生物质转化技术及其研究进展
蒋随新
（广西大学生物工程系，广西 南宁 540003）
摘 要：介绍了我国生物质资源利用的现状及生物质转化技术，目前的生物质转化方法有直接燃烧法、生物化学法（发酵和厌氧性消化），热化学转化法（汽化、热解、液化和超临界萃取)、固体成型。分析了生物质转化技术在应用过程中存在的问题，提出对解决生物质转化技术在应用中存在问题的建议，在此基础上展望了我国生物质能产业的发展前景。
关键字：生物质，转化技术，利用现状
The Conversion and Utilization Technology of Binnass and Its Research Progress
Suixin Jiang
（Biological Engineering, Guangxi University）
Abstract ：Describes the use of biomass resources status and biomass conversion technology, the current method
of direct conversion of biomass combustion, biochemical methods (fermentation and anaerobic digestion), thermo-chemical conversion process (vaporization, pyrolysis, liquefaction and SCFE), solid-molding. Analysis of the biomass conversion technology in the application process the problems and make recommendations to resolve the biomass conversion technology issues exist in the application, on the basis of a prospect of biomass energy industry.
.Keywords: Bioenergy, Conversion technology,Utilization status
前言
目前，随着工业化进程的加快和科技的进步，人们对化石资源的需求与消耗进一步的加
大。然而化石资源等不可再生资源毕竟是有限的。据报道，全球能源消耗以平均每年3%的速度递增，天然气、煤和石油分别占全球能源消耗的17%, 25%和32%，可分别使用60年、220年和40年。在为社会提供86%的能源的同时，化石资源还提供了96%的有机化学品。化石资源的枯竭不仅会带来巨大的能源问题，还必然造成很多重要的化学品短缺，从而制约经济发展和社会进步。因此，寻找能源和化学品的新来源己经成为当务之急。
在众多的可再生资源中，生物质资源最具有广泛开发价值。生物质己经成为煤、石油和天然气之后的第4位能源，占世界一次性消耗能源的14%。生物质(Biomass)是一切直接或间接利用植物光合作用形成的有机物质，包括所有动植物和微生物，及由这些生物的排泄和
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代谢的有机物质。通常来讲，生物质主要包括木质纤维素类生物质、禽兽粪便、城镇固体有机垃圾、生活和工业有机废水和能源生物等。生质以化学能的形式储存着太阳能，是一种可再生的、丰富的和低污染的资源。据报道，目前我们每年仅利用13亿t的生物质能，仅占其总量的0.76%。而中国理论上生物质资源是目前中国总能耗的4倍，足以满足中国当前和未来的发展需要。生物质资源的利用过程是碳中性的，植物通过光合作用捕获CO2生成有机物，而其释放的CO2又可重新被植物吸收，因此在生物质的整个利用过程中CO2是“零排放”的。而且生物质资源仅含少量的氮和硫，因此在其转化利用过程中可大大缓解由于大量使用化石资源所带来的温室效应等环境问题
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1生物质原料种类
生物质原料种类众多，其中常见的生物质能源原料主要有草本植物、木本植物、微藻和脂肪类生物质资源。
草本能源植物是重要的生物质资源，欧洲和美国把它作为首选的生物质能源植物。根据各种草本能源植物所含成分的不同，其应用领域也不尽相同。如富含糖类、淀粉的草本植物(甘蔗、甜高粱、木薯等)可以作为生产燃料乙醇的良好原料;油菜是重要的油料作物，可以用于制备生物柴油;富含纤维素的草本植物通过生物和化学方法处理后，可以得到乙醇和沼气等高热值的能源。近年来，可用于生产燃料的能源草越来越受到人们的关注，能源草一般为禾本科多年生高大的丛生草本植物，如荻、芦竹、杂交狼尾草、柳枝等，它们富含纤维素和半纤维素，灰分含量低，具有热值高、干物质产量高、抗旱、耐瘩薄能力强、适应性广的优点，是目前最具发展前途的生物质资源之一。
