,目标是在2007年之前,将法国生物燃料的产量提高3信,成为欧洲生物燃料生产的第一大国。德国政府对生物柴油的生产企业全额免除税收,使其价格低于普通柴油。
中国生物柴油的研究与开发虽起步较晚,但发展速度很快,一部分科研成果已达到国际先进水平。中国“十五”发展纲要已明确提出发展各种石油替代品,并将发展生物液体燃料确定为新兴产业发展方向。“十一五”规划中更是明确规定,要大力发展可再生资源,扩大生物柴油的生产能力。2006年1月1日起正式实施的可再生能源法,为大力推进多种“绿色能源”的产业化提供了政策与法律保障。预计到2010年,中国年生产生物柴油将达到约100万吨;到2020年,年产生物柴油将达到约900万吨。
作为传统农业大省,优质丰富的原料使山东省在生物石油等生物能源的应用上可谓是前景广阔。近日,中国石油天然气集团公司与山东省政府在北京签署了生物能源产业发展合作框架协议。根据协议,双方将在以非粮能源作物为原料生产燃料乙醇和生物柴油等方面进行全面合作,在山东省建设20万吨/年燃料乙醇和总规模10万吨/年生物柴油示范生产装置;合作建设与生产装置规模相配套的原料生产基地及粗加工供应基地:在山东省推行乙醇汽油销售和高掺比试点等。除了华骜集团的生物柴油项目之外,山东泽生生物公司建立起世界上顿大规模年产3000吨的秸秆生物转化燃料乙醇生产装置,山东龙力生物公司利用玉米芯废渣转化万吨燃料乙醇的高技术示范工程项目也将得到国家批准。随着生物能源的效益凸显,生物能源的开发、利用工作在山东省蓬勃开展。
全球石油化工巨头埃克森美孚近日的《全球能源展望2012》报告中提到,受经济增长和人口因素影响,到2040年全球能源需求将比2010年高出30%。今年3月20日,国内成品油价格又进行了上调,93号汽油从7.85元/升上调至8.33元/升,这是自2010年4月以来,国内成品油价格上调幅度创了新高。
能源危机已经触动每个人的神经,也激起了人们寻找可替代能源的强烈愿望。
很多东西能替代汽油
闵恩泽院士介绍,目前国内外研究、应用较多的几种生物质燃料主要有秸秆乙醇汽油、甜菜生物质汽油、纤维素生物质汽油、生物柴油、第二代生物柴油、微藻生物柴油等,很多东西可以替代汽油,我国发展生物质燃料的前景非常广阔。
含10%乙醇的秸秆乙醇汽油已在我国推广应用。与传统汽油相比,它优势明显。比如辛烷值提高了、含氧多、燃烧充分,减少汽车尾气一氧化碳排放35%以上、碳氢化合物排放15%以上。生物质生长过程,还能吸收二氧化碳。目前,我国已建有20万吨/年以上、以非粮作物木薯为原料的工厂。在国外,美国能源部投资10亿美元,发展秸秆乙醇工艺。计划到2030年,秸秆乙醇供应达到美国汽油总量的30%,约1.9亿立方米,生产成本也将低于石油汽油。闵恩泽院士说,要立足我们的基础,与国外合作,先实现工业化,再把规模扩大至10万吨/年以上。而大规模发展,酶制剂是基础,原料是关键,要调研了解国内的原料供应情况,研发具有自己特色的酶制剂。
以甜菜为原料的生物质汽油——最新一代生物质车用汽油,比乙醇汽油能量更高,使用更经济;不需要更新销售系统和加油站,不需要调整发动机。国外2010年开始建设工业生产装置。生产工艺包括原料预处理、水相重整、碱催化聚合、加氢脱氧。
同时,国外也在大力研究以纤维素为原料的生物质汽油。纤维素比甜菜等原料来源广泛、价廉。采用纤维素为原料,我国更有可能形成具有自主知识产权的技术。国内对纤维素生产生物质汽油的研发已经开展,并取得一定进展。应重点突破,占领这一高科技发展前沿制高点。
