生物燃料应用范文
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导语：如何才能写好一篇生物燃料应用，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，MFC）是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。其基本工作原理是：在阳极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递，并通过外电路传递到阴极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到阴极，氧化剂（一般为氧气）在阴极得到电子被还原与质子结合成水。
一、作用原理
参与传递电子的介体与微生物和阳极之间的作用形式有三种：（1） 微生物将氧化还原反应产生的电子直接传递给溶解在溶液中的介体，介体再将电子传递给电极；（2）介体能进入到微生物体内，参加反应被还原，从微生物体内出来后再将电子传递给电极；（3） 微生物吸附在电极表面，它将反应产生的电子传递给在细胞表面的介体，再通过介体传递给电极。
二、研究目的和意义
目前，我国工业化进程发展迅速。在工业化快速推进过程中，对能源的需求和依赖日益增长。然而，目前支撑着工业和经济发展的化石燃料已经难以为继。因此，发展新能源和可再生能源，减少对国际石油市场的依赖，已经成为我国重要的战略性布局。微生物电池不仅用于产生清洁能源，还能净化污水。污水处理费时费钱还消耗大量能量，基本是个只投入不产出的行业，也是让各国政府头疼的一大难题。因此，又能净化水质，又能发电的微生物燃料电池一旦出现，将有望把污水处理变成一个有利可图的产业。微生物燃料电池（Microbial fuel cell， MFC）是一种以产电微生物为阳极催化剂将有机物中的化学能直接转化为电能的装置，在废水处理和新能源开发领域具有广阔的应用前景。虽然目前已发现很多产电微生物，如希瓦氏菌、地杆菌、克雷伯氏杆菌等，但这些菌种均只能在中性条件下产电。理论上，碱性条件可以抑制甲烷的产生从而有利于电能输出，而且碱性废水是工业废水的重要组成部分。产电微生物如何将有机物代谢产生的电子传递到电极上一直以来是MFC研究的一个重要方向，因此，研究碱性条件下的微生物产电机制对MFC的电能输出与碱性废水的生物处理均有重要意义。中国科学院成都生物研究所应用与环境微生物中心李大平研究员课题组在微生物燃料电池的产电机制研究方面取得突破性进展。他们从污染环境中分离出一株嗜碱性假单胞菌（Pseudomonas alcaliphila），该菌株在碱性条件下能够分解有机物的同时产生电能，最佳pH为9.5。通过研究发现，该菌株在MFC体系中代谢有机物的同时产生吩嗪-1-羧酸介体（phenazine-1-carboxylic acid，PCA），该介体起电子穿梭的作用从而实现电子从有机物到电极的传递过程。
三、研究内容与方法：
1、微生物燃料电池的菌种群落的培养
产电细菌是微生物燃料电池的核心构件。产电细菌的电化学活性直接决定了微生物燃料电池的能量密度。而对于微生物燃料电池中的微生物， 不论是自身具有电化学活性，还是进行种间电子传递，对于它们构成的生物群落的研究刚刚开始。本项目将依托舟山地区得天独厚的自然地理环境和丰富的微生物群落，通过对海底沉积物的选取和以及细菌培养，以期能够发现新型产电细菌，提高海底微生物燃料电池的功率密度， 并研究其产电机理。
2、海洋沉积物微生物燃料电池系统的设计和优化
微生物燃料电池系统主要包括三个要素：阳极，阴极和膜。 由于海洋沉积物燃料电池工作于海水环境中，海水中含有高浓度的盐分，工作环境恶劣，这将对海洋沉积物燃料电池的构件提出了更高的要求。另外，微生物燃料电池的造价也会直接影响微生物燃料电池的实用化进程。在微生物燃料电池的使用中，一般使用氧气做电子受体，碳担载的贵金属纳米粒子（Pt）作为氧还原催化剂并用交换膜将微生物燃料电池的阳极和阴极隔开。贵金属催化剂的使用，提高了微生物燃料电池的成本，并且，海水中的氯离子会对Pt催化剂产生毒化作用，这将会造成微生物燃料电池的效率损失。因此，本项目将设计一种新型的微生物燃料电池系统，采用双极膜作为微生物燃料电池阴极与海水的分隔物，利用水离解产生的氢氧根和氢离子作为传输介质，隔绝海水中氯离子对阴极催化剂的毒化作用这是本项目的技术关键。
四、研究目标与结果
第一部分为对原有燃料电池的改造：本实验室原有燃料电池反应器多个，但是由于微生物燃料电池中微生物为厌氧性细菌，需要将燃料电池原有气室改造为适合微生物生长的密闭培养室。
第二部分为培育和优化产电菌种群落：本项目将分别从小黄蟒岛等具有代表性的岛屿处选出海底沉积物，在燃料电池细菌培养室内培养，启动并测试微生物燃料电池的功率密度，以期能够得到高功率，非硫还原的产电菌种。
篇2
【关键词】生物降解；天然；高分子；药物缓释
近年来，高分子材料被越来越多地应用于生物医药领域，其中尤以可生物降解高分子材料最为引人关注。这类材料不仅具备可生物降解性和生物相容性，还能在体内降解成小分子化合物，从而被基体代谢、吸收或排泄，对人体无毒副作用[1]。生物降解高分子材料被广泛用于药物缓释载体、医用手术缝合线、骨内固定材料、组织工程材料等，其中尤以用作药物缓释载体的研究最为广泛而深入。
药物缓释就是将小分子药物与高分子载体以物理或化学方法结合，在体内通过扩散、渗透等方式，将小分子药物以适当的浓度持续的释放出来。药物缓释体系有利于提高药物疗效、降低毒副作用，使药物能在指定时间内按预定的速度释放到指定的部位，使药物在体内能够保持有效浓度，减小或消除副作用[2]。目前，用于充当药物缓释载体的生物降解高分子材料主要包括天然高分子与合成高分子两大类。本文主要综述了天然生物降解高分子材料在药物缓释领域的应用，并将其分为以下几类：
1、蛋白质类
（1）丝素蛋白
丝素蛋白是一种源于蚕丝的天然高分子材料，其性质稳定、无毒、廉价易得，具有良好的生物降解性和生物相容性。目前，丝素蛋白作为药物缓释载体的研究主要集中于丝素微球、丝素凝胶以及丝素膜三类。
丝素蛋白与其他天然高分子材料可以复合制得缓释微球/微囊。韩龙龙等[3]研究了丝素蛋白-海藻酸盐缓释微胶囊的结构和释药性能。研究发现，复合微囊中的丝素蛋白与海藻酸盐分子间有静电和氢键作用，交联剂戊二醛对微囊外层的丝素蛋白也有交联固化作用，使得丝素蛋白与药物间的物理交联作用加强，药物包封率提高。
水凝胶药物释放系统中，药物通常以包埋或吸附的方式固定在凝胶中。当环境（如温度、pH值或离子强度等）改变时，凝胶表面的孔洞变大，药物便能从孔洞中释放出来[4]。卢敏等[5]制备出具有交联结构的丝素蛋白/聚氨酯（SF/PU）水凝胶。通过扫描电子显微镜（SEM）观察到SF/PU水凝胶具有多孔结构，药物释放时间达到10h以上。马晓晔等[6]通过自由基聚合的方法合成制备了自膨胀PAAS-SF semi-IPN水凝胶（聚丙烯酸钠-丝素半互穿网络水凝胶），发现随着水凝胶中丝素蛋白含量的增加，凝胶的膨胀率增大，压缩强度减小，药物释放速率加快。
丝素蛋白膜是一种多孔网状结构的天然聚氨基酸膜。吴莉[7]以盐酸利多卡因为模型药物，丝素蛋白为膜材，制备了盐酸利多卡因丝素蛋白双层膜。实验证明，双层丝素膜比单层膜有更明显的缓释作用。陈建勇等[8]研究认为离子化药物在丝素膜上的渗透性对外部溶液的pH值有良好的响应性能。当丝素膜荷电与药物离子荷电不同时，药物的渗透速度变慢；当丝素膜的荷电与药物荷电相同时，药物的透过速度加快。因此，可将丝素膜制成药物渗透速度调控膜。
（2）胶原
胶原是人体内含量最丰富的蛋白质，胶原具有生物相容性和弱的免疫原性，并且具有高度亲水性、透氧性等优点，因此是优良的药物载体。胶原膜可解决非水溶性药物的局部给药问题，可将非水溶性药物颗粒均匀分散在胶原基质中，制成混合药膜。
廖红胜等[9]制备了纳米羟基磷灰石/胶原材料复合硫酸庆大霉素缓释系统（nano-HA/C-GM-DDS），并观察其体内释药效力。研究证实，nano-HA/C-GM-DDS在体内有较好的缓慢释放效应，是一种较好的治疗骨组织感染的生物材料。梁兴宇等[10]采用煅烧挂浆法制备了胶原缓释微球复合硫酸钙/冻干骨支架，并且研究该种植体的细胞相容性。结果发现，制得的支架能促进成骨细胞的生长，并且发现细胞有向空隙内部长入的趋势，经过表面修饰后的支架较原来的细胞相容性有了明显提高。
（3）纤维蛋白
纤维蛋白粘合剂是由多种血浆蛋白成分组成的一种复合制剂，其主要成分为纤维蛋白原/ 凝血Ⅷ因子（主体胶）和凝血酶（催化剂），经过简单处理后便可形成纤维蛋白凝胶。该凝胶为三维网状结构，网眼可以形成储药库，将治疗用的药物包合在凝胶内[11]。随着凝胶被逐渐吸收和降解，药物便可缓慢释放，从而产生理想的药物定向缓释作用。
