生物质燃料的优点范文

导语：如何才能写好一篇生物质燃料的优点，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。

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[关键词] 生物质 颗粒燃料 清洁燃烧

正文

1、概述

生物质颗粒燃料是在一定温度和压力作用下，利用木质素充当粘合剂，将松散的秸秆、树枝和木屑等农林生物质压缩成棒状、 块状或颗粒状等成型燃料。中质烟煤相当；基本实现 CO2零排放，NOx和 SO2的排放量远小于煤，颗粒物排放量降低；燃烧特性明显得到改善，利用效率显著提高。 因此，生物质固体成型燃料技术是实现生物质高效、 清洁利用的有效途径之一。 生物质固体成型燃料主要分为颗粒、块状和棒状 3 种形式，其中颗粒燃料具有流动性强、燃烧效率高等优点，因此得到人们的广泛关注。

随着我国的再生能源快速发展，生物质成型燃料技术及其清洁燃烧设备的研究开发提高了秸秆运输和贮存能力，燃烧特性明显得到了改善，可为农村居民提供炊事、取暖用能，具有原料来源广泛、价格低、操作简单等特点，是生物质能开发利用技术的主要发展方向之一。

自2006年1月1日我国颁布实施了再生能源法。使我国生物质能源发展走上了快速规范化的道路。生物质能在我国主要是以农作物秸秆为主体的资源。秸秆长期被作为农村传统的用能，随着我国农村经济的发展，农民，特别是新一代的农民难以接受传统的、直烧秸秆生活用能的落后方式。但又苦于缺乏先进廉价的使用。也只能花高价用液化气、电、型煤等现代能源。由于现代能源的紧张和价格的日趋上涨，长期花高价用现代能源，农民又难以承受。特别是城镇及城市接壤区域居民采暖，800-900元每吨的煤，一个冬天要用上1-2吨满足采暖需要，农民甘愿受冻也不愿花如此大的费用，而城镇及城市接壤区域居民采暖受到环境要求的严格限制。目前，居民冬季用煤采暖的已越来越少。从这一点看，在现代社会有相当多的农民没有得到，也很难得到良好的能源服务，他们的现代生活水平还较低。国家早就重视如此重要的民生问题，从20世纪90年代初中国农业部和科技部就开始投资进行农作物秸秆资源化利用的研究、开发、试点示范和技术推广工作。近几年，中国农作物秸秆的清洁、方便能源利用的技术研究和开发工作已取得了一些成果，有些技术已趋于成熟，并得到一定程度的推广。现在，中国主要的农作物秸秆能源利用技术有秸秆气化集中供气技术、秸秆压块成型及炭化技术、利用秸秆制取沼气技术和秸秆直接燃烧技术。由于中国农村经济的发展，农民及城镇居民生活水平的提高，居民对清洁能源的需求，加上这些秸秆能源利用技术的不断发展和逐步完善，秸秆能源利用将逐渐由传统的、低效不卫生的直接燃烧方式向优质化和高效化方向发展。

国外关于生物质成型燃料与燃烧技术设备的应用以趋于成熟化和普遍化，我国生物质成型燃料的发展还刚开始，与之相适应的燃烧技术设备处于一种滞后状态。目前一些成型燃料的应用，主要是在现有燃烧设备的基础上，直接应用或改造应用，既使河南省科学院研制具有较高水平的家用颗粒燃料炉灶，也存在着技术不到位的情况，难以产业化发展，没有做到商品化应用。

有些单位在取得了生物质颗粒燃料炊暖炉灶的基础上，立足于建立一个秸秆成型颗粒燃料与高效清洁燃烧设备系统技术产品的有机统一，协调发展的机制。在进行“生物质冷成型燃料加工设备系统”和生物质颗粒燃料炊暖炉灶的研制过程中，重点解决了目前百姓采暖困难问题，创造了“生物质颗粒燃料供热锅炉”的成果。采用了生物质颗粒燃料炊暖炉灶的核心技术，实现了生物质高效、清洁燃烧、节能排放的目标。应用广泛，可满足城镇及城市接壤区域居民采暖需求。

2、物质颗粒燃料成型和清洁燃烧技术及设备

2.1传统成型方法。

它与现有的饲料制粒方式相同，即原料从环模内部加入，经由压辊碾压挤出环模而成粒状。

包括原料烘干、压制、冷却、包装等。该工艺流程需要消耗大量能量，首先在颗粒压制成型过程中，压强达到50～100MPa，原料在高压下发生变形、升温，温度可达100℃～120℃，电动机的驱动需要消耗大量的电能；其次，原料的湿度要求在12%左右，湿度太高和太低都不能很好成粒，为了达到这个湿度，很多原料要烘干以后才能用于制粒；第三，压制出来的热颗粒（颗粒温度可达95℃～110℃）要冷却才能进行包装。后2项工艺消耗的能量在制粒全过程中占25%～35%，加之成型过程中对机器的磨损比较大，所以传统颗粒成型机的产品制造成本较高。

2.2冷成型技术。

新型冷成型技术通过颗粒成型机直接压制，把秸秆、木料残渣等转化成大小一致的生物颗粒，其燃烧效率超过80%以上（超过普通煤燃烧约60%的效率）；燃烧效率高，产生的二氧化硫、氨氮化合物和灰尘少等优点。

2.3清洁燃烧设备

目前燃烧设备的理论研究和应用研究还较少，国内也引进一些以生物质颗粒为燃料的燃烧器， 但这些燃烧器的燃料适应范围很窄，只适用于木质颗粒，改燃秸秆类颗粒时易出现结渣、碱金属及氯腐蚀、设备内飞灰严重等问题，而且这些燃烧器结构复杂、能耗高、价格昂贵，不适合我国国情，因此没有得到大面积推广。

哈尔滨工业大学较早地进行了生物质燃料的流化床燃烧技术研究，并先后与无锡锅

炉厂、杭州锅炉厂合作开发了不同规模、不同炉型的生物质燃烧锅炉。 此外，河南农业大学研制出双层炉排生物质成型燃料锅炉，浙江大学研制出燃用生物质秸秆颗粒燃料的双胆反烧锅炉等。

3、发展前景分析

我国生物质能资源非常丰富，农作物秸秆资源量超过7.2亿吨，其中6.04亿吨可作能源使用。国家通过引进、消化、吸收国外先进技术，嫁接商品化、集约化、规模化的管理经验，结合中国国情，在农村推广实施秸秆综合利用技术，在节省不可再生资源、缓解电力供应紧张等方面都具有特别重要的意义。秸秆综合利用不但减少了秸秆焚烧对环境造成的危害、减少了温室气体和有害气体排放，而且对带动新农村建设无疑将起到重要的促进作用。从秸秆资源总量看，广大农村、乡镇的各种秸秆产量大、范围广。生物质固体燃料是继煤炭、石油、天然气之后的第四大能源，是可取代矿产能源的可再生资源，是未来一个重点发展方向。

参考文献

[1]刘延春，张英楠，刘明，等.生物质固化成型技术研究进展[J].世界林业研究，2008，21（4）：41-47.

[2]赵迎芳，梁晓辉，徐桂转，等.生物质成型燃料热水锅炉的设计与试验研究[J].河南农业大学学报，2008，42（1）：108-111.

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【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).

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关键词：微生物燃料电池 产电 新能源

中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）04（c）-0003-02

微生物燃料电池（Microbial fuel cells， MFCs）是一种新兴的高效的生物质能利用方式，它利用细菌分解生物质产生生物电能，具有无污染、能量转化效率高、适用范围广泛等优点。因此MFCs逐渐成为现今社会的研究热点之一。

1 微生物燃料电池的工作原理

图1是典型的双室结构MFCs工作原理示意图，系统主要由阳极、阴极和将阴阳极分开的质子交换膜构成。阳极室中的产电菌催化氧化有机物，使其直接生成质子、电子和代谢产物，氧化过程中产生的电子通过载体传送到电极表面。根据微生物的性质，电子传送的载体可以为外源、与呼吸链有关的NADH和色素分子以及微生物代谢的还原性物质。阳极产生的H+透过质子交换膜扩散到阴极，而阳极产生的电子流经外电路循环到达电池的阴极，电子在流过外电阻时输出电能。电子在阴极催化剂作用下，与阴极室中的电子接受体结合，并发生还原反应[1]。

下面以典型的葡萄糖为底物的反应为例说明MFCs的工作原理，反应中氧气为电子受体，反应完成后葡萄糖完全被氧化[2]。

2 微生物燃料电池的分类

目前为止，MFCs的分类方法没有统一标准，通常有以下几种分类方法。

（1）基于产电原理进行分类，包括氢MFCs、光能自养MFCs和化能异养MFCs。氢MFCs的原理是利用微生物制氢，同时利用涂有化学催化剂的电极氧化氢气发电；光能自养MFCs是利用藻青菌或其他感光微生物的光合作用直接将光能转化为电能；而化能异养MFCs则是在厌氧或兼性微生物的作用下，从有机底物中提取电子并转移到电极上，实现电力输出[3]。

（2）基于电池构型进行分类，包括单极室微生物燃料电池、双极室微生物燃料电池和多级串联MFCs。图1中的微生物燃料电池即为双极室结构，电池通过质子交换膜分为阳极室和阴极室两个极室。单极室MFCs则以空气阴极MFCs为主，将阴极与质子交换膜合为一体，甚至是去除质子交换膜。为了提高产电量，将多个独立的燃料电池串联，就形成了多级串联MFCs[4]。

（3）基于电子转移方式分类，包括直接微生物燃料电池和间接微生物燃料电池两类。直接微生物燃料电池是指底物直接在电极上被氧化，电子直接由底物分子转移到电极，生物催化剂的作用是催化在电极表面上的反应。间接微生物燃料电池的底物不在电极上氧化，而是在电解液中或其它地方发生氧化后，产生的电子由电子介体运载到电极上去[5]。

（4）基于电子从细菌到电极转移方式进行分类，可分为有介体MFCs和无介体MFCs两类。电子需要借助外加的电子中介体才能从呼吸链及内部代谢物中转移到阳极，这类为有介体MFCs。某些微生物可在无电子传递中间体存在的条件下，吸附并生长在电极的表面，并将电子直接传递给电极，这称为无介体MFCs。

3 电池性能的制约因素[6～7]

迄今为止，MFCs的性能远低于理想状态。制约MFC性能的因素包括动力学因素、内阻因素和传递因素等。

动力学制约的主要表现为活化电势较高，致使在阳极或者阴极上的表面反应速率较低，难以获得较高的输出功率[8]。内电阻具有提高电池的输出功率的作用，主要取决于电极间电解液的阻力和质子交换膜的阻力。缩短电极间距、增加离子浓度均可降低内阻。不用质子交换膜也可以大大降低MFC的内阻，这时得到的最大功率密度为有质子交换膜的5倍，但必须注意氧气扩散的问题[9]。另一个重要制约因素为电子传递过程中的反应物到微生物活性位间的传质阻力和阴极区电子最终受体的扩散速率。最终电子受体采用铁氰酸盐或阴极介体使用铁氰化物均可以获得更大的输出功率和电流。

