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中国生物燃料发展现状及前景展望
绿色焦点
IGEA
2015-11-12
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    中国生物质能源产业得到了长足发展,在全球应对气候变化,发展低碳经济的浪潮中,为中国减少温室气体排放,提升产业结构做出了贡献。
    生物质能源是太阳辐射经植物光合转化后生成的化学态能源,可以转化为固态、液态和气态等多种多样的能源产物。
    目前中国生产和使用比较广泛的生物质燃料有沼气,秸秆热裂解制气,秸秆固化成型燃料,燃料酒精和生物柴油。
    中国发展生物燃料产业不仅减少进口石油和减排温室气体,更重要的是可以解决三农问题,尤其是农村就业问题。
    农村沼气产业
    中国沼气产业由于技术成熟,国家重视,农民欢迎,投资力度加大,已经成为建设社会主义新农村的重要内容,成为国家拉动内需的重要举措。
    据统计,2003-2010年中央用于农村沼气建设的投入已达到240亿元。特别是2008年底以来,中央新增沼气项目投入80亿元。地方各级政府也投入了大量资金,并出台了许多优
惠政策。

    农村沼气建设为农民和农村社会发展带来的实在好处

    增加农村优质能源供应,减少化石能源消耗。
    1个沼气池每年可替代0.8吨标准煤,提供项目农户50%左右的生活能源。2008年,全国3050万口户用沼气年节约标准煤1882万吨,减少温室气体排放4500万吨。
    巩固生态环境建设成果,提高农民生活质量。
    一个户用沼气池每年可节省薪柴和秸秆1.5吨左右,其热值与3.5亩薪炭林或6亩林地年生长量相当,建一口沼气池,相当于保护林地14亩。
    改善农产物质量,促进农民增收和农业增效。
    一般情况下,农村沼气项目户年均减少燃料、电费、化肥、农药等支出300-500元左右。“四位一体”和“猪沼果”等沼气模式户年增收节支1000-4000元。

    工业化沼气产业有较大进展

    中国在发展户用沼气的同时,积极开发工业化生产沼气技术,把沼气用于运输燃料或与天然气并网。
    2008年底中国工业用沼气39842处,总池容52.03万立方米,产气18532.6万立方米;农业大型沼气工程2761处,总池容178.5万立方米,年产气量27274.3万立方米;中型沼气

12864处,总池容179.7万立方米,产气18233.5万立方米。
    目前中国的规模化沼气主要是用于发电,如北京德青源鸡场日处理鸡粪212吨,产沼气1.9万立方米,发电3.84万KWh,一半自用,一半稳定上网。

    沼气存在的主要问题

    农村户用沼气建设期间国家给与农户补贴,但后续管理、服务滞后,造成沼气池报废多、利用率低,所谓的“管生不管养”是农村户用沼气存在的主要问题。
    工业化沼气还未形成产业体系,技术装备相对国外比较落后,扶持政策上出现缺失。如2003-2007年,中央累计安排国债资金80亿元,而工业化生产沼气未得到相应资金和政策

支持。2009年下半年出现的天然气&濒诲辩耻辞;气荒&谤诲辩耻辞;,为发展工业沼气提出了需求。

    促进沼气产业健康发展的措施

    农村沼气方面。要加强管理、强化服务,继续政策扶持,如对于每个正常运转的沼气池每年给予50-100元的奖励补贴。
    工业化沼气方面。对沼气原料资源丰富、已有基础并且积极性高的省市进行重点支持,建设各种原料到集中型沼气的完整产业链的沼气示范工程,以带动全国工业化沼气产业
的发展。制订工业化沼气产业激励政策,如给与0.5元/尘3甲烷的财政补贴,使之能实现盈利,提高其经济生存能力。目前,由于天然气价格低,我国工业化沼气产业还不能完全体现其经济价值,需使投资者从沼气项目中获得应有的收益。
    大力开展沼气综合利用。沼气的生命力在于综合利用。不仅利用沼气作为能源和化工原料,还要将沼液、沼渣运用到生产中去。进一步降低沼气生产成本,提高经济效益,提
高农产物的产量和质量,改善土壤结构,提高土地肥力,保护生态环境,增加农民收入,实现可持续发展。
    推广沼气常温固体发酵生产。沼气液体发酵带来大量沼液沼渣,如果没有农田消化,会造成二次污染,固体发酵是当今世界沼气发展趋势。国家应给与科技支持。
    推广沼气净化技术。现有沼气发酵产生的气体甲烷纯度只有60%左右,无法供汽车使用火注入天然气管道。沼气净化技术是拓宽沼气适用范围的重要措施,国家应给与科技支持



    生物质热裂解制气

    生物质干馏技术以其燃气热值较高、产能大等优势,成为生物质能利用的一个重要发展方向。
    中国农村能源行业协会2008年的发展报告,到2008年底仅山东百川,辽宁贝龙,合肥天焱及焦作秸秆燃气设备工程有限公司等四家,在全国已建486座气化站,而北京市近三年
来已建成100来座秸秆气化站,其中由北京联合创业建设工程有限公司在北京的海淀、延庆、大兴及密云建有生物质热解制气示范工程5座。