张宏伟等[12]探讨了在大鼠坐骨神经损伤后，局部应用纤维蛋白凝胶（FG）-他克莫司（FK506）药物缓释系统对神经再生的影响。研究证明，FG-FK506药物缓释系统在大鼠坐骨神经再生中起到明显促进作用。Kawasaki等[13]在生物胶缓释作用的体外实验中发现，胶内所含抗肿瘤药物的释放与胶内外药物的浓度差密切相关。白波等[14]认为纤维蛋白凝胶的浓度及含水量对药物的释放有影响，凝胶浓度过高，则网孔越致密，药物贮存效果降低，影响药物的释放速度和时间。
2、壳聚糖类
壳聚糖是一种天然的生物高分子线形多糖，其广泛存在于低等植物菌类、藻类的细胞，节肢动物虾、蟹、昆虫的外壳，贝类、软体动物的外壳中，是地球上仅次于植物纤维的第二大生物资源。壳聚糖具有良好的生物相容性、降解性、低毒性，在药物载体方面得到大量的应用与研究。目前，壳聚糖缓释体系主要分为：壳聚糖微球、壳聚糖纳米粒子、壳聚糖缓释膜、壳聚糖缓释凝胶四种类型。
曲凤华等[15]采用乳化-化学交联法制备壳聚糖微球及壳聚糖-明胶复合物微球。在对壳聚糖药物缓释的研究基础上，对壳聚糖复合明胶后，对药物缓释的影响情况进行了研究探索，研制出阿司匹林壳聚糖-明胶微球，为阿司匹林提供了一种理想的缓释载体。吴永军[16]用红色无定形纳米硒，辅以壳聚糖、玉米淀粉，合成出了纳米硒-壳聚糖复合颗粒，在模拟消化液中研究了复合物的硒缓释行为，考察了模拟消化液酸碱值、缓释温度、缓释时间对硒释放率的影响，得到了含硒复合物的最佳缓释条件。董亮等[17]以壳聚糖和羧甲基壳聚糖混合物作为基质，采用溶剂挥发法制备丹皮酚药膜，以体外释放法研究药膜对丹皮酚的控释能力。结果发现以1∶1的壳聚糖和羧甲基壳聚糖混合为溶质（甘油含量为2%）制备的药膜具有较理想的物理性质和药物缓释能力。林友文等[18]研究了不同配比、不同pH对壳聚糖/甘油磷酸钠（CS/GPS）水凝胶的温敏性及载药凝胶缓释性能影响，发现一定配比CS/GPS体系在37℃具有快速凝胶化特性，证实了温敏性载药凝胶对药物具有缓释作用。
3、淀粉类
淀粉作为一种可生物降解的高分子材料，来源丰富，价格低廉，具有良好的可降解性和生物相容性，尤其是支链淀粉天生具有螺旋状孔洞结构，可作为药物载体制成淀粉微球、淀粉膜等形式。
李仲谨等[19]以可溶性淀粉作为原料，N，N′-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，采用包埋法制备了氟苯尼考淀粉微球，采用体外动态释药法评价其释药特征。研究发现，氟苯尼考淀粉微球体外释药规律符合一级释放方程和Korsmeyer-Peppas模型方程。李增和等[20]将聚乙烯醇（PVA）溶解后与淀粉（St）共混制得聚乙烯醇/淀粉复合膜，并考察了m（St）∶m（PVA）、反应温度、增塑剂、交联剂用量、反应时间对薄膜性能的影响，优化了实验条件，最终制得拉伸强度、断裂伸长率较大，吸水率和透NH4+率均较低，共混体系的相容性好的薄膜。
4、展望
天然高分子材料相比合成高分子材料，具有更好的生物相容性、低毒性、可降解性。未来在天然高分子材料在药物缓释方面的研究将侧重于多种材料的复合改性（包括与无机材料复合、天然高分子之间复合、与合成高分子复合等）、缓释载体构建以及临床应用研究。随着科技的不断进步，天然高分子必将在医药领域发挥更积极的作用。
【参考文献】
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篇3
关键词：催化剂；生物燃料电池；能源短缺
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.11.243
随着人口的不断增加，能源短缺的问题也日益暴露，寻找新的绿色能源已经迫在眉睫。生物燃料电池则是应用微生物或者酶作为催化剂，把燃料中的化学能转化成电能，这种生物燃料电池原料易得，拥有非常高的能量转化率，对环境产生的危害更小，可以广泛的应用在很多行业之中。
1 生物燃料电池优势
生物燃料电池和其他电池有着很大的不同，它主要是通过生物原料经过催化剂的催化从而生成氢离子，生成的氢离子又与空气中的氧气或者其他氧气中的氧相结合从而生成电流[1]。以葡萄糖分子为例，完全氧化葡萄糖分子的过程中能够让24个电子生成电流，通过光合作用产生的葡萄糖在氧化过程中碳元素不会发生变化，更有利于对环境的保护。而且生物燃料电池的原料非常易得，可以是有机物、无机物还可以利用污水。相对于其他类型的电池，生物燃料电池在操作的时候只需要在一般的温度和压力的环境下操作就可以，因为生物电池的催化剂一般采用的是酶或微生物，所以不需要创造额外的环境和条件。此外，生物燃料电池还能够通过和人体内的葡萄糖、氧气相结合，帮助被移植在人体中的人造的器官产生电能。
2 工作原理与分类
2.1 微生物电池
微生物电池是将燃料放置在阳极室内，微生物不断的发生代谢和氧化反应，在外电路的连接下电子达到阴极，而质子则是利用交换膜到达阴极，已经发生了氧化的物质受到催化剂的影响在阴极室发生氧化还原反应[2]。在最理想的操作状态之下，每包含 0. 4 g 湿微生物细胞（相当于 0.1g干细胞） 的电池能够输出电压0. 4 V输出电流0. 6 mA。因为电子转移形式的不同微生物燃料电池又被分为两种，其中燃料在电极上直接发生氧化反应的是直接微生物电池，燃料在其他地方发生氧化反应并通过一些特定的途径将电子传递在电极上的为间接微生物电池。
2.2 酶生物电池
微生物电池虽然在工作期间比较稳定，催化燃料的程度比较彻底，但是将化学能转化为电能的转化率可能会因为在传输过程中受到生物膜的影响而大大降低。但是酶生物电池就能够克服这一问题。因为酶催化剂拥有非常高的浓度，在电能传输的过程中能够不收到生物壁垒的影响，所以能够输出更多的电流和电压。它的工作原理为，葡萄糖被氧化辅酶进行催化从而变化为葡萄糖酸，利用介质将产生的电子进行转移，并由氢离子利用隔膜进行扩散。在阴极中获得电子的过氧化氢经过催化剂催化和与氢离子进行反应，从而产成水。
3 研究现状与应用
现在对生物燃料电池的研究还处于不断探索的阶段，生物燃料电池还存在着电能转化和输出效率低，使用的时间较短等问题[3]。有研究表明，科学家利用从菠菜叶叶绿体中分解出来的多种蛋白质放入特殊导电装置进行电池的制作，但是这样的电池使用寿命仅有21天，将光能转化成电能的转化率仅仅只有12%，但是电能的转化了率可能会随着科技的不断发展，提高为 20% ，到那时这种生物燃料电池的能量转换率就将超过太阳能硅电池，所以这项研究也吸引了很多的关注，相关的研究人员也在一直积极的探索者这种电池对环境变化的适应情况。可以预见生物燃料电池在很多领域都能得到应用。
3.1 交通运输供能方式更换
现阶段的交通运输采用的能源主要是利用一些化石燃料燃烧所产生的能量，最主要的就是应用石油。但是化石燃料的燃烧会对环境产生极大的危害而且不便于携带储存量较小。但是应用生物燃料电池，就能够应用其他材料作为能源，有效的缓解化石燃料燃烧造成的不好影响，减轻相关的环境问题研究证实1L 浓缩的碳水化合物溶液可以驱动一辆车行驶 25～30km。
3.2 可植入的能量来源
生物燃料电池能够在生物的身体内进行工作，而且产生电能所需要的氧和燃料能够直接从生物体内获得，应用在医学中，能够为移植在人体内的医学装置提供能量。比如说，葡萄糖生物传感器就可以应用生物燃料电池，其中葡萄糖氧化酶为阳极，一个细胞色素 C 的最为阴极，为装置提供电能。
3.3 污水处理
废水也可以作为生物燃料电池原料的来源，产生电能。这样一来不仅能够获得能源，同时也能将废水中的有机化合物提出出去，对污水起到净化的作用。有研究表明150000 人口的城镇的废水如果效率为100%的话甚至能够产生2.3Mwof 的能量。
4 前景展望
生物燃料电池原料来源广泛，操作方便的同时对环境的危害也很小，是一N新型的优质可再生的绿色能源。虽然现阶段生物燃料电池还存在着不够稳定，电能转化率低等问题，但是随着科技的不断进步，生物燃料电池将被不断的发展和完善，在今后的智能电网发电体系中发挥出重要的作用。同时还需要加强对材料稳定性、增加生物催化效率以及电子转移等相关知识的研究，配合生物燃料电池的探究和开发。
5 结束语
生物燃料电池是一种新的能源，虽然对生物燃料电池的研究还处于初级阶段，但是可以预见生物燃料电池未来会在污水处理、智能电网建设、交通、医疗等方面发挥出巨大的作用，对我们的生活和环境产生巨大的影响。
参考文献：
[1]葛小萍，刘财钢，石琰Z.微生物燃料电池在污水处理方面的应用研究进展[J].科学技术与工程，2010，10（14）：3419-3424.
