生物燃料研究范文10篇

摘要：生物质合成航空生物燃料接近于航空煤化石燃料，可以直接替代航空煤化石燃料，而无需开发新的燃料运输系统。这是降低航空工业碳排放和燃料成本的重要措施之一。因此，生物质气化合成技术将是今后发展的主要方向，也适应我国发展的主方向

关键词：新型航空；生物燃料；研究；前景

伴随着我国经济的发展，航空业的发展步伐也非常迅速，因此航空业对航空燃料的需求量也在不断加大。石油作为航空的主要燃料，航空业对石油的需求正在增加。石油是一种不可再生资源，长期开采，导致航空能源短缺。如何减少航空工业的二氧化碳排放，对新型物质燃料的研究是一个重要课题。

1航空生物燃料的原料来源

航空生物燃料具有广泛的原材料，包括藻类，麻风树，油籽作物，废油和农业废物。目前，民用航空测试中使用的航空生物燃料的典型材料是海藻，亚麻籽和麻风树种子。藻类是世界上最原始的生物之一。海藻光合作用固定的二氧化碳占世界固定二氧化碳总量的40％以上，海藻本身富含60％以上的油，光合效率高，单位面积产量高。而且生长周期短。此外，藻类的自养过程会消耗不适合在废水中降解的氮和磷，这不仅降低了水体的富营养化程度，而且降低了藻类的养殖成本。尽管具有上述优点，但有必要降低建设和生产的成本，并优化藻类育种的培养，以便在航空燃料的生产中大规模应用藻类。亚麻板栗是一种季节性快速生长的油料作物，种子油含量为35％~38％（w）。它通常在3月份种植，7月份收获。它可以与小麦和其他谷物交替种植。它主要生长在温和的气候条件下，每平方公里可以在水量很少的地区生产120吨种子。目前，亚麻作为航空燃料的油料种子发展的瓶颈在于轮作的种植方法将限制种植规模。麻疯树（Jatrophacurcas）是一种生长在半干旱地区的果实灌木，具有耐旱，抗虫和抗病能力。生产周期仅1-2年，种子含油量约为30％-35％（w），平均每平方公里产量约为500吨。然而，麻疯树种子对人类和动物都有毒，必须人工收集，限制其使用。

2新型航空生物燃料的开发

为什么要发展生物质液体燃料？

石油安全驱动了生物液体燃料产业

世界不少国家已经开始发展生物燃油产业（包括生物燃油加工业以及其相关产业，如能源农业和能源林业），其中共同的目的在于保障石油安全。巴西生物燃油产业利用蔗糖发酵制取生物乙醇，2002年消费量达到了104亿公升，替代率接近40％。

2004年中国石油净进口量为1.2亿吨，消费量为3.1亿吨，进口依存度达到了38.7％；国际能源署（IEA）预测中国到2010年、2020年石油进口依存度将达到61.0％和76.9％。石油进口量和进口依存度的迅速攀升给中国石油安全带来了日益严重的影响；中国的石油安全问题也引起了一些国家的顾虑。

国产的石油和石油替代燃料能否“养活中国”呢？与资源有限的煤炭液化和国内油气资源开发等手段相比，资源可再生而且潜力巨大的生物燃油技术也受到了越来越多的关注。

生物燃油产业将带来显著的环境效益

微生物燃料电池（MFCs）提供了从可生物降解的、还原的化合物中维持能量产生的新机会。MFCs可以利用不同的碳水化合物，同时也可以利用废水中含有的各种复杂物质。关于它所涉及的能量代谢过程，以及细菌利用阳极作为电子受体的本质，目前都只有极其有限的信息；还没有建立关于其中电子传递机制的清晰理论。倘若要优化并完整的发展MFCs的产能理论，这些知识都是必须的。依据MFC工作的参数，细菌使用着不同的代谢通路。这也决定了如何选择特定的微生物及其对应的不同的性能。在此，我们将讨论细菌是如何使用阳极作为电子传递的受体，以及它们产能输出的能力。对MFC技术的评价是在与目前其它的产能途径比较下作出的。

