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生物质能的分类及其发展
生物质包括植物光合作用直接或间接转化产生的所有产物,从这个概念出发,生物质能就是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量。生物质主要有4类:农作物秸秆及其他残余物、林产品和木材加工残余物、动物粪便、能源植物。但是,从作为可以产生能源的资源角度看,城市和工业有机废弃物和有机废水也是生物质能资源。
生物质能具有可再生性、低污染性、广泛分布性等特点。根据技术手段可分为直接燃烧技术、热化学转换技术、生物转换技术、液化技术和有机垃圾处理技术等。依据这些技术手段,生物质能可分为固体燃料、液体燃料和气体燃料。
直接燃烧和发电
直接燃烧发电的过程是:生物质与过量空气在锅炉中燃烧后,得到的热烟气和锅炉的热交换部件换热,产生出的高温高压蒸气在蒸汽轮机中膨胀做功发电。
直接燃烧是使用最广泛的生物质能源转化方式,技术成熟。在发达国家,生物质直接燃烧发电站可再生能源发电量的70%。与燃煤发电相比,生物质直接燃烧发电的规模较小,锅炉负荷大多在20兆瓦~50兆瓦,系统发电效率大多为20%~30%。目前,美国生物质发电装机容量已达10500兆瓦,70%为生物质一煤混合燃烧工艺,单机容量10兆瓦~30兆瓦,发电成本3~6美分/千瓦时,预计到2015年,装机容量将达16300兆瓦。
国外生物质直接燃烧发电技术已基本成熟,进入推广应用阶段。该技术规模效率较高,单位投资也较合理,但它要求生物质资源集中,数量巨大,如果考虑生物质大规模收集或运输的支出,则成本较高,比较适合现代化大农场或大型加工厂的废物处理等,不适合生物质较分散的发展中国家。我国目前农业现代化程度较低,生物质分布分散,采用大规模直接燃烧发电技术有一定困难。
生物质气化及发电
生物质气化的基本原理是在不完全燃烧条件下,将生物质原料加热,使较高分子量的有机化合物裂解为低分子量的CO、CH4等可燃气体。转化过程的气化剂有空气、氧气、水蒸气等,但以空气为主。气化原料是农作物秸秆或林产加工废弃物。生物质气化产出气的热值根据气化剂的不同存在很大差异,当以空气为气化剂时,产出气的热值在4200千焦/立方米~5300千焦/立方米之间,该气体可以作为农村居民的生活能源,也可以通过内燃机发电机组发电。
生物质气化发电技术在国际上已受到广泛重视。国外小型固定床生物质气化发电已商业化,容量为60千瓦~240千瓦,气化效率70%,发电效率为20%,以印度农村地区的应用比较成功。发达国家如奥地利、丹麦、芬兰、法国、挪威、瑞典和美国等,比较关注的是生物质气化联合循环发电技术(BIGCC)。该技术的系统效率可达40%,有可能成为生物质能转化的主导技术之一。这一技术存在的问题是单位投资额非常高,并且技术稳定性不够。
我国有着良好的生物质气化发电基础,在上世纪60年代就开发了60千瓦的谷壳气化发电系统。目前已开发出多种固定床和流化床小型气化炉,以秸秆、木屑、稻壳、树枝等为原料,生产燃料气,主要用于村镇级集中供气。
生物质致密(压缩)成型燃料技术
将生物质粉碎至一定的粒度,不添加粘接剂,在高压条件下,可以得到具有一定形状的固体燃料。成型燃料可再进一步炭化制成木炭。根据挤压过程是否加热,生物质致密(压缩)成型燃料有加热成型和常温成型两种;根据最后成型的燃料形状可以分为棒状燃料、颗粒燃料和块状燃料三种。生物质致密(压缩)成型技术解决了生物质能形状各异、堆积密度小且较松散、运输和贮存使用不方便的缺点,提高了使用效率。
成型燃料在国外很受重视,开始研究时的着眼点以代替化石能源为目标。上世纪90年代,欧洲、美洲、亚洲的一些国家在生活领域大量应用生物质致密成型燃料。后来,以丹麦为首开展了规模化利用的研究工作。丹麦著名的能源投资公司BWE率先研制成功了第一座生物质致密成型燃料发电厂。随后,瑞典、德国、奥地利先后开展了利用生物质致密成型燃料发电和作为锅炉燃料等的研究。美国也已经在25个州兴建了树皮成型燃料加工厂,每天生产的燃料超过300吨。但生物质成型燃料仍以欧洲的一些国家如丹麦、瑞典、奥地利发展最快。
我国生物质成型燃料技术基础好,设备水平与世界先进水平差别不很大,不足的是我国成型燃料的应用水平还不高。
沼气技术
有机物在厌氧及其他适宜条件下,经过微生物分解代谢,产生以甲烷为主要气体的混合气体,即沼气。一般沼气中甲烷含量为50%~70%,每立方米沼气的热值为17900千焦~25100千焦。生产沼气的原料可以是高浓度的有机废水,也可以是畜禽粪便、有机垃圾和农作物秸秆等。
在发达国家,主要发展厌氧技术处理畜禽粪便和高浓度有机废水。目前,日本、丹麦、荷兰、德国、法国等发达国家均普遍采取厌氧法处理畜禽粪便。美国、英国、意大利等发达国家的沼气技术主要用于处理垃圾。美国纽约斯塔藤垃圾处理站投资2000万美元,采用湿法处理垃圾,日产26万立方米沼气,用于发电、回收肥料,效益可观,预计10年可收回全部投资。英国以垃圾为原料实现沼气发电18兆瓦,今后10年内还将投资1.5亿英镑,建造更多的垃圾沼气发电厂。
在发展中国家,沼气池技术主要使用农作物秸秆和畜禽粪便生产沼气作为生活炊事燃料,如印度和中国的家用沼气池。同时,印度、菲律宾、泰国等发展中国家也建设了大中型沼气工程和处理禽畜粪便的应用示范工程。我国是利用生物质生产沼气最多的国家。
燃料乙醇
生物质可以通过生物转化的方法生产乙醇。目前在生物能源产品产业规模方面,发展最快的就是燃料乙醇。生产燃料的乙醇主要有甘蔗乙醇、玉米乙醇和木薯乙醇三种,燃料乙醇的消耗量已超过世界乙醇产量的60%以上。
巴西是世界上最早利用甘蔗生产燃料乙醇的国家。以甘蔗为原料,工艺相对简单,既节能又节省投资,生产成本较低。目前,巴西有520多家燃料乙醇生产厂,年产燃料乙醇1200万吨,有1550万辆汽车以乙醇汽油作为燃料。
美国从上世纪70年代末开始用玉米生产燃料乙醇,到2005
年产量已经超过1200万吨。尽管目前乙醇的生产成本较高,但在美国,玉米燃料乙醇已成为一种成熟的石油替代品。
我国从2002年开始用陈化粮生产燃料乙醇,生产规模达102万吨,主要以玉米和小麦为原料。其背景是在1996年~1999年连续4年粮食总产量稳定5亿吨左右,粮食供过于求,粮食阶段性过剩并出现大量积压的情况下提出的。实践证明,粮食燃料乙醇生产技术成熟、工艺完善,是目前比较现实的石油替代燃料。
但面对我国人多地少的实际,大规模推广应用粮食燃料乙醇显然存在着原料供应的瓶颈问题,长远来说必须开发非粮食为原料的乙醇燃料。“十五”期间,国家开展了非粮食能源作物――甜高粱培育等关键技术的研究与开发,包括利用甜高粱茎秆汁液和纤维素废弃物等生物质制取乙醇的技术工艺。对第一种技术工艺,我国初步具备了规模化开发的基础,但纤维素废弃物制取乙醇燃料技术还存在技术不成熟、诸多关键技术尚未解决等问题。
生物柴油
生物柴油是利用动植物油脂生产的一种脂肪酸甲(乙)酯。制造柴油的原料很多,既可以是各种废弃的动植物,也可以是含油量比较高的油料植物。实践证明,生物柴油不仅具有良好的燃烧性能,还有良好的理化特性和动力特性。
国外通常采用大豆和油菜籽生产生物柴油,但成本稍高。为降低成本,一些国家开始用废弃食用油和专门的木本油料植物生产生物柴油。目前,生物柴油在欧盟已经大量使用,进入商业化发展阶段。2004年欧盟生物柴油产量为224万吨,并计划到2010年达到800万吨~1000万吨。
我国人多地少,发展生物柴油只能靠非食用油料资源。因此,我国目前生产生物柴油的原料主要是餐饮废油、工业废油、某些植物油和菜籽油、棉籽油的下脚料等。利用这些原料既回收利用了资源,又解决了环境污染问题。我国生物柴油的生产起步晚,但发展较快。目前已有30多家生物柴油生产厂。
除了上述生物质能利用技术外,还有生物制氢技术、热裂解技术等,基本处于研究阶段。
我国发展生物质能的必要性
开发生物质能具有能源与环境双重效益,有可能成为未来可持续发展能源系统的主要能源之一。因此,许多国家都高度重视生物质能源开发,并制定了相应的开发研究计划,如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的乙醇能源发展计划等。联合国开发计划署(UNDP)、欧盟和美国(DOE)的可再生能源开发计划中也都把生物质能列为重点发展方向。
