探求生物质秸秆能源化利用出路

摘 要 介绍传统能源紧缺、温室气体排放及秸秆滥用的现状,综述生物质秸秆能源化利用的途径,提出作为解决三大问题的关键,应加快其推广进程。

关键词 传统能源;温室气体;秸秆滥用;生物质秸秆;能源化利用

中图分类号 S8 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2010)091-0108-01

生物质秸秆是一种洁净的可再生能源,是当今世界仅此于煤炭、石油、天然气的第四大能源,它的开发利用越来越受到人们的关注。农作物光合作用的产物有一半以上存在于秸秆中,是一种具有多用途的可再生的生物资源,每两吨秸秆的热值就相当于一吨标准煤。在生物质的再生利用过程中,排放的CO2与生物质再生时吸收的CO2达到碳平衡,具有CO2零排放的作用,市场前景非常广阔。而有效处理秸秆、防止秸秆禁烧更是成为政府重视、媒体关注、关系农民切身利益的一项亟待解决的问题。

1 一石三鸟:秸秆能源化利用

能源是一个国家国民经济的基础,而近年来化石能源的短缺已严重影响着工业、农业、交通以及人们生活的各个方面,制约经济的持久稳定发展。化石能源是目前全球消耗的最主要能源,2006年全球消耗的能源中化石能源占比高达87.9%,随着人类的不断开采,化石能源的枯竭是不可避免的,大部分化石能源本世纪将被开采殆尽。而仅我国秸秆资源量就已超过7.2亿t,折合约3.6亿t标准煤,除约1.2亿t用于饲料、造纸、纺织和建材等外,其余6亿t均可作为能源用途。

而温室气体的排放问题更是今年来各国争执不定的话题,众所周知,CO2等温室气体的排放会产生温室效应,导致全球气温上升,海平面上升。化石能源便是温室效应的最大“黑手”,威胁全球生态。作为替代品,生物质秸秆通过光合作用把CO2和H2O转化为葡萄糖,并把光能储存在其中,然后进一步把葡萄糖聚合淀粉、纤维素、半纤维素木质素等物质,它的再生利用过程具有CO2零排放的作用,不会产生额外的CO2,是一种具有多用途的可再生的生物资源,相比矿物质能源更加清洁,对环境造成的负担更小。

此外,从秸秆本身角度看,农作物秸秆季节性、区域性、结构性过剩现象凸显,秸秆焚烧现象屡禁不止,严重污染空气质量,已成为令政府与居民深恶痛绝的一大公害。让农民切实了解到秸秆利用的经济效益是解决这一问题的长久之计。1个装机容量为25MW的机组年耗生物质秸秆30万吨以上,若按150元/吨的价格计算,则当地农民年收入约4500万元。生物质秸秆的综合利用更能带动科技、工业、农业的发展,增加就业,切实提高农民生活。经济效益不可估量。

因此,生物质秸秆的能源化利用将成为解决能源短缺,温室效应,秸秆滥用的一大重要途径,可谓一石三鸟。

2 秸秆能源化利用途径

目前我国主要有以下3种秸秆能源化利用渠道:秸秆发电、秸秆燃气与秸秆转化制汽油柴油。

2.1 秸秆发电

秸秆发电,就是以农作物秸秆为主要燃料的一种发电方式,分为秸秆气化发电和秸秆燃烧发电。

1)秸秆气化发电。基本原理是把生物质秸秆转化为高品位的燃料气,再利用燃料气推动内燃机或燃气轮机发电。既能解决生物质秸秆燃烧效率低,分布分散的缺点,又可以充分发挥燃气发电设备结构紧凑、污染少的优点。秸秆气化发电工艺主要包括3个方面:一是生物质秸秆气化,在气化炉中转化为气体燃料;二是气体净化,气化后的燃气都含有一定的杂质,需经过净化系统把杂质除去,以保证燃气发电设备的正常运行;三是燃气发电,利用内燃机或燃气轮机进行发电。

2)秸秆燃烧发电。通过秸秆处理系统将秸秆进行集中焚烧处理,在不产生任何二次污染的前提下,燃烧产生热能发电。此方法不仅可以调节我国以煤炭火电为主的结构,而且还能带动周边农村经济收入,一个2×12MW 机组,因采用秸秆燃烧发电可使农民每年增收2000万元。丹麦的BWE公司率先研究开发了秸秆燃烧发电技术,迄今在这一领域仍是世界最高水平的保持者。相比而言,国内的技术不成熟,成本昂贵,运输困难。解决这些瓶颈问题是推广秸秆燃烧发电的关键。图1是生物质秸秆燃烧发电的工艺流程。

图1 生物质秸秆燃烧发电工体流程

2.2 秸秆燃气

秸秆燃气,是利用生物质通过密闭缺氧,采用沼气技术或热解气化技术后产生的一种可燃气体,可为农村提供清洁能源。

1)沼气技术。该技术按处理工艺可分为干法和湿法发酵两类,其工艺基本处理过程分为3个阶段,即好氧预处理升温→厌氧发酵生产沼气→好氧发酵生产有机肥料。沼气的主要成分是甲烷和少量的二氧化碳,残余物为有机肥料。每立方米沼气的热值为23MJ左右,相当于1kg原煤热量。一个村子的沼气完全开发足够其自用,是典型的物质循环过程,但是农村技术条件低和成本高一直是这项技术无法普及的原因。

2)热解气化技术。秸秆热解气化技术通常称为秸秆气化技术。秸秆在气化反应器中氧气不足的条件下发生部分燃烧,以提供气化吸热反应所需的能量,使秸秆在发生热解气化反应,转化为含氢气、一氧化碳、甲烷、低分子烃类的可燃气体。秸秆热解气化得到的可燃气体既可为锅炉燃料供热,又可以经过除尘、除焦、冷却等净处理为燃气用户集中供气,或驱动燃气发电机、燃气内燃机发电。

2.3 秸秆转化制汽油、柴油

随着原油的价格不断高升,生物质汽油、柴油已受到人们的普遍关注。利用秸秆内的碳水化合物和木质素原有化学结构的特点,在催化剂作用下,调控反应条件,形成高活性自由基,实现了高分子的重新组合,制备出汽、柴油馏分,其液相中40%左右为柴油馏分,20%左右为汽油馏分,具有廉价、清洁、环保、安全、可再生等优点,该方法为石油及化工行业开辟了广阔的前景,有助于可持续发展与和谐社会。

3 结束语

生物质秸秆作为一种可再生的清洁能源,不仅能减轻能源短缺的压力,调节能源结构,减少温室气体排放,而且秸秆能源利用还可以为如何处理大量的秸秆这一农业难题提供了一条解决途径。不过,生物质秸秆能源化利用还存在技术落后、成本昂贵、推广困难等一系列难题。笔者认为加快技术攻关、政府加大支持力度、加强宣传、尽快实现市场化产业化是根本途径。

参考文献

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