微生物燃料电池并不是新兴的东西，利用微生物作为电池中的催化剂这一概念从上个世纪70年代就已存在，并且使用微生物燃料电池处理家庭污水的设想也于1991年实现。但是，经过提升能量输出的微生物燃料电池则是新生的，为这一事物的实际应用提供了可能的机会。

MFCs将可以被生物降解的物质中可利用的能量直接转化成为电能。要达到这一目的，只需要使细菌从利用它的天然电子传递受体，例如氧或者氮，转化为利用不溶性的受体，比如MFC的阳极。这一转换可以通过使用膜联组分或者可溶性电子穿梭体来实现。然后电子经由一个电阻器流向阴极，在那里电子受体被还原。与厌氧性消化作用相比，MFC能产生电流，并且生成了以二氧化碳为主的废气。

与现有的其它利用有机物产能的技术相比，MFCs具有操作上和功能上的优势。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，不同于现有的所有生物能处理，MFCs在常温，甚至是低温的环境条件下都能够有效运作。第三，MFC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，一般条件下不具有可再利用的能量。第四，MFCs不需要能量输入，因为仅需通风就可以被动的补充阴极气体。第五，在缺乏电力基础设施的局部地区，MFCs具有广泛应用的潜力，同时也扩大了用来满足我们对能源需求的燃料的多样性。

微生物燃料电池中的代谢

为了衡量细菌的发电能力，控制微生物电子和质子流的代谢途径必须要确定下来。除去底物的影响之外，电池阳极的势能也将决定细菌的代谢。增加MFC的电流会降低阳极电势，导致细菌将电子传递给更具还原性的复合物。因此阳极电势将决定细菌最终电子穿梭的氧化还原电势，同时也决定了代谢的类型。根据阳极势能的不同能够区分一些不同的代谢途径：高氧化还原氧化代谢，中氧化还原到低氧化还原的代谢，以及发酵。因此，目前报道过的MFCs中的生物从好氧型、兼性厌氧型到严格厌氧型的都有分布。

摘要:对比研究生物阴极微生物燃料电池与一般微生物燃料电池的废水处理与同步发电能力。以学校食堂餐饮废水为微生物燃料电池的底物，首先通过实验为微生物燃料电池选择合适的电子受体；其次，在采用较适宜电子受体的同等条件下，对生物阴极微生物燃料电池与一般微生物燃料电池处理餐饮废水的COD去除率及产电电流密度进行对比。实验结果表明，生物阴极微生物燃料电池处理餐饮废水的废水处理效果和发电能力均优于一般微生物燃料电池。

关键词:生物阴极;微生物燃料电池;餐饮废水;发电;废水处理

0引言

微生物燃料电池（MicrobialFuelCell，MFC）是1种利用微生物代谢活动将储存在有机物中的化学能直接转化为电能的生物反应装置。微生物燃料电池利用废弃物进行发电，在处理废水的同时产生电能，而且发电过程不会产生任何污染环境的有害气体，被视作1种高效益、低能耗、清洁环保的新型废水处理及绿色发电工艺［1-4］。微生物燃料电池属于复杂的生物电化学系统，诸多因素影响其运行性能。目前，由于其发电性能与废水处理效果较差，利用微生物燃料电池处理各类废水的研究工作大多数仍停留在实验室研究阶段［5-10］。在大量投入实际应用前，需要进一步提高其发电效率及废水处理性能。阴极是制约微生物燃料电池产电性能的主要原因之一［11］。为了提高产电性能，一般需要在阴极添加催化剂。根据阴极催化剂的类型，可以把微生物燃料电池的阴极分为生物阴极和非生物阴极。一般微生物燃料电池采用非生物型阴极，其常用催化剂一般为铂等贵金属，极大地增加了微生物燃料电池的成本，且容易造成催化剂污染，不适于微生物燃料电池的规模化应用。生物阴极MFC以微生物作为催化剂，这些微生物能够简单地从好氧污泥中获得，造价低廉，极大地提高了MFC在实际中的可应用性和可持续性［12］。根据阴极电子受体的不同，可将MFC的生物阴极可分为好氧型生物阴极和厌氧型生物阴极。好氧型生物阴极微生物燃料电池直接或间接以氧气作为电子受体。厌氧型生物阴极微生物燃料电池则以过渡金属修饰生物阴极或者添加化合物作为电子受体以代替氧气作为电子受体，目前研究比较广泛的主要有硝酸盐、硫酸盐等。本实验首先对一般常用的电子受体进行比较，以选取性能较好的电子受体，然后从电流密度和污水COD去除率方面，对比生物阴极型微生物燃料电池与一般微生物燃料电池处理餐饮废水的整体性能。