另外，微生物对底物的亲和力、微生物的最大生长率、生物量负荷、反应器搅拌情况、操作温度和酸碱度均对微生物燃料电池内的物质传递有影响[10]。

4 微生物燃料电池的应用

（1）废水处理与环境污染治理。

微生物燃料电池可以同步废水处理和产电，是一种废水资源化技术。把MFC用于废水处理是其最有前景的一个应用方向，也是当前微生物燃料电池的研究热点之一。同时，在生物脱氮、脱硫、重金属污染的生物治理等方面MFCs也具有不可忽视的作用。

（2）海水淡化。

普通的海水淡化处理技术条件苛刻，需要高压、高效能的转化膜，有的还要消耗大量的电能，故不能大规模的处理，并且成本较高，难以有效地解决海水淡化问题。如果找到一种高效的产电微生物和特殊的PEM交换膜，那么MFC，就可以达到海水淡化的目的，而且具有能耗低，环保和可持续的优点。利用MFC淡化海水也将成为具有发展潜力的研究方向[11]。

（3）便携式电源。

微生物燃料电池能够利用环境中自然产生的燃料和氧化剂变为电能，用于替代常规能源。可以为水下无人驾驶运输工具、环境监测设备的长期自主操作提供电源。

（4）植物MFCs。

通过光合作用，植根在阳极室的绿色植物将二氧化碳转换为碳水化合物，在根部形成根瘤沉积物；植物根系中的根瘤沉积物被具有电化学活性的微生物转化为二氧化碳，同时产生电子。这种植物MFCs能够原位将太阳能直接转换为电能[12]。

（5）人造器官的动力源[13]。

微生物燃料电池可以利用人体内的葡萄糖和氧气产生能量。作为人造器官的动力源，需要长期稳定的能量供给，而人体内源源不断的葡萄糖摄入恰好可以满足MFC作为这种动力源的燃料需要。

5 微生物燃料电池技术研究展望

MFCs技术正在不断成长并且已经在许多方面取得了重大突破。但是，由于其功率偏低，该技术还没有实现真正的大规模实际应用。基于其产电性能的制约因素，今后的研究方向主要可归纳为以下几点。

（1）深入研究并完善MFCs的产电理论。MFCs产电理论研究处于起步阶段，电池输出功率较低，严重制约了MFCs的实际应用。MFCs中产电微生物的生长代谢过程，产电呼吸代谢过程以及利用阳极作为电子受体的本质是今后的研究重点[14]。

（2）筛选与培育高活性微生物。目前大多数微生物燃料电池所用微生物品种单一。要达到实际应用的目的，需要寻找自身可产生氧化还原介体的高活性微生物和具有膜结合电子传递化合物质的微生物。今后的研究应致力于发现和选择这种高活性微生。

（3）优化反应器的结构。研究与开发单室结构和多级串联微生物燃料电池。利用微生物固定化技术、贵金属修饰技术等改善电极的结构和性能。选择吸附性能好、导电性好的材料作为阳极，选择吸氧电位高且易于扑捉质子的材料作为阴极[15]。

（4）改进或替代质子交换膜。质子交换膜的质量与性质直接关系到微生物燃料电池的工作效率及产电能力。另外，目前所用的质子交换膜成本过高，不利于实现工业化。今后应设法提高质子交换膜的穿透性以及建立非间隔化的生物电池[16]。

6 结语

MFCs作为一种可再生的清洁能源技术正在迅速兴起，并已逐步显现出它独有的社会价值和市场潜力。随着研究的不断深入以及生物电化学的不断进步，MFCs必将得到不断地推广和应用[17]。

参考文献

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[10] Rabaey K， Lissens G， Siciliano SD， et al. Biotechnology Letters，2003，25：1531-1535.

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[12] 刘宏芳，郑碧君.微生物燃料电池[J].化学进展，2009，21（6）：1349-1355.

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[14] 卢娜，周顺桂，倪晋仁.微生物燃料电池的产电机制[J].化工进展，2008，20（7～8）：1233-1240.

[15] 谢晴，杨嘉伟，王彬，等.用于污水处理的微生物燃料电池研究最新进展[J].水处理技术，2010，36（3）：10-16.

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中图分类号： TK223文献标识码： A

一、生物质能的特点与发展生物质能意义 

（一）生物质能的特点

1、可再生性 

生物质属可再生资源,生物质能由于通过植物的光合作用可以再生,与风能、太阳能等同属可再生能源,资源丰富,可保证能源的永续利用； 

2、低污染性 

生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的硫化物、氮氧化物较少；生物质作为燃料时，由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量，因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零，可有效地减轻温室效应；

3、广泛分布性 

缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能。 

4、生物质燃料总量十分丰富 

根据生物学家估算,地球陆地每年生产1000～1250亿吨生物质;海洋每年生产500亿吨生物质。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10倍。

（二）发展生物质能意义

生物质能源的开发利用早已引起世界各国政府和科学家的关注。国外生物质能研究开发工作主要集中于气化、液化、热解、固化和直接燃烧等方面。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发展计划。其它诸如加拿大、丹麦、荷兰、德国、法国、芬兰等国，多年来一直在进行各自的研究与开发，并形成了各具特色的生物质能源研究与开发体系，拥有各自的技术优势。 

我国生物质能研究开发工作，起步较晚。随着经济的发展，开始重视生物质能利用研究工作，从八十年代起，将生物质能研究开发列入国家攻关计划，并投入大量的财力和人力。已经建立起一支专业研究开发队伍，并取得了一批高水平的研究成果，初步形成了我国的生物质能产业。生物质能是一个重要的能源，预计到下世纪，世界能源消费的40%来自生物质能，我国农村能源的70%是生物质，我国有丰富的生物质能资源，仅农村秸杆每年总量达6亿多吨。随着经济的发展，人们生活水平的提高，环境保护意识的加强，对生物质能的合理、高效开发利用，必然愈来愈受到人们的重视。因此，科学地利用生物质能，加强其应用技术的研究，具有十分重要的意义。 

二、生物质能发电工艺 

生物质锅炉是将生物质直接作为燃料燃烧,将燃烧产生的能量用于发电。当今用于发电的生物质锅炉主要包括流化床生物质锅炉和层燃锅炉。

（一）流化床燃烧技术

流化床燃烧与普通燃烧最大的区别在于燃料颗粒燃烧时的状态,流化床颗粒是处于流态化的燃烧反应和热交换过程。生物质燃料水分比较高,采用流化床技术,有利于生物质的完全燃烧,提高锅炉热效率。生物质流化床可以采用砂子、燃煤炉渣等作为流化介质,形成蓄热量大、温度高的密相床层,为高水分、低热值的生物质提供优越的着火条件,依靠床层内剧烈的传热传质过程和燃料在床内较长的停留时间,使难以燃尽的生物质充分燃尽。另外,流化床锅炉能够维持在 850℃稳定燃烧，可以有效遏制生物质燃料燃烧中的沾污与腐蚀等问题，且该温度范围燃烧NOx排放较低,具有显著的经济效益和环保效益。但是,流化床对入炉燃料颗粒尺寸要求严格,因此需对生物质进行筛选、干燥、粉碎等一系列预处理,使其尺寸、状况均一化,以保证生物质燃料的正常流化。对于类似稻壳、木屑等比重较小、结构松散、蓄热能力比较差的生物质,就必须不断地添加石英砂等以维持正常燃烧所需的蓄热床料,燃烧后产生的生物质飞灰较硬,容易磨损锅炉受热面。此外,在燃用生物质的流化床锅炉中发现严重的结块现象，其形成的主要原因是生物质本身含有的钾、钠等碱金属元素与床料(通常是石英砂)发生反应，形成K20·4Si02和Na20·2Si02的低温共熔混合物，其熔点分别为870℃和760℃，这种粘性的共晶体附着在砂子表面相互粘结，形成结块现象。为了维持一定的流化床床温,锅炉的耗电量较大,运行费用相对较高。

（二）层燃燃烧技术

层燃燃烧是常见的燃烧方式,通常在燃烧过程中,沿着炉排上床层的高度分成不同的燃烧阶段。层燃锅炉的炉排主要有往复炉排、水冷振动炉排及链条炉排等。采用层燃技术开发生物质能,锅炉结构简单、操作方便、投资与运行费用都相对较低。由于锅炉的炉排面积较大,炉排速度可以调整,并且炉膛容积有足够的悬浮空间,能延长生物质在炉内燃烧的停留时间,有利于生物质燃料的充分完全燃烧。但层燃锅炉的炉内温度很高,可以达到1000℃以上,灰熔点较低的生物质燃料很容易结渣。同时,在燃烧过程中需要补充大量的空气,对锅炉配风的要求比较高,难以保证生物质燃料的充分燃烧,从而影响锅炉的燃烧效率。

三、国内外生物质锅炉的开发及应用

生物质发电在发达国家己受到广泛重视，在奥地利、丹麦、芬兰、法国、挪威、瑞典等欧洲国家和北美，生物质能在总能源消耗中所占的比例增加相当迅速。

（一）国外生物质锅炉的开发及应用

生物质锅炉的技术研究工作最早在北欧一些国家得到重视，随焉在美国也开展了大量研究开发，近几年由于环境保护要求日益严格和能源短缺，我国生物质燃烧锅炉的研制工作也取得了进展。生物质

燃料锅炉国内外发展现状示于表1。

美国在20世纪30年代就开始研究压缩成型燃料技术及燃烧技术，并研制了螺旋压缩机及相应的燃烧设备；日本在20世纪30年代开始研究机械活塞式成型技术处理木材废弃物，1954年研制成棒状燃料成型机及相关的燃烧设备；70年代后期，西欧许多国家如芬兰、比利时、法国、德国、意大利等国家也开始重视压缩成型技术及燃烧技术的研究，各国先后有了各类成型机及配套的燃烧设备。