篇4
关键词:环保;生物燃料电池;污水同步处理发电
收稿日期:2010-07-28
作者简介:陈丁丁(1982―),男,江西武宁人,助理工程师,主要从事环境工程方面研究。
中图分类号:Tk01
文献标识码:C
文章编号:1674-9944(2010)08-0207-03
1 引言
环保生物燃料电池并非刚刚出现的一项技术。1910年英国植物学家马克•比特首次发现了细菌的培养液能够产生电流,于是他用铂作电极放进大肠杆菌和普通酵母菌培养液里,成功制造出了世界第一个微生物燃料电池。1984年美国制造了一种能在外太空使用的微生物燃料电池,使用的燃料为宇航员的尿液和活细菌,不过放电率极低。传统的燃料电池是利用氢气发电,但从来没有尝试使用富含有机物的污水来发电。环保生物燃料电池是一种特殊的燃料电池,以自然界的微生物或酶为催化剂,直接将燃料中的化学能转化为电能。
2 环保生物燃料电池的工作原理
环保生物燃料电池(Microbial Fuel Cell MFC)是以微生物作为催化剂将碳水化合物中的化学能转化为电能的装置,由阳极区和阴极区组成,中间用质子交换膜(Proton Exchange Membrane,PEM)分开,如图1所示。环保生物燃料电池的工作过程分为几个步骤:在阳极区,微生物利用电极材料作为电子受体将有机底物氧化,这个过程要伴随电子和质子(NADH)的释放;释放的电子在微生物作用下通过电子传递介质转移到电极上;电子通过导线转移到阴极区,同时,由NADH释放出来的质子透过质子交换膜也到达阴极区;在阴极区,电子、质子和氧气反应生成水,随着阳极有机物的不断氧化和阴极反应的持续进行,在外电路获得持续的电流[1],其反应式如下:
阳极反应:
C.6H.12O.6 + 6H.2O 6CO.2 + 24H++24e-,
E.0=0.1014V
阴极反应:
6O.2+24H++24e-12H.2O,
E.0=1.123V
图1 生物燃料电池结构示意图
3 环保生物燃料电池的利用领域
3.1 废水同步的处理与发电
3.1.1 单一槽设计
电池装置和氢燃料电池有点相似,是一个圆柱形的树脂玻璃密闭槽。微生物燃料电池是单一反应槽,里面装有8条阳极石墨棒,围绕着一个阴极棒,密闭槽中间以质子交换膜间隔。密闭槽外部以铜线组成的闭合电路,用作电子流通的路径。当污水被注入反应槽后,细菌酶将污水中的有机物分解,在此过程中释放出电子和质子。其中电子流向阳极,而质子则通过槽内的质子交换膜流向阴极,并在那里与空气中的氧以及电子结合生成干净的水。从而完成对污水的处理。与此同时,反应槽内正负极之间的电子交换产生了电压,使该设备能够给外部电路供电。单一反应槽是微生物燃料电池设计的创新。大部分燃料电池的设计以两反应槽为主,分别为阳极槽和阴极槽,在阳极槽中以厌氧方式维持微生物生长;阴极槽中则需维持在有氧环境下,使电子与氧结合并且与质子形成水分子。而单一反应槽以质子交换膜连接两槽,其功能不仅可分开两槽水溶液,还可以避免氧气扩散至另一槽内。两槽式的电解槽,需以外力方式提供溶氧至阴极,而单一槽微生物燃料电池可以以连续注水方式将空气带入阴极,从而减少通氧设备的花费。在发电量方面,在实验室里,该设备能产生72W的电流,可以驱动一个小风扇。虽然目前产生的电流不多,但该设备改进的空间很大。从提交发明报告到现在,已经把该燃料电池的发电能力提高到了350W,这一数值最终能达到500~1000W。技术成熟后,可以批量生产的微生物燃料电池的发电能力将获得很大提高,可以产生500kw的稳定电流,大约是300户家庭的用电量。
3.1.2 不间断上流微生物燃料电池
华盛顿大学的研究人员日前称,他们把利用废水发电的微生物燃料电池技术又向前推进了一步。去年他们已研究出了这一利用废水发电的新技术,现在,他们又把新技术的发电量比去年提高了10倍。如果利用这一技术能使发电量再提高10倍的话,食品和农业加工厂就有望能安装这种设备用于发电,并能为附近居民提供清洁和可再生电能[2]。华盛顿大学环境工程学项目成员、化学工程助教拉思安晋南特博士在“环境科学技术”网站上介绍了这种不间断上流微生物燃料电池(UMFC)的设计以及工作原理。同过去那些让微生物在含有营养液的封闭系统中工作的实验不同的是,安晋南特为微生物提供的是源源不断的废水。由于食品和农业加工中会不停排放废水。因此,安晋南特的技术更容易在这些工厂得到应用。利用废水发电的微生物燃料电池技术,是在阳极室内安装价格低廉的U型质子交换膜,将阳极和阴极分开。废水中含有的有机物,可为细菌群提供丰富食物,使其得以生存和繁衍。这些细菌在电池阳极电极上形成生物膜,同时在食用废水中有机物时向阳极释放电子,电子通过与阳极和阴极相连的铜导线移动到阴极,废水中的质子则穿过质子交换膜回到阴极,同电子和氧原子结合生成水。而电子在导线中的运动过程就形成了人们所需要的电流。继2005年首次完成了废水发电的微生物燃料电池设计后,安晋南特新推出的U型设计增加了质子交换膜的面积、缩短了两极距离,因此降低了因阻力引起的能耗,使电池发电能力提高了10倍,每立方米溶液的发电量从3W/m3增加到了29W/m3。如果微生物燃料电池系统能够维持20W/m3的电力输出,就可以点亮小功率的灯泡。
3.1.3 利用太阳能和光和细菌的环保生物燃料电池
Noguera与土木与环境工程教授Marc Anderson、助理教授Trina McMahon,细菌学教授Timothy Donohue,研究员Isabel Tejedor Anderson,以及研究生Yun Kyung Cho和Rodolfo Perez合作发展出一种能在污水处理厂应用的大规模微生物燃料电池系统。目前,研究人员们把微生物封装在密闭的无氧测试管中,测试管的形状被做成类似电路的回路。当处理废物时,先把有机废水通入管中,作为副产品电子向阳极移动,然后通过回路流到阴极。另外一种副产品质子通过一块离子交换膜流到阴极。在阴极中,电子和质子与氧气发生反应形成水。一块微生物燃料电池理论上最大可以产生1.2V电压。但是可以像电池一样把足够多的燃料电池并联和串联起来产生足够高的电压来作为一种有实际应用的电源。目前该研究小组正在利用他们在材料科学、细菌学和环境工程方面的优势来最优化微生物燃料电池的结构。
3.2 新型的环保燃料电池
英国牛津大学科研人员研制出一种新的环保生物电池,这种环保生物电池装有一种生化酶,可以吸收空气中的氢和氧来发电。这种生化酶是从一种需要氢气来维持新陈代谢的细菌中分离出来的。这种酶的独特之处在于可以与那些如一氧化碳和硫化氢等常规的电池催化剂并存。这种酶是“生长型”的,因此能够以价格低廉、可再生等特点取代传统价格昂贵的铂基催化剂。这种电池消耗的是大气中的氧气和氢气。所使用的酶是从自然界中利用氢气进行新陈代谢的细菌中分离出来的。这种酶的特性是具有高选择性,能够忍受对传统的燃料电池催化剂具有毒害作用的气体,例如一氧化碳和硫化氢。研究人员表示,由于这种酶能够生长,所以对比于其他的氢燃料电池所使用昂贵的铂催化剂而言,这是一种廉价的、可更新的环保燃料电池。
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3.3 生物医学的应用
环保生物燃料电池还可以造出另一种重要产品,根据电信号立即测出病人血糖水平的仪器。对于向包括起博器和胰岛素生成器等在内的可植入电控医学设备供电来说,环保生物燃料电池非常有用。这些设备需要无限的电源,这是因为更换这些设备的电池可能需要外科手术。BFC从活的生物体内提取燃料(例如从血流中提取葡萄糖)来产生电流。只要生物个体是活的,这种燃料电池就可以持续起作用[5]。
2010年8月 绿 色 科 技
第8期
4 结语
尽管环保生物燃料电池经数十年研究仍距实用遥远,燃料电池研究从20世纪90年代初开始又成为热门领域,现在仍在升温阶段。几种燃料电池已经处在商业化的前夜。另外,近20年来生物技术的巨大发展,为环保生物燃料电池研究提供了巨大的物质、知识和技术储备。所以,环保生物燃料电池有望在不远的将来取得重要进展。随着生物和化学学科交叉研究的深入,特别是依托生物传感器和生物电化学的研究进展,以及对修饰电极、纳米科学等研究的层层深入,环保生物燃料电池研究必然会得到更快的发展。环保生物燃料电池作为一种绿色环保的新能源,在生物医学等各个领域的应用的理想必然会实现。
参考文献:
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[3] 连 静,祝学远.直接微生物燃料电池的研究现状及应用前景[J].科学技术与工程,2005(22):162~163.
[4] 尤世界,赵庆良.废水同步生物处理与生物燃料电池发电研究[J].环境科学,2006,9(9):17~18.
[5] 宝 ,吴霞琴.生物燃料电池的研究进展[J].电化学,2004,2(1):1~8.
The Research and Foreground of Biofuel Cell
Chen Dingding
(Wuning Environmental Protection Bareau, Wuning JiangXi 332300,China)
Abstract:Biofuel cell is a device converting chemical energy into electrical energy directly with the biocatalysts, which has the advantages of abundant fuel resource, mild reaction condition and goodbiology consistence. And, Biofuel cell are capable of converting chemical energy presented in organic wastewater into electricity energy with accomplishments of wastewater treatments simultaneously , which possibly captures considerable benefits in terms of environments and economics.
篇5
【关键词】酶技术，乙醇产业化
【中图分类号】S5
【文献标识码】A
【文章编号】1672-5158（2012）12-0418-01
一、农作物秸秆制燃料乙醇的需求分析
能源是人类赖以生存和发展的重要基础，随着世界不可再生能源的枯竭，加快开发利用以生物燃料为代表的可再生绿色环保生物质能源，已成为人类社会可持续发展的战略选择和发展方向。
生物质能作为第四大能源，在可再生能源中占重要地位。开发生物质能源即可以补充常规能源的短缺，也具有重大的环境效益。
燃料乙醇和生物柴油是目前世界上应用最为广泛的两种生物燃料。继美国和巴西之后，中国已经成为全球第三大燃料乙醇生产国。但是，粮食安全问题限制着我国燃料乙醇产量的增加。
乙醇燃料技术是利用生物技术（包括酶技术）把生物质转化为乙醇液体燃料的过程。目前，乙醇生产过程中主要以淀（主要是玉米）和糖蜜原料为主，但其因为伴随粮食主要是玉米的价格连年上涨存在生产成本走高，生产企业面临持续亏损的问题。“十一五”期间，我国的燃料乙醇生产，利用玉米新粮在生产原料里的比冽已经上升到了80-90%左右，若进一步发展会造成“与人争粮”、“与粮争地”的问题。
