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高峰竹柳造林的最佳土地條件是低洼濕灘地,這些土地不能種植莊稼,只能短期種植,屬于低效益的荒廢濕灘地,我國大約有9000萬公頃這樣的荒灘濕地,這些低洼地大多數(shù)都位于江河湖泊的邊緣地帶,另外還有1.3億公頃鹽堿地,因此在這些地方種植速生竹柳具有變廢為寶、生產(chǎn)能源等多種優(yōu)勢。
萬里常青公司在湖北搞的爛泥經(jīng)濟(jì)試驗,一年前還是無人問津的爛泥地,一年后就成了一座一眼望不到邊的綠色海洋! 4000畝高峰竹柳種苗現(xiàn)已在這些爛泥地扎根生長。據(jù)統(tǒng)計,每畝湖地里的樹木每年都能產(chǎn)生效益15600多元,六年以后這片湖地將為社會直接創(chuàng)造財富2個億以上。每一個到過這里的人,面對這樣的場景都忍不住地感嘆,萬里常青公司為林業(yè)界創(chuàng)造了一個奇跡!
一、高峰竹柳與木塑聚合材料
目前,萬里常青公司正在進(jìn)行第三代木塑分子聚合材料生產(chǎn)試驗,這是一項造福人類社會的最新技術(shù)成果。第三代木塑分子聚合材料是利用聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚氯乙烯PVC等與木粉,經(jīng)分子層次聚合生成,采用擠出、模壓、注射成型等常規(guī)塑料加工工藝,生產(chǎn)出各種板材、型材和產(chǎn)品。這種新型板材不吸水、不變型、不褪色、不老化、不腐蝕、不霉?fàn)€、不蟲蛀,節(jié)能環(huán)保效果好。
生產(chǎn)木塑分子聚合材料的主要成份是木粉,該木粉則是由“高峰竹柳”造林中幼林撫育大樹修剪產(chǎn)生的枝條或竹柳大樹成材加工剩余的枝叉加工而成,也可以高密度種植高峰竹柳,以小徑材制成所需的木粉材料供聚合之用。為此開辟了一條竹柳木材加工新途徑。
和普通木材相比,木塑分子聚合材料還具有以下優(yōu)點:首先,生產(chǎn)木塑分子聚合材料可以節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境,做到廢物利用。因為木塑分子聚合材料全部使用竹柳小徑材、樹木枝條、加工剩余物、廢棄物,節(jié)約竹柳成材和優(yōu)質(zhì)木材,將竹柳木材的木素、半纖維素、纖維素都聚合進(jìn)了新材料中。使用和損壞后的木塑聚合材料,可以全部再生利用,是一個全回收、全循環(huán)、全利用、全環(huán)保的項目。
其次,生產(chǎn)木塑分子聚合材料具有低投入、低消耗、高產(chǎn)出、高回報的優(yōu)勢。木塑分子聚合材料用0.6噸竹柳木粉和0.4噸廢舊塑料,就可以生產(chǎn)出一噸產(chǎn)品,目前國際市場價格最高達(dá)28000元/噸。一個年產(chǎn)10萬噸木塑材料的企業(yè),可利用竹柳6萬噸,利用廢舊塑料4萬噸,相當(dāng)于從垃圾中撿回25萬立方米木材、相當(dāng)于節(jié)省水泥、鋼材分別為40萬噸、替代塑料和鋁材分別是8萬噸,這是木塑產(chǎn)業(yè)發(fā)展對循環(huán)經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)。
再次,生產(chǎn)木塑分子聚合材料能促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,加快社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展。木塑分子聚合材料改變了商品林的生產(chǎn)方式,由長時間周期性生產(chǎn)向短期林業(yè)種植業(yè)轉(zhuǎn)變,可實現(xiàn)竹柳當(dāng)年種植當(dāng)年受益。有利于調(diào)動農(nóng)民的種植積極性,開展竹柳規(guī)模種植。把林業(yè)、木材加工業(yè)、廢舊塑料回收業(yè)也聚合到了一起,形成了一個污染治理、環(huán)境保護(hù)、資源節(jié)約的社會系統(tǒng)工程。