目前,生物质能是仅次于煤炭、石油和天然气的世界第四大能源。据估算,地球陆地每年生产1000亿吨~1250亿吨干生物质;海洋年生产500亿吨干生物质。生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量,相当于目前世界总能耗的10倍。
我国的生物质资源也相当丰富。目前我国生物质能年获得量达到3.14亿吨标准煤,到2050年资源潜力可达到9.04亿吨标煤且潜力巨大。
根据发达国家的经验可知,现今正是我国实现工业化的关键时期。大部分发达国家在此期间(此时人均GDP在3000美元左右)都经历了人均能源、资源消费量快速增长和能源、资源结构快速变化的过程。这对能源安全等问题提出了更高的要求。据预测,2020年中国一次能源的需求为25亿吨~33亿吨标准煤,最少将是2000年的2倍;2050年的一次能源需求估计将在50亿吨标准煤左右。根据我国现在的能源需求增长趋势推算,到2020年,我国仅石油的缺口就将达1.3亿吨~1.5亿吨。能源供应不足问题已成为我国经济社会发展的主要矛盾之一。因此,要从根本上解决我国能源供应不足的问题,必须实施多元化能源发展战略,积极开发生物质能源是出路之一。
从保护环境角度看,我国SO2,排放量已居世界第一位,CO2排放量仅次于美国居第二位。2006年,SO2排放量达2550万吨,其中约85%是燃煤排放的。酸雨面积已超过国土面积的1/3。SO2和酸雨造成的经济损失约占GDP的2%。生物质能属于清洁能源,生物质中有害物质(硫和灰分等)的含量仅为中质烟煤的1/10左右。同时,生物质二氧化碳的排放和吸收构成自然界碳循环,其能源利用可实现二氧化碳零排放,扩大生物质能利用是减排CO2,最重要的途径。
另外,生物质一直是我国农村的主要能源之一。因地制宜开展生物质能利用技术及产品的研究、推广和使用,可以把农民从烟熏火燎中彻底解放出来,既节约资源,又可以改善农民的居住环境,减少水土流失,提高其生活水平。
我国发展生物质能存在的问题
关键词:新能源;生物质;生物质能;可再生能源
中图分类号:TK6 文献标识码:A 文章编号:1005-569X(2009)10-0031-02
1 引 言
现代社会,人类每天都在大量消耗着煤炭、石油、天然气,而这些能源具有不可再生性。因而,能源的巨大需求与供给的严重不足形成尖锐矛盾,并成为人类社会向前发展的巨大障碍。开发新能源,成为人们普遍关心的重大课题。风能、太阳能、核能、生物质能等新能源的开发以及节能环保技术的研发,成为世界各国政府发展能源的主要方向。基于我国的基本国情,发展生物新能源,具有广阔的前景。
2 关于生物质新能源
顾名思义,生物质指所有的动、植物和微生物,是通过光合作用而形成的各种生命有机体。生物质能源,就是贮存在生物质中的、以其为载体的能量。它直接或间接来源于植物的光合作用,可转化为固态、液态和气态燃料,取之不尽、用之不竭、可再生。生物质能来源于太阳,所以,从广义上讲,生物质能是太阳能的一种存在形式。
自古以来,生物质能就是人类赖以生存的重要能源,进入现代社会,依然是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然气,在整个能源系统中占有重要地位,极有可能成为未来可持续能源系统的组成部分。根据生物学家测算,地球每年产生1800多亿吨生物质,其中陆地每年产生1000~1250亿吨生物质,海洋每年产生500~600亿吨生物质。生物质能源的年生产量,远远超过全世界总能源需求量,相当于目前世界总能耗的十倍,人类只利用了其中的不到二十分之一。我国可开发为能源的生物质资源到2010年可达3亿吨。随着农林牧业的发展,特别是炭薪林的推广,生物质资源还将越来越多。
目前人类对生物质能的利用,包括直接用作燃料的,有农作物的秸秆、木屑、薪柴等;间接作为燃料的,有农林废弃物、动物粪便、垃圾及藻类等,它们通过微生物作用生成沼气,或采用热解法制造液体和气体燃料,也可制造生物炭。生物质能是世界上最为广泛的可再生能源。据估计,每年地球上仅通过光合作用生成的1800多亿吨生物质储藏的能量,约相当于20世纪90年代初全世界总能耗的3~8倍。但是远远未被人们合理利用,多半直接当薪柴使用,效率低下,影响生态环境,我们必须对过去的种种生物质能使用方式进行改造,用现代高科技手段,更加有效地利用生物质能,如通过生物质的厌氧发酵制取甲烷、用热解法生成燃料气、生物油和生物炭、用生物质制造乙醇和甲醇燃料,以及利用生物工程技术培育能源植物等等。
有关专家估计,到下世纪中,采用新技术生产的各种生物质替代燃料,将占全球总能耗的百分之五十。目前,生物质能技术的研究与开发,已成为世界重大热门课题之一,受到世界各国政府与科学家的关注。许多国家都制定了相应的开发研究计划,如日本的“阳光计划”、印度的“绿色能源工程”、美国的“能源农场”和巴西的“酒精能源计划”等,其中生物质能源的开发利用,占有相当的比重。目前,国外的生物质能技术和装置,大多已达到商业化应用程度,实现了规模化、产业化经营。以美国、瑞典和奥地利三国为例,生物质转化为高品位能源利用已具有相当可观的规模,分别占该国一次能源消耗量的4%、16%和10%。在美国,生物质能发电的总装机容量已超过10000MW,单机容量达10~25MW;美国纽约的斯塔藤垃圾处理站,投资2000万美元,采用湿法处理垃圾,回收沼气,用于发电,同时生产肥料。巴西是乙醇燃料开发应用最有特色的国家,实施了世界上规模最大的乙醇开发计划,目前乙醇燃料已占该国汽车燃料消费量的百分之五十以上。美国开发出利用纤维素废料生产酒精的技术,建立了1MW的稻壳发电示范工程,年产酒精2500t。
3 我国发展生物质新能源的意义与展望
近年来,我国许多地方投资兴建城市垃圾焚烧发电场、乙醇汽油、生物柴油、速生热效(能源)草发电项目并取得成功,标志着生物质新能源的开发已经进入实质性阶段。
中国是一个人口大国,又是一个经济迅速发展的国家,尤其是近30年的快速发展,付出了能源过度消耗和环境破坏的巨大代价,进入21世纪,将面临着经济增长、能源短缺和环境保护的多重压力,而且由于国际上正在制定各种有关环境问题的公约,限制二氧化碳等温室气体排放,这对以煤炭为主要能源的中国是很不利的,因此,改变能源生产和消费方式,开发利用生物质能等可再生的清洁能源,对建立可持续的能源系统,促进国民经济发展和环境保护具有重大意义。
我国农村地区广大,是生物质的主要分布区域,开发利用生物质能,对中国具特殊意义。中国百分之八十的人口生活在农村,秸秆和薪柴等生物质能是农村的主要生活燃料。尽管煤炭等商品能源在农村的使用迅速增加,但生物质能仍占有主要地位。1998年农村生活用能总量3.65亿吨标准煤,其中秸秆和薪柴为2.07亿吨标准煤,占56.7%。因此发展生物质能技术,为农村地区提供生活和生产用能,是帮助这些地区脱贫致富,实现小康目标的一项重要任务。1991年至1998年,农村能源消费总量从5.68亿吨标准煤发展到6.72亿吨标准煤,增加了18.3%,年均增长2.4%。到2008年底,我国用上沼气的农户不到3000万,而同期农村使用液化天然气和电炊具的农户由1578万户发展到4937万户,增加了2倍多,年增长率达17.7%,增长率是总量增长率的6倍多。可见,随着农村经济发展和农民生活水平的提高,农村对于优质燃料的需求日益迫切。传统能源利用方式,已经难以满足农村现代化需求,生物质能优质化转换利用势在必行。
生物质能高新转换技术,不仅能够大大加快村镇居民实现能源现代化进程,满足农民富裕后对优质能源的迫切需求,同时也可在乡镇企业等生产领域中得到应用,甚至向城市工业生产、居民生活供应能源。由于中国地广人多、生物资源丰富,常规能源不可能满足广大农村日益增长的能源需求,立足于农村现有的生物质资源,研究新型转换技术,开发新型装备既是农村发展的迫切需要,又是减少排放、保护环境、实施可持续发展战略的需要。如果沼气、压缩成型固体燃料、气化生产燃气、气化发电、生产燃料酒精、热裂解生产生物柴油等生物质能在我国得到广泛应用,将产生巨大的能源效益。
4 结 语
自20世纪末以来,能源危机困扰各国政府,可再生能源和节能技术成为了各国积极发展的优先选择,对于发展中的中国,解决能源问题更显迫切,而发展生物质新能源,应是解决我国能源难题的刻不容缓的行动策略!