为了能够提高我国在新的资源竞争领域内的优势，尽快实现非粮燃料乙醇产业化已势在必行。结合我国资源匮乏的国情，在国内发展非粮燃料乙醇更加具有现实意义。因此，我国政府和企业迫切需要开发和建设玉米秸秆、木薯和甘蔗渣等非粮乙醇燃料产业。“十一五”末期，乙醇汽油已经占我国汽油消费量的70%，形成以“非粮”原料为主、以技术进步为动力、经济效益为中心、缓解能源供应紧张压力和保护环境为目的的生物液体燃料产业链是当务之急。
据国家权威部门统计预测，到2020年，我国将生产生物乙醇（含下游产品）2300万吨、而我国实际晴况定位的重点产品按重要性依次为：燃料乙醇、成型燃料、工业沼气、生物塑料和生物柴油。
据测算国家统计部门测算，“十一五”期间，我国农作物播种面积约1亿公顷，每年仅农作物秸秆有7亿吨，其中2亿吨被作为农村燃料消耗。若将其余5亿吨用来生产乙醇，可产7000万吨乙醇。再加上木材、制糖、造纸工业下脚料和城市废纤维垃圾，总计可得乙醇8500万吨，比全国汽油消耗总量还要多，生物质可再生能源开发利用空间巨大。
以秸秆为原料生产乙醇的成本低于用粮食发酵，原料来源广泛.秸秆发酵生产乙醇可有效解决原有的以粮食为原料的乙醇生产中遇到的价格和资源瓶颈问题。
二、辽宁农作物秸秆资源的现状分析
辽宁是个农业大省，秸秆类农作物种植面积广泛，较多。作为可再生资源用来生产生物质燃料乙醇的秸秆量大质优，非常适宜推广，燃料乙醇作为汽车燃料生产行业适用地区广泛，产业链长，无任何污染，有利于保护环境，有益于农民增收致富，调整能源消费结构，增加非化石能源比重。促进可循环经济的持续发展。
2011年辽宁省粮食作物播种面积为4754.7万亩。其中，玉米3163.2万亩，水稻964.7万亩，保守估计玉米平均亩产1000斤，水稻平均亩产800斤，全省当年所收获的秸秆产量达3000万吨以上。
辽宁省作为农业大省之一，长期以来作为主要农村生活能源的农作物秸秆已成为占用一定的农田面积，常年堆积的废弃物，而被就地焚烧，尤其是在省内的主要粮食产区，焚烧秸秆成为普遍现象。不仅浪费了大量的资源，而且严重污染了大气环境，制约了农村经济可持续发展。因此在我省发展农作物秸秆原料生产乙醇就显得尤为重要。
直观来看，发展秸秆原料生产乙醇产业的有着显著的经济意义和社会意义。首先，秸秆原料资源是一种可再生资源，能够获得持续的供给安全保证。其次，以秸秆生产燃料乙醇可减少食物和饲料生产对土地的需求的长期矛盾，彻底解决“与人争粮”、“与粮争地”的问题。再次，以生产秸秆原料乙醇等生物制燃料时所造成的二氧化碳气体排放较少，对环境影响更小，是国际发展的先进趋势，并逐渐成为全球碳交易的内容。同时，秸秆为原料生产乙醇也是当前辽宁调整产业结构，发展新兴产业的一个方向；为营造新兴经济产业链，发展地方产业丰厚度提供的机遇。并且，秸秆类农产品的深度加工和应用也为省内当地农村人口提供就业机会。
三、辽宁农作物秸秆制燃料乙醇的经济价值分析
目前，我国以粮食为原料生产燃料乙醇的成本约为6000元左右/吨，国内试验性生产的秸秆制燃料乙醇约为7000元以上/吨，相比之下秸秆制燃料乙醇由于工艺、科研攻关的能力限制，距离产业化仍有较大差距。
依据国外公开报道，2007年加拿大Logen公司利用酶加工麦秆，从一顿原料可生产约300升乙醇。该公司的工业化生物乙醇燃料加工装置，乙醇生产成本约合430美元/吨。
以此对比分析，若秸秆按每千克0.12元征收，乙醇燃料的秸秆原料价格可按照150-200元/吨估算。如采用加拿大Iogen公司的技术，每吨秸秆可生产300升乙醇，推算的每吨乙醇产品的原料成本为600-800元。与我国目前的粮食乙醇燃料生产工艺相比，每吨产品的原料成本要低2500元以上。2011年，国内90#汽油的平均零售价格为8000元/吨左右，而以Iogen公司在加拿大的每吨燃料乙醇生产成本折合成人民币为3650元左右；如果在中国生产，各方面的成本将会更低。加上国家对秸秆制燃料乙醇的优惠政策，该项目经济效益将十分可观。
综上所述，秸秆制燃料乙醇生产技术在国际上完全成熟，正处于产业转化阶段。随着关键技术不断突破与完善，秸秆制燃料乙醇生产成本有显著的下降空间为未来的发展提供了重要的实践平台和技术支撑，并将进一步推动秸秆制燃料乙醇产业化发展。
目前，我国的“十二五”规划把能源产业结构转型和升级列入的重要地位，积极发展替代可再生能源，将有利于我国实现循环经济可持续化发展战略的目标。
篇6
为了应对全球能源、气候危机，帮助汽车摆脱对石油的依赖，通用汽车部署了全球新能源战略，致力于提高现有能源的燃油经济性以及开发使用替代能源和新型动力推进系统。可持续生物燃料，特别是基于非粮食原料的下一代纤维素乙醇燃料的研发和商业化，在通用汽车既定并正在实施中的新能源战略中是一个重要而优先的组成部分。
10月20日，通用汽车举办了“聚焦中国、分享全球经验”――通用汽车可持续生物燃料研发媒体沟通会，旨在与中国分享通用汽车在可持续生物燃料领域全球领先的技术和理念，进一步落实基于全球能源安全及能源多样化的新能源战略，支持中国可持续发展车用能源及交通体系。
通用汽车全球能源系统总监Andreas Lippert在分析中国生物燃料行业现状时表示：通用汽车认为，在寻求降低对石油依赖的所有替代能源技术途径中，可持续生物燃料是近期最可行的解决方案。
通用汽车在可持续生物燃料研发及商业化领域均居于世界领导地位，已经生产超过500万辆混合使用生物燃料及石油的生物燃料驱动轿车及卡车。在美国，通用汽车预计其生物燃料汽车产量将在2012年前占其全球汽车产量的50%。
目前，中国是位于美国和巴西之后的世界第三大乙醇燃料生产国，年产约10亿加仑。根据通用汽车在北京清华大学成立的中国车用能源研究中心的研究进程，通用汽车已经开始成功地评定可持续生物燃料在中国车用能源领域的发展潜力。
通用汽车中国公司副总裁陈实表示，中国可以在非粮食耕作土地上，利用林作物的废弃物、包括柳枝稷的能源作物、甚至垃圾生产纤维素乙醇燃料。因此，可持续生物燃料的发展对中国车用能源来说，将起到极大的推进作用。“我们相信由Coskata、Mascoma这样的公司所致力研发的下一代纤维素乙醇燃料解决方案在中国市场将有令人振奋的潜力。”陈实说。
通用汽车认为，中国是率先应用可替代能源动力推进系统的最佳市场。通用汽车会落实对中国的承诺，利用先进的解决方案帮助加速中国汽车行业新能源汽车的发展，也将为中国的汽车消费者提供更节能、更清洁、更环保的产品。
陈实表示，通用汽车将持续推进其“立足中国、携手中国、用心中国”的在华战略，帮助中国车用能源多样化的解决方案的探索及其商业化。
今年1月和5月，通用汽车分别宣布与美国Coskata及Mascoma公司在新一代乙醇燃料技术领域内建立战略联盟，以加速其商业化进程。两个合作伙伴分别研究不同的生产工艺及其商业化途径。Coskata公司专注纤维素乙醇燃料，原料来自任何农业及城市生活含碳废弃物；Mascoma公司的研发方向在第二、三代可持续生物燃料，原料来自任何林作物的废弃物。
篇7
河南省建设生物质能化产业的重要性和紧迫性
全球每年生物质的总量大约在1.7×1011 吨，估计现在只有6.0×109 吨生物质（约占总量的3.5%）被人类利用。按照能源当量计算，生物质能仅次于煤炭、石油、天然气，位列第四，占世界一次能源消耗的14%，是国际社会公认的能够缓解能源危机的有效资源和最佳替代方式，是最具发展潜力的可再生能源。目前，生物质能化利用的主要方向包括：生物液体燃料、生物燃气、生物质成型燃料、生物质发电、生物质化工等方向。生物质能产品既有热与电，又有固、液、气三态的多种能源产品，以及生物化工原料等众多的生物基产品，这些特质与功能是其他所有物理态清洁能源所不具备的。
据国际能源署统计，在所有可再生能源中，生物质能源的比例已经占到了77%，其中生物质发电、液体生物燃料和沼气分别占生物质能源利用总量35%、31%和31%。
很多国家成立专门的生物质能管理机构，主要负责相关政策的制定以及部门的协调事宜，如巴西“生物质能委员会”，印度“国家生物燃料发展委员会”，美国“生物质能管理办公室”等。
很多国家都制定了关于生物质能发展的长期规划，确定了具体的发展目标，如美国“能源农场计划”，巴西燃料乙醇和生物柴油计划，法国生物质发展计划，日本“新阳光计划”，印度“绿色能源”工程等。各国都采取了积极务实的生物质能源发展政策与措施，如欧盟主要采取了高价收购、投资补贴、减免税费以及配额制度等。美国主要采取了担保贷款、补助资金和减免税费等。
2011年，最具代表性的生物燃料――燃料乙醇全球产量达到了7 000万吨，美国燃料乙醇产量达到4 170万吨。近期美国已把生物质能的重点转向第二代先进生物燃料，《能源独立与安全法》（EISA）强制要求2022年生物燃料用量达到1.1亿吨，其中先进生物燃料为6 358.8万吨。第二代生物燃料指“寿命周期内温室气体排放比参考基准减少50%以上的、玉米乙醇以外的可再生燃料”，主要包括纤维乙醇、沼气、微藻生物柴油等。为实现此目标，美国政府采用了投资补助和运行补贴（每加仑1.01美元，约合2 123元/吨，按汇率6.3计算）等方式大力鼓励先进生物燃料相关的研发、中试、示范和商业化项目建设，已建试验、示范装置45套，预计2～3年内可以实现商业化规模生产。
生物质成型燃料方面，欧美的发展最为发达，其主要以木质生物质为原料生产颗粒燃料，其成型燃料技术及设备的研发已经基本成熟，相关标准体系也比较完善，形成了从原料收集、储藏、预处理到成型燃料生产、配送和应用的整个产业链。截至2010年，德国、瑞典、加拿大、美国、奥地利、芬兰、意大利、波兰、丹麦和俄罗斯等欧美国家的生物质成型燃料生产量达到了1 000万吨以上。
美国POET公司、美国杜邦公司、意大利M&G公司、西班牙Abengoa公司等将于2014年前运行5万吨以上规模的纤维乙醇厂。
生物质精细化工产品目前已达1 100多种，如乙二醇、乳酸、丁二酸、丁醇、2，3-丁二醇、乙酰丙酸、木糖醇、柠檬酸、山梨醇等。据分析，从生物质制取的化学品现已占化学品总销售额10%以上，并以每年7%～8%的速率增长。美国国家研究委员会预测，到2020年，将有50%的有机化学品和材料产自生物质原料。壳牌公司认为，世界植物生物质的应用规模在2060年将超过石油。
随着技术的进步，未来生物质能化开发利用将向原料多元化、产品多样化、利用高值化、生产清洁化方向转变，纤维乙醇生产成本进一步下降，与粮食乙醇相比将具竞争优势，成为液体生物燃料的主流产品;大中型沼气是极具潜力的新兴生物能源方向;以纤维素糖为平台的生物化工产业的兴起，将减少对化石资源的依赖，促进绿色发展。远期生物质快速热解制生物燃料和微藻生物燃料也将有较大的发展空间。
总体上看，我国以燃料乙醇为代表的生物质能化产业发展基本达到世界先进水平，推广使用技术成熟可靠、安全可行。在法律、政策、规划、试点等方面开展了创造性的工作，为今后的工作打下了基础。
河南生物质能化产业发展基础