生物柴油大有可为
闵恩泽院士介绍,生物柴油是21世纪崛起的新兴产业,世界生物柴油产能已在3000万吨/年以上。目前,美国产能已发展到1093万吨/年、欧盟为1300万吨/年。国际上已经制定完善的生物柴油标准。
我国生物柴油总产能约150万吨/年,近几年产量30万~50万吨/年,大多以废弃油脂为原料。中国海油建设在海南东方的6万吨/年生物柴油装置,采用中国石化的SRCA工艺,实现了清洁生产,并已在海南的加油站销售。
闵恩泽院士说,中国石化发展生物柴油产业有基础。中国石化拥有完整的从小型到2000吨/年生物柴油中型试验装置;拥有生物柴油质量分析、模拟评定、台架试验装置以及行车试验的经验;拥有世界一流的、处理废弃油脂原料的生物柴油成套技术,以及处理木本植物油和微藻油原料的碱催化蒸馏工艺。此外,中国石化向科技部申请了“十二五”国家生物柴油重大支撑项目,中国石化咨询公司受国家能源局委托,正编制我国生物柴油行业发展的指导意见。这些,对中国石化发展生物柴油提供了有力支持。
期望微藻“点绿成金”
微藻是地球上最简单的一种生物。微藻生物柴油可以减排二氧化碳,减少温室效应,减少对石油的依赖,还能处理废气废水,保护环境。微藻生物柴油技术被誉为“一石三鸟”的技术,各国政府均大力支持研发,如美国制定了微藻生物柴油路线图,埃克森美孚2009年投资6亿美元研发微藻生物柴油。人们对这一技术,抱有热切期望。
这是个朝阳行业,名字鲜亮,底气十足,发展前景不可估量。根据国际能源理事会预测,到2020年,全球可再生能源中生物质能的比重接近60%,而生物质成型燃料则占生物质能利用的60%。
炼狱三部曲
石书田说,若要投身这个行业还得三思,因为必须要经历炼狱般的“激荡三部曲”。
第一个阶段,激情澎湃。一年光秸秆的产量就有7亿吨,把它们全转成固体成型燃料,那价值简直就是再造一个农业啊!
第二个阶段,任劳任怨。真要进来具体操作,那是相当难。“农业进人,工业出去”。上午可能还西装革履做研发和汇报,下午就得在田间地头和老百姓一起商谈合作,以及进行设备调试,晚上或许对着空旷无比的乡村,整理一天的工作总结,半夜起来上厕所都让人出一身冷汗。学校的专业知识在这里就是“文不对题”,是否适应环境、让思维习惯贴近农村实际才是制胜法宝。
第三个阶段,渐入佳境。新成立的行业往往各方面都不规范,挑战很多,机会也很多。这就要求从业者自身要有学习能力,同时具备创新精神。
谈及在绿色行业创业,石书田说:“不能光看着名字新奇好听,就蜂拥而至。没有激情,就不会走得长远;没有真正的热爱,就不会切身地将自己的发展前途与行业的前途结合起来。要知道,实践是检验真理的试金石!”
基地建设人才最缺乏
因为生物质成型燃料产业的战略大后方在农村,所以非常需要“上得厅堂,入得田庄”的基地建设人才。基地建设人员一定要有耐心,有毅力,有一定的基础,还要耐得住寂寞。
其次,生产型管理人员、运营管理人员也很缺乏。对管理人才的要求是复合型的,除了要有涉农方面的经验,还要有涉工方面的能力。从2013年开始,对技术人员的需求会增加,要求他们不光做技术更新换代的研发,还要掌握新技术的产业化。
“生物质成型燃料的入行门槛不是很高。首先把知识基础打好,其次要对行业信息有所了解,并找到自己的立足点。而不管具体岗位是什么,都要对这个行业有激情。”周冬颖还强调,在这个行业一定要有敏锐度,捕捉信息的能力要强,“比如煤价、油价、天然气价格增高了,你就要马上联想到,公司正好可以抓住这个时机向企业供应生物质燃料呀!”