参考文献:
生物质(Biomass)是指通过生物体的光合作用形成的有机物质或由其转化的物质,例如动物体及排泄物。可利用的生物质包括森林、农作物及农作物废弃物、农林加工废弃物和动物粪便。生物质的主要成分为纤维素、半纤维素、木质素、脂类、蛋白质、淀粉、灰分和芳香族物质。其中,纤维素、半纤维素和木质素是不易被人和动物利用的物质,脂肪和芳香族化合物是重要的动植物提取物。由于生物质是通过光合作用固定CO2形成的有机物,因此生物质燃烧后释放的CO2与光合作用时固定的CO2相当,是一种CO2零排放的能源物质,对保护生态环境减少温室气体排放具有重要意义。
生物燃料是可再生能源的重要组成部分,对交通运输业(陆运、空运和海运)的可持续发展有举足轻重的作用。例如液体的和气体的生物燃料:生物柴油、生物醇类(生物酒精、生物甲醇和异丙醇),生物二甲醚(bio-DME),生物油、生物气(沼气),生物氢气,以及填埋场气(主要是CH4)等等。不同于石油,生物燃料被视为是CO2中性的,因为再其产生过程中吸收了同样数量的CO2,燃烧释放量不可能增加。此外,许多生物燃料是含氧的(如生物醇),有助于降低燃烧过程中含氮化合物颗粒的排出量。
我国生物质能源的现状与发展趋势
我国非常重视生物质能的发展。“十二五”期间,国家下发多个文件指导生物质能源的发展。国务院的《国家“十二五”科学和技术发展规划》、《国家能源科技“十二五”规划(2011-2015)》、国家发改委2012年7月下发《可再生能源“十二五”规划》都明确了发展生物质能源的产业目标。国家能源局特别《生物质能发展“十二五”规划》,明确了生物质能的发展目标。到2015年我国生物质液体燃料将到达500万吨。低成本纤维乙醇、生物柴油等先进非粮生物液体燃料的技术进步,为生物燃料更大规模发展创造了条件,以替代石油为目标的生物质能梯级综合利用将是将来主要发展方向。
生物质能,是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式,即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用,可转化为固体、液体和气体燃料,是取之不尽、用之不竭的一种可再生能源,因此生物质能是太阳能的一种表现形式。
我国现阶段生物质能源发展的原料主要是油料植物、秸秆及动物粪便等传统生物质资源。据估算,2012年我国废弃的农作物秸秆资源7.4亿吨,折合3.2亿吨标准煤;农产品加工废弃物1.4亿吨,折合标准煤0.17亿吨;禽畜粪便7.8亿吨,折合标准煤5.3亿吨;林木生物质资源10亿吨,折合标准煤5.8亿吨;生活垃圾3.1亿吨,折合0.45亿吨标准煤,但生物质资源的实际利用量在1亿吨标准煤左右,约占可利用总量的15%~20%,因此具有较大的发展潜力。我国生物质能源发展的一个基本原则是“不与人争粮,不与粮争地”,因此,生物质能源主要来自于农林废弃物。
到2015年,生物质能年利用量超过5 000万吨标准煤。其中,生物质发电装机容量1 300万千瓦、年发电量约780亿千瓦时,生物质年供气220亿立方米,生物质成型燃料1 000万吨,生物液体燃料500万吨。建成一批生物质能综合利用新技术产业化示范项目。
全球生物能源技术发展趋势
理想的生物燃料应该是能够用非食品原料廉价生产,常年供应且能方便地使用现有供应设施,其能量密度与汽油或柴油相当。可以使用10%~25%(E10-E25)混合生物乙醇汽油的汽车数量正在增加。新型弹性燃料车辆能够燃烧任意混合比例的生物乙醇,包括百分之百的水合乙醇(E100)。类似的,生物柴油也可以任意比例混合,混合的比例已经从现在的2%~5%(B2-B5)设定到未来的10%~20%(B10-B20)。与生物乙醇比较,生物柴油含有更高的碳含量,能够产生类似于传统柴油相当的热值。生产成本尤其是原材料的价格是目前更高比例混合生物燃料的限制因素。
第一代生物燃料是目前商业化较成功的生物燃料,包括生物乙醇和生物柴油,其原料是甘蔗、玉米、小麦、谷物、菜籽油,蔬菜油和提取的动物脂肪。第一代生物醇(生物乙醇)是通过啤酒酵母发酵来源于作物的植物糖和淀粉产生的,这些作物包括甘蔗、甜菜和玉米。巴西生物乙醇生产以甘蔗为原料,而美国主要是以玉米为原料生产生物乙醇。第一代生物柴油的生产是对植物油的化学修饰完成的,如油菜、棕榈树和大豆等,植物油脂和提炼的动物脂肪通过脂肪酸甲酯化作用生产生物柴油。然而,第一代生物燃料的原材料直接与食品或饲料产品形成竞争,其发展是不可持续的,会导致食物商品价格的飙升,使其进一步推广受限制。因此生物燃料的发展与推广需要第二代、第三代甚至第四代生物燃料的发展。
第二代生物燃料已经有了初步发展,其原料包括木质纤维素,生物废弃物,固体废弃物。木质纤维素难以降解,从木质素纤维形成可发酵糖要经过多步骤处理,例如原材料前期处理、采用物理的、化学的或生物的进行预处理、可溶性半纤维素糖从固体纤维物中分离出来的固、液分离、酶水解纤维素产生可发酵的葡萄糖等木质纤维素利用中,相当大的精力集中到真菌纤维素降解酶酶解途径的研究。酶解过程涉及一个联合过程,是末端葡萄糖水解酶和纤维素外切酶共同作用,两种酶都隶属于典型的糖苷水解,是通过攻击寡糖-多聚糖底物的异构中心中的水分子来实现的。木质纤维素酶的酶活性低、酶解成本高是木质纤维素利用的一个瓶颈。
生物柴油是指由动植物油脂(脂肪酸甘油三酯)与醇(甲醇或乙醇)经酯交换反应得到的脂肪酸单烷基酯,最典型的是脂肪酸甲酯。与传统的石化能源相比,其硫及芳烃含量低、闪点高、十六烷值高、具有良好的性,可部分添加到石化柴油中。但是使用动植物油脂生产生物柴油造成与人和动物争资源的现象。一种新型的油脂生产正在形成――微生物油脂,微生物油脂可以利用农作物秸秆通过发酵方式工厂化生产,不仅可以废物利用,而且节省土地,用其生产的生物柴油接近石化柴油的性能,有较好的发展潜力。