丹麦BWE公司秸杆直接燃烧技术的锅炉采用振动水冷炉排，自然循环的汽包锅炉，过热器分两级布置在烟道中，烟道尾部布置省煤器和空气预热器。位于加拿大威廉斯湖的生物质电厂以当地的废木料为燃料，锅炉采用设有BW“燃烧控制区”的双拱形设计和底特律炉排厂生产的DSH水冷振动炉排，使燃料燃烧完全，也有效地降低了烟气的颗粒物排放量。同时，还在炉膛顶部引入热空气，从而在燃烧物向上运动后被再次诱入浑浊状态，使固体颗粒充分燃烧，提高热效率，减少附带物及烟气排放量。流化床技术以德国KARLBAY公司的低倍率差速床循环流化床生物质燃烧锅炉为代表。该锅炉的特点主要体现在燃烧技术上。高低差速燃烧技术的要点是改变现有常规流化床单一流化床，而采用不同流化风速的多层床“差速流化床结构”。瑞典也有以树枝、树叶等作为大型流化床锅炉的燃料加以利用的实例。国内无锡锅炉厂、杭州锅炉厂、济南锅炉厂等都有燃用生物质的流化床锅炉。

（二）我国生物质锅炉的开发及应用

我国生物质成型燃料技术在20世纪80年代中期开始，目前生物质成型燃料的生产已达到了一定的工业化规模。成型燃料目前主要用于各种类型的家庭取暖炉(包括壁炉)、小型热水锅炉、热风炉，燃烧方式主要为固定炉排层燃炉。河南农业大学副研制出双层炉排生物质成型燃料锅炉，该燃烧设备采用双层炉排结构，双层炉排的上炉门常开，作为燃料与空气进口；中炉门于调整下炉排上燃料的燃烧和清除灰渣，仅在点火及清渣时打开；下炉门用于排灰及供给少量空气。上炉排以上的空间相当于风室，上下炉排之间的空间为炉膛，其后墙上设有烟气出口。这种燃烧方式，实现了生物质成型燃料的分步燃烧，缓解生物质燃烧速度，达到燃烧需氧与供氧的匹配，使生物质成型燃料稳定、持续、完全燃烧，起到了消烟除尘作用。20世纪80年代末，我国哈尔滨工业大学与长沙锅炉厂等锅炉制造企业合作，研制了多台生物质流化床锅炉，可燃烧甘蔗渣、稻壳、碎木屑等多种生物质燃料，锅炉出力充分，低负荷运行稳定，热效率高达80％以上。浙江大学等也开展了相关研究工作。下面介绍两种国产的代表性锅炉。

1、无锡华光锅炉股份有限公司

锅炉为单锅筒、集中下降管、自然循环、四回程布置燃秸秆炉。炉膛采用膜式水冷壁,炉底布置为水冷振动炉排。在冷却室和过热器室分别布置了高温过热器、中温过热器和低温过热器。尾部采用光管式省煤器及管式空气预热器。炉膛、冷却室和过热器室四周全为膜式水冷壁,为悬吊结构。锅筒中心线标高为32100m。锅炉按半露天。布置进行设计。

2、济南锅炉集团有限公司

济南锅炉集团有限公司在采用丹麦BWE技术生产生物质锅炉的同时,也开发出循环流化床生物质锅炉,其燃料主要为生物质颗粒。其燃料主要通过机械压缩成型,一般不需添加剂,其颗粒密度可达到1～017t/m3,这样就解决了生物质散料因密度低造成的燃料运输量大的问题。但颗粒燃料的生产电耗高,一般每生产1t颗粒燃料需耗电30～

55kW,因而成本较高,大约在300元/t。循环流化床锅炉炉内一般需添加粘土、石英沙等作为底料已辅助燃烧。由于燃料呈颗粒状,因而上料系统同输煤系统一致,很适于中小型燃煤热电厂的生物质改造工程,在国家关停中小型燃煤(油)火力热电政策和鼓励生物质能开发政策下有广阔的市场前景。

四、我国生物质直燃发电政策

我国具有丰富的新能源和可再生能源资源，近几年在生物质能开发利用方面取得了一些成绩。2005年2月28日通过了《可再生能源法》，其中明确指出“国家鼓励和支持可再生能源并网发电”，它的颁布和实施为我国可再生能源的发展提供了法律保证和发展根基。随后，与之配套的一系列法律、法规、政策等陆续出台，如《可再生能源发电有关管理规定》(发改能源[2006]13号)、《可再生能源发电价

格和费用分摊管理试行办法》(发改价格[2006]7号)、《可再生能源电价附加收入调配暂行办法》(发改价格[2007]44号)、《关于2006年度可再生能源电价补贴和配额交易方案的通知》(发改价格[2007]

2446号)、《关于2007年1—9月可再生能源电价附加补贴和配额交易方案的通知》(发改价格[2008]640号)等的。与此同时，国务院有关部门也相继了涉及生物质能的中长期发展规划，生物质能的政策框架和目标体系基本形成。2012年科技部日前就《生物质能源科技发展"十二五 "重点专项规划》、《生物基材料产业科技发展"十二五"专项规划》、《生物种业科技发展"十二五"重点专项规划》、《农业生物药物产业科技发展"十二五"重点专项规划》等公开征求意见。表示将建立政府引导和大型生物质能源企业集团参与科技投入机制，推进后补助支持方式向生物质能源科技创新倾斜，形成政府引导下的多渠道投融资机制。这些政策的出台为生物质发电技术在我国的推广利用提供了有力的保障。

四、高效洁净生物质锅炉的开发应用建议

（一）重点开发适用于秸秆捆烧的燃烧设备

目前对生物质直接燃烧的研究，比较多地集中在生物质燃烧特性、燃烧方法和燃烧技术等方面，而对各种燃烧技术的经济性研究较少，更缺乏对不同燃烧方法、燃烧技术经济性的比较分析。实际上，由于生物质(尤其是农作物秸秆)原料来源地分散，收集、运输、贮存都需要一定的成本，有些燃烧技术需先对生物质燃料进行干燥、破碎等前期加工处理，真正适用的、值得推广的是能源化利用总成本最低、从收集到燃烧前期加工处理过程耗能最少、对环境影响最小的技术。例如，对于秸秆类生物质，捆烧将会是最有市场竞争力的燃烧方法，所以，应针对我国农村耕种集约化程度较低的现状，开发各种秸秆的小型打捆机械，并重点开发适用于秸秆捆烧的燃烧设备。农林加工剩余物(如甘蔗渣、稻壳、废木料等)则宜就地或就近燃烧利用，如剩余物数量较大且能常年保证供应，则可作为热能中心或热电联产锅炉燃料，热电联产的锅炉型式应优先采用循环流化床锅炉，数量较少或不能保证常年供应的，则可采用能与煤混烧的燃烧设备。

（二）加大科技支撑力度,加强产学研结合,突破关键技术和核心装备的制约

加大科技支撑力度,尽快将生物质能源的研究开发纳入重大专项,开发低成本非粮原料生产燃料乙醇和高效酶水解及高效发酵工艺,研究可适用不同原料、节能环保的具有自主知识产权的生物柴油绿色合成工艺,开发适宜中国不同区域特点的高效收集秸秆资源、发展成型燃料的关键生产技术与装备。

（三）做好技术方面控制

生物质锅炉的开发过程中应当克服以下技术问题：

1、粉尘控制与防火防爆 

目前生物质电厂的燃料储运是在常压下进行的，由于生物质燃料自身的特点，在其粉碎过程中或者在运输过程中出现落差的情况下，会产生大量的粉尘，导致了上料系统合锅炉给料系统的粉尘含量高，粉尘浓度甚至进入爆炸极限范围，存在极大的安全隐患。 

针对这种情况，需要我们根据国内燃料供应情况，在燃料粉碎、运输及上料环节上对生产工艺做相应修改，如采用封闭式负压储运；在落差较大的位置设置除尘装置；增设粉尘浓度传感器对粉尘进行实时监测；保持料仓的通风性良好，监测并控制料仓的温度、湿度。 

2、燃料输送系统的简化 

目前燃料输送系统和锅炉给料系统环节较多，工艺复杂，螺旋和斗式提升机经常堵塞的现象。燃料输送系统故障会导致炉前料仓断料，不能满足锅炉负荷下的燃料供应。 

为了避免这种现象发生，可以考虑改进现有的给料工艺，减少给料环节，不采用斗式提升机，改用栈桥、皮带，直接将料仓的料输送到炉前料仓。同时严格控制燃料湿度和粒度，防止燃料结团、缠绕，并改进自动化控制手段，保证输料系统连续稳定运行。 

3、结焦和腐蚀 

生物质燃料的成分和煤粉存在极大差异，尤其灰分中含有大量碱金属盐，这些成分导致其灰熔点较煤粉的灰熔点低，容易产生沾污结焦和腐蚀。因而生物质锅炉产生结焦、腐蚀的工况参数与普通燃煤炉不同，应该根据燃料性质及燃烧特性的不同，对锅炉及其辅助设备的工艺设计提出不同要求，并改进相关自动化控制使工艺运行环境符合现有设备要求。

随着国家大气污染排放标准的提高，因重视对废气排放的控制，炉内脱硫技术是控制空气污染的有效方法。循环流化床是我国燃煤发电重要的清洁煤技术。历经二十余年的发展，我国掌握了300MW亚临界循环流化床锅炉设计制造运行的系统技术，发展超临界参数循环流化床锅炉已经势在必行。国家发改委自主研发超临界600MWCFB锅炉是当前技术的典范。

参考文献

[1]刘强,段远源,宋鸿伟.生物质直燃有机朗肯循环热电联产系统的热力性能分析[j].中国电机工程学报,2013年26期.

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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。

1.1　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。

1.2　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。

2、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23.400～3g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。

3、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扔在田间就地焚烧，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现象，整洁了村容村貌，净化了生活环境，深受农民们的欢迎。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。

4、高效低排放生物质炉具有三个优点

4.1　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。

4.2　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。

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河南省拥有发展生物质成型燃料产业的基础条件，且已初具规模，经济效益整体显著，市场投资热情高涨，但也存在原料收集困难、生产能力过剩、市场营销意识不强以及政府重视不够等问题。为此，企业层面应注意经营战略模式、原料供应模式和市场营销策略等，政府层面的政策取向应注意激励和规范并重。

关键词：

生物质成型燃料；河南新能源产业

研究表明，生物质成型燃料在锅炉中燃烧时，黑烟少，火力持久，燃烧充分，排放的飞灰少，碳化物、氮化物和硫化物都远比煤低，而且其生产以农林剩余物为原料，可谓“取之不尽、用之不竭”，逐渐受到世界各国的重视。作为农业大省和新兴工业大省，河南具有发展生物质成型燃料产业的基础条件。探讨其发展，对于缓解环境压力和建设美丽河南意义重大。

一、河南省的基础条件

作为产业链的两端，资源与市场是产业发展的基础。对于生物质成型燃料产业发展的资源条件，既要了解农林业生产情况，也要进行资源总量估算及潜力分析。对于其发展的市场条件，着重要了解市场容量的大小。因为该燃料是对秸秆、薪柴和煤炭等传统能源的替代，替代水平无法直接估计，只能通过传统能源现实消费量和发展趋势来间接反映市场容量。