作为农业大省，河南生物质资源非常丰富。仅农业剩余物的干重量每年为7 000万吨，占全国1/10。林业剩余物资源量每年为2 000多万吨，其中生态能源林近期规划500多万亩，远景规划1 200万亩。
河南省生物质能化开发利用起步较早，2004年即在全国率先实现了乙醇汽油全覆盖，成功创造了乙醇汽油推广的“河南模式”。目前，河南省生物质能化利用主要涵盖了生物质成型燃料、液体燃料、气体燃料和发电等方向，涉及燃料乙醇、纤维乙醇、沼气、成型燃料、生物柴油、生物质发电、乙二醇、乳酸等产品，2010年生物质能利用折标煤420万吨。
液体生物燃料产品产量超过70万吨居全国第一，其中燃料乙醇产量超过60万吨，约占全国的30%，燃料乙醇消费量超过30万吨。2009年底，河南天冠建成投产了全球第一条万吨级秸秆纤维乙醇生产装置，实现连续规模化生产，建立了完整的工艺路线，掌握了多项具有自主知识产权的关键技术，部分指标接近或超过国外先进水平，已经通过了国家验收，具备了进一步产业化放大和推广的条件。全省能源林面积超过300万亩，开展了生物柴油的实验生产，具备了规模化生产的技术能力。
建成了国内最早的工业化沼气项目并获得了广泛推广和应用，拥有全球最大的1.5亿立方米/年工业化沼气装置，配套3.6万千瓦沼气发电项目已经并网发电，同时供40万户居民生活、2 500辆公交和出租车使用。农村户用沼气达到361万户，普及率18%，大中型沼气达到2 360处。
生物质发电总装机45万千瓦居全国前列，年发电量约10.6亿千瓦时。
目前，河南省生物质成型燃料产品产能已超过30万，年产量20多万吨，居华中地区首位，其中建立位于河南省汝州市的生物质压块燃料生产工程，目前年产生物质成型燃料3万吨，正在形成年产10万吨的生产基地，通过示范建设，建立了压块成型燃料生产厂原料最佳收集模式、清洁生产模式、成型燃料产业发展模式，生产电耗为40kW・h/t～50kW・h/t，实现了压块成型燃料的产业化生产。建立在洛阳偃师市和河南汝州市的成型燃料设备生产基地，目前正在形成年产300台套的生产能力。
生物制氢方面国内还没有产业化，近几年，国内少数学者主要围绕提高光合细菌的光转化效率等方面，着手对光合细菌制氢进行了实验研究，并取得了一些重要进展。河南农业大学在国家自然科学基金、863计划等项目支持下，正在按照生产性工艺条件进行太阳能光合生物制氢技术及相关机理的研究，并且已经取得了一定的突破，成为河南省重要的制氢技术储备。
生物质化工产品总产量超过10万吨。河南财鑫集团2010年建成纤维乙二醇中试装置，形成了整套工艺技术，达到国内先进水平，正在进行万吨级产业化示范;河南宏业生化2011年建成全球首套生物质清洁生产2万吨/年糠醛联产乙酸装置，已实现连续规模化生产，达到国际先进水平。
河南农业大学、郑州大学、河南能源研究所等一批科研机构有较强的生物质能源研发实力。
河南省从事生物质能研发和产业推广的单位上百家。
2013年，生物质能化产品总产值超过100亿元。
总体来说，河南省生物质能开发利用起步较早，达到国内先进水平，其中燃料乙醇、沼气和秸秆成型燃料等技术和装备居国内领先地位。
河南省发展生物质能化产业的总体要求
坚持资源开发与生态保护相结合，以不牺牲农业和粮食、生态和环境为出发点，科学开发盐碱地、“三荒”地等宜能非耕地，规模化种植新型非粮能源作物与生态能源林，加强农林牧剩余物资源、城市生活垃圾与工业有机废水、废渣管理，坚持梯级利用、吃干榨净，建立标准化生物质能化原料收储运供应体系，推动生物质能化产业绿色低碳循环发展。
坚持顶层设计与先行先试相结合，把握世界生物质能化产业发展方向，统筹谋划国家生物质能化发展的新模式、新途径，破解关键制约瓶颈和体制机制障碍，以资源、技术、市场发展现状为前提，在河南先行先试，以点带面，积极推进，努力探索具有示范带动意义的生物质能化全产业链发展模式。
坚持自主创新与开放合作相结合，立足现有产业基础，整合聚集国内研发力量和专有技术，强力推进生物质能化核心技术开发，加快关键装备集成，占领世界生物质能化产业发展新高地。开展国际交流与合作，合理引进国际先进技术、装备与人才，带动生物质能化产业全面发展。
坚持重点突破与整体推进相结合，以纤维乙醇产业化为突破重点，推进沼气高值化利用、生物化工和生物质能化装备规模化生产，加快纤维丁醇、航空生物燃料、微藻生物柴油、生物质快速热解制生物燃料等先进产品与工艺研发步伐，整体推进生物质能化高起点产业化开发利用，培育规模大水平高的战略性新兴产业。
坚持政府推动与市场运作相结合，发挥政府主导作用，制定积极的产业政策，引导多种经济主体投入，扶持生物质能化企业规模化发展。建立有效的市场激励机制，营造良好发展环境，发挥市场配置基础作用，以市场开拓带动生物质能化产业持续健康发展。
在发展目标上，充分发挥河南生物质能化开发利用的资源、技术和实践优势，集聚优势企业和科研机构，吸引国内外生物质能化领域领军人才，开展生物质能化资源梯级循环利用，做大做强生物能源装备制造业，在全国率先建成规模最大、实力最强、技术最先进的生物质能化示范区，全面发挥示范区的示范、辐射和带动作用，打造全国的生物质能化源科研、装备制造和推广应用基地，占领世界可再生能源领域新高地。
近期目标（2014-2015年）：规划投资200亿元以上，新增工业产值188亿元以上。重点推进纤维乙醇产业化，稳定粮食乙醇产量，纤维乙醇生产能力达到50万吨/年，纤维乙二醇等多元醇生产能力达到10万吨/年，联产糠醛达到5万吨/年，新增大中型沼气生产能力16.5亿立方米。生物柴油总生产能力达到50万吨/年，其中高品质航空燃油占10%以上。新增年产5～10万吨的成型燃料生产基地2个，生物质成型燃料生产能力达100万吨;初步奠定生物质能化示范省产业基础，确立生物质能化发展基本模式。
中期目标（2016-2020年）：规划投资1 000亿元以上，新增工业产值1 600亿元以上，其中装备制造700亿元。纤维乙醇生产能力达到300万吨/年，纤维乙二醇等多元醇生产能力达到50万吨/年，联产糠醛达到50万吨/年，新增大中型沼气生产能力62亿立方米。生物柴油总生产能力达到400万吨/年，其中高品质航空燃油占30%以上。建成500个左右的生物质成型燃料加工点，形成约250万吨的生产能力。带动生物质能化技术升级，基本建成国家生物质能化示范省。
河南省生物质能化产业创新的重点任务
重点发展纤维乙醇、纤维乙二醇、纤维柴油、糠醛、沼气，实施醇电、醇气、醇肥、醇化多形式联产，着力提升农林剩余物的资源化利用水平;积极建设工业、畜牧业、农村大中型沼气工程，提高城乡有机垃圾资源化利用水平，加快构建新型农村社区配套的分布式生物能源体系;积极拓展生物质化工，初步形成规模化的生物化工产业链;完善生物质成型燃料体系的原料收集、储存、预处理到成型燃料生产、配送和应用的整个产业链，积极推进生物质成型燃料的产业化、规模化生产及应用模式，开拓生物质成型燃料应用新途径，大规模进行燃油、燃气替代应用，与煤炭形成相当竞争力;大力推进生物质能化装备产业;积极探索开展航空生物燃料、微藻生物柴油、快速热解制生物燃料等先进生物燃料技术示范。
（一）纤维乙醇产业化
在纤维乙醇产业化方面，围绕纤维乙醇生产，着力提升纤维乙醇生产和综合利用技术水平、装备和自动化水平，能源利用转化效率和经济性指标达到国际领先水平。形成包括科技研发、装备制造、工程设计建设、生产运营、人才培养和队伍建设在内的完整产业体系;形成秸杆采集、储存、调运、纤维素酶生产和配送、纤维乙醇生产与集中脱水加工等较为完备的生产经营管理模式，实现纤维乙醇产业化重大突破。
1.纤维乙醇产业化步骤
发挥天冠、中石化、中石油等能源骨干企业人才、技术、资金、管理和市场优势，不断提高生物质资源能源化转化效率，实现不同原料、不同规模、不同产品梯级开发产业化发展。因地制宜，结合城镇化和新农村建设，以产业集聚区为依托，采取不同产品结构模式，设计建设3～10万吨不同规模纤维乙醇厂。实施沼渣和炉灰还田，保持土地资源和粮食生产可持续发展。
――采取“醇―气”模式建设纤维乙醇工厂，实现木质纤维素分类利用，纤维素生产乙醇，半纤维素生产沼气联产，木质素残渣发电供热。
――结合现有秸秆电厂，采取“醇―电”联产模式，首先利用秸秆中的纤维素生产乙醇，剩余木质素废渣作为电厂燃料和半纤维素等产生的沼气联产发电，重点解决醇、气、电一体化技术和装备系统集成。
――在糠醛和木糖（醇）生产集中地区，整合糠醛、木糖（醇）生产规模，以玉米芯为原料，首先用半纤维素生产糠醛或木糖（醇），剩余糠醛或木糖渣中纤维素生产乙醇，剩余木质素作为燃料发电，实现纤维乙醇、糠醛（木糖）和发电联产，提升原料资源利用效率，解决生产环节污染问题，实现“醇―化―电”一体化发展新模式。
2.实施关键技术创新工程
――开展纤维素酶生产技术提升研究，不断提高菌种产酶效率，提升自控水平，进一步降低纤维素酶生产和使用成本，建设配套生产和供应基地。
实施关键技术创新工程，重点开展纤维素酶生产、原料预处理、酶解发酵三大关键步骤技术攻关，进一步提高纤维乙醇的技术经济性。
――加大能源植物优选培育和能源作物基地建设力度，利用河南省未开发荒地，种植能源作物，提高原料亩产和纤维素含量，开展规模化能源作物种植。
――依托车用生物燃料技术国家重点实验室，整合高校基础研究资源，重点解决纤维素酶、木聚糖酶等多酶系生产菌种构建，筛选优化高效、耐逆菌株，提高纤维素酶生产效率和发酵酶活，提高多酶系酶解效率，实现纤维素酶生产和使用成本大幅降低。
――构建高效、长寿命、高耐受性代谢工程菌株，选育驯化适合工业化生产的混合糖发酵菌株，实现纤维素、半纤维素共同发酵生产乙醇，提高原料转化乙醇效率，建设万吨级技术示范工程。
――开发连续高效低能耗预处理技术和设备、提升同步糖化发酵、蒸馏浓缩耦合等工艺技术水平，形成3～10万吨工艺技术包。
（二）沼气利用与农村新能源体系建设
1.工业大中型沼气与高值化利用
实施纤维乙醇-沼气联产，提升食品、轻工、化工、生物医药等行业的废渣、废液联产沼气水平，重点建设日产5万m3、10万m3以上的大规模工业化沼气工程，通过高温全混厌氧发酵、中温上流式厌氧污泥床、膨胀颗粒污泥床相结合的工艺提高厌氧发酵COD去除率、扩大沼气消化液资源化利用规模，降低有机废水好氧处理的负荷。开展以沼气综合利用为核心的企业泛能网示范，提高能源利用效率，减少污染物排放。鼓励沼气规模化生产生物天然气入站入网，压缩生物天然气（CBNG）用作车用燃气、居民用气及发电。
工业大中型沼气主要围绕纤维乙醇、生物化工、食品等高浓度有机废水、废渣排放企业，按照集中就近原则，合理布局，优先配套建设分布式能源供应系统。
2.农村大中型沼气和农村新能源体系建设
按照坚持走集约、智能、绿色、低碳的新型城镇化道路的要求，将生态文明理念和原则全面融入新型农村社区，构建农村新能源体系。以大中型沼气建设为核心，加快农村能源消费升级，为新农村建设提供高品位的清洁能源，提高农村居民生活质量，改善居住环境，推进生物能源镇（社区）示范，推动绿色、健康、生态文明的新型农村社区建设。依托大型养殖企业或利用秸秆建设大型沼气集中供气工程，并在条件具备的社区试点沼气分布式能源，实现气、电、热联供。开展农村微电网示范，探索可持续的运营模式。开展太阳能热水系统和地热能采暖并提供生活热水示范项目建设。根据各地资源条件，开展沼气、小水电、太阳能、地热能、风能等多种能源组合的用能方式示范，探索适宜中部地区的农村能源发展模式，推动农村新能源体系建设。