第三代生物燃料是基于藻类物质的新一代燃料,利用它们产生的碳水化合物、蛋白质、蔬菜油生产生物柴油和氢气。据估计,藻类产量可达61 000升/公顷,相比之下,作物如大豆、菜子的产量分别是200升/公顷、45升/公顷。微藻类特别是小球藻细胞内脂类的积累能够达到其生物质50%。产生的生物油通常酸值较低,有利于生物柴油的合成。微藻类具有第一代、第二代生物燃料原材料不能比拟的优势。微藻类能够使用海水和污水养殖,不会与食品生产形成竞争。
第四代生物燃料主要利用代谢工程技术改造藻类的代谢途径,使其直接利用光合作用吸收CO2合成乙醇、柴油或其他高碳醇等,这是当前最新技术。虽然该技术尚处于实验室研究阶段,但在环保、成本等方面的优势已经可以预期。
生物能源产业展望
据统计2010年大约1 200亿升生物燃料产量用于运输业,几乎是2005年的2倍。全球现有生物燃料市场生物乙醇占近80%,其余的主要是生物柴油。市场主要是第一代生物燃料,美国是最大的生物乙醇生产国,产量为490亿升,第二位是巴西,产量为280亿升,分别占全球输出的57%和33%。欧盟领导着生物柴油生产,占2010年世界生物柴油市场的53%。预期到2020年,全球生物燃料的总产量为2 000亿升,其中生物乙醇1 550亿升,生物柴油450亿升。
将来生物燃料将在能源技术的应变上占有重要的地位,白色生物技术在生产生物燃料和化学原料领域具有较大的潜力。第一代生物燃料技术已经成熟,但与食品生产原料竞争。未来生物燃料的发展与推广需要第二代(木质素纤维、生物废弃物、固体废物)和第三代(藻类和蓝细菌)技术应用到新兴生物燃料的生产。
新一代生物燃料短期内取得商业化成功具有较大的挑战性。新一代生物燃料的试点和规模化示范仍需继续进行,因为与取得商业化成功的第一代生物燃料相比其生产成本过高。无论是热化学的还是生物化学的技术手段,目前还没有清晰最佳技术途径。
一直以来,中国生物质能源的发展较远落后于风能及太阳能,甚至不少人士认为生物质能源在我国成不了“大气候”。作为中国农业大学教授、生物质工程中心主任的程序则认为,部分人之所以对生物质能有误解,是因为不了解生物质能的潜力和升级换代的技术。
在第一代生物燃油已近极限,第二代纤维素生物乙醇技术、经济可行性久“攻”不克的情况下,“先进生物燃料”特别是热化学途径的生物天然气和木质原料气化合成燃油有望脱颖而出。
《能源》:全球生物质能源的发展经历了第一代生物燃油和第二代纤维素生物乙醇技术的发展,目前,这两种生物质能的发展情况如何?
程序:目前,这两种技术的发展都遇到了瓶颈,这也助长了部分人认为生物质能发展不起来的认识。
发达国家能源界的学者和企业家越来越认识到,第一代生物燃料作车用有不确定性。因为需要和化石燃油掺混,其总用量有限,也就是所谓的“混合墙”限制。
从2010年起,第一代生物燃料增长形势就明显受挫了。2009-2010年产量增长率还有13.6%,而2010-2011年仅有3.1%。
对于第二代生物燃料,在美国曾经呼声很高。但是,虽然经历了连续多年的研发热潮,目前仍没有完全突破商业化的障碍。其关键在于纤维素乙醇的生产成本还远未达到预想的价位。而且,这种技术使用的原料需要用酸、碱等预处理,会造成环境问题。
《能源》:第一代和第二代生物质能技术都难以继续往前发展,那按您的说法,生物质能源产业要靠什么得以推进?
程序:所以,我说现在要提“先进生物燃料”的概念。实际上在2009年,美国环保署就率先提出了要支持“先进生物燃料”研发的原则。所谓先进生物燃料,就是指第一代生物能源以外的一类新型生物燃料。它们的生命全周期的温室气体排放量,比化石燃料低至少50%。
它采用的技术路线有多条,最主要的方式是用木质纤维类作为原料,如林木下脚料和废弃物、秸秆等,通过热化学途径,生产生物合成液体或气体燃料,英文为Biomass to Liquids,简称 BtL。
《能源》:“先进生物燃料”的最大特点是什么?与前面两代技术相比,“先进生物燃料”有哪些优点?
程序:生物质的组成成分,一般来讲可以分为六类:淀粉、脂肪、蛋白质、纤维素、半纤维素、木质素。第一代生物质能技术利用的成分是淀粉、脂肪、蛋白质。第二代技术用的是纤维素。
但事实上,生物质所含能量中,淀粉、脂肪、蛋白质占40%,纤维素占了20%,剩下占40%的半纤维素和木质素在前面两种方式中并不能被利用。唯一能全部利用这六大类成分的方法是燃烧,也就是通过生物质电厂,但它的热量转化效率在这几种方式中是最低的,是最不经济的方式。
通过热化学方式生产“先进生物燃料”,恰恰能利用和转化半纤维素和木质素,显著提高生物质能的转化效率,而且大大拓宽了原料的来源。
生产出的生物合成燃料,属于所谓的“直接使用燃油”,就是说,可以在发动机不改装的情况下,以纯态或高掺混比车用,因而完全摆脱了前面所说的第一代生物燃料的“混合墙”制约。
《能源》:那目前,“先进生物燃料”在国外的发展情况如何?是否有成熟项目?
程序:在2009-2013年的5年间,先进生物燃料项目,包括中试和生产性示范的,数目增加了3倍,而它的总产量则扩大了10倍,达到了年产24亿公升(相当于168万吨)。
欧盟国家对用气化-费托合成途径制作生物柴油、航空煤油的热情很高。一些大型企业集团如Uhde、UPM、Axen,也都在进行商业化的努力。
德国的科林(Choren)公司在世界上第一次生产出用木屑合成的液体柴油。2012年9月,科林公司将气化技术转让给德国林德(Linde)集团。林德与芬兰Forest BtL Oy合作,在芬兰建设一座年产13万吨的生物合成柴油/石脑油厂,计划于2016年底投产。
美国伦泰克公司在科罗拉多州建成了BtL商业示范厂并投产,年产能1万吨生物合成燃油。该公司还计划2015年在加拿大安大略省建成年产能为60万吨生物气化合成柴油和航煤厂。
《能源》:那您的意思是,目前这一技术并未达到商业化程度?这其中的制约因素是什么?
程序:是的,目前它的技术成熟度还没有完全达到商业化生产、应用的程度,但是已经达到半商业化了,我认为离商业化也不远了。
根据测算,能够达到有规模经济效益的年生产产能,终端产品应该在20万吨以上。
目前主要的制约因素是,项目规模化后,会需要巨大数量的原料,该如何解决原料问题。还有,如何保证相应的较低成本,以及预处理大幅度增大的难度如何克服。
《能源》:先进生物燃料的研究和开发在我国处于一个怎样的情况?