（一）资源条件河南是农业大省，根据全国土地面积普查，河南耕地面积为819.2万公顷，仅次于黑龙江和四川。近8年来，该省农业种植面积一直维持在678.4万公顷之上，2014年为474.67万公顷。农业基础设施的不断完善和农业科技专项的顺利实施，使占种植面积80%以上的粮食和油料产量呈逐年递增的趋势，2014年分别达到了5772.3万吨和584.3万吨。这些都为生物质成型燃料产业的发展提供了良好的资源基础和重要保证。河南人均森林面积仅为全国平均水平的1/5，人均森林蓄积仅为其1/7，但分布集中、以商品林为主。这为林业“三剩物”的采集提供了一定便利条件。根据2014年河南省农作物产量、果树树枝产量以及林业生产情况，参考有关学者提出的谷草比和折算系数（见表1和表2）测算，2014年河南农林剩余物资源总量约为11933.77万吨。一般情况下，生产1吨生物质成型燃料约需农林剩余物1.1吨。按此计算，资源总量可供生产10848.88万吨生物质成型燃料。从发展趋势看，1995年～2014年，河南农林剩余物资源总量稳步增长，年均增长率约3.16%，特别是在实施农业税免除政策的2006年，资源总量从2005年的8189.62多万吨陡增至9241.92多万吨。不难看出，尽管工业化、城镇化和现代化的步伐在加快，但河南农林剩余物资源潜力巨大。

（二）市场条件就生活用能而言，经粗略估计，2014年河南农村居民秸秆和薪柴的消费量折合标准煤约为550.31万吨，煤炭消费量折合标准煤约为307.77万吨，上述3种能源消费量合计可达858.08万吨标准煤。对于生物质成型燃料产业而言，这个数字意味着巨大的市场空间。2014年，河南农村能源商品化率和优质化率分别为50.08%和21.87%，较1995年均有大幅提高，特别是在2004年之后二者就呈现出快速增长的局面（见图1）。可见，随着社会经济的发展，河南农户能源消费更加追求便捷和清洁。在农村生活能源消费结构发生深刻变化的过程中，生物质成型燃料产业应该有所作为。2014年，河南生产用能中煤炭消费量为23645.04万吨，大部分被用于加工转换。基于1995年～2014年的数据，预计到2020年，河南该部分煤炭消费量将达到55476.07万吨，相当于2014年的2倍还要多。面对庞大的现实消费量以及迅猛的增长，环境压力可想而知。随着生态环境建设进入政府绩效考核体系，河南加快了工业锅炉的拆改步伐，2014年更是在全省范围内实施“蓝天计划”工程。在工业锅炉改拆过程中，天然气价格昂贵且往往压力不够，生物质成型燃料必将占有一席之地。

二、现状与问题

（一）现状1.产业规模初步形成。目前，河南已有十余家规模较大的生物质成型燃料生产企业，年生产能力超过150万吨，销售量在100万吨左右。其中，注册资金1000万元以上的有5家，年生产能力均超过10万吨。这些企业重点分布在南阳、商丘和郑州。南阳和商丘的企业多属于资源导向型；郑州的企业多属于市场导向型。2.经济效益整体显著。实地调研发现，河南大多数企业经营良善，产品除了满足本省场外，在湖北、河北、安徽和陕西等周边省份也有一定的市场。受访企业一般都有10%以上的成本利润水平，部分企业甚至会达到25%左右的回报。3.市场投资热情高涨。随着各地治污力度的加大以及燃煤锅炉的改造，市场对于生物质成型燃料前景普遍看好，投资热情日益高涨。

（二）存在的问题1.原料收集困难。农村青壮年劳动力纷纷出外打工，留守在家的老年人根本不愿或者无力对秸秆进行收集，使雇工成本不断上涨，生产企业难以承受。另外，小地块的土地家庭经营模式不利于机械化收获和大包捆扎，严重影响了原料收集的效率。2.生产能力过剩。大多数的加工基地生产能力在1万吨以上，但实际上生产销售量都在0.7万吨左右，存在着生产能力过剩的现象，这与企业低水平重复建设有关。一些企业缺乏项目论证，片面追求效率，颠倒了效率与效益的关系。市场需求饱满的情况下，效率与效益是一致的，高效率会带来高效益；在市场需求不足的情况下，效率与效益是对立的，高效率不一定会带来高效益。3.市场营销意识不强。首先，出于规模效益考虑，企业缺乏到农村中推广的热情，这一庞大的市场被忽略。而在瑞典、芬兰、德国等欧洲国家，超过半数的生物质成型燃料为居民生活使用，主要用于供暖系统。其次，企业营销手段单一，缺乏积极的宣传和营销。4.政府重视程度不够。突出表现在各种能源规划还是热衷于规模大、经济效益明显的火电项目和核电项目，而对于生态环境效益更加明显的生物质能源项目着力较少，特别是对属于第二代生物质能源的成型燃料更是缺乏热情。从一定意义上说，过于重视大型能源项目，会吸引人们的注意力和大量的投资资金，从而对生物质成型燃料产业的发展造成干扰。

三、对策建议

（一）企业层面1.科学选择经营战略模式。单一化经营的企业，可借鉴分布式能源的理念，采用“公司+基地+农户”的模式。这种模式在基地层面采用小规模经营，每个基地年生产能力不超过1万吨为宜。基地是成本中心，因此，应尽量靠近原料地或目标市场；公司层面是利润中心，集中负责人事、投资、财务、技术和销售等工作，在这些方面发挥规模效应。多元化经营企业可采用市场相关型、原料相关型、技术相关型和产品再加工型4种模式。市场相关型是指企业立足当前市场，尽可能提供相关的产品和服务，从当前市场赚取尽可能多的利益。这要求企业具备相当的技术实力，一般以提供附加服务为主，如维修、检测等。其中，合同能源管理（EMC）是能源生产企业提供的最为常见的服务项目。原料相关型是指企业充分利用生产加工过程中的边角料生产成型燃料。这种模式既能减少原料收集的成本，保证原料的供应而不至于出现中断现象，又会使得边角料不至于被低价出售或浪费掉。靠近农业主产区从事粮油加工的企业或靠近林区的木材加工厂或林场可考虑此模式。技术相关型是指企业利用技术研发优势，延长产业链，从事成型燃料的生产。生产生物质成型设备或者燃烧锅炉的大型企业通过成型燃料的生产，有利于将自身技术优势发挥到最大，减少生产过程中的不稳定因素，并能及时发现技术短板。产品再加工型是指将生物质成型燃料再进一步加工，以热能的形式供应市场。该模式的优点在于最终产品形式为老百姓喜闻乐见，缺点是本来成型燃料价格就高，使用成本更高。该模式以完整产业链的联产形式较好，以便充分降低中间成本，使得最终产品价格不至于太高。2.合理规划原料供应。小型企业可采用直接收购模式或代加工模式。直接收购模式是指生产企业到农村上门收购原料或者由农户直接把原料运到企业卖掉，该模式都只能是小批量、多频次的采购，规模效应小，供应也会因为突发事件而变得不够稳定，其收集半径在10～20公里之间。代加工模式是指农户将农林剩余物运到企业加工后，再自行拉回使用，并支付企业加工费。大中型企业可采用代购点模式或原料基地模式。代购点模式是指在方圆20公里之外设置收购点，代购点负责附近区域的原料收集、保管和运输工作。代购点既可以是企业自己设置，也可以采用形式。原料基地模式比代购点模式又进了一步，是指将收购点建设成原料初加工基地，将收集来的原料在当地晾晒、挑拣和粉碎后，再运往企业集中加工。该模式可实现原料供应的规模化甚至产业化，是发展方向。3.定位高端市场营销策略。生物质成型燃料生产企业是不可能靠低价竞争的，一方面，由于原料收集困难使其生产成本居高不下；另一方面，该产品属于小众产品，市场需求量较小；热效值与生物质成型燃料相当的中档煤炭价格的持续走低，也使其没有价格优势可言。基于清洁安全能源产品的定位，在产品策略方面，企业应加大研发力度，不断提高质量，重点放在对清洁性和安全性的追求上，而不是致密性和热效值的追求上。在价格策略方面，不能完全根据热效值确定其与煤炭的比价关系，要考虑产品特性及用户需求。在渠道策略方面，应注意通过试点、代销等方式开拓农村特别是基地周边村庄。在促销策略方面，形象设计应着重围绕尊享健康快乐的生活展开，宣传的理性诉求点应突出清洁、安全和健康等方面，感性诉求点应放在对留守老人的关爱上以及对操持家务的妻子的呵护上或者对社会责任的承担上。

（二）政府层面1.完善激励政策。对于可再生能源行业，激励应是全过程的。对生物质成型燃料产业激励的范围应包括原料收集、技术研发、生产经营、用户消费等方面。考虑到财政力量有限，可将其中的原料收集和用户消费作为激励的重点。对于原料收集和用户消费的激励，都可采用直补方式给予农户；对于技术研发和生产经营活动的激励，可采用专项基金、税收优惠、银行贴息贷款和政府担保贷款等方式。关于资金来源，可考虑将每个县市设立的每年数以百万元而又使用效果不佳的禁烧基金拿出来，将焚烧秸秆的罚款也归入禁烧基金；各级政府也可将支持化石能源以及发展较为成熟的可再生能源的资金拿出一部分，用于支持成型燃料。2.规范政策。一是加强项目审批，既防止一些地方政府追求生态政绩，一窝蜂建厂，导致争原料、争市场等不良现象；也要防止一些私营企业盲目拍脑袋上马项目，造成鱼目混珠和产能过剩。二是强化补助管理，既防止将煤掺在生物质成型燃料中套取资金，也要防止多元化生产的企业通过虚假会计，将其他产品收入计入生物质成型燃料，虚增销售收入。三是强制用户购买，除“蓝天计划”要求污染企业限期拆改外，加强政府采购也是有益的支持措施。

参考文献：

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[8]W.钱•金，勒妮•莫博涅．吉宓译．蓝海战略[M].北京：商务印书馆，2010．

篇7

关键词生物柴油;优点;制备;发展现状;措施;油葵;能源植物

AbstractThe merit of biodiesel，the preparation method，as well as research and development status at home and abrod were introduced. Then the advantage of oil sunflower as biodiesel energy meterial and the existing problems and measures in developing oil sunflower biodiesel industry were proposed to provide references for the research and application of biodiesel.