3.城市生活垃圾沼气
在省辖市或地区性中心城市，结合城市污水和有机垃圾收集，建设大型或超大型工业沼气工程。对生活垃圾进行二次集中分类处理，构建“有机废弃物―厌氧发酵―沼气发电―沼液沼渣制肥”等循环经济链条。在建或新建垃圾填埋场配套建设填埋气回收装置生产沼气，鼓励大中型垃圾填埋场建设沼气发电机组。
4.生物质热解气化
以城市废弃物和农村生物质废弃物为对象，结合工业园区的能源需求，建立热电气联供的生物质燃气输配系统示范工程。大力推行区域集中处理模式和循环经济园、工业园等园区模式，选取已经启动基础设施建设程序的项目作为示范工程，真正做到科技与需求相结合、技术与产业相结合。提高生物质气化技术水平，限制生物质气化产业发展的一个主要原因是技术仍处于较低水平，未来的发展首先要解决技术问题，包括加强生物质气化基础理论研究，提高气化炉工作效率、燃气净化效率，提高装备系统稳定性，增强系统自动化程度，完善产业链各项关键技术，打造生物质气化技术流水线生产。扩展气化技术应用领域，不但要将生物质气化技术应用于木质生物质原料，还需根据生物质原料来源及单位用途，发展适于工业生物质、农业生物质、城市生活垃圾等多元生物质气化技术，并根据用途发展高品质燃气技术、气化供热、发电、制冷等多联产技术。实现生物质气化技术产业装备生产的规模化，提高装备的设计水平，扩大装备的生产规模，实现设备的系列化、标准化、大型化，并完善上下游相关企业单位，实现装备技术的自主化设计制造，取得自主知识产权，构建完整的生物质气化技术装备设计与制造产业链。
5.生物质制氢
河南省乃至我国的生物制氢技术尚未完全成熟，在大规模应用之前尚需深入研究。目前需要解决的问题还很多，如高效产氢菌种的筛选，产氢酶活性的提高，产氢反应器的优化设计，最佳反应条件的选择等。生物制氢技术利用可再生资源，特别是利用有机废水废物为原料来生产氢气，既保护了环境，又生产了清洁能源，随着新技术的不断开发，生物制氢技术将逐步中试和投产，成为解决能源和环境问题的关键技术产业之一。
（三）成型燃料产业化
在成型燃料产业化方面，发挥河南省科学院能源研究所有限公司、农业部可再生能源重点开放实验室、河南省生物质能源重点实验室、河南省秸秆能源化利用工程技术研究中心等科研院所的人才和技术优势，依托河南省秋实新能源有限公司、河南奥科新能源发展有限公司、河南偃师新峰机械有限公司等企业，加大生物质成型燃料的关键技术突破和产业化推广。完善生物质成型燃料原料、工艺、产品、应用等环节，建设原料收储运模式，优化组合工艺生产线、降低能耗、提高自动化控制程度，加大推广力度和规模。
1.成型燃料产业化步骤
――根据河南省不同地域的生物质原料分布产出规律，结合生物质成型燃料生产模式及生产企业生产实际情况，开展收储运的理论研究和试验示范，建立生物质原料的收储运模式，解决农林生物质原料收储运成本费用问题。建立健全农林生物质原料收储运服务体系，建立适宜不同区域、不同规模、不同生产方式的农林生物质原料收储运体系。在河南省有代表性的区域，建成规模不小于5万吨/年的成型燃料收储运生产示范体系。
――研究生物质物料特性参数、生物质成型过程特性参数以及成型产品特性参数在线式数据采集与控制系统，保证生物质成型燃料全生产系统的智能化控制，保证成型系统稳定持续运行。将生产系统稳定生产时间提高到5 000小时/年，实现工业化连续生产。
――根据河南省不同地域原料特性，开发出以木本原料为主的高产能、低能耗的颗粒燃料成型机组，单机生产规模达到3-5吨/小时，成型燃料生产电耗达到60kW・h以下;配套设备完整匹配，形成一体化连续生产能力，示范生产线规模达到1万吨/年;选择代表性区域，建成年产2万吨以上颗粒燃料示范生产基地。
――根据河南省不同地域原料特性，开发出以草本原料为主的高产能、低能耗的块状成型燃料成型机组，单机生产规模达到3-5吨/h，成型燃料生产电耗达到40kW・h以下;配套设备完整匹配，形成一体化连续生产能力，示范生产线规模达到3万吨/年;选择代表性区域，建成年产5万吨以上颗粒燃料示范生产基地。
2.成型燃料规模化替代化石能源关键技术与工程示范
针对目前生物质成型燃料在燃料利用环节存在能源转化效率不高、应用规模小，高效综合利用及清洁燃烧技术水平不高等问题，开展成型燃料气化清洁燃烧关键技术设备研发和推广，从而实现生物质成型燃料的高效清洁燃烧利用，规模化替代燃油、燃气等清洁燃料。
――研发成型燃料高效气化及清洁燃烧关键技术，开发生物质成型燃料沸腾气化燃烧炉、大型高效气化炉，研制低热值燃气高效燃烧及污染控制技术，取得生物质气化系统与工业窑炉耦合调控技术。燃烧设备规模达到MW级，能源转换效率达到75%，各项环保指标达到燃油或燃气炉窑排放指标。建设年消耗千吨的生物质成型燃料的气化燃烧替代工业窑炉燃料的示范工程，实现生物质能源在工业窑炉上应用的突破。
（四）开发相关生物化工及综合利用产品
积极推进生物化工产品技术研究和产业化示范，实现对石油、天然气、煤炭等化石资源的替代。围绕纤维乙醇的副产物如二氧化碳、木质素等开展综合利用，提高产品的附加值;开展纤维质原料制取乙二醇项目产业化示范;拓展生物乙烯及下游产品产业链，开拓乙醇深加工新产业链;开发生物丁醇和生物柴油相关生物化工品。
1.二氧化碳基生物降解材料和化学品
加强高活性、安全、低成本催化体系研究，突破反应条件温和、环境友好的聚合工艺和非溶剂法提取技术，开展二氧化碳基生物降解材料及下游制品的产业化示范。积极研发二氧化碳与甲醇一步法合成碳酸二甲酯等关键技术，重点发展聚碳酸亚丙酯树脂、碳酸二甲酯、聚碳酸酯、发泡材料和阻隔材料等深加工产品。
2.纤维乙二醇、丙二醇、丁醇、糠醛下游产品产业化
依托天冠、财鑫等在生物化工技术研发方面具有优势的大型企业集团，开展纤维质糖平台为基础的生物化工醇技术攻关和产业化示范，重点发展纤维乙二醇、丁醇等高附加值产品产业化示范。依托宏业生化发展糠醛下游深加工产业链包括乙酰丙酸、糠醇、二甲基呋喃、四氢呋喃、呋喃树脂等。
开展纤维乙二醇等多元醇生产技术优化改进和产业化示范，提高生产效率和产品收率、质量，正在建设万吨级产业化示范装置，到2015年完成10万吨级乙二醇、丙二醇生产装置，到2020年形成50万吨生产能力。
开展纤维素水解物生产丁醇菌种的选育（葡萄糖木糖共利用），推进细胞表面固定化技术及其反应器的开发，采用反应-吸附耦合的过程集成研究，缩短发酵周期，提高产物浓度和分离效率，2015年完成2万吨级纤维丁醇示范，2020年形成10万吨/年纤维丁醇生产能力。
开展以糠醛为原料的乙酰丙酸、糠醇、二甲基呋喃、四氢呋喃、呋喃树脂等产品的深度开发，2015年建成连续化和规模化生产基地，2020年形成年加工50万吨糠醛生产规模。
3.生物乙烯及下游产品
开展乙醇高效催化制乙烯产业化示范。着力突破乙醇脱水制备乙烯催化剂关键技术，提高催化剂的选择性、寿命和催化效率，实现生物乙醇生产乙烯工艺的长周期、低成本、稳定运行。完善提升乙烯-聚乙烯-塑料制品和乙烯-环氧丙烷-乙二醇-聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）两条产业链，大力发展塑料制品、包装材料和高端服装面料。
4.木质素高值化开发利用产品
提高木质素综合利用水平，重点开发胶粘剂、有机缓释肥料、木质素复合材料、水泥保湿剂、高值燃料等产品，拓展其在化工、农林、建筑等领域的应用范围。
（五）微生物柴油产业化
根据国内外现有研究成果，结合绿色化和生物精炼概念的理念，实现微生物柴油的产业化。微藻等微生物养殖和生产生物柴油技术实现重大突破，开展万吨级工业化示范。集合微藻等微生物优良品种选育、高效转化、规模化养殖、油脂提取精炼等核心技术，开展工业化养殖、生产示范，实现微生物柴油和副产品的多联产。
1.木质纤维素生物质的综合处理技术
木质纤维素生物质主要成分为纤维素、半纤维素和木质素，经过一定的物理/化学处理，木质纤维素糖化，用于微生物的培养。副产物中的糠醛等物质会影响微生物的生长和代谢，综合的处理技术目标是将这些副产物控制在最低的水平，同时达到最高的降解效率。酸碱和离子液等化学处理要配合温度、压力，适度的破碎要配合微波、超声、蒸汽爆破技术，从而达到能量消耗最小，水解产物变性最少的效果。这些处理技术综合起来需要针对不同物料有序实施。
2.产油微生物脂类代谢的遗传调控
对于产油微生物油脂过量积累的机制当前还停留在生化水平上。利用基因组学、蛋白组学和转录组学技术，研究产油微生物脂肪代谢的基因调控机制，通过对某些关键基因实施遗传修饰，使其朝着人为设定的代谢流方向发展，最大限度的发挥转化作用。理解脂肪代谢的基因调控原理还有利于通过不同发酵模式调控油脂积累，有利于更好的利用工业废弃物生产油脂，有利于通过培养基营养限制调控脂肪的积累，有利于利用小分子诱导物调控细胞的繁殖和脂肪积累。
3.微生物柴油原位转酯技术
传统的微生物柴油生产周期长、成本高，而且打破微生物坚实细胞壁的操作很难实施。基于微藻等微生物生物柴油生产的周期分析显示，90%的能耗是用在微藻的油的提取工序上，表明油的提取工艺的进步将大大影响生产成本，决定着生物柴油加工产业的经济效益。近期“原位”转酯方法用于藻类生物产油生产受到密切关注，这种在细胞内酯类与醇类接触直接发生转酯反应，而不需要将脂类提取出来再与其发生反应。这种直接转酯技术，不仅能够用于微生物的纯培养物，同时有效适用混合培养产物的生物柴油生产。研究显示，原位转酯技术能够降低样品中的磷脂的量，甚至达到不能检出的水平。生物质的含水量会极大的影响油脂的提取率，而小球藻原位转酯研究发现，适当增加转酯反应底物醇的比例能够从含水量较大的生物质中获得较高产率的生物柴油，将大大减少微生物生物柴油的能量消耗和设备投入，明显降低生产成本。
4.生物精炼概念下的微生物柴油生产技术体系
木质纤维素物质来源广泛，如果在处理过程中将某些附加值较高的化学提取出来将会大大提高收益。同时，将微生物菌体所含的营养物质充分利用也会大大节省原料成本，例如将酵母菌提油后的残渣经过加工脱除抗营养因子后再用到微生物培养基的配制，可以节省大量含氮营养添加物。转酯反应的副产物甘油可以提纯后加工成丙二醇，后者是一种附加值更高的化学原料，甚至粗甘油用于培养基添加会提高微生物油脂的积累。废水处理可以用厌氧发酵生产甲烷或氢气，也可以通过微藻培养回用有机营养物。
5.生物柴油相关生物化工品
积极利用生物柴油副产品甘油，采用高活性、高选择性的催化剂，突破反应热移除、微生物法二羟基丙酮等关键技术，重点开发环氧氯丙烷、乙二醇、丙二醇、十六碳酸甲酯、二羟基丙酮（DHA）等高附加值精细化工产品，拓展其在医药、化工、食品等领域应用范围，实现资源高效综合利用。
6.生物质乙酰丙酸平台化合物
完成以玉米秸秆为原料水解生产乙酰丙酸工艺的优化设计与中试，解决生产过程设备腐蚀问题，完成乙酰丙酸的分离纯化工艺，完成乙酰丙酸的衍生物乙酰丙酸乙酯的生产工艺设计，将生物质高效转变为乙酰丙酸等平台化合物。完成千吨级的生物质水解生产乙酰丙酸联产糠醛工艺、乙酰丙酸酯化工艺中试装置的建设及运，完成放大级的生物质水解的生产乙酰丙酸工艺包的开发设计。
7.生物质间接液体燃料