程序:据我调研,目前采用生物质气化-合成途径制取生物燃油的,主要是武汉阳光凯迪新能源公司在做。这家公司于2013年初取得突破,其年产1万吨的半工业化装置于1月投产,并且连续正常运行至今。
据了解,目前,该公司技术放大到年产20万吨级工业化规模的工艺包已经完成。计划在两年时间内,分别在湖北新洲和广西北海筹建年产能10万和30万吨的生物质气化合成燃油的工厂,原料主要为林业剩余物和进口的棕榈油榨渣、枝叶,预计2016年底建成。
《能源》:先进生物燃料的生产成本大约为多少?是否又是需要补贴才能盈利?我国要发展先进生物燃料,需要面临的阻碍有哪些?
程序:阳光凯迪采用的方式生产出以生物合成柴油为主体的合成燃油,目前的成本是可控制在8000元/吨以内。如果今后规模化了,成本应该会有大幅的下降。
在这种成本条件下,不需要政府补贴,也是可以盈利的。目前,阳光凯迪急待向国家要的不是补贴,而是油品准入市场的政策,希望产品能够到市场上去参与公平竞争的准入。因为我国的油品市场准入具有垄断性,如果阳光凯迪生产的生物合成油不能进入市场合法交易,那阳光凯迪就会陷入困境。
《能源》:那您对我国发展先进生物燃料有哪些建议?
[关键词] 生物质能源 开发利用 对策
[中图分类号] S216 [文献标识码] A [文章编号] 1003-1650 (2016)11-0132-01
生物质能源是以植物为原料生产的可再生能源,是可再生能源中惟一可运输并储存的能源。当今世界能源和环境问题是制约经济发展的突出问题。人类目前使用的主要化石能源有石油、天然气和煤炭3种。开发新能源已成关系经济社会可持续发展的重大课题。发展生物质能源,对保障我国未来能源安全具有重要作用。
1 发展生物质能源的重要性
生物质能源是倍受世界各国重视的可再生能源。国内许多专家提出了“发挥灌木优势推动我国能源林业的发展,集约经营短轮伐期乔灌木能源林是发展生物质能源的基础。”我国林木生物质能源原料资源比较丰富,发展的潜力和空间巨大,为我国林业的发展提供了新契机。灌木具有抗逆性强,用途多等优势,我国广大的干旱、盐碱地、荒山秃岭皆可发展灌木林,发挥生态效益,收割后还能自然萌生更新,是能源建设和生态建设的最佳结合模式。开发灌木能源既可以推动我国生物质能源工业的发展,又能促进生态脆弱地区植被的恢复和重建,改善生态环境。把握生物质能源发展的战略机遇,以林木生物质能源对油汽的替代或部分替代,使我国林业全面介入能源领域,形成林业新的战略增长点,缓解我国能源紧缺的局面具有重要作用。
2 生物质量能源发展现状
世界上,生物质能源开发最早且成功的是生物柴油和乙醇。德国、美国、巴西在生物柴油和乙醇替代汽油方面处于世界领先地位。作为世界上最大的乙醇出口国的巴西,其60%的汽车燃料是甘蔗提炼出来的乙醇。美国提出到2025年要用生物燃油替代25%的化石运输燃料口号。
我国的乙醇燃料开发启动较早,从2001年4月开始,就已在全国推广使用燃料乙醇,河南、黑龙江、吉林作为试点省份,建立了四大酒精厂以利用陈化粮生产酒精。2006年,国家提出中国将大力支持生物质能源、太阳能、风能等可再生能源的研究开发和推广应用,并将生物质能源放在了首位。
来自国家发改委的数据显示:目前我国燃料乙醇年生产能力达102万吨,乙醇消费量占全国汽油消费市场的20%,成为仅次于巴西、美国的第三大燃料乙醇生产和使用国。
3 中国生物质能源储备概况
我国生物质资源比较丰富。据初步估计,我国仅现有的农林废弃物实物量为15亿吨,约合7.4亿吨标准煤,可开发量约为4.6亿吨标准煤。
我国现有木本油料林总面积超过600多万公顷,主要油料树种果实年产量在200多万吨以上,其中,麻疯树、黄连木等树种果实是开发生物柴油的上等原料。有150多种植物含油量超过40%。作为生物柴油开发利用较为成熟的有小桐子、黄连木、光皮树、文冠果、油桐和乌桕等树种。初步统计,这些油料树种面积超过135万公顷,年果实产量在100万吨以上,如能全部加工利用,可获得40余万吨生物柴油。
我国北方有大面积的灌木林,估计每年可采集木质燃料资源有1亿吨左右;全国有5700多万公顷为中幼龄林,如正常抚育间伐,可提供1亿多吨的生物质能源原料,同时,木材采伐、加工剩余物还能提供可观的生物质能源原料。云贵川等省区大力培育发展生物柴油小桐子资源,小桐子种植面积已达50万亩。河北、河南、安徽、陕西等地人工种植黄连木近5万亩。
我国现有300多万公顷薪炭林,每年约可获得近1亿吨高燃烧值的生物量。适宜发展能源林的有宜林荒山荒地5400多万公顷。有近1亿公顷的盐碱地、沙地以及矿山、油田复垦地等不适宜农耕的土地大都适宜培育特定的能源林。
4 国家对生物质能源开发规划
木本生物质能源属于我国科技发展的能源及环保两大重点,是我国“十一五”规划重要研究对象,也是世界林业发展的新亮点。国家林业局和中国石油天然气股份有限公司在云南、四川启动第一批林业生物质能源林基地建设,基地面积60多万亩,可实现约六万吨生物柴油原料供应能力。“十一.五”期间,我国将培育林业生物质能源林1200多万亩,以满足600万吨生物柴油和装机容量1500万千瓦年发电原料供应的林业生物质能源发展目标;未来15年,国家林业局将进一步推进林业生物质能源发展,全面规划全国能源林培育工作,并计划在2020年完成额定规模的能源林培育基地建设任务。
财政部、发展改革委、农业部、税务总局、国家林业局联合印发的《关于发展生物能源和生物化工财税扶持政策的实施意见》,国家将在“建立风险基金制度,实施弹性亏损补贴、对原料基地补助、进行项目示范补助、减免税收“等四项财税政策上扶持生物质能源的发展。
5 发展生物质能源对策
我国发展生物质能源应采取的主要对策为:
5.1 制定生物质能源发展纲要和实施方案,开展可利用土地资源和植物资源的调查评估,制定能源植物种植规划,发展和建立能源树种、能源作物良种基地,启动生物质能源产业化项目,促进新农村建设。
5.2 与建立节约型农村结合发展成型燃料。要鼓励和扶持发展农林废弃物致密固化成型燃料生产企业,引导农民将农林废弃物加工成成型燃料,作为煤炭替代品。
5.3 与生态环境治理结合发展能源林业。山地和高原应以发展薪炭林和木本油料林为主,平原建立生物柴油木本油料原料基地,沿海滩涂种植以柽柳为主的耐盐碱树种和可以提炼生物柴油的滨海锦葵。
5.4 与调整农业产业结构结合发展能源农业。以不与粮食争地、确保粮食安全为前提,调整农业种植结构,发展油料作物和高糖作物。
5.5 与养殖场结合推行沼气规模化生产。发展农业生物质能源,不仅能改善能源结构、实现能源多元化、缓解能源紧张局面,而且能够治理和保护生态环境、调整农业产业结构、促进农民增收。
一、台湾生物质能产业发展的政策目标
1997年台湾为加强环境保护、促进经济发展,设立了“永续发展委员会”。2000年该会以“永续环境、永续社会、永续经济”为发展愿景,拟定了“二十一世纪议程一台湾永续发展策略纲领”和“永续发展行动计划”,确立了台湾发展可再生能源的政策,其中对生物质能的发展制定了具体的执行目标和计划。
首先是生物柴油的开发应用。台湾使用的生物柴油主要是从废弃的食用油中提取,它与传统柴油的性质相似,所提供的能量与传统柴油相当,安全性、性较传统柴油好,而且生物柴油燃烧后排放的污染物较传统柴油少,有利于改善空气质量和减少温室效应。将生物柴油按一定比例添加进传统柴油中可相应减少柴油使用量。2004年台湾开始在部分车辆中使用添加比例为1%(E1)的生物柴油;直到2010年,台湾相关部门才规定所有出售的传统柴油中必须添加2%(E2)的生物柴油,数量为l亿升;并计划在2011年至2015年间将这一比例提高至5%(E5),达3亿公升;2016年至2025年再提高到20%(E20),达到12亿公升。