Key wordsbiodiesel;merit;preparation;development status;measures;oil sunflower;energy plant

能源是人类社会发展的支柱，随着世界经济的快速发展，对能源的需求量也飞速增加。据BP公司的预测，按照目前的开采量计算，全世界石油储量只能开采40年，天然气为65年，煤炭为165年[1]。能源短缺已经成为制约世界经济发展的重要因素。为此，寻求可再生能源倍受世界各国关注。生物质能源作为可再生能源，是目前世界能源消耗总量仅次于煤炭、石油和天然气的第四大能源，在整个能源系统中占有重要的地位。作为生物质能源最重要的可再生液体燃料之一，生物柴油具有能量密度高、性能好、储运安全、抗爆性好、燃烧充分等优良使用性能，还具有可再生性、环境友好性及良好的替代性等优点，是最具发展潜力的大宗生物基液体燃料[2]，合理开发利用生物柴油对于促进国民经济的可持续发展、保护环境都将产生深远意义。

1生物柴油的特性

生物柴油是植物油、动物脂肪以及食用废弃油等油脂物经过酯基转移作用得到的脂肪酸酯类物质，包括脂肪酸甲酯和脂肪酸乙酯[3-5]，具有石化柴油所不可比拟的优点。

(1)良好的燃烧性能。生物柴油燃烧指标十六烷值高，大于49(石化柴油为45)，含氧量高，有利于压燃机的正常燃烧，在燃烧过程中所需的氧气量也较石化柴油少，燃烧、点火性能优于石化柴油。

(2)优良的环保性能和再生性能。生物柴油环保性能主要表现在:含硫量低，使二氧化硫和硫化物的排放低，可减少酸雨的发生[6];因其含氧量高，使其燃烧时一氧化碳排放量减少;基本不含芳香族烃类成分，产生的废气对人体损害低于柴油。生物柴油是以动植物的生物质为原料，因而又具有良好的可再生性能。

(3)较好的低温发动机启动性能和性能。与石化柴油相比，生物柴油无添加剂时冷凝点达-20 ℃，具有较好的发动机低温启动性能;具有较高的运动粘度，在不影响燃油雾化的情况下，生物柴油更容易在汽缸内壁形成一层油膜，从而提高运动机件的性能，降低喷油泵、发动机缸和连杆的磨损率，延长其使用寿命。

(4)较高的安全性能。生物柴油闪点高，不属于危险品，有利于安全运输、储存。

(5)原料易得。生物柴油的原料是植物油脂、动物油脂、植物油精练后的下脚料、酸化油、潲水油或各种油炸食品后的废弃油。其中植物类主要包括油菜、油用向日葵、大豆、棉花、芝麻、花生、蓖麻、亚麻、文冠果、乌桕树、棕榈树、椰子树、油桐树、野苏树、桉树、油茶、麻疯树、光皮树等含油质植物所榨取的油料。

总之，生物柴油作为一种可再生液体燃料，具有安全、环保、可再生等优点，发展生物柴油产业已成为世界各国保障能源安全的战略举措。

2生物柴油的制备方法

生物柴油的生产方法可以分为两大类:物理法与化学法。物理法包括直接混合法与微乳液法;化学法包括裂解法、酯交换法。物理法操作简单;但产品的物理性能(如粘度)和燃烧性能都不能满足柴油的燃料标准。化学法中的裂解法能使产品粘度降低3倍，但仍不能符合要求。酯交换法是利用低碳醇在催化剂作用下与植物油或动物油中的脂肪酸甘油酯进行反应的一种适用于生产生物柴油的方法[7]。酯交换法的催化剂包括酸碱催化、酶催化、超临界催化和超临界介质中的酶催化等[8]。超临界酯交换法制备生物柴油是最近几年发展起来的一种有效方法。由于能很好地解决反应产物与催化剂难分离问题，因此超临界酯交换法受到了广大研究者的关注[9]。它的最大特点是不用催化剂，在较短的反应时间内取得较高的反应转化率，极大地简化了产物分离精制过程。超临界的甲醇溶解性相当高，油脂与甲醇能很好地互溶。超临界甲醇法中，超临界甲醇既是反应介质又是反应物，起到催化剂的作用。采用超临界甲醇法，酸和水的存在对最终转化率没有影响[10]。与现行化学法相比，在反应速度、对原料的要求和产物的回收方面都有优越性，因而日益受到人们重视[11]。生物酶法合成生物柴油具有条件温和、不需要昂贵设备、醇用量少、产品易于收集、无污染物排放等优点，是一种很有前途的生物柴油合成方法，但也存在酶成本高、产物难分离、副产物抑制作用等问题。

3生物柴油在国内外的发展现状

3.1国外生物柴油发展现状

生物柴油的研究最早始于1970年[12]，近15年内发展较快。尽管其发展的历史不是很长，但是由于其良好的性能得到了世界各国的重视，大约有28个国家致力于生物柴油的研究和生产[13]。为大力推进生物柴油产业的发展，欧美国家的政府制定了一系列的财政补贴、优惠税收等政策支持，德国、法国、意大利、美国、加拿大等国已建立了数家生物柴油生产厂并开始大规模利用生物柴油[14-15]。在生物柴油原料上，欧盟国家以油菜籽为主要原料，美国、巴西以大豆为主要原料，东南亚国家则利用优越的自然条件种植油棕以获取油脂资源。据2009—2012年中国生物柴油产业调研及投资前景预测报告显示，2009年世界生物柴油年产量已达到1 590万t。其中，以法国和德国为主的欧盟国家生物柴油产量约为870万t，美国生物柴油的产量约为150万t，巴西120万t，阿根廷110万t。预计2010年世界生物柴油产量可达1 900万t以上。

3.2国内生物柴油发展现状

我国生物柴油的研究与开发虽起步较晚，但发展速度很快，部分科研成果已达到国际先进水平。研究内容涉及到油脂植物的分布、选择、培育、遗传改良及其加工工艺和设备。20世纪80年代，由上海内燃机研究所和贵州山地农机所联合承担课题，对生物柴油的研发做了大量基础性的试验探索[16]。许多科研院所和高校在植物油理化特性、酯化工艺、柴油添加剂和柴油机燃烧性能等方面开展了试验研究，同时中国林业科学院根据天然油脂化学结构的特点，研究了生物柴油和高附加值的化工产品综合制备技术，使生物柴油的加工利用不仅技术可行，而且经济上可以实现产业化[17]。但是与国外相比，我国在发展生物柴油方面还有一定的差距，产业化规模还较小[6]。虽然我国生物柴油的发展仅处于初级阶段，但是我国政府对发展石油替代燃料非常重视，制定了多项促进其大力发展的政策，“十五”规划纲要将发展生物液体燃料确定为国家产业发展的方向。2004年，科技部启动“十五”国家科技攻关计划“生物燃料油技术开发”项目，国家发展和改革委员会也明确将“工业规模生物柴油生产及过程控制关键技术””列入“节约和替代石油关键技术”中。“十一五”国家科技攻关计划中也将生物柴油等生物质能源的研发列在首位[18]。目前我国生物柴油的研究开发也取得了一些重大成果。海南正和、四川古杉和福建卓越等公司都已开发出拥有自主知识产权的技术，相继建成了规模超过万吨的生产厂，特别是四川古杉以植物油下脚料为原料生产生物柴油，产品的使用性能与0号柴油相当，燃烧后废物排放指标达到德国DIN5 1606标准[19]。这标志着生物柴油这一高新技术产业已在中国大地诞生。生物酶法制取生物柴油也取得了很大进步，2007年河北秦皇岛领先科技投资建设国内首家年产10万t生物酶法合成生物柴油产业，该技术居国内领先水平。总体来看，我国生物柴油的发展状况良好，生物柴油已经受到越来越多的关注。

4油葵作为生物柴油原料的优点

生物柴油的原料必须满足一定的条件，如区域可行性、原料价格和燃油价格等。选择油葵作为生物柴油的原料，是由于油葵具有如下一些特殊的性能。

(1)油葵适应性广、抗逆性强，不占用优质土地资源。首先，油葵对气候温度要求不高，世界各地区的各类土壤或各种地貌均可种植[20]。其次，油葵抗逆性强:抗旱、抗病、耐盐碱，作业简单，生育期短。再者，与一般作物相比，种植杂交油葵省工、省肥、省水、省农药，易管理、成本低、效益好。在无霜期较短地区可以生产1季，在无霜期较长地区还可以栽培2季，这样便提高了复种指数，增加农民收入。第四，杂交油葵是盐碱地先锋作物[21]，对盐碱地具有很好的改良效果。在全盐量0.77%的土壤条件下(属重度盐渍化)，杂交油葵产量高达4 395 kg/hm2。有鉴于此，可在我国沿海盐碱地、内蒙古、新疆等地区大规模发展能源油葵产业。

(2)油葵的丰产性和高含油率是农牧民增收的物质基础。油葵皮薄饱满出仁率高，一般出仁率达到75%，而且籽实含油量高，一般达到45%~50%。因此，种植杂交油葵可以较大幅度的增加农牧民的经济收入，特别是在我国较贫困的西部地区，广大农牧民经济条件的改善对实现可持续发展具有重要意义。

(3)油葵综合利用潜力大，可以促进我国农村经济发展。油葵的花、花盘、茎杆、皮壳的综合利用价值也很高。葵花是很好的蜜源，可以发展养蜂业。花盘是畜牧业的精饲料，最适合饲喂猪、鸡，可以做青贮饲养牛羊。花盘含粗蛋白7%~9%，含粗脂肪6.5%~10.5%，几乎与大麦、燕麦相当;无氮浸出物(主要是淀粉)48.9%，高于苜蓿，与燕麦接近;果胶2.4%~3.0%，可以增加饲料的适口性;其灰分含量比大麦、燕麦多2倍。榨油后的饼粕可为发展畜牧业提供一部分高质量的饲料来源。秸秆还可作染料和造纸的原料等。

(4)利用向日葵生产柴油，可以为农村社会发展提供机会。据预测，2020年全球可再生生物柴油年需求量，将从当前的1 000万t大幅增加至3 500万t。这为向日葵制造生物柴油提供了广阔的发展空间。利用向日葵生产生物柴油，可以走出一条农业产品向工业品转化的富农强农之路，有利于调整农业结构，增加农民收入。如果在我国西部地区大力发展生物柴油产业，必然会给地方发展提供新的机遇，促进第二产业的发展。

5我国发展油葵生物柴油存在的问题及解决措施

虽然我国发展油葵生物柴油已经具备了相应的理论依据，油葵种植也形成了一定的规模，国家也出台了一系列的优惠政策，但油葵生物柴油产业的可持续发展仍需解决好以下一些问题。

(1)提高油葵抗逆性。油葵用作能源植物种植，必须坚持不与粮争地。应种植在较为干旱、贫瘠、盐碱的土地上，因此虽然现有的油葵具有抗旱、抗盐等优良特性，但仍需要提高其抗逆性，以便扩大油葵的种植面积，稳定原料供应。