    生物质热裂解存在问题

    焦油的去除
    湿法净化产生污水的问题
    干馏副产物的利用
    燃气组分质量的控制及检测
    热解气专用燃具的研究
    气设备的间歇运行带来的问题

    发展生物质热裂解制气的建议

    开展对生物质焦油、木醋液、固定炭综合利用技术的研究。
    开展对生物质气化、热解所产燃气中焦油净化方法及设备的研究;对湿法净化产生的污水提出最简便易行的净化方案。
    为保证安全、稳定、连续供气,应结合生物质热解制气现有工程实践,制定热裂解制气站的行业标准。
    充分提高设备使用效率,适当扩大供气规模,即一站能多带几个村,但又会增加管路的投资,因此,需要进行多方案的技术经济比较。
    热解燃气灶具应经过检测合格后,才允许进入市场。
    在资金上尽量支持生物质与工业废弃物(塑料、橡胶)混合热解制气后再液化技术的示范工程达到正常稳定生产,以C3~C4液体燃料供给不宜建管路的山区居民。
    以秸秆及林业废弃物作为原料制取燃气,究竟走哪种技术路线,应根据不同地区,对秸秆沼气、秸秆气化及秸秆热解进行多种方案技术经济比较。
    农村燃气生产、输配、使用都应纳入地方行政监督管理之中或有专业公司进行管理。
    秸秆固化成型
    中国秸秆固化成型燃料已经起步,用成型燃料替代煤炭作为锅炉和炊事燃料前景广阔,可以大规模推广。
    农业部规划院能源环境所年产万吨秸秆颗粒燃料项目取得成功,每年消纳秸秆等农业废弃物12000吨,可为1250户农民提供居民炊事和取暖新型能源产物。
    我国每年5t/h以下锅炉耗煤约2亿吨,如果以成型燃料取代煤作为燃料,其经济、社会、环境效益相当显著。
    应大力支持秸秆成型燃料的发展,因地制宜地替代煤炭、减排温室气体、改善农民用能和增加农民收入。

    生物质直燃发电

    生物质直燃发电也是因地制宜利用秸秆实现节能减排得有效措施。
    内蒙毛乌素生物能源发电公司在沙地种植沙柳,将治沙与生物质发电结合,截止2009年8月,25兆瓦机组已稳定并网发电8个月,上网电量0.72亿度。
    在纤维素乙醇技术实现突破前,把生物质直燃发电与治理荒漠化和恢复生态结合起来,是发展生物能源的有效措施
    燃料乙醇
   (一)燃料乙醇发展现状,及开发中的问题
    中国2008年燃料乙醇产量162万吨,减排174万吨CO2。
    原料以玉米为主,广西北海建设了1家年产20万吨木薯燃料乙醇厂。
    中国政府明确规定,严格控制粮食生产乙醇,不再增加粮食乙醇发展项目;在不争粮、不争地的前提下发展燃料乙醇产业,积极发展非粮乙醇,鼓励研发纤维乙醇,努力提高

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燃料乙醇的经济效益和净能比。
    燃料乙醇的净能比玉米乙醇为1.0-1.4,小麦(陈化粮)为1.0-1.5,甘蔗为3.7-4.5,甜高粱为2.1-2.5。
    (二)燃料乙醇的发展前景:  一代燃料乙醇仍有发展空间
    甘蔗乙醇尚未发挥作用。甘蔗产区发展糖-醇联产,解决甘蔗产区单一产糖给生产带来的波动,同时可增产燃料乙醇514万吨。其根据是:
    我国糖供给大于需求200万吨,糖醇联产,生产乙醇约为100万吨。
    现有蔗糖的生产能量为1360万吨,伴随生产糖蜜450万吨,4.7吨糖蜜生产1吨乙醇,可生产燃料乙醇96万吨。
    我国区划甘蔗面积2660万亩,目前只利用了1976.5万亩,还有683.5万亩的发展空间,折合45.57万公顷,按每公顷生产乙醇4.86吨计算,可生产燃料乙醇221万吨。
    甘蔗科技进步过去十年蔗糖产量增加117.80%,每年递增9%。新增的蔗糖全部用于乙醇生产,每年可多增产乙醇97万吨。
    甘蔗生产大起大落,给蔗农和国家造成严重损失

中国生物燃料发展现状及前景展望

    单一的蔗糖生产,国家难以调控市场,在90年代我国甘蔗生产出现多次周期性大起大落,每次波动都给蔗农和国家造成严重损失
    甘蔗燃料乙醇净能比高

中国生物燃料发展现状及前景展望

   (二)燃料乙醇的发展前景:
    1、一代燃料乙醇仍有发展空间
    木薯乙醇正有序开发。
    广西中粮北海20万吨/年木薯乙醇项目已成功运行。
    通过利用边际土地和采用高产优良品种可使木薯产量由目前的亩产1吨左右提高到2.5吨/亩以上,木薯乙醇生产潜力为600万吨/年,到2020年实现年产300万吨乙醇的目标有资