其次是生物燃料乙醇的推广应用。生物燃料乙醇是指以生物质为原料,通过发酵、蒸馏及脱水等工艺而制成的乙醇,俗称酒精。将这种生物燃料乙醇按一定比例添加到传统的汽油中,可以逐步减少对传统汽油的依赖,以及二氧化碳的排放。台湾生物燃料乙醇的发展较晚,直到2007年才开始量产,2010年至2011年按3%(E3)的比例在传统汽油中添加生物燃料乙醇1亿公升,2011年到2015间计划使用添加比例为5%(E5)的生物燃料乙醇5亿升,2016至2025年达到添加20%(E20)的目标,共计20亿公升。
再次是生物质能发电。生物质直接燃烧产生的能量可用来发电,台湾目前有多座垃圾发电厂采用直接燃烧发电,但这种方法燃烧效率低。台湾“能源局”规划在2011到2015年将燃煤发电厂的煤与生物质燃料混合燃烧,既能提高发电量,又能充分利用农工废弃物,并逐渐扩大混烧比例,发电量达到85万千瓦;2016至2025年,计划采用垃圾气化发电技术,将垃圾转化为可燃气,再利用可燃气推动燃气发电机进行发电,发电量达140万千瓦。
二、台湾生物质能产业的发展现状
台湾生物质能的推广应用主要是由台湾“能源局”、“农委会”与“环保署”合作进行,目前台湾对生物质能的推广应用主要是以废弃物焚化发电、生物柴油和生物燃料乙醇的生产为主。无论是在生物质能的开发还是在推广应用方面,台湾尚处于起步阶段。
1、废弃物焚化发电
台湾早期利用生物质能主要是以垃圾焚化发电为主,但规模较小。目前台湾约有24座垃圾焚化发电厂,发电的装机容量累计为56万千瓦,其中大型垃圾焚化发电厂21座,总装机容量约47.3万千瓦。近年台湾“能源局”开始在全岛推广实行“垃圾全分类、零废弃”计划,在澎湖、花莲、南投兴建了“全分类、零废弃”的资源回收厂,将收集到的垃圾加工成型,再进行焚化发电。为提高燃料效率,台湾相关部门在花莲县丰滨乡配套兴建了岛内第一座废弃物固态衍生燃料(RDF-5)示范厂,每小时可处理1吨垃圾。台湾利用生物质燃烧发电技术,在燃料成型、燃烧设备以及燃烧工艺方面都较为落后,燃烧热效率低,发电量较小,无法形成规模效益。
另外台湾还有小规模的沼气发电。沼气来源主要是以废弃物为主,包括畜牧废水、家庭污水、城镇垃圾及各行业废水废物等四大类,其中畜牧废水主要来自养猪厂;家庭污水来自城市污水处理场;城镇垃圾主要以垃圾掩埋场为主;其他各行业废水废物则包括食品业、纺织业、橡胶业以及纸业产生的废弃物,利用燃煤混烧技术发电,总设计容量约6.53万千瓦,规模较小。
2、生物柴油生产和推广
台湾的生物质能产业中,生物柴油的生产与推广应用已初具规模。2001年台“经济部”颁布了关于生物柴油产销管理办法,委托“工研院”进行技术研发,鼓励民间投资设厂。在生物质原料选取方面,台湾“农委会”选择了大豆、向日葵、油菜等作为能源作物,同时在云林、嘉义及台南等地实施“能源作物试种推广计划”,协助农民与生产商进行合作,提供给农民每公顷4.5万元(新台币,下同)的环境补助及1.5万元的材料费补助,将休耕地转为种植大豆、向日葵和油菜。但是,由于台湾地处亚热带,这些温带作物的收成并不理想,随即就停止了能源作物的环境补助,能源作物的种植计划中止。之后,台湾“能源局”在嘉义大林试种白油桐树作为生物柴油的原料,但尚未大面积推广。因此目前台湾生物柴油的原料较为单一,以废弃食用油为主,不足部分使用进口棕榈油进行掺配。
2004年台湾“工研院”与台湾新日化公司进行技术合作,在嘉义兴建首座以废食用油为原料的生物柴油示范工厂制造生物柴油,产能为每年3000吨,并于2007年建成投产。目前台湾生产生物柴油的厂家已有新日化、积胜、承德油脂、玉弘等10家,合计生物柴油装置产能已达每年20万吨。依据台湾黄豆协会的统计,台湾每年消耗的动植物油脂约为77万吨,可产生15-20万吨的废食用油,将这些废食用油转化为生物柴油,每年可生产约15万吨的生物柴油,达到替代传统柴油使用量的3%,既解决了废食用油的回收问题,又产生经济效益。
生物柴油属于新能源,发展初期价格势必无法与传统石化柴油竞争,为促进生物质能产业的发展,鼓励生物柴油的使用,台湾采用的是低比例,循序渐进的添加方式,分四个阶段进行推广:
第一阶段,从2004年至2007年,实行为期三年、每年1亿元的“生物柴油道路试行计划”,补贴所有生产及购买生物柴油的厂商,鼓励公共交通运输车辆添加使用l%的台湾自产生物柴油。
第二阶段,2007年7月至2008年6月。一方面推行“绿色城乡计划”,补助石油炼制企业与加油站在出售的柴油中添加1%的台湾自产生物柴油B1;另一方面,推行“绿色公车计划”,将生物柴油B1供应给台湾13个县市的加油站,主要提供给垃圾车以及部分柴油客运车辆使用。
第三阶段,从2008年7月至2009年12月,强制要求出售的柴油中必须添加1%的生台湾生物燃料乙醇的推广分为三个阶段进行:
第一阶段,2007年9月至2008年12月,在台北市范围内施行“绿色公务车先行计划”,设置了8座加油站供应添加3%(E3)生物燃料乙醇的汽油,由台北市各公务机关的车辆率先添加,并提供1元/公升的优惠,同时供应民众自愿添加使用。在第一阶段的推广计划中累计使用车次已达2万5千次以上,推广量为77万公升。
第二阶段,2009年1月至2010年12月,实行“都会区E3乙醇汽油计划”,补助台北、高雄两市加油站全面供应E3生物燃料乙醇汽油,2009年高雄已有五百多辆公共汽车开始使用E3汽油,这一阶段生物燃料乙醇推广量为1200万公升。
第三阶段,从2011年开始,在台湾岛内全面供应E3乙醇汽油,所有出售的汽油中必须添加3%的生物燃料乙醇,推广量为每年1亿公升,到2017年将达到添加20%的目标。
台湾生物乙醇产业的发展才刚起步,据估算,合理利用生物乙醇将对台湾的能源、农业、环保和经济发展产生综合效益。以甘蔗为例,若台湾以自产甘蔗为原料生产30亿升甘蔗乙醇,即可创造1.1万农业人口就业。若依台湾现有的规划,于2020年推广使用EiO(添加10%)生物燃料乙醇汽油,且全部使用台湾自产原料建置乙醇产业链,从能源投入的角度来看,将可替代原油进口1.16%;就环境保护的角度而言,可减少196万吨二氧化碳排放;在经济发展效益上,推动生物燃料乙醇产业累计将可创造345亿元投资,新增农业就业人口3.6万人。因此,生物质能源产业的发展将对台湾农业、能源和环境产生积极的影响。
三、台湾生物质能产业发展的限制因素
1、比较成本偏高
在不考虑传统能源对生态、环境造成负面影响的情况下,目前大多数生物质能产品的成本仍高于传统能源产品,台湾也不例外。
一方面,台湾土地面积狭小,且只能在休耕地上种植能源作物,土地较为分散,无法实现大面积栽种和集约经营,导致能源作物的生产成本和运输成本偏高。另一方面,由于农业生产的季节性和分散性与农业生物质能生产的连续性和集中性之间存在矛盾,原料供应受到季节和地域的限制,影响了产业的规模化经营。因此,以台湾现有的生物质能产业发展的条件及环境来看,原料制约了产业的发展,因此台湾的生物质能无法达到规模效应以降低成本。