(2)培育能源油葵新品种。从品种角度分析，油葵含油率和脂肪酸结构成为影响生物柴油转化的关键因素，因此，培育生物柴油的专用品种具有重要的意义。

(3)重视油葵生物柴油产业链的综合加工利用。生物柴油不是油葵生物柴油产业链的唯一产品，它还有秸秆、油饼、甘油及VE 等不同生产阶段的副产品，这些副产品的综合利用，对于提高向日葵生物柴油产业链价值具有重要的意义。

6参考文献

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篇8

电池在我们的生活中发挥着非常重要的作用，但在使用过程中却带来了严重的环境问题。一节一号电池腐烂在地里，能使一平方米土壤永久失去利用价值；一粒纽扣电池可使600吨水受到污染，相当于一个人一生的饮水量。严峻的现实迫使我们寻找电池发展的新出路，生物燃料电池的问世让我们看到了曙光。本文初步介绍了生物燃料电池的基本情况，以期能开阔视野，对中学化学教学有所裨益。

1穿越历史，生物燃料电池向我们走来

早在19世纪初，英国化学家戴维就提出了燃料电池的设想，1839年英国人格拉夫发明了最早的氢燃料电池[1]。可以说发展到今天，氢燃料电池已成为了最成熟的燃料电池，但在氢气的制备、输送、电池的能量转化率、使用安全性等方面存在许多问题，陷入了尴尬的发展处境[2]。生物燃料电池的出现又让我们充满了新的期待。

生物燃料电池的发展可追溯到20世纪初，1910年英国杜汉姆大学植物学教授Michael Cresse Potter用酵母和大肠杆菌进行试验时，发现了微生物也可以产生电流,从而拉开了生物燃料电池研究的序幕。六十年代，为了将长途太空飞行中的有机废物转化成电能，美国航空航天管理局投入了大量的人力和物力进行研究，真正掀起了生物燃料电池研究的。后来尽管由于技术原因，生物燃料电池曾一度陷入停滞状态，但七、八十年代出现的石油危机又让电池家族的新成员成为人们瞩目的中心，自此之后迎来了更加广阔的发展前景[3]。

简言之，生物燃料电池就是以微生物、酶为催化剂，将有机物（如糖类等）中的化学能直接转化成电能的一种电化学装置。根据电池中使用的催化剂种类，可将生物燃料电池分为微生物燃料电池和酶燃料电池两种类型。

2两种典型的生物燃料电池

2.1 微生物燃料电池

典型的微生物燃料电池如上图所示，它由阳极室和阴极室组成，质子交换膜将两室分隔开。它的基本工作原理可分为四步来描述:(1)在微生物的作用下，燃料发生氧化反应，同时释放出电子;(2)介体捕获电子并将其运送至阳极;(3)电子经外电路抵达阴极，质子通过质子交换膜由阳极室进入阴极室;(4)氧气在阴极接收电子，发生还原反应。我们以葡萄糖为例来具体地说明这个过程[1]：

阳极半反应：

C6H12O6+6H2O6CO2+24H++24e-E0=0.014V

氧化态介体 + e-还原态介体

阴极半反应:

6O2+24H++24e-12H2O E0=1.23V

2.2 酶燃料电池

如下图，葡萄糖在葡萄糖氧化酶（GOx）和辅酶的作用下失去电子被氧化成葡萄糖酸，电子由介体运送至阳极，再经外电路到阴极。双氧水得到电子，并在微过氧化酶的作用下还原成水。

阳极半反应：葡萄糖葡萄糖酸＋2H++2e

阴极半反应：H2O2+2H++2e2H2O[3]

2.3生物燃料电池中的介体及其作用

2.3.1介体的作用

在生物电池的设计中一个最大的技术瓶颈就是如何有效地将电子从底物运送至电池的阳极。科学家设想在阳极室加入一种或几种化学物质，作为运输电子的介体。介体的作用如图3所示。

2.3.2 介体需满足的条件[1][3]

经过研究发现充当介体的分子必须具备严格的条件：①介体的氧化还原电极电势应与代谢物的电势相一致；②介体的氧化态和还原态都应易溶于电解质溶液；③在溶液中有足够的稳定性且不能吸附在细菌细胞或电极的表面；④介体的电极反应快；⑤微生物燃料电池中的介体应易于穿透细胞膜且对微生物无毒害作用；⑥微生物燃料电池中的介体在得到电子后应易于从细胞膜中出来；⑦介体的任一种氧化态都不会对微生物的代谢过程造成干扰。

生物燃料电池中常用的介体有硫堇、EDTA-Fe(Ⅲ)、亚甲基蓝、中性红等。

3 生物燃料电池的优点

与传统的化学电池技术相比，生物燃料电池具有操作上和功能上的优势（表1）。首先它将底物直接转化为电能，保证了具有高的能量转化效率。其次，不同于现有的生物能处理，生物燃料电池能在常温、常压甚至是低温的环境条件下都能够有效运作，电池维护成本低、安全性强。第三，生物燃料电池不需要进行废气处理，因为它所产生的废气的主要组分是二氧化碳，不会产生污染环境的副产物。第四，生物燃料电池具有生物相容性，利用人体内的葡萄糖和氧为原料的生物燃料电池可以直接植入人体。第五，在缺乏电力基础设施的局部地区，生物燃料电池具有广泛应用的潜力。

表1化学燃料电池与生物燃料电池比较[3]

4生物燃料电池的用途[1][5]

4.1改善汽车的燃料结构

使用生物燃料电池，1L糖类物质的浓溶液氧化产生的电能可供一辆中型汽车行驶25-30 Km,如果汽车的油箱为50L的话，装满糖后可连续行驶1000Km而不需要再补充能源。使用生物燃料电池，一方面可控制因化石燃料燃烧导致的空气污染问题，另一方面还可避免因发生交通事故而引发的汽油起火燃烧甚至是爆炸。

4.2污水处理

2005年，由美国宾夕法尼亚州立大学的科学家洛根率领的一个研发小组宣布，他们研制出一种新型的微生物燃料电池，可以把未经处理的污水转变成干净用水和电能。

4.3为可植入人体内的设备提供能量支持

2005年日本东北大学教授西泽松彦领导的研究小组新开发出了一种利用血液中的糖分发电的燃料电池。这样的生物电池可为植入糖尿病患者体内的测定血糖值的装置提供充足电量、为心脏起搏器提供能量。

4.4 在机器人设计中的作用

2001年英国西英格兰大学的科学家们研制出了一种名为“Slugbot”的机器人（如图5），专门用于搜捕危害种植业的鼻涕虫。“Slugbot”将抓获的鼻涕虫放在一容器里，在酶的作用下将其转化成电能。

2000年美国南佛罗里达大学科学家斯图亚特.威尔金森（Stuart Wilkinson）宣称，他们已经研制出了一种需要吃肉以给体内补充电能的机器人Chew Chew。 这种机器人体内装有一块微生物燃料电池，为机器人运动和工作提供动力。这种微生物燃料电池可以通过细菌产生酶，消化肉类食物，然后把获取的能量再转化为电能，供给机器人使用。

4.5在航空航天上的使用

为处理密闭的宇宙飞船里宇航员排出的尿液，美国宇航局设计了一种巧妙的方案：用微生物中的芽孢杆菌来处理尿液，产生氨气，以氨气作为微生物电池的电极活性物质，这样既处理了尿液，又得到了电能。一般在宇航条件下，每人每天排出22克尿，能得到47瓦电力。

5 生物燃料电池发展展望

在化石燃料日趋紧张、环境污染越来越严重的今天，生物燃料电池以其良好的性能向我们展示了一个美好的发展前景。但不可否认的是，由于技术条件的制约，目前生物燃料电池的研究和使用还处于不成熟阶段：电池的输出功率小、使用寿命短。例如美国得克萨斯大学亚当・海勒博士研制的葡萄生物电池能提供的功率仅为2.4微瓦，这说明要点燃一个小灯泡需要100万株葡萄，并且产电能每天都在衰减。由此导致生物燃料电池的使用范围非常狭小，远没有达到全面推广的时期。研究人员正在积极研究，努力克服这一瓶颈。

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5.1开发无介体生物燃料电池[5]

有一类铁还原性微生物，由于其细胞膜上有丰富的细胞色素，表现出较强的电化学活性，在生物电池中能直接将电子转移至阳极而不需要借助任何介体。研究表明Rhodoferax ferrireduler和Geobacteraceae种群的微生物都具有这种功能，它们在电池内发生的反应可表示为：

C6H12O6+6H2O+24Fe(Ⅲ) 6CO2+24Fe(Ⅱ)+24H+

+24e-。

无介体生物燃料电池的优点主要表现为有充足的空间，有利于提高电子转移的效率和速率。

5.2加强对电极的修饰[4]

学者Derek R. Lovley等用石墨毡和石墨泡沫代替碳棒作为电池的阳极，研究发现电池的电能输出大大增加，约为原来的三倍。说明增大电极的表面积可以增大吸附在电极表面的微生物和酶的密度，从而增加电量的输出。

Zhen He等在微生物燃料电池中用微生物来修饰阴极，加快了氧气的还原反应速率，极大地提高了电池输出的电流密度。

5.3 选择合适的质子交换膜[4][6]

质子交换膜能有效地维持电池两极室内酸碱度的平衡，保证电池反应的正常进行。Liu和Logan在电池的设计中取消了质子交换膜，结果发现电池的库仑输出效率由55%降到了12%；Min et al.研究发现如果氧气由阴极室进入阳极室，电池的库仑输出效率会从55%降至19%。这说明质子交换膜的质量好坏关系到生物燃料电池的性能，选择合适的质子交换膜，增强质子的穿透性而降低氧气的扩散成为了生物燃料电池开发中的一个重要环节。

5.4 开发光化学生物燃料电池[5]

利用光合细菌或藻类吸收太阳光，并将其转化成电能的装置称为光化学生物燃料电池。科学家曾设计出这样的一种电池：用石墨作阳极，阳极室内有项圈藻和可溶性奎宁介体；阴极也为石墨电极，电解质溶液为铁氰化钾。把这种电池先放在阳光下光照10小时，然后在黑暗的环境中放置10小时，发现可产生1mA的电流（外电路电阻为500欧），只不过光子转化成电子的效率只有0.2%。后来人们又用Synechococcus细菌来代替项圈藻，发现转化率可提高到3.3%。

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致谢：本文在写作过程中，得到化学系乐翠娣老师的指导和帮助，谨致以诚挚的谢意!