开展生物质间接液化技术及产品开发，利用生物质先气化成合成气（由CO和H2组成的混合气体）、然后再将合成气液化得到的产品，如甲醇、二甲醚、费托汽柴油等，逐步建立中试及示范工程。
8.生物质纳米材料
以生物质作为原料合成碳基纳米材料、多孔碳材料及复合材料，所制备的纳米材料具有优异的固碳效率、催化性质和电化学性质，使其在催化剂载体、固碳、吸附、储气、电极、燃料电池和药物传递等领域潜在重要应用，使其成为合成技术研究的热点。
（六）强化生物质能化装备产业化与基地建设
围绕生物质能化产品规模化开发利用，依托特色产业集聚区，发挥骨干装备制造企业的产业基础和技术优势，加强与国内外优势生物质能化装备企业和专业科研院所合作，整合上下游企业，完善特色生物质能化装备产业链。突出集成设计、智能控制、绿色制造和关键总成技术突破，培育一批具有系统成套、工程承包、维修改造、备件供应、设备租赁、再制造等总承包能力的生物质能化装备大型企业集团，建设一批特色鲜明、技术先进、在全国有重要影响的生物质能化装备基地。
1.农林原料收储运装备
以洛阳、许昌等农机产业集聚区为重点，集合国内先进农林机械制造企业，引进国外先进制造技术，骨干企业，重点突破秸秆剪切、拉伸、压缩成型等基础共性技术，大力发展稻麦捡拾大中型打捆机、玉米秸秆收割调质铺条机、棉秆联合收割机、能源林木收获机械、高效粉碎机械与成型机等重大整机产品，带动相关零部件产业配套发展，切实提高生物质收集、装载、运输、储藏的高效性和通用性。
2.纤维乙醇成套装备
以南阳新能源产业集聚区为重点，依托天冠集团现有纤维乙醇成套装备，集成国内外先进技术，加大设计研发力度，加快推进具有自主知识产权的纤维乙醇成套装备技术提升，打造世界领先的纤维乙醇成套装备制造基地。重点开发原料预处理低温低压、大型连续汽爆技术和装备，纤维素酶大型、高效生产技术和装备，大型高效连续酶解发酵技术和装备，高抗堵蒸馏及热耦合干燥成套装备，木质素燃烧高效能量转化装备。2015年前形成年总装10套3～10万吨级纤维乙醇成套装备能力。2020年形成年总装300万吨纤维乙醇成套装备能力。
3.沼气生产及沼气发电成套装备
以南阳新能源、郑州经济技术、安阳高新技术和长葛市等产业集聚区为重点，依托天冠集团、森源集团等骨干企业，加快发展有机废弃物高效率厌氧消化及沼气生产、沼气制取生物天然气、民用沼气加压输送、撬装式CNG加气站以及生物天然气分布式能源集成等成套装备。加强与美国通用、德国西门子和日本三菱等国外优势企业合资合作，大力发展2 000千瓦以上大型沼气发电技术和装备。在南阳形成大型工业沼气成套装备基地，在许昌和周口形成农村大中型沼气成套装备基地，在郑州形成生物天然气分布式能源与CNG加气成套装备基地，在安阳形成城市有机垃圾沼气成套装备基地。
4.生物质成型燃料及其高效利用成套装备
依托河南省科学院能源研究所有限公司、河南秋实新能源有限公司等，建成成型燃料成套生产设备和生物质热解气化、高效燃烧及生物质成型燃料气炭油联产设备加工生产基地。
5.生物柴油和生物热解技术装备
依托中石化、中石油集团先进生物柴油和航空生物燃料技术，发挥洛阳、商丘装备制造业优势，加快发展水力空化、临界态甲醇酯化等新型生物柴油装备，形成成套生产能力。加快开发生物质快速热解、生物油催化加氢生产车用燃料技术和装备。
6.生物化工产品关键装备
依托河南财鑫集团、华东理工大学、天津大学，设计研发优化改进秸秆制乙二醇等多元醇高效预处理、糖化、连续氢化裂解反应器和节能精馏分离等关键设备。
依托河南天冠集团、郑州大学、清华大学、浙江大学、中山大学、中科院上海生命科学研究院等，设计研发优化二氧化碳降解塑料反应釜、脱挥挤出造粒、产品改性等关键设备，生物柴油副产物甘油制1，3-丙二醇反应自控流加、膜法分离、脱盐、浓缩、真空精馏等关键设备，纤维丁醇发酵分离耦合反应器、离交树脂产物分离等关键设备。
依托宏业生化、河南省科学院能源研究所、中科院广州能源所、山东省科学院，设计低温低压精馏塔、液相管式推流反应器、高效多级蒸发等关键设备;改进废液无公害化处理、高效分散造粒、低分子量差分离等关键装备。
7.生物柴油和生物热解技术装备
依托中石化、中石油集团先进生物柴油和航空生物燃料技术，发挥洛阳装备制造业优势，加快发展水力空化、临界态甲醇酯化等新型生物柴油装备，形成成套生产能力。加快开发生物质快速热解、生物油催化加氢生产车用燃料技术和装备。
8.高比例灵活燃料汽车和双燃料汽车
与国内外知名汽车发动机制造企业合作，依托郑州日产、海马和宇通开发乙醇/汽油灵活燃料汽车和汽油/天然气、柴油/天然气双燃料汽车。前期开发专用发动机、燃料供给及控制系统、氧传感器等，2015年后形成批量生产能力，配套建设相应的燃料（E85、车用生物天然气）输、供、储设施。2020年灵活燃料汽车产能达到20万辆以上，双燃料汽车产能达到10万辆以上。
（七）其它先进生物燃料技术创新和示范
加大科技研发投入和攻关力度，加快推进生物柴油、航空生物燃料、生物质快速热解制生物燃料等其他先进生物燃料技术取得重大突破。2015年前开展废弃油脂生产生物柴油和万吨级纤维丁醇等示范工程建设，2020年前推动含油林果生产航空生物燃料和高级油产业化发展，微藻养殖和生产生物柴油技术实现重大突破，开展万吨级工业化示范。
1.生物柴油
在郑州、洛阳、开封、商丘、安阳、周口、漯河、焦作等餐饮废弃油脂和工业废弃油脂富集的地区，加快建立工业废弃动植物油脂回收体系、餐厨垃圾油脂回收体系，以餐厨垃圾油脂和工业废弃动植物油脂为主生产车用生物柴油。到2015年形成20万吨/年产能，2020年前在全省推广，形成30万吨规模。
集合微藻优良藻种选育、高效转化、规模化养殖、油脂提取精炼等核心技术，开展工业化养殖、生产示范，实现生物柴油和副产品的多联产。
2.航空生物燃料
在南阳、洛阳、三门峡、安阳等山地丘陵区推进规模化的含油林果原料基地建设和采集体系建立，到2020年实现以含油林果为主要原料生产航空涡轮生物燃料和高级油，规模达到25万吨/年。
3.生物质快速热解生产车用生物燃料
围绕生物质快速热解生产生物油、生物油催化加氢生产车用生物燃料，开展关键技术与工程示范研究。2015年完成千吨级中试。2020年建成5万吨级的生物油催化加氢生产车用燃料示范工程。
篇8
【关键词】生物质颗粒；燃烧特性；排放
0.前言
人类利用生物质能源已有几十万年之久，其应用之早，是最直接的一种燃料能源。然而却因为生物质自身存在的诸多问题，而不能得到广泛的利用。例如：生物质的热值比较低、缺少专用的燃烧设备、运输及存储不便等。在我国，经济社会的发展是以能源的消耗作为重要前提的，经济发展的越快，能源减少的越多。这样我们所面临的两个显著问题是：环境污染趋于严重化；另一个是能源燃料的紧缺。因此，研究燃用生物质颗粒燃料锅炉的机理，探究其燃烧及排放特性，妥善处理能源燃料紧缺问题，对提升环境质量，改善人民生活环境具有重要的指导意义。
1.燃用生物质颗粒燃料锅炉简介
生物质颗粒燃料锅炉主要采用三室的燃烧结构：即气相燃烧室、固相燃烧室和燃烬除尘室。固相燃烧室的主要作用是为生物质颗粒燃料供应大量热解的气化热量，从而产生大量的生物质燃气。这部分生物质燃气通过底部的吸式结构过滤净化，并最终被导入气相燃烧室中从而实现均相的动力燃烧。气相燃烧室的尾部主要采用旋流结构制造，这样可以让燃气的火焰进行充分的扰流，进而促进燃气的完全燃烧。而燃烬除尘室一般采用降尘、燃烬、凝渣以及辐射传热等组合结构，从而可以实现洁净燃烧和辐射换热等多重效果。下面我们给出了一个生物质颗粒燃料锅炉的简化图。
图1 生物质颗粒燃料锅炉简化图
2.生物质燃料锅炉的燃烧及排放特性
2.1生物质颗粒燃料锅炉的燃烧特性
生物质颗粒燃料一般都是经过超高压压缩形成的微粒状燃料，密度较原生物质要大的多，这样的结构和组织特征使其可以很大程度上降低其的逸出速度和传热速度。该种燃料的点火温度也比较高，但是点火性能存在一定程度的下降，不过仍然要好于煤的点火性能。
生物质颗粒燃料锅炉在燃烧开始阶段会慢慢进行分解，此时的燃烧主要处于动力区，但是随着燃烧进入过渡区和扩散区，燃烧的速度降低，就可以将大部分的热量挥发传递到受热面，从而使排烟的热损失大大降低。同时，挥发燃烧需要的氧气和外界扩散的氧气比例适中，从而实现充分的燃烧，并进一步减少了气体不完全燃烧造成的损失和排烟造成的热损失。
燃烧充分完成以后，留下的焦炭骨架的结构非常紧密，流动的气流无法分解骨架，从而使得骨架炭仍然能够保持完好的层状燃烧，并形成层状的燃烧核心。此时炭的燃烧比较稳定，炉温也相对较高，可以很大程度上减少固体和排烟的热损失。
2.2生物质颗粒燃料锅炉的排放特性
2.2.1清灰装置设置
生物质颗粒燃料锅炉排放过程中的清灰装置主要采用机械刮除式以及机械振动式两种主要方式。并且，在有些燃烧锅炉中配备相应的灰分压缩机，这样就可以满足进行长时间自动运行的要求。如果设计工艺良好，那么该锅炉的维护保养都会很有限，不需要进行特殊的清理。
2.2.2相关污染物排放
生物质颗粒燃料锅炉排放的烟气中包含有多种不同的物质。其中，主要的污染物有没有完全燃烧的颗粒CxHy和有害的气体CO，这些都是由于燃料的未充分燃烧而形成的，同时，也可能和生物质颗粒燃料的组成成分有关系。不过，锅炉的污染物气排放量相当低，并且由于生物质燃料中N、S等元素较少，所以最终排放的有毒气体，如NOx、SOx较燃煤排放的要低的多。
3.生物质颗粒燃烧锅炉的环境影响分析
生物质颗粒燃烧锅炉排放的污染物很少，只包括少量的大气污染物以及固体废弃物。
3.1大气污染物
生物质颗粒燃料的纤维素含量比较高，而硫的含量则比较低，因此，燃烧所长盛的大气污染物较燃煤而言要少得多。另外，生物质颗粒燃料的密度比较大，非常便于运输和储存，而热值也基本和燃煤相当，燃烧锅炉的燃烧速度要比煤快，燃烧充分且黑烟较少、形成的灰分也比较低，尤其是在采取相配套的脱硫除尘设备之后，大气的污染物排放就会大幅度减少。根据大量的数据分析可以认为，使用生物质燃料锅炉进行燃烧后所释放的大气污染物浓度要远远低于相应的国家标准。
3.2固体废弃物
生物质燃料锅炉燃烧后形成的固体废弃物主要是燃烧完后形成的灰分，这部分废弃物可以被充分的回收利用。最主要的应用就是将灰分进行回收用作农田钾肥，这样可以达到资源充分进行综合利用的目的。
生物质颗粒燃烧锅炉排放的污染物很少，对环境的污染影响极低。不仅如此，该种工艺在很多方面还有及其显著的生态环境效益，例如代替煤炭资源，不经可以减少环境的污染，还解决了日益严峻的能源问题。另外，就是将燃烧后形成的固体废物回收用做钾肥，实现经济效益和环境效益的有效循环，实现我国环境事业的可持续发展。做到了变废为宝，节约资源又保护环境的目的。
4.结论
生物质颗粒燃烧锅炉主要利用废弃的农作物资源作为燃料，因此燃料资源丰富，经济环保，不仅降低了我国农业废弃物的运输成本问题和运输过程中的污染问题，还具有节约资源、保护环境、防止环境污染的作用。生物质颗粒燃烧锅炉的推广和使用符合我国建设节约型社会的基本要求和实现可持续发展战略的基本国策，具有十分突出的经济效益、社会效益和环境效益，为缓解我国以及世界范围内的能源紧张问题和环境污染问题提供了解决的思路和方法，对于环境的保护和资源的有效利用具有重要的意义。
【参考文献】
［1］王翠苹,李定凯等.生物质成型颗粒燃料燃烧特性的试验研究[J].农业工程学报,2006(10).