生物柴油的成本分析。2005年台湾“农委会”选定向日葵、大豆、油豆等三种能源作物作为生物柴油原料。2006年开始引导农民将休耕地转种这些能源作物,并建立生产体系加以评估,由企业收购油料种子,再交由厂商加工生产生物柴油。经“台经院”的评估,台湾种植大豆和向日葵每公斤的生产成本分别为9.6元及21.3元,在没有补贴的情况下,用最便宜的大豆生产生物柴油的成本已达49.06元/公升,与进口棕榈油加工生产成本相当,远高于传统柴油每升27.5元的价格。若以废食用油为原料生产生物柴油,废食用油收购价约为23-25元/公升,再加上生产成本、运输成本及厂商利润等约为10元/公升,那么最终生物柴油的售价约为33-35元/公升,也高于传统柴油价格。因此台湾自产的生物柴油的价格偏高,没有市场竞争优势。
生物燃料乙醇的成本分析。据“台经院”对能源作物种植成本所做的分析,在不考虑任何补贴及利润情况下,以甘蔗作为原料,采用糖类及淀粉来提取生物燃料乙醇的最低成本约26元/公升,其次为甜高粱与玉米分别为26.45元/公升与27.7元/公升,加上甘蔗提取的乙醇因干燥费用较高,使得成本最终达到35.05元/升,较传统汽油23元/公升高,也较从巴西进口生物燃料乙醇28.47元/公升高。因此台湾自产生物燃料乙醇的价格仍偏高。物柴油。截至2009年,“绿色公车计划”累计使用生物柴油5500万公升,相应减少了同等的传统柴油使用量,并减少约18万吨二氧化碳排放量。
第四阶段,自2010年6月15日起,将所有出售柴油中生物柴油的添加比例提高至2%(B2)。依据台湾车用柴油的使用量估算,随着2011年台湾全面实施B2生物柴油之后,台湾生物柴油年使用量可望达1亿公升。
据“台经院”估算,若不考虑成本因素,台湾推动生物柴油将带来可观的社会经济效益:一是能源替代效益,台湾现在每年使用约1亿公升生物柴油,相当于每年减少250万桶原油的进口;二是环境效益,使用生物柴油,每年可减少二氧化碳等温室气体排放约33万吨;用废弃食用油生产生物柴油,不仅不会对粮食作物的生产及供应造成影响,反而具有回收废食用油的环境效益,变废为宝;三是产业效益,目前台湾合格的生产生物柴油的企业约10家,累计带动产业投资约10亿元,全面添加2%生物柴油后,估算年产值约30亿元,已形成一定的规模。
3、生物燃料乙醇的提取与应用
台湾的生物燃料乙醇产业起步较晚,目前尚处于发展初期。生物乙醇的提取主要有两种类型,一种是以糖类及淀粉为原料,如甘蔗、薯类、甜菜、甜高粱等,经发酵、蒸馏、脱水而制成燃料乙醇,这种生产技术已相对成熟。另一种是以木质纤维为原料,如蔗渣、玉米秆、稻草及稻壳、农业生产残留物、木屑等非粮食作物作为原料,这种被称为纤维素乙醇,纤维素乙醇是未来生物乙醇工业的发展方向。目前台湾提取生物乙醇主要以前一种方法为主,依靠糖类和淀粉类农作物作为原料。
台湾生物乙醇所需原料主要来自岛内22万公顷休耕地,台“农委会”对休耕地转种能源作物的给予每公顷4.5万元的补贴。除了传统的甘蔗种植之外,为降低成本,台“农委会农业试验所”正在研究培植甜高粱用于生产生物燃料乙醇。甜高粱栽培容易、产量高、需水量少、生长期短、适于机械播种及采收,是生产生物燃料乙醇最具潜力的农作物,其茎秆及叶片产量可达每公顷60吨以上,糖汁的固形物含量可达16%以上,每公顷可转换生物燃料乙醇2000公升,另外高粱残渣每公顷有16吨,若采用纤维乙醇生产技术,还可转换4500公升的纤维素乙醇。若将休耕地用于种植甜高粱之类的能源作物,可大大降低生物乙醇的成本。
受原料的影响,台湾制造生物乙醇的厂商大多由原来的食品企业转型而来,例如台糖、味王、味丹、台荣等。其中,台糖是生产生物乙醇的主要厂商,台糖曾有42座糖厂,糖业自由化之后,仅剩3座糖厂在运作。在生物能源推广示范期内,台湾相关部门给予补贴,将一部分糖厂转型为生物乙醇制造工厂,2009年台糖利用甘蔗为原料生产生物乙醇15万公升。台湾另一食品公司味王,早在2004年就在泰国设立木薯燃料乙醇工厂,以进口木薯糖蜜作为原料提取生物乙醇,所提取的生物乙醇最后交由“中油”公司进行脱水处理,按相应比例添加进传统汽油中。
2、自主研发能力弱,部分技术和设备依赖进口
台湾生物质能的开发利用仍处于产业化发展初期,除了上游的原料供应不足及成本偏高之外,台湾生物质能产业链中最为薄弱的环节是中游的生物质能生产和下游的供应体系。台湾生物质能生产缺乏具有自主知识产权的核心技术,相关的技术和设备仍掌握在巴西、欧美的主要厂商手中,尤其是生物燃料乙醇的生产技术和设备仍仰赖进口,甚至油品的供应设备也是以进口为主。因此,台湾要发展生物质能产业,不仅需要在优良品种选育、适应性种植、发酵菌种培育,还要在关键技术、配套工艺及相关供应设备等方面加强研发与应用技术的转化。
3、扶持政策尚不完善
台湾虽已制定了“再生能源发展条例”与“永续发展行动计划”,但还不完善。尤其是在科技研发、金融扶持、市场开放等方面缺乏合理有效的激励机制。首先,台湾生物质能的定价机制还没有体现出环境效益的因素,尚未形成支持农业生物质能产业持续发展的长效机制。其次,台湾虽已强制添加生物燃料,但也需扶持汽车制造商配合改造汽车动力系统,以适应混入规定比例的生物燃料。最关键的是对原料的生产补贴严重不足,依“台经院”的测算,如果台湾需要推广使用B2生物柴油1亿公升,至少需要将现有的22万公顷的休耕地全部种植能源作物,若农民在休耕地种植大豆作为能源作物出售,且获得“农委会”每期每公顷4.5万元的能源作物补贴,其净收益约为2.7万元/公顷,还不及休耕的3.8万元/公顷的补贴,显然农民并没有生产能源作物的积极性。因此,台湾在生物质能发展的上、中、下游的政策配套及相关法规仍不完善,这制约了岛内生物质能产业的发展。只有尽快制订明确的生物质能相关的推动政策及辅导补助或奖励措施,提高农民收益,降低企业风险,才能促进台湾生物质能产业的发展,提高竞争优势。
四、台湾生物质能产业的发展前景
台湾生物质能产业发展还处于起步阶段,以生物质能替代传统能源还面临诸多挑战,但发展生物质能是大势所趋,若台湾能进一步提升相关技术,再配以完善的政策,适合的发展模式,发展生物质能产业对台湾的能源、环保、农业都将产生积极的综合效应。
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。
据调查,目前我国可开发的生物质能资源总量约7亿吨标准煤。事实上,生物质能源技术之所以具有广阔的市场前景,其优势在于开发利用生物质能源不仅可以获得取之不尽的能源,而且具有保护环境,节约能源的功能。正是基于这样强烈的社会责任感和战略远见,大连鑫宝生物质能有限公司赫然出现,它刚亮相,就以自己独特的产业定位赢得业内和大众的认可。
大连鑫宝生物质能有限公司是一家集科研、生产、销售于一体的综合性经济实体。公司一直致力于生物质能环保系列产品的研究和开发。经过不懈努力,成功开发研制出生物质(颗粒)燃料、生物质(颗粒)气化燃烧锅炉、生物质壁炉及颗粒加工的机械设备和自动生产线。2005年7月,生物质(颗粒)燃料及气化燃烧锅炉经辽宁省锅炉、环保部门检测及专家鉴定,评为绿色环保产品。同时,气化燃烧锅炉获辽宁省环保产品认定。2006年2月,生物质(颗粒)燃料及气化燃烧锅炉被评为国家重点环境保护实用技术(A类)。2006年10月,生物质能(颗粒)气化燃烧锅炉被大连市认定为具有资质的环保产品,并在大连市环境保护局网站上予以公布。
目前,大连鑫宝生物质能有限公司形成了完整的生产体系,投资与合作基地包括生物质能设备生产基地、生物质能燃料生产基地、生物质能(颗粒)气化锅炉生产基地。生物质能的开发利用符合节约型城市的需要、符合环保的需要、符合“三农政策”的需要,符合国家大力建设社会主义新农村的需要!