1实验准备

1.1系统构成

本文作者：齐泮仑何皓胡徐腾付兴国孙洪磊李顶杰工作单位：中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院

航空喷气燃料应具有的性能

航空喷气燃料的主要功能是推进飞机前进，所以能量含量和燃烧性质是最核心的燃料性能。其它相关性能指标还有稳定性、润滑性、流动性、汽化特性、抗腐蚀性、洁净性、材料相容性及安全特性等，飞机的安全和经济运行要求燃料在使用前足够清洁、无水和不含任何污染物。除了提供能量，燃料还作为发动机控制系统的压力液和特定燃料系统部件的冷却剂。航空喷气燃料性能能否达到使用要求，通过质量指标来控制与体现。表1列出了航空喷气燃料性能及与之相关的分析测试项目[4]。（1）热安定（稳定）性在飞机飞行中，航空喷气燃料还作为发动机和机体的热交换介质。工作环境温度较地面环境温度高，因此油品的热安定性是喷气燃料最重要的性质之一。在机体内，喷气燃料用来给发动机油、压力液和空调设备换热，燃料吸收的热量加速了生成胶质和颗粒物的化学反应。商用喷气燃料应在燃料温度高达163℃时保持热稳定，认为这样的燃料具备良好的储存安定性。（2）燃烧性通过把液体燃料注入快速流动的热空气流中，燃料在燃烧室中连续燃烧。在初始区域中，燃料在接近理想配比条件下汽化并燃烧，所产生的热气持续被过剩空气稀释，以便把温度降低到适合发动机安全运行的温度。通过目前规格中的试验方法测试与生烟相关的燃料的燃烧性质。通常，烷烃提供了最为理想的喷气燃料燃烧洁净性，环烷烃是次理想烃类，芳烃是飞机涡轮燃料燃烧性的最不理想烃类。在飞机涡轮中芳烃易于呈有烟的火焰燃烧，且比其它烃类释放出更大比例的不理想热辐射的化学能。萘或双环芳烃比单环芳烃产生更多的烟灰、烟尘和热辐射，是飞机喷气燃料使用的最不理想烃类。烟点提供了一个喷气燃料相对生烟性的指示，且与该燃料的烃类组成有关，无烟火焰的高度值大，表明芳烃含量低，燃烧的清洁性好。（3）燃料的计量和飞机航程当密度与诸如苯胺点或蒸馏等其它参数结合使用时，密度低预示单位体积热值低，预示给定体积燃料的航程降低。飞机和发动机的设计是建立在把热能转化为机械能的基础上。燃烧净热值提供了从给定燃料中获得的进行有效工作的能量数量，热值减少到该最小限值以下将伴随着燃料消耗增加和相应的航程减少。（4）燃料的雾化通过蒸馏测定在不同温度下燃料的挥发性和是否易于蒸发，规定10%蒸馏温度是为了确保易于启动，规定终馏点是为了排除难以蒸发的重馏分。燃料的黏度与其在整个温度范围的泵送能力和喷嘴雾化状态的一致性密切相关，燃料对泵的润滑能力与黏度也有关系。（5）低温流动性冰点是燃料非常重要的性能，而且应足够低，以排除在高海拔处的普遍温度下燃料通过滤网向发动机流动时受到的干扰。飞机油箱中燃料的温度随着外界温度的降低而降低。飞行过程中燃料所经历的最低温度主要取决于外界空气温度、飞行时间和飞机速度。例如，长时间飞行要求燃料的冰点比短时间飞行的低。（6）与燃料系统和涡轮中的橡胶和金属的相容性已知硫醇硫可以与某些橡胶反应，规定硫醇含量限值以避免这类反应并减少令人不快的硫醇气味。对于喷气燃料控制硫含量很重要，因为在燃烧过程形成的硫氧化物会腐蚀涡轮的金属部件。喷气燃料铜片腐蚀试验合格的要求，确保了燃料中不含任何会腐蚀燃料系统各部分的铜或铜合金的物质。某些石油产品使用了矿物酸或苛性碱或两者进行处理，不希望有任何残留的矿物酸或苛性碱，也不希望含有杂质。当检验新生产的或未使用过的燃料时，测定酸值可以对此进行确认。（7）燃料的储存安定性实际胶质是燃料蒸发后所留下来的非挥发性残余物。如果存在大量的胶质，则表明燃料受到高沸点油品或颗粒物质的污染。（8）燃料的润滑性飞机/发动机燃料系统的组件和燃料控制部件依靠燃料润滑其滑动的部分。喷气燃料在此类设备中作为润滑剂的作用称为燃料的润滑性。喷气燃料润滑性不好，可导致泵的流量下降或出现机械故障，严重时导致发动机空中停车。