源保障。
    菊芋生产乙醇技术基本成熟
    菊芋耐盐碱、耐干旱,可在滩涂、沙漠等边际土地上生长,含有丰富的低聚果糖,极易转化为乙醇。
    南京农业大学在滩涂地大规模种植菊芋成功,
    大连理工大学开发了直接利用低聚果糖同步糖化发酵生产乙醇技术
    2、1.5代燃料乙醇潜力巨大
    甜高粱生产的乙醇被国际上称为1.5代燃料乙醇
    甜高粱提供高粱米作为粮食或饲料,茎秆中的蔗糖生产乙醇,发酵后的茎秆作为牛羊饲料。
    我国有近2亿亩盐碱、干旱土地可以种植甜高粱,乙醇生产潜力至少为3000万吨/年。
    清华大学的ASSF技术可使乙醇具有与70美元/桶油价竞争的经济性,在2009年的世界生物燃料大会上或“可持续生物燃料技术奖”提名。
    建立从甜高粱种植、收储、发酵生产乙醇、酒糟饲养牛羊、粪便生产沼气和有机肥的产业链,形成3万亩土地种植甜高粱→1万吨乙醇→6千头奶(肉)牛→280万m3沼气→6万吨
&苍产蝉辫;有机肥的产业模式。

中国生物燃料发展现状及前景展望

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    3、积极研发二代乙醇及高碳醇
    已建成千吨级纤维素乙醇示范装置3套。
    争取在2012年在技术上有所突破,建立具有经济竞争性的纤维素乙醇工厂。
    丁醇、3甲基-戊醇等高碳生物燃料与汽柴油热值、性质相近,使更理想的生物燃料,应予以关注。
    作物秸秆是生物的骨架,生物质成分主要由纤维素、半纤维素、木质素组成,它们构成植物的细胞壁。
    纤维素是D-葡萄糖以β-1,4糖苷键结合起来的链状高分子化合物,常温下不溶于水、稀酸和稀碱。化学结构实验分子式为(C6H1205)n。纤维素与淀粉的组成一致只是D-葡萄糖
结构不同。

    攻克二代乙醇技术难点

    一是预处理。纤维素结构稳定,难于降解。纤维素之间有晶体结构和非晶体结构。晶体结构分子之间非常密实,纤维素酶难以深入其中。木质素对纤维素和半纤维素的降解在空间
&苍产蝉辫;上起阻隔作用,致使纤维素分解菌无法侵袭完整的纤维素原料。
    二是缺乏五碳糖发酵乙醇的酵母菌。秸秆制乙醇主要是利用纤维素和半纤维素降解生成六碳糖和五碳糖(木糖),再生产乙醇。但是五碳糖(木糖)不容易生成乙醇。需要找到好的五碳糖发酵菌株。由于没有利用率较高的五碳糖发酵菌株。


 

中国生物燃料发展现状及前景展望

   (技术线路图略)
 

    乙醇-饲料联产开发
    乙醇生产主要利用淀粉,蛋白质富集浓缩在酒糟中。每生产1吨的乙醇就有副产物0.92吨的DDGS(可溶和不溶性干酒糟的总称)高蛋白饲料。
    乙醇成了配合饲料链上的副产物。降低燃料乙醇生产成本。
    实现乙醇-饲料联产,还可增加燃料乙醇的产能。

    生物柴油

    我国具有国际领先的甲醇超临界法生物柴油技术-VITO。
    传统化学法生产工艺-酯化反应,成本高,原材料价格高。
    VITO超临界甲醇技术成本低,反应时间短,可以实现小规模低成本生产。
    不需要预处理;
    原料来源广。鱼油,废动植物油都可以做;
    可连续生产;
    占地面积小;
    1000升/小时的设备约需200平方米的面积,
    捕鱼业实现闭路循环,回收废弃鱼油,为渔船发动机提供燃料。

    开发生物柴油中的问题

    生物柴油产业发展面临的问题同样是原料短缺(每年进口3000万吨大豆和近千万吨食用油)和价格高,一般原料占总成本的70-80%。
    棉籽油作为生物柴油的原料,具有生产100万吨的资源潜力;
    开发长江流域1.5亿亩冬闲田,种植油菜,具有300万吨菜籽油的资源潜力;
    开发麻风树、黄连木、石栗树、以及油棕等木本油料植物资源;
    还有利用垃圾油、油角等原料。
    2015年生物柴油产量达到200万吨/年。
    2020年生物柴油产量达到500万吨/年。

    生物柴油原料资源高油脂微藻的开发利用

    微藻作为高光合生物有其特殊的原料成本优势,微藻的脂类含量最高可达细胞干重的80%。
    利用生物技术改良微藻,获得的高油脂基因工程微藻,可增加生物柴油资源,降低原料成本。
    有些微藻会引起水华,赤潮,消耗水中溶解氧,上升至水面而形成一层绿色的黏质物,使水体严重恶臭,水体中生物大量死亡,利用此类微藻资源,减轻环境负荷。
 

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