奥科瑞丰的择才标准
速生竹柳造林的最佳土地条件是低洼湿滩地,这些土地不能种植庄稼,只能短期养殖,属于低效益的荒废湿滩地,我国大约有3000万公顷这样的荒滩湿地,这些低洼地大多数都位于江河湖泊的边缘地带,因此在这些地方种植速生竹柳具有变废为宝、生产能源等多种优势。
一、竹柳造林的直接经济效益:
第一,竹柳造林可以高效开发利用低洼湿滩地,从而产生非常可观的经济效益,据统计,1000亩的烂泥湖地竹柳造林6年的产值可达到6000万至1个亿。第二,竹柳连片造林短期不砍伐在800亩以上可以申请国际环保组织的减碳基金,因为大面积造林可以保护我们赖以生存的地球环境,同时又可减缓当前越来越严重的能源危机。第三,竹柳造林还起到涵养水源保护湿地的作用,同时又能够固岸护堤,起到经济效益和环保效益的双赢。第四,竹柳造林是生物法改造盐碱地较好的树种,在我国目前还存有大量的盐碱地需要改造。栽种速生竹柳可以把盐碱地改造成优良的再生国土资源。第五,竹柳造林是治理城市周边环境污染的有效方法。竹柳可以“吸毒解毒”净化水体,吸收水中污泥中的污染源磷素、硝态氮等、特别是有毒重金属污染元素。第六,竹柳是良好的园林行道树,因为它没有柳絮,同时可利用速生嫁接其它彩叶柳,如红杆火焰柳、金黄金丝垂柳、红叶柳等产生和好的园林效果。
二、竹柳造林与生物质能源:
当前,世界经济的快速发展引发了世界范围内的能源危机,克服能源危机的出路何在?大力发展可再生能源,逐步替代化石能源。据预测,到2020年,在全球可再生能源中生物质能的比重接近60%,而生物质颗粒燃料则占生物质能利用的60%。
所谓生物质能源也就是利用生物体,通过光合作用把吸收的太阳能转化为常规燃料能源。有机物中所有来源于动植物的能源物质均属于生物质能,是一种取之不尽、用之不竭,可再生能源。
林业能源林是优质生物质能源,柳树是林业能源林的主要树种,“高峰竹柳”则是多基因组合杂交的柳树新品种,具有速生、高产、抗逆等优点。作为能源树种每亩可密植1至2万株,每亩每年生物产量鲜重可达15至20吨,是普通柳树的十倍。在国外柳树生物质转化为能源的主要途径是发电,柳树生物质具有较高的燃烧值,发达国家用柳树生物质发电已经有20 年以上的历史。将柳树粉碎后制作成生物质能源颗粒和煤炭混合发电,可以大大提高热效率,降低污染50%以上。
生物质颗粒燃料是最具大规模产业化开发前景的新型生物质能源,用途主要包括三个方面:一是取暖和生活用能,生物质燃料利用率高,便于贮存,无污染。二是生物质工业锅炉:作为工业锅炉的主要燃料,替代燃煤,解决环境污染。三是发电,可作为火力发电的燃料。据统计,2008年全球生物质颗粒燃料销售量达1.8亿吨,市场规模超过500亿欧元。在全球经济放缓的背景下,生物质颗粒燃料产业以年均18%的速度高速成长,已经成为全球新能源市场中的“香饽饽”。
竹柳是生产生物质颗粒燃料最好的原料。生物质颗粒需求之大,竹柳作为原料种植前景更为广阔。
生物质颗粒燃料的发展在我国处于起步阶段,但透过国外的发展我们可以看到,“高峰竹柳”将在生物质能源中发挥重要作用。高发老人发起的1000万亩竹柳大造林,将可年产生物质颗粒3.25亿吨,相当年发电量为9000亿KWH以上。
三、高峰竹柳是最好的纸浆来源:
随着现代经济的快速发展,我国已成为世界上仅次于美国的第二大纸品消费国,各类纸和纸制品消费量占世界消费总量的14%;同时我国又是森林资源匮乏的国家。在各大纸浆生产国中,中国的净进口量最大,但仍有很大的市场缺口,大量造纸原料需要进口。
要解决纸浆用材需要日益增长与森林资源匮乏日显突出的矛盾,缓解国际进口纸浆价格暴涨的压力。建立纸浆原料林基地,逐步减少对国外进口资源的依赖,显得非常迫切。营造速生丰产纸浆林“高峰竹柳”是最好的树种之一。
中国制浆造纸研究院进行了“竹柳材性纤维质量及制浆性能的研究”,检测分析结果表明:高峰竹柳材质色浅且密度适中,木粉自然白度比杨树高,竹柳木材的纤维质量较好纤维长宽适中且柔软。符合制浆工业对木材要求。根据竹柳木材密度和材质白度分析,该原料适宜做高得率化学机械浆。竹柳可以作为纸浆材合理地种植并开发利用。
除此之外“高峰竹柳”还具有如下特性:一是高峰竹柳可以高密度栽植,如果作为纸浆林种植,每亩可栽种2000至5000株;二是二生长快,每亩种植667到335棵,肥水管理跟上,四至六年平均胸径可达20公分以上,高度达20米以上,单株竹柳的材积达0.4立方米,是速生杨的1倍。作为纸浆林种植,2至3年砍伐经济划算产量高;三是抗性强:竹柳最佳立地条件是低洼湿滩地,我国有3000多万公顷的低洼湿滩地荒废着,既不能种植又不能养殖。这些地方种植竹柳将会出现高效烂泥经济的奇迹。高峰竹柳研究院正在素有千湖之称的湖北进行“高峰竹柳”高效烂泥经济栽培模式的研究。这些地方也常常是季节性淹水的区域,但高峰竹柳经水淹2至3个月仍然正常生长。
总之大面积种植速生竹柳是一件利国利民的善举,其综合效应在诸多方面都得到了充分体现。竹柳的深加工产业将深远地影响着国民经济的发展,并与人民生活息息相关。
中国高峰竹柳产业集团有限公司
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