航空生物燃料的特性与调合要求

从中长期全球航空工业技术经济角度分析，传统化石航空喷气燃料仍将占据航空燃料主导地位，这就要求替代燃料的性质必须与现有的传统燃料性质相近，可与其完全互溶、可以任何比例进行混合和共同运输。煤液化喷气燃料（CTL）、天然气合成喷气燃料（GTL）和航空生物燃料（Bio-SPK）这三种产品在能量密度、流动性等方面的性质与现有传统燃料基本相近，所以目前国际上航空替代燃料主要是这三种。与化石航空喷气燃料相比，航空生物燃料具有优异的热安定性、燃烧性和良好的材料相容性，除产品密度偏低外，其它性能指标均与化石航空喷气燃料要求一致。表2列出了航空生物燃料与化石航空喷气燃料性能指标的对比情况。由于航空生物燃料不含芳烃，实测的航空生物燃料净热值为44.14MJ/kg，烟点大于40mm；而化石航空喷气燃料的实测净热值为43.44MJ/kg，烟点实测为23mm（萘系烃含量为0.4%）。所以，航空生物燃料具有优异的燃烧性能和较高的热稳定性。但是，为确保避免长时间使用后飞机燃料系统橡胶密封圈收缩和相应的燃料泄漏，调合后的航空涡轮生物燃料规定了芳烃含量（体积）的下限不小于8%，上限不大于25%，而化石航空喷气燃料只规定了芳烃含量上限，因此其最低芳烃含量根据已有的经验来确定，实际指标目前仍在进一步研究之中。在燃料雾化（挥发性）方面，为保证涡轮燃料雾化性能和燃烧稳定性，航空涡轮生物燃料增加了蒸馏斜率T50-T10不小于15℃和T90-T10不小于40℃的要求。为满足航空涡轮生物燃料的蒸馏斜率要求，作为调合组分的航空生物燃料T90-T10要求不小于22℃。蒸馏斜率限制是根据目前对认可的合成燃料的经验确定的，目前正在进行蒸馏斜率实际需求的研究。另外，目前作为调合组分的航空生物燃料密度相对较低，15℃密度为730～770kg/m3，调合航空涡轮生物燃料选择时，需注意化石航空喷气燃料的实际密度值。化石航空喷气燃料的芳烃含量一般在10%～20%，密度（15℃）一般为780～820kg/m3。为了同时满足航空喷气燃料规格对芳烃最低含量8%和密度不低于775kg/m3（15℃）的要求，应选择芳烃含量大于16%、密度不低于805kg/m3（15℃）的化石航空喷气燃料调合航空涡轮生物燃料，航空生物燃料的含量不超过50%。

航空生物燃料标准

[摘要]目前，中国的生物质能源生产已经形成一定规模，国家也通过制定行业标准规范生物质能源生产，出台法律法规为其提供保障，并运用财税政策推进生物质能源产业发展。但是，中国生物质能源产业发展还面临原料资源短缺、生物质能源工业体系不完备、研究开发能力不足、产业化基础薄弱以及产品市场竞争力不高等问题。展望未来，中国生物质能源产业的发展空间广阔，技术将不断完善，它将改变中国现有的能源消费结构，净化环境，并推动农村经济发展。