农村生物质能资源种类多、分布范围广,开发利用农村生物质能源替代常规能源,具有十分广阔的发展前景。
1、发展农村生物质能源,有利于缓解能源供应压力,减少对化石能源的依赖。
我国既是化石能源非常短缺的国家,还是能源消费大国,我国年能源消费总量已达到20亿吨标准煤,居世界第二位,今后,随着经济持续快速发展,能源需求还将不断增加,据初步预测,到2020年,全国能源需求总量将达到30~36亿吨标煤,能源安全形势将更加严峻。
2、发展农村生物质能,有利于减轻环境污染。
由于我国能源消费结构以煤为主,煤炭使用过程中产生的污染成为我国主要的环境问题之一,目前,我国废气排放中约90%的二氧化硫、85%的二氧化碳和80%的烟尘都是由燃煤造成的。生物质能源替代化石能源可以减少污染物排放,保护环境。同时农村生物质能主要原料是农村秸秆、畜禽粪便等农业废弃物质,对农业废弃物的充分利用可以变废为宝、变害为利,减轻农业生产自身造成的农业面源污染,有利于保障农业生产安全和人民身体健康。
目前,农村能源消费总量从4.15亿吨标准煤发展到4.91亿吨标准煤,增加了18.3%,年均增长2.4%。而同期农村使用液化石油气和电炊的农户由1578万户发展到4937万户,增加了2倍多,年增长达17.7%,增长率是总量增长率的6倍多。可见随着农村经济发展和农民生活水平的提高,农村对于优质燃料的需求日益迫切。传统能源利用方式已经难以满足农村现代化需求,生物质能优质化转换利用势在必行。
一种能够“废物利用、变废为宝”的炉具就是农村生物质能的一种。它很廉价,但能够带来可观的社会效益;它构造简单,但却能够有效解决农村资源浪费和环境污染这样复杂的问题;它不受气候影响,符合农村生活的实际,深受农民群众欢迎,它就是高效低排生物质炉。
二、我市农作物秸秆现状
晋中市地处山西中部,西北部紧邻太原,东部与寿阳接壤,南部与太谷交界,属典型的温带大陆性气候,2009年全市耕地面积545.8413万亩,以粮食、蔬菜、果树等农作物为主,全市种植玉米305.78万亩,梨29万亩,苹果49万亩,全市农作物秸秆总产量为305.78万吨,秸秆资源丰富。果树枝盛果期果树每年每亩约修剪300~500公斤果树枝计算,苹果、梨种植78万亩果树产果树枝23.400~39万吨,目前我市秸秆利用率低,技术手段落后,造成了资源的严重浪费。因此,推广高效低排放生物质炉非常必要。
三、推广高效低排放生物质炉的示范效果显著
我市榆次区西祁村是使用高效低排放生物质炉的示范村。西祁村共有耕地面积1832亩,户均4亩果树。在新农村建设中,省农村可再生能源办公室从沼气建设入手,采取整村推进的形式,为全村建成户用沼气池108户,占到全村总户数的90%。但是沼气未能彻底解决农户冬季取暖的问题,因此,2008年我们试点安装了100多个高效低排放户用生物质炊暖两用炉,并结合本村果园多的实际配套3台树枝切割机,很好地解决了村民们的冬季做饭、取暖、洗澡等生活用能。
当我们走进村民王成平家,院子里的3个黑黝黝的大铁炉吸引了记者的目光,户主王成平笑着说:“以前我们在冬天就是靠这三个炉子取暖的,现在装上生物质炉就用不着了。”据王成平介绍,以前每到冬天,3住人的屋子必须装上这样的3个大铁炉才能保证取暖,按每个炉子一冬烧1000块蜂窝煤计算,一年全家仅取暖就要花掉1500多元钱。“现在好了,用上生物质炉,又省钱、又干净,也不怕煤气中毒,安全实用两全其美。以前当地村民大多都把果树枝仍在田间就地焚烧,不仅浪费资源,还污染环境,影响村民们的生活质量和身体健康。现在用上生物质炉具,不仅使大量的农田废弃物、果树枝变废为宝,而且还有效地杜绝了村里村外、田间地头果树枝的乱丢乱弃,整洁了村容村貌,净化了生活环境,深受我们农民们的欢迎。”
村民王二保家正在准备午饭,“院内洁净堂内明,不见炊烟闻饭香”的情景,一下子颠覆了记忆中农村烧火做饭烟熏火燎的印象。王二保说:“自打用上生物质炉,家里就再也没冒过黑烟,做饭还快,赶上农忙,回来加一把柴禾,20分钟饭就全好了。”
截至目前为止,晋中市示范高效低排放生物质能炉试点推广3600户,按每个农户减少或节约1500元买煤买炭的钱,那么3600农户,增收节支540万元,高效低排放生物质炉不但经济效益显著,生态效益与社会效益也非常可观。
四、高效低排放生物质炉具有三个优点
1、变废为宝 清洁环保。
高效低排放生物质炉是指以秸秆、薪柴等生物质为燃料,在炉内既有明火燃烧又有气化成分,没有焦油,不冒黑烟,燃烧充分,热效率高,烟气排放低的炉具。这种炉具可用于炊事、取暖、淋浴等,构造简单,便于安置,非常适合农村家庭使用。
2、生物质炉燃烧原理。
生物质炉之所以能够实现清洁、节能、高效的特点,是因为它具有独特的燃烧原理:燃料经过干馏氧化还原等过程,可以转化成高温可燃烧气体,气体经过剧烈旋转和混合,燃烧更加彻底。
3、生物质炉使用燃料。
生物质炉以固化成型燃料为主要发热燃料,固化成型燃料是将农作物秸秆、稻壳、木屑等农林废弃物粉碎后,加入成型机器中,在外力作用下压缩成所需的形状。它具有密度大、安全性好;体积小,储存方便;燃烧充分,残留灰渣少等特点,它的热值相当于普通原煤的0.7倍左右,燃烧排放有害气体成分低,可实现二氧化碳零排放,二氧化硫含量较低。此外,果树修剪枝、玉米芯、薪柴等都可以直接作为燃料使用。农户使用情况证明,使用这种售价1000多元的炉具,一个五口之家一天炊事需要4.5~6公斤燃料,每年大约需要2000公斤燃料。也就是说,农户只要有5亩耕地或者6亩果树,即可满足燃料需求。