篇9

    在生产混凝土超塑化剂聚磺化萘甲醛的过程中,水污染严重,而且在半固体的滤饼中含有大量的最终产品,为了降低污染,减少浪费,生产企业采取了一系列措施,包括:过滤过程中滞留水的回用,反应器洗涤水的循环利用,高压泵采用闭环冷却系统,控制原料、产品和水的跑冒滴漏,充分利用固体废物中的最终产品等。经过工艺路线改进,实现了清洁生产,提高了经济效益[29]。清洁的反应体系反应体系对反应十分重要,以超临界CO2、近临界水、高温液态水和离子液体等作为清洁生产的反应体系,可以获得良好的反应效果。徐明仙等[30]在超临界CO2中进行水杨酸合成,CO2既作为溶剂,又作为反应物,成为合成水杨酸的绿色原料。朱宪等[31]利用临界水作为反应介质,提取黄姜中的薯蓣皂苷,发现其可以克服传统水解法需要加碱中和、水消耗大和环境污染严重等缺点。张辉等[32]利用超临界水氧化法与非色散红外法相结合测水质中有机碳含量,发现其反应快,氧化彻底,检测结果准确。Lv等[33]利用高温液态水的特性水解生物质资源生产化工原料,如木糖水解等,具有较好的效果。离子液体作为一类新型绿色反应介质,不仅可替代传统有机溶剂或酸碱用作化工反应和分离的新介质,而且具有作为新型磁性材料、纳微结构功能材料、材料、航空航天推进剂等的潜力[34]。磁性功能化离子液体具有液程宽、蒸气压低、溶解能力强等特性[35],在有机合成中可作为溶剂兼催化剂和模板剂,具有产物易分离、可回收重复使用等优点。超常规反应技术由于人们对物质状态和反应过程的认识有限,对物质的利用主要基于其正常状态下的物性。随着人们对各种物质处于不同极限状态的特性的研究,化学反应过程在极限状态下的特性受到化工界的广泛关注,于是各种超常规状态的技术不断涌现,如超临界流体技术、超重力技术等。超临界流体技术超临界流体指的是处于临界点以上温度和压力区域下的流体,在临界点附近会出现物性急剧变化的现象。利用流体超临界状态特性的技术称为超临界流体技术,如超临界法制备微粒技术和超临界流体萃取技术等。利用超临界法制备微粒技术有超临界溶液快速膨胀法、超临界辅助雾化法和超临界反溶剂法等。采用超临界法制备微粒,与常规的机械加工法、重结晶法、冷冻干燥法和喷雾干燥法相比,制备的微粒粒径较小,粒径分布均匀,而且解决了有机溶剂残留等问题,具有绿色环保的特点[36]。超临界技术是未来大规模制生物燃料的理想方法,特别是用于废油和脂肪制取生物柴油。

    与传统的生物燃料生产方法相比,超临界流体技术具有反应快、生产率高、易于连续操作、而且不需要催化剂等优势,但操作压力和温度高,材料成本高,难以推广应用[37]。超临界流体萃取技术是利用处于临界压力和临界温度以上的流体所具有的超常规的溶解能力而发展起来的化工分离技术。与其它分离技术相比,超临界流体萃取技术具有适用性广、效率高、所得产品无毒无残留等优点,是一种典型的绿色化工分离技术。超临界流体萃取技术在处理常规法难以处理的废水中的有机物和高分子材料等方面具有显着的优越性,在污染治理方面可以发挥重要作用[38]。超重力技术在超重力环境下的物理和化学变化过程的应用技术叫超重力技术。与传统塔器相比,在超重力环境下,微观混合和传质过程得到高度强化,因此超重力技术的研究和应用得到了广泛的关注[39]。超重力技术在分离方面的工业应用比较广泛,如超重力脱氧技术、超重力脱硫技术和超重力脱挥技术等[40]。超重力技术在反应中的应用也比较多,如纳米材料的制备以及在精馏分离和快速反应过程中的应用等[41]。浙江工业大学研发的折流式超重力场旋转床已实现工业应用,与传统的塔器设备相比,该设备高度降低1~2个数量级,可节省场地和材料[42]。其它超常状态技术除超临界流体技术和超重力技术外,还有其它极限技术,如超高温技术、超高压技术、超真空技术、超低温技术等。随着高科技的迅速发展,这超些常规技术在化工领域的研究和应用将越来越多[43]。催化技术催化技术是化学工业实现清洁生产的主要方法。在有机化工中,为了得到尽可能多的目标产品,减少副产品和废物,除了采用合适的工艺设备和工艺线路外,非常重要的是采用高效环保的催化剂,如利用酶催化剂、手性催化剂和仿生催化剂等。酶是一种高效催化剂,催化选择性极高,无副反应,便于过程控制和产品分离。科学家们研究发现2-羟基异丁酰-CoA的酶可以将直链C4化合物转化成支链,作为甲基丙烯酸甲酯前体,这意味着在常规的化学路线基础上有可能会延伸出一条新型的生化法工艺路线[44]。人们在利用酶催化剂时,也在探索研究模拟酶催化剂,如将分子印迹法应用于聚合物模拟酶催化剂的设计合成中,制备的模拟酶催化剂具有抗恶劣环境、高稳定、长寿命等特点[45]。在天然酶催化剂和人造催化剂之间有许多相似的地方,如果能将固体催化剂坚固耐用、容易与产品分离、耐高温等特点与酶催化剂活性高、变构效应好、选择性控制精度高的特点结合,合成兼具固体催化剂和酶催化剂两者优点于一体的催化剂,则化学反应中的清洁生产又将有进一步的突破[46]。在化学工业中,特别是精细化工中,除了催化剂化学选择性外,催化剂区位选择性、立体选择性和对映体选择性具有非常重要的作用[47],如不对称加氢反应催化剂。目前,不对称加氢多相手性催化剂主要有固定化的均相手性催化剂、手性小分子修饰的多相催化剂和以天然高分子为手性源制备的多相催化剂等[48]。生物界有许多高效催化反应,人们可以根据生物界的反应特点研制仿生催化剂,提高催化效率。叶长英等[49]根据生物表面具有多层次微米和纳米复合结构,以便最大限度地捕获光子进行光合作用的特点,采用模板-超声-水热法制备仿生界面结构的二氧化钛催化剂微球,应用于苯酚光催化降解,发现其具有良好的催化能力,而且在实际工程应用中易沉降分离,有利于光催化技术在实际工业废水处理中的应用。

    化工设备技术随着化工工艺的进步和发展以及环保要求的不断提高,化工设备技术也不断发展和完善。目前,化工设备逐渐专业化、系列化,并朝着大型化、微型化和智能化方向发展。化工设备向大型化、精密化、一体化、成套化和采用先进控制技术方向发展[50]。其中换热器趋向大型化,并向低温差和低压力损失的方向发展,压缩机向超高压方向发展,化工流程泵向超低温方向发展等。与设备大型化发展相反,化工设备的另一个发展方向是朝着小型化和微型化方向发展。微反应器技术是把化学反应控制在尽量微小的空间内,化学反应空间的数量级一般为微米甚至纳米,化学反应速率快,转化率和收率高,并能解决强腐蚀、易爆、高能耗、高溶剂消耗和高污染排放等问题,具有清洁生产工艺的特点,在化学合成、化学动力学研究和工艺开发等领域具有广阔的应用前景[51]。目前已有微反应器用于工业化生产,产量可达几十吨到几千吨[52]。随着信息化与工业化不断融合,化工生产系统逐渐智能化。化工设备的智能化包括两个方面:一是设备控制的智能化;二是设备设计的智能化[53]。设备智能化是提高产品质量、产量,提高能源利用率以及满足环境要求的重要方向。清洁能源现在化学工业的供能主要来自石油和煤炭,这两种能源在消耗过程中都会产生大量的污染,而且石油和煤炭在开采过程中也会对环境造成破坏。面对国际国内节能减排的重压,使用清洁能源是发展的必然趋势。为了降低对环境造成的污染,人们努力开发清洁的能源技术,包括利用太阳能、风能、地热等。但开发和利用这些清洁能源技术并不一定清洁[54],因为尽管清洁能源利用时对环境无污染或少污染,但从整个生命周期来看,清洁能源的开发和使用实际上需要从其它环节获取资源或者将污染转移到其环节。生物燃料是一种比较清洁的燃料,是柴油发动机等的理想替代燃料。目前先进的生物质燃料生产技术有超临界流体技术,包括采用酯交换反应利用植物油生产生物柴油、通过生物质气化和生物质液化制取生物油。但目前生物燃料生产的成本比较高,难以推广应用[37]。目前,国内外有关清洁能源的研究热点除了核能、太阳能、水能、风能和生物质能外,还有常规天然气和非常规天然气。天然气是一种清洁能源,但随着常规天然气资源的逐渐减少,开发难度不断加大,以页岩气、煤层气为主的非常规天然气将成为研究和开发的热点[55]。我国第一部《页岩气发展规划(2011—2015)》提出,到2015年,页岩气将初步实现规模化生产,产量将达到65亿立方米/年,到2020年,产量最高达到1000亿立方米。虽然页岩气等非常规天然气开发已是大势所趋,但伴随着开发的热潮,开采技术制约、开采过程中的环境污染和破坏、初期投入大、开发成本高、回报周期长等方面仍面临争议。但毋庸置疑,随着技术进步和能源安全问题的日益凸显,非常规天然气在未来化工领域中的应用还是非常有前景的。尽管关于清洁能源的开发与利用的研究很多,但在化工领域中利用清洁能源取代化石能源的还极其有限,有关取代技术需要进一步研究。为推进燃煤工业锅炉清洁燃料替代,加强工业锅炉的节能减排,上海市为天然气优化替代燃煤提出菜单式的技术指导以及余热深度利用技术,开发生物质气化气部分替代燃煤的混烧技术,为清洁能源替代专项工作提供支撑[56]。刘超等[57]尝试利用清洁的可再生能源代替化石能源为冶金生产提供能量支持,提出“风光互补非碳冶金”,以减少碳排放。通过研究,解决清洁能源利用技术与钢铁冶金技术相融问题,最终确立的系统单元之间,基本满足了能量的协调匹配,能够获得1600℃以上的冶炼高温。这种钢铁冶炼中的“风光互补”思路为化工企业中利用清洁能源代替化石能源提供了借鉴作用。

    研究热点

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【关键词】生物质能源；发展问题；农村；政策建议

能源是社会发展和经济增长的最基本驱动力，是人类赖以生存的物质基础。随着我国经济的快速发展，对能源的需求和消耗也在与日俱增，而传统化石能源的过度开采和使用引发了一系列严峻的社会和环境问题，严重制约了我国经济的可持续发展。

化石能源的过度使用产生了大量的温室气体，是导致全球气候变暖的主要因素。2002-2007年间，我国二氧化碳排放量翻了一番，2008年二氧化碳排放量超过美国，成为全球最大的二氧化碳排放国，这使我国面临巨大的国际压力和生态压力，如何减少碳排放量成为我国发展经济发展过程中急需解决的问题。同时，我国的传统能源正在逐渐枯竭，譬如煤炭人均拥有量只相当于世界平均水平的50%，石油、天然气人均资源量仅为世界平均水平的1/15左右，均属于世界较低水平。这造成了我国对能源进口的依存度较高，能源安全问题逐渐突显。