一、中国生物质能源开发利用现状

20世纪70年代，国际上第一次石油危机使发达国家和贫油国家重视石油替代，开始大规模发展生物质能源。生物质能源是以农林等有机废弃物以及利用边际土地种植的能源植物为主要原料进行能源生产的一种新兴能源。生物质能源按照生物质的特点及转化方式可分为固体生物质燃料、液体生物质燃料、气体生物质燃料。中国生物质能源的发展一直是在“改善农村能源”的观念和框架下运作，较早地起步于农村户用沼气，以后在秸秆气化上部署了试点。近两年，生物质能源在中国受到越来越多的关注，生物质能源利用取得了很大的成绩。沼气工程建设初见成效。截至2005年底，全国共建成3764座大中型沼气池，形成了每年约3.4l亿立方米沼气的生产能力，年处理有机废弃物和污水1.2亿吨，沼气利用量达到80亿立方米。到2006年底，建设农村户用沼气池的农户达2260万户，占总农户的9.2%，占适宜农户的15.3%，年产沼气87.0亿立方米，使7500多万农民受益，直接为农民增收约180亿元。生物质能源发电迈出了重要步伐，发电装机容量达到200万千瓦。液体生物质燃料生产取得明显进展，全国燃料乙醇生产能力达到：102万吨，已在河南等9个省的车用燃料中推广使用乙醇汽油。

（一）固体生物质燃料

固体生物质燃料分生物质直接燃烧或压缩成型燃料及生物质与煤混合燃烧为原料的燃料。生物质燃烧技术是传统的能源转化形式，截止到2004年底，中国农村地区已累计推广省柴节煤炉灶1.89亿户，普及率达到70%以上。省柴节煤炉灶比普通炉灶的热效率提高一倍以上，极大缓解了农村能源短缺的局面。生物质成型燃料是把生物质固化成型后采用略加改进后的传统设备燃用，这种燃料可提高能源密度，但由于压缩技术环节的问题，成型燃料的压缩成本较高。目前，中国（清华大学、河南省能源研究所、北京美农达科技有限公司）和意大利（比萨大学）两国分别开发出生物质直接成型技术，降低了生物质成型燃料的成本，为生物质成型燃料的广泛应用奠定了基础。此外，中国生物质燃料发电也具有了一定的规模，主要集中在南方地区的许多糖厂利用甘蔗渣发电。广东和广西两省（区）共有小型发电机组300余台，总装机容量800兆瓦，云南也有一些甘蔗渣电厂。中国第一批农作物秸秆燃烧发电厂将在河北石家庄晋州市和山东菏泽市单县建设，装机容量分别为2×12兆瓦和25兆瓦，发电量分别为1.2亿千瓦时和1.56亿千瓦时，年消耗秸秆20万吨。

（二）气体生物质燃料

摘要：为了加快生物燃料产业的发展速度，提高生物燃料的产量和质量，微流体技术被引入到了生物燃料领域。文章聚焦于微流体技术在生物燃料领域的应用，重点介绍了微流体技术及装置在生物柴油和生物乙醇生产中的应用，讨论了影响生物燃料微流体反应器性能的相关因素，最后，提出了微流体技术在生物燃料领域的应用过程中所面临的问题并展望了其应用前景。

关键词：微流体技术；生物燃料；生物柴油；生物乙醇；微流体反应器

随着经济的迅速增长，传统化石燃料日益枯竭，温室效应逐渐加剧，生物燃料的重要性日益凸显。作为液体生物燃料，生物柴油和生物乙醇具有原料来源广泛、清洁可再生、生产规模不断扩大等特点，在一定程度上能够满足目前紧迫的能源需求[1]。然而，两者生产过程中的一些消极因素限制了它们的进一步发展，如土地面积需求过大、生产成本过高、产品产率过低以及产品质量欠佳等[2]。这些消极因素的存在阻碍了生物燃料的规模化进程，为了尽早实现生物燃料的规模化和商业化，纳米技术、基因工程技术和微流体技术等不断被引入到生物燃料的研究和生产之中。其中，微流体技术在改善生物柴油和生物乙醇的产量和质量方面效果显著。微流体技术是基于微流控芯片在微观尺度下控制、操作和检测复杂流体的技术，它能在较小的试剂体积和较短的反应时间等条件下进行工作。微流控芯片的尺寸仅为十几平方厘米甚至几平方厘米，且其上通常会内置有检测、分析及样品制备等诸如生物或化学实验室的各种功能，因此，其又被称为芯片实验室。作为一门新兴技术，其被广泛应用于化学、医药、生命科学等多个领域，由于其小型化、高精度、短周期和低能耗等独特的优点，其在生物燃料领域也表现出了巨大的潜力。微流体技术不仅能快速进行微藻等产油微生物的高通量筛选和培养条件的优化，还能通过增大生物柴油酯交换过程两相界面的接触面积而改善其转化率，另外，在生物燃料的生产过程中，将这种技术与相应的功能原件集成后，除了能够在线分析和监测产品质量，还能完成生产环境的实时控制从而提高产品质量。