木本植物是生物质能源原料中的又一重要构成。木本生物质资源种类很多，如直接来自于森林的能源林木材、间接来源于森林的林木废弃物、木质燃料能源林(乔木林和灌木林等)、各种木本林业的废弃物等，这些木本生物质可以经化学转化、热化学转化和生物转化技术，生成不同的气体、液体和固体生物燃料
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。我国对木本油料生物质资源的开发利用最为引人。木本油料植物一次种植后可持续利用数十年，不
注目，木本油料生物质资源，如光皮树、麻疯树、油茶、乌柏、油桐、黄连木、文冠果等都是用于生产生物柴油的良好生物质原料的经济性。
微藻是一类细胞结构简单、生长速度快的原核或真核光合微生物，真核微藻包括绿藻、硅藻等，原核微藻主要指蓝藻。微藻种类繁多，广泛分布于淡水、海水和陆地，被认为是一种重要的生物质资源，在未来有望取代传统的化石燃料。与其他植物生物质资源相比，微藻作为生物质原料具有许多优点，如光合效率高、生长周期短、生长速率高、可连续收获、藻体油脂含量高、微藻生物质燃油热值高等。微藻转化方式多样，如萃取转酷化、热解、气化等，可以生产生物柴油、汽油和航空燃料等多种生物质液体燃料。
油脂是重要的可再生生物质资源，主要来自动物脂肪、微生物油脂、油料作物等。油脂茹度高，可通过热裂解、催化加氢和酷交换等方法改变其分子结构，制备适合于发动机使用的不同液体燃料
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用每年重新种植，可降低原料成本，从发展的角度看，能有效提高林业生物质资源开发利用
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2生物质转化利用技术及研究状况
2.1直接燃烧技术
生物质直接燃烧是生物质能最早被利用的传统方法，就是在不进行化学转化的情况下，将生物质作为燃料转化成能量的过程。通常是在蒸汽循环作用下将生物质能转换为热能和电能，为烹饪、取暖、工业生产和发电提供能量和蒸汽。直接燃烧可大致分为炉灶燃烧、锅炉燃烧、固型燃烧和垃圾焚烧4种方式。 2.1.1炉灶燃烧
炉灶燃烧是最原始的利用方法，一般适用于农村或山区分散独立的家庭用炉，投资最省，但效率最低。生物质在炉灶中燃烧的热效率一般为10%-15%，在省柴炉灶中燃烧的热效率为30%左右。到目前为止，我国己推广新式省柴节煤灶1.7x10户，新式灶提高了热效率10多个百分点，缓解了部分地区柴草不足的紧张局面2.1.2锅炉燃烧
锅炉燃烧采用现代化的锅炉技术适于大规模利用生物质，效率高，可实现工业化生产，但其投资高，不适合分散的小规模利用。生物质作为锅炉的燃料直接燃烧，其热效率为50%-60%。
从国内外生物质直接燃烧技术的发展状况来看，流化床锅炉对生物质燃烧的适应性较好。Eriksson和Kjellstrem等研究了木材水解残渣在150 kW的粉末燃烧器里燃烧情况
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结果表明，直接燃烧是燃气轮机使用的切实可行的方法。生物质燃料在床内停留时间较氏，可以确保生物质燃料完全燃烧，提高生物质锅炉的效率，同时流化床锅炉能够在850℃左右稳定燃烧，燃料燃尽后不易结渣，并且减少了NOx，SOx等有害气体的生成，有益于环境的保护，符合国家的节能减排政策。 2.1.3固型燃烧
固型燃烧是把生物质固化成型为高密度的固体燃料后，采用传统的燃煤设备燃用，以便集中利用，提高热效率。生物质经过固化以后，能量密度可增大到加工前10倍左右，热值可以达到15000 kJ/kg左右，经测定该燃料排放物的污染度低于煤，是一种高效、洁净的可再生能源。目前，制约固体成型燃料发展的因素主要集中在成型机械的稳定、可靠运行上。 2.1.4垃圾焚烧
垃圾焚烧也是采用锅炉技术的，但由于垃圾的品位低、腐蚀性强，所以要求技术更高、投资更大，从能量利用的角度看也必须规模较大才可行。热值较高的生物垃圾采用热电联供方式进行处理，工艺流程为:生物垃圾一选择性破碎机一流化床焚烧炉一废热锅炉一供热/汽轮发电机。
目前发达国家己由“直接焚烧法”向“热解焚烧法”发展，而我国己将热解焚烧法列入自然科学领域中的前沿研究项目
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2.2热化学转化法
生物质热化学转化技术2. 2.1热解技术
生物质在隔绝或少量供给氧气的条件下，利用热能切断生物质大分子中碳氢化合物的化学键，使之转化为小分子物质的加热分解过程通常称之为热解。
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是指在一定的温度和压力等条件下，使生物质气化、碳化、
热解和催化液化，以生产气态燃料、液态燃料和其他高附加值化学品。
生物质转化