对能源结构进行科学调整，开发利用新型能源是我国解决这些问题的最有效途径。然而，原本作为我国重点开发的新型能源之一的核能，由于日本的核泄漏事件，其安全问题再一次引起了争议。太阳能、水能、地热能等新型能源由于其不稳定性和地域局限性，在发展上也受到了限制。因此，选择符合我国客观条件、适应发展需要的新型能源，成为了我国能源战略中的关键步骤，也是我国未来能源战略的发展方向。

在国家制定的战略性新兴产业发展规划中，把新能源产业列为了现阶段的七大战略性新兴产业之一，而生物质能源更是被作为其中的重点来进行发展。生物质能源因其具备其它新型能源所不具备的分布广泛性、易获得性和使用安全性等优点，而成为了最佳替代能源。积极推进生物质能源产业的发展，将有效缓解我国的能源短缺的局面，对保障国家能源安全，改善生态环境，优化农业结构，加速经济发展具有重要意义。

一、我国生物质能源发展的现状

我国是农业大国，生物质资源极为丰富，品种多样，分布广泛。据农业部测算，全国每年产生的农作物秸秆约有7亿多吨，农产品加工业废弃物（包括稻壳、玉米芯、花生壳、甘蔗渣等）超过1亿吨，畜禽粪便以及农产品加工业有机废水超过30亿吨，用于生产燃料乙醇的粮食超过了500万吨。另外，我国目前有759.6万hm2的土地可用于能源农业，有6753万hm2土地可用于能源林业，有333.33万hm2可利用的海岸滩涂和大量的内陆水域，可用来培植油藻来制取生物柴油。由此可见，我国具有发展生物质能源产业的良好资源优势，而随着国家对生物质能源开发的重视，我国生物质能源产业得到了迅速发展，进展十分显著。

（一）沼气产业初具规模

我国政府十分重视沼气产业的发展，对沼气产业的投入力度正在不断加大，截止到2010年，仅中央对农村沼气建设的投入资金已经高达242亿元。据农业部统计，全国已建设大中型沼气工程2.26万处、养殖小区和联户沼气工程1.99万处、秸秆沼气示范工程47处，沼气产业已初具规模。目前，国家有关部门已安排专项资金用于沼气的产业化发展，努力推进“户用沼气”向“产业沼气”的发展，重点扶持特大型沼气工程或者大中型沼气工程的建设，并选用先进技术进行应用试验，对沼气产业化发展中的关键技术进行进一步开发。

（二）生物乙醇产业发展较快

我国在2000年启动了燃料乙醇项目，并作为“十五”期间的重点发展项目进行规划。中央总共投入4.8亿元人民币在河南、安徽、吉林、黑龙江先后建立了四家粮食转燃料乙醇生产企业，到2007年四家企业总计产量超过了145万吨。2007年底，在广西北海合浦投资建立的以木薯为原料的燃料乙醇生产企业正式投入生产，年产燃料乙醇20万吨。这是我国正式投产的第一家以非粮作物为原料的乙醇生产企业，标志着我国正式步入了燃料乙醇生产的“非粮化”。至2008年，我国已经在全国十个省份推广使用了乙醇汽油，极大地促进了我国燃料乙醇产业的发展。2010年，我国燃料乙醇产量已经超过了200万吨，继美国、巴西之后，位居世界第三。到2020年，预计将超过1000万吨，这将使我国的石油进口量降低10%。

（三）生物柴油发展亟待加强

我国早在十多年前就开始了生物柴油的研究和推广，以应对日益严重的柴油紧缺问题，但是由于生物柴油的生产成本较高，对技术的要求也比较苛刻，而且我国用于生产生物柴油的原材料供应严重不足，这些外部条件成为了制约发展的重要因素。而且没有国家的财政补贴，也在很大程度上影响了企业的生产积极性，目前国内每年150万吨生物柴油的产能，实际上只有30-40万吨的产量，大部分处于闲置状态。生物柴油作为我国能源替代战略的重要组成部分，直接关系到未来的社会经济发展，就目前的状况而言，亟待政府的大力扶持。

二、国外生物质能源发展战略

为了更好地推动生物质能源产业的发展，许多国家出台了相应的发展战略和发展规划，设立专门的科研机构和管理部门，并制定了相关的法律法规、财税政策和扶持办法，取得了较好的成果，这些经验是十分值得我们学习和借鉴的。

（一）制定国家发展战略

2002年，美国能源部和农业部联合提出了《生物质技术路线图》，对生物质能源和生物质产品做出了长远规划，计划到2020年使生物质能源和生物质产品较2000年增加10倍，达到能源总消耗量的25%。上世纪九十年代初，欧盟委员会通过决议决定发展生物质能源，并鼓励生产和使用燃料乙醇，计划到2020年运输燃料的20%将用燃料乙醇等生物燃料进行替代。巴西政府在1975年制定了全国性的生物质能源发展战略，提出要重点发展以甘蔗为原材料的燃料乙醇产业和乙醇汽油的推广。政府先后投入数十亿美元的资金用于该产业的发展，并制定了相关的法律法规和优惠政策，目前巴西已经成为世界最大的燃料乙醇生产国。（二）设立专门的科研机构和管理机构

德国政府为更好地发展生物质能源产业，在1993年专门成立了生物质原材料和生物质能源研究中心，该研究中心专门负责全国生物质能源作物的研究和开发，以及新技术、新工艺的推广等。2002年，美国政府组建了“生物质项目办公室”，成立了专门的生物质技术咨询委员会，主要为生物质能源产业制定发展规划和技术路线。

（三）政策扶持

欧美国家采用政府行为来为生物质能源的发展提供支持，通过增加研发投入，提出补贴，实施政府采购，制定优惠税收政策和对生物质能源的流通环节给予补贴等手段来扶持生物质能源产业的发展，特别是通过产业化支持来加速生物质能源的技术革新和规模扩大，这些措施都有效促进了本国的生物质能源产业的快速、高效发展。

三、促进我国生物质能源发展的政策意见

我国生物质能源发展已被列为国家发展战略，是未来社会进步和经济发展的重要保障。生物质能源产业的发展离不开政府的大力扶持，行政手段不但可以为产业发展注入动力，也可以为产业发展创造有利的外部环境。

（一）整体发展，进行产业链整合

生物质能源的生产过程是由许多环节组成的，包括前期的技术研发，原料生产，中期的能源转换，后期的销售、使用，所有这些环节形成了一条完整的产业链。通过对整条产业链上各参与单位的组合、协调和整体化布局，既可以提高整条产业链的生产效率，也可以使整个产业的效益达到最大化。各地方政府应该根据本地资源优势，结合实际情况，对生物质能源产业进行横向和纵向整合。横向整合是指通过提高生物质能源产业链上同类型企业的集中度，采用打造生物质能源产业园区和生物质原料生产基地的方式，来扩大产业规模。通过集群优势来降低成本，获得价格优势，从而扩大市场占有率，达到产业效益的最大化。纵向整合是指对生物质能源产业链上下游的所有参与单位进行纵向约束，使它们产生互相联动，从产品研发、原料生产、能源转换到销售都根据所制订的标准进行一体化生产，通过对生产技术、产品质量、生产规模和产品定价的控制，实现产业纵向利润最大化。通过产业链整合不仅可以壮大产业规模，还可以培植本地龙头企业和名优产品，增加企业利润，加快生物质能源产业的健康、快速发展，促进本地区经济水平的提高。

（二）创造有利条件，鼓励民营企业参与

在我国的民营企业中有很大一部分具有乡镇企业背景，它们对农村的社会环境和经济环境有比较深入的了解，有一定的群众基础和信息优势。同时，民营企业具有灵活的经营体制和快速的市场反映能力，在新兴产业中具有更强的适应性。在生物质能源产业的开发过程中，民营企业具有无可比拟的优势，所以应该借助广大民营企业的力量来开发这一产业。但是民营企业多为中小型企业，资金投入和风险控制的能力不强，这极大限制了民营企业参与生物质能源开发的热情。这就需要政府加大扶持力度，创造有利条件，鼓励民营企业参与到开发、生产生物质能源的产业中来。主要可以通过制定优惠的财税政策，如财政资助、税收减免、加速折旧和提供奖励等措施对参与开发的民营企业进行财税上的扶持。同时，通过建立有利的投融资机制，采用投资补贴、提供无息或贴息贷款、排污权交易与市场配额等手段，帮助民营企业获得资金支持。我国还应尽快建立起扶持生物质能源产业开发的公益基金，通过政府性资金的投资杠杆作用，给予民营企业以资金支持，降低投资风险。

（三）加大财政投入，支持技术研发

政府设立专项资金，用于投资支持公共研发部门对关键技术的研发，尽量降低企业在技术研发上的风险。通过财政拨款加大对生物质能源技术开发的资金投入，同时也可采用经济和政策手段鼓励企业进行技术创新。统筹协调科研机构和生产企业之间的联动关系，加强公共研究机构和企业间的合作，鼓励“技术和利益共享”，加速关键技术的成果转换和产业化进程。对具有较强创新能力的企业，进行重点扶持，树立行业“标杆”，从而达到“以点带面”的发展效果。同时，还需建立人才资源库和合理的人才培养体系，对高校开设的生物质能源有关专业进行财政扶持，为生物质能源产业提供所需人才。

（四）完善服务体系，深化市场功能

生物质能源作为一个新兴产业，其市场体制还不够完善。我国目前只对个别生物质产品制定了行业标准，这导致了原料和产品的质量参差不齐，出现了市场混乱，甚至有很多生物质能源产品不能入市交易，这极大地限制了我国生物质能源产业的发展。有关部门应制定相应的法律、法规来规范生物质能源市场，特别是要对生物质能源产品制定详细的行业标准，严格控制产品质量。同时要充分发挥政府的监督职能，设立特别部门，专门对市场中存在的违规现象进行监管和惩处。政府还要充分发挥自身的服务职能，为市场参与者提供咨询、调解和法律支持，以及提供信息服务，避免由市场信息不对称而造成的不公平竞争。通过建立规范、公平的市场环境来充分发挥其高效的资源配置、优胜劣汰和信息反馈功能，更好地为消费者和生产企业提供帮助，从而进一步促进生物质能源产业的健康发展，最终达到“企业—市场”互相促进，共同发展的良性循环。

参考文献

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[2] 国家发展改革委工业司报告.广西非粮燃料乙醇产业发展取得成效[M].中国经贸导刊，2008（11）：56.

[3] 刘宁，张忠法.国外生物质能源产业扶持政策[J].世界林业研究，2009（1）：25.