1微流体的特性

要想深入了解微流体技术在生物燃料领域的应用，首先需要了解微观尺度下的流体特性。微流体是一种借助亚毫米至亚微米微通道产生的流体，这种微尺度下的流体学行为与宏观尺度下的流体学行为差异很大。在流体力学中，流体流动特性通常采用雷诺数（ReynoldsNumber，Re）进行表征。一般情况下，当Re<2000时，流体表现为层流状态；当Re>4000时，流体则表现为湍流状态。层流流动时，不同流体系统的流体粒子彼此平行地分层流动，互不干扰与混杂；而湍流流动时，各流体系统的流体粒子间强烈的混合与掺杂，不仅有沿着主流方向的运动，还有垂直于主流方向的运动，两者的流动特征如图1所示。另外，佩克莱数（PecletNumber，Pe）也是反映流体流动状态的参数，其可以表征对流和扩散的相对大小，反映了流体返混的程度，Pe越大，表示返混程度越小，Pe越小，则表示返混程度越大。由于微流体通道的空间有限（直径为5~250μm），流速较低（1~1000μL/min），导致微流体的Re非常小（1~100），而Pe比较大（>103），微流体表现为层流特征而非湍流，其中的流体粒子彼此平行地分层流动，互不干扰可再生能源RenewableEnergyResources与混杂，两个或多个流体系统中的粒子除了扩散之外不能混合，这意味着其中粒子的速度和位置是可以预测到的[3]。在微观水平上，表面张力和毛细管力在流体中的作用非常突出，这对生物柴油合成过程中脂质提取和酯交换非常有利。同时，由于尺度的减小，微流体的比表面积变得很大，当两种不混溶的液体（油和甲醇)同轴混合时，两相界面之间的物料传递增强，这不仅有利于正向反应（脂肪酸甲酯的形成），还能提高底物转化率[4]。此外，由于微流体比表面积的增大，脂质提取时的收率也明显提高[5]。

2微流体技术在生物柴油生产中的应用

1、能源农业发展战略的国际比较

（一）美国的“能源农场”策略

为了控制中东地区的石油资源，美国在军备支出方面付出巨大代价，美国政府逐渐认识到把资金投给动荡不安的中东还不如投给国内的农场主。美国的能源农业是以燃料酒精为突破口发展起来的。在上世纪70年代初，美国开始利用玉米为原料生产燃料酒精，80年代后期，由于石油价格走低，燃料酒精产业的发展一度处于停顿状态。近年来，受石油价格大幅上涨的影响，燃料酒精再次得到重视，生产规模迅速增大。美国人少地多，农业生产发达，玉米等农产品过剩，以粮食为原料生产燃料酒精具有良好的产业化条件和基础。目前，美国玉米酒精年产量已达1000万吨，其中，912万吨被添加到汽油中，替代了运输用能源的3%，在中西部12个州这一比例甚至达到了5%～10%。