［2］岳峰,雷霆宙,朱金陵等.家用生物质颗粒燃料炉的研制[J].可再生能源,2005(6).
篇9
关键词：生物质能源；利用现状；技术开发；政策建议
中图分类号：P754.1 文献标识码：A 文章编号：
自20世纪70年代以来，全球气候变暖和日益突出的能源危机为生物质能源发展提供了契机。现代生物质能利用是指借助热化学、生物化学等手段，通过一系列先进的转换技术,生产出固、液、气等高品位能源来代替化石燃料，为人类生产、生活提供电力、交通燃料、热能、燃气等终端能源产品。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。现代生物质能源利用技术的开发对替代或部分替代化石能源、保护生态环境、实现人类社会的可持续发展具有非常重要的现实意义。
一、我国生物质能源开发利用现状
生物质能指秸秆、杂草、林木和动植物体及其排泄物等含有的能量。生物质能的利用有多种方法，如直接燃烧发电、微生物发酵产生沼气、生物发酵制取燃料乙醇，油料作物直接利用和制取生物柴油等。我国有丰富的生物质资源，近两年，生物质能源在我国受到越来越多的关注，生物质能源利用也取得很大成绩，生物质能源利用技术体系和生物质能源产业体系逐步形成。
1.沼气产业初具规模
沼气利用是我国发展历史最长、产业最为成熟的生物质能利用产业。经过多年的研发和推广，户用沼气已形成较完善的产业链，沼气池不仅寿命达到20年，且形成了具有地域特色的沼气综合利用模式.我国北方推广的塑料大棚、沼气池、气禽畜舍和厕所相结合的“四位一体”沼气生态农业模式，中部地区以沼气为纽带的生态果园模式，南方建立的“猪-果”模式，以及其他地区因地制宜建立的“养殖-沼气”、“猪-沼-鱼”和“草-牛-沼”等模式，都是以农业为龙头，以沼气为纽带，对沼气、沼液、沼渣的多层次利用的生态农业模式。沼气发酵综合利用生态农业模式的建立使农村沼气和农业生态紧密结合，是改善农村环境卫生的有效措施，也是发展绿色种植业、养殖业的有效途径，充分实践了“资源—废弃物—再生资源”的循环利用模式，已成为农村经济新的增长点，符合建立资源节约型和环境友好型社会的标准。
2．生物液体燃料已经起步
通过生物质资源生产的生物汽、柴油和燃料乙醇是生物液体燃料的主要品种。1998年以来，以粮食为原料的燃料乙醇生产已初步形成规模。由于玉米价格不断攀升以及陈化粮逐步消耗，本着生物质液体燃料的发展需要严格遵循“不与人争粮，不与粮争地”的原则，2007年国家开始禁止发展粮食乙醇项目，将燃料乙醇生产转为以薯类、甘蔗、甜高梁等1.5代生物乙醇技术上，强调以边际性土地生产生物质能源原料，以纤维素为原料的第二代乙醇生物燃料技术，已开始初步商业化。
二、我国生物质能源技术开发的主要进展
1.生物质发电技术
生物质发电技术集环保与可再生能源利用于一体,从战略需求出发,各国都加大投资力度进行开发利用。生物质发电技术主要包括:直接燃烧发电、与煤混燃发电、气化发电以及沼气填埋气发电等。大规模的生物质直燃发电技术效率较高,但要求生物质集中、数量巨大,因此大规模进行收集或运输,电站运行管理成本较高。小规模直燃发电技术则效率较低。直燃发电技术在国外已进入推广应用阶段,大部分用于林业废弃物的处理。生物质直燃发电技术在我国尚未形成系统性研究,许多问题亟待解决,如秸秆中含有较高的氯及钾、钠等成分,其灰熔点较低,容易在炉膛内结渣、结焦或沉积于受热面,严重影响生物质燃烧锅炉的换热,甚至造成腐蚀。目前国内在建的生物质直燃电厂主要依靠国外引进技术,关键设备基本是直接进口或在国内委托生产,既没有自主知识产权,设备价格也很高,电站建设成本达1.2万元/kW,发电成本太高已成为我国秸秆直燃发电产业化的主要障碍。生物质直燃的另一种方式是生物质和煤混合燃烧发电技术,该技术规模灵活,经济性较好。
2.生物质液体燃料技术
生物质液体燃料主要包括燃料乙醇、生物柴油、生物质裂解油和生物质合成燃料等。近20年来,利用甘蔗、玉米等糖和淀粉类原料制取燃料乙醇, 利用动植物油脂制取生物柴油的技术已经逐步实现商业化。目前玉米乙醇、生物柴油等第一代液体生物燃料已经逐步应用于国内外工农业生产,成为石油燃料的有力补充。然而,由于玉米乙醇、生物柴油以粮食、油料种子为原料,须占用大量耕地,与国家粮食安全存在矛盾,不可能在我国进行大规模生产,因此,近年来生物质液体燃料的原料开始从粮食作物向非粮作物以及农林废弃物转变。美国和欧洲开始大量投入,开展以纤维素和木质素等为原料生产生物质液体燃料的技术路线和工业实践,预计在6~10年内将有重大突破。从资源可持续供给和取得根本性技术突破的角度看,生物质热解液化、生物质气化合成燃料具有更加宽泛的资源基础和广阔的发展应用前景,与纤维素燃料乙醇一起通称为第二代生物质液体燃料。我国的第二代生物质液体燃料技术尚处于实验研究阶段,加大其研发示范力度,对尽快实现我国中远期规模化替代石油资源具有重要的科学和现实意义。
三、制约我国生物质能源产业发展的主要问题
1.资源“瓶颈”
目前，我国生物质能源产业面临着极大的原料供应问题。如，发酵原料来源单一，限制了沼气工程的规模化；非粮原料无法全年供应，影响了非粮乙醇生产全年均衡生产；而陈化粮等糖类原料产量有限，难以支撑庞大的乙醇燃料工业体系；生物柴油也面临缺乏适宜非粮边际土地及相适应植物新品种，尚无提供大量原料能力的尴尬境地。要根据技术发展分阶段、分等级实现生物质资源的多元化利用，近期以废弃物综合利用为主，中期以废弃物和能源作物为主，远期以能源植物或藻类资源为主，使其开发利用达到最大化。
2.产业模式
一是管理模式存在缺陷，缺乏科学的原料评价体系以及技术规范，生物柴油无法进入运输燃料系统；二是项目模式有待改进，对小型项目配套政策没有跟上，使其操作成本高，立项过程复杂；三是经营模式不够完善，民间资本难以进入，投资风险比较高。
四、推动我国生物质能源产业发展的政策建议
1.将生物质能源置于保障国家能源安全的高度给予支持
生物质对我国能源和资源供应战略安全有着重要意义，应将其放在保障国家安全的战略高度给予支持，并在政策上给予一定的倾斜。此外，建议根据生物质能源产业发展的需要，对相关激励政策进行完善和修改，把与能源生产有关的环境成本和社会成本全部考虑进去，实行全成本定价办法，制定合理的生物质能源产品价格补贴政策、强制性生物质液体燃料收购政策、鼓励生物质液体燃料消费的政策。
2.着力于加强生物质能源科技创新
生物质能是我国未来可持续发展的重要可再生能源之一，产业化过程是长期持久的，因此，拥有相关自主知识产权的核心技术是稳步可持续发展的关键。政府应鼓励国产化技术的推广，对采用国产化技术的单位进行补助，调动其自主技术研发和应用的积极性，建议设立专项资金支持生物质能源的技术创新，从根本上奠定生物质能源大规模替代的基础工作；建立专项资金为中小型生物质能企业提供政策性担保，支持生物质能源的产业化进程，推动分散式生物质能源产业体系的形成。
结束语
我国生物质资源开发以有机废弃物和利用边际性土地种植的能源植物作为主要原料来源, 从长远看, 能源农业和能源林业是未来发展生物质能源的基础。生物质能源产业作为一个正在兴起并富有巨大前途的新型产业。发展生物质能源产业有利于破解能源危机，更有利于环境的保护。
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