为了推动能源农业的发展，美国在总体部署、市场供应、税收优惠、资金支持、技术开发等方面做出了系统的安排。

1.总体部署。1990年以来，美国出台了一系列的法令法规推动生物质能源的使用。例如，1994年，美国环境保护委员会（EPA）规定，以燃料酒精为主的可再生清洁燃料在大城市必须全年供应：1998年，国会通过《汽车替代燃料法》，鼓励使用燃料酒精作为替代能源。1999年，美国总统签署的一项国家战略计划提出，到2020年，生物质燃油将取代石化类燃油消费量的10%。2005年实施的《国家能源政策法》规定，销售的汽油中必须包含一定比例（将逐年递增）的生物质能源燃料，在未来的5年内，燃料酒精的产量将增加一倍，到2012年，汽油中添加酒精的数量要达到80亿加仑（2430万吨），2013年，可再生能源要占全部能源的7.5%以上。2005年，美国农业部（USDA）宣布实施综合能源战略，支持燃料酒精、生物柴油等可再生能源的开发、生产和使用，成立能源理事会，协调与美国能源部、环保局等部门的合作，监督综合能源战略的实施。

美国通过以上法令法规，从总体上对生物质能源的开发利用进行了规划，以法律手段为能源农业的发展提供了保障。

摘要：随着社会经济的不断发展，国家对节能减排以及可持续发展的重视性逐渐上升，在工业生产领域，生物质锅炉的应用带动了工业绿色新能源改革，生物质锅炉相比传统锅炉，其优势就是绿色、节能、环保。本文就生物质锅炉节能减排方面进行简要概述，希望能够对相关工作提供参考和帮助。

关键词：生物质锅炉；节能减排；探究

1概述生物质与生物质锅炉的特性

1.1生物质的定义。研究生物质锅炉首先要清楚生物质的定义，生物质的定义较为广泛，通过光合作用形成的各种有机物都被称为生物质，不仅包括动植物，还包括微生物。作为绿色新能源的生物质能，则是指将生物质体内蕴藏的能量（将太阳能转化为化学能）转化为实际意义上的固态、液态、气态燃料。作为目前新能源领域唯一一种可再生的碳源能量，研究其节能减排性质十分关键。目前，作为主要的生物质来源的有农业废弃物、林业废弃物、工业生产废弃物等，例如，农作物中的秸秆、淀粉类作物、油料作物、工业废气有机物、烟梗、动物排泄物等。1.2生物质锅炉的特性。作为使用生物质为能量来源的锅炉，生物质的性质直接决定了生物质锅炉的绿色、环保，具有强大的生命力。分析现阶段的生物质锅炉，一般由五个部分组成：给料系统、燃烧系统、吹灰系统、烟风系统、自控系统。主要种类分为生物质热能锅炉与生物质电能锅炉，其工作原理相同，只是第一种类型锅炉是直接获取热能，第二种是将热能转化为电能。现阶段生物质热能锅炉使用较为广泛。生物质锅炉在实际使用中，原料成本低、整体价格低、运行流程简单，在我国正在大规模的推广使用中。其原料使用的是清洁能源，且燃烧时间长，效益较高，对环境基本属于零污染。相比传统锅炉，生物质锅炉在实际使用中，因生物质原料的含硫量大都小于0.2%，所以在工艺生产中不需要安装气体脱硫装置，成本较低。分析生物质锅炉的原料来源，以秸秆、烟梗为例，若处理不当，会对环境造成污染，但如果充当燃料，既可以做到资源的优质应用，还可以降低成本，提高生产效益。生物质锅炉因为燃料的原因，燃料中含氮量高，所以在燃烧过程中产生的一氧化氮多，导致氮氧化物排放浓度高。1.3解决氮氧化物排放浓度高的方案。采用SNCR技术，即选择性非催化还原技术，它是目前主要的烟气脱硝技术之一。在选择性非催化还原（SNCR）的氮氧化物去除的过程中，还原剂是以液态（氨水、尿素溶液）或气态的形式（氨气）喷射到850～1050℃的高温烟气窗口中，通过还原反应后最终形成氮气、水和二氧化碳，从而降低烟气中的氮氧化物。

2生物质锅炉对节能减排的应用意义

2.1减少温室气体排放，遏制温室效应。分析传统燃料燃烧现状不难发现，其中有害物质在其排放物中占比较高，虽然进行脱硫、脱氮环保工艺的应用，但其硫化物与氮化物的比例仍较高，对环境造成污染的同时，加重了地球的温室效应，不利于生态环境的保护。而利用生物质新能源，其燃烧二氧化碳等温室气体的排放，与生物质原料生长进行的二氧化碳的吸收，整体构成了自然碳循环，在理论上实现了二氧化碳的零排放，可以有效降低温室气体对环境的污染，且利用生物质燃料与煤炭等传统燃料结合的使用方法，可以有效降低二氧化硫等有害气体的排放，对生态环境保护有着重要作用。2.2利于改善生态环境，保护人们生活健康。在数年前的农村，处理秸秆等废弃农作物的方式大都是囤积燃烧，不仅造成了资源浪费，还对生态环境造成了严重的影响，而利用生物质锅炉可以将农业、林业、工业废弃物进行二次利用，既保护了环境，还有利于企业经济效益的提高。再者对比生物质新能源与传统能源，生物质能源的排放污染较小，对环境基本为零污染，全面推广生物质锅炉有利于改善生态环境，保护人们的生活健康，促进可持续发展理念的贯彻。2.3符合国家可持续发展战略要求。生物质锅炉自问世以来，得到了国家的大力推广，因其符合国家可持续发展战略，响应了发展循环经济的号召。农作物中的秸秆、淀粉类作物、油料作物、工业废气有机物、烟梗、动物排泄物等都可以作为生物锅炉的燃料。工农业中的生产废弃物的再利用是国家循环经济的核心，发展生物质能源，推广生物质锅炉的使用就是对工农业废弃物进行再生产利用，符合循环经济发展的核心要求。2.4促进能源结构调整，节约资源。分析生物质锅炉的能量来源，上文中提高，只要是经过光合作用产生的有机物都可以代入生产使用。利用生物质锅炉可以有效促进国家能源结构使用调整，节约资源，保护环境，分析生物质锅炉的熄灭设备，可以快速、有效地进行大规模的资源化应用，且成本较低，熄灭产生二氧化碳等温室气体的排放，与生物质原料生长进行的二氧化碳的吸收，整体构成了自然碳循环，在理论上实现了二氧化碳的零排放，可以有效降低温室气体对环境的污染。

1、能源农业发展战略的国际比较

（一）美国的“能源农场”策略

为了控制中东地区的石油资源，美国在军备支出方面付出巨大代价，美国政府逐渐认识到把资金投给动荡不安的中东还不如投给国内的农场主。美国的能源农业是以燃料酒精为突破口发展起来的。在上世纪70年代初，美国开始利用玉米为原料生产燃料酒精，80年代后期，由于石油价格走低，燃料酒精产业的发展一度处于停顿状态。近年来，受石油价格大幅上涨的影响，燃料酒精再次得到重视，生产规模迅速增大。美国人少地多，农业生产发达，玉米等农产品过剩，以粮食为原料生产燃料酒精具有良好的产业化条件和基础。目前，美国玉米酒精年产量已达1000万吨，其中，912万吨被添加到汽油中，替代了运输用能源的3%，在中西部12个州这一比例甚至达到了5%～10%。

为了推动能源农业的发展，美国在总体部署、市场供应、税收优惠、资金支持、技术开发等方面做出了系统的安排。

1.总体部署。1990年以来，美国出台了一系列的法令法规推动生物质能源的使用。例如，1994年，美国环境保护委员会（EPA）规定，以燃料酒精为主的可再生清洁燃料在大城市必须全年供应：1998年，国会通过《汽车替代燃料法》，鼓励使用燃料酒精作为替代能源。1999年，美国总统签署的一项国家战略计划提出，到2020年，生物质燃油将取代石化类燃油消费量的10%。2005年实施的《国家能源政策法》规定，销售的汽油中必须包含一定比例（将逐年递增）的生物质能源燃料，在未来的5年内，燃料酒精的产量将增加一倍，到2012年，汽油中添加酒精的数量要达到80亿加仑（2430万吨），2013年，可再生能源要占全部能源的7.5%以上。2005年，美国农业部（USDA）宣布实施综合能源战略，支持燃料酒精、生物柴油等可再生能源的开发、生产和使用，成立能源理事会，协调与美国能源部、环保局等部门的合作，监督综合能源战略的实施。

美国通过以上法令法规，从总体上对生物质能源的开发利用进行了规划，以法律手段为能源农业的发展提供了保障。