最后,木塑分子聚合材料用途廣泛,現(xiàn)已被應(yīng)用于包裝運輸領(lǐng)域、車輛船舶領(lǐng)域、建筑材料領(lǐng)域、室內(nèi)裝潢領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域等,它將在眾多領(lǐng)域和范圍內(nèi)取代木材、鋼材、水泥、塑料等常規(guī)材料。
二、高峰竹柳與生物質(zhì)能源
當(dāng)前,世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展引發(fā)了世界范圍內(nèi)的能源危機,大力發(fā)展可再生能源、逐步替代化石能源是克服能源危機的主要出路。據(jù)預(yù)測,到2020年,在全球可再生能源中生物質(zhì)能的比重接近60%,而生物質(zhì)顆粒燃料則占生物質(zhì)能利用的60%。
所謂生物質(zhì)能源也就是利用生物體,通過光合作用把吸收的太陽能轉(zhuǎn)化為常規(guī)燃料能源。有機物中所有來源于動植物的能源物質(zhì)均屬于生物質(zhì)能,是一種取之不盡、用之不竭的可再生能源。
柳樹是林業(yè)能源林的主要樹種,“高峰竹柳”則是多基因組合雜交的柳樹新品種,具有速生、高產(chǎn)、抗逆等優(yōu)點。作為能源樹種每畝可密植1萬株,每畝每年生物產(chǎn)量鮮重可達(dá)8至10噸,是普通柳樹的十倍。在國外,柳樹生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為能源的主要途徑是發(fā)電,柳樹生物質(zhì)具有較高的燃燒值,發(fā)達(dá)國家用柳樹生物質(zhì)發(fā)電已經(jīng)有20年以上的歷史。將柳樹粉碎后制作成生物質(zhì)能源顆粒和煤炭混合發(fā)電,可以大大提高熱效率,降低污染50%以上。
生物質(zhì)顆粒燃料是最具大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化開發(fā)前景的新型生物質(zhì)能源,用途主要包括三個方面:一是取暖和生活用能,生物質(zhì)燃料利用率高,便于貯存,無污染。二是生物質(zhì)工業(yè)鍋爐,用生物質(zhì)能替代燃煤,解決環(huán)境污染。三是發(fā)電,可作為火力發(fā)電的燃料。據(jù)統(tǒng)計,2008年全球生物質(zhì)顆粒燃料銷售量達(dá)1.8億噸,市場規(guī)模超過500億歐元。在全球經(jīng)濟(jì)放緩的背景下,生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)以年均18%的速度高速成長,已經(jīng)成為全球新能源市場中的“香餑餑”。
竹柳是生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒燃料最好的原料。生物質(zhì)顆粒需求之大,竹柳作為原料種植前景更為廣闊。
生物質(zhì)顆粒燃料發(fā)展在我國處于起步階段,但透過國外的發(fā)展我們可以看到,“高峰竹柳”將在生物質(zhì)能源中發(fā)揮重要作用。高峰老人發(fā)起的1000萬畝竹柳大造林,將可每年產(chǎn)生物質(zhì)顆粒3.25億噸,相當(dāng)于年發(fā)電量9000億KWH以上。
三、高峰竹柳是最好的紙漿來源
隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,我國已成為世界上僅次于美國的第二大紙品消費國,各類紙和紙制品消費量占世界消費總量的14%;同時我國又是森林資源匱乏的國家。在各大紙漿生產(chǎn)國中,中國的凈進(jìn)口量最大,但仍有很大的市場缺口,大量造紙原料齋要進(jìn)口。
要解決紙漿用材需要日益增長與森林資源匱乏日顯突出的矛盾,緩解周際進(jìn)口紙漿價格暴漲的壓力。建立紙漿原料林基地,逐步減少對國外進(jìn)口資源的依賴,就顯得非常迫切。營造速生豐產(chǎn)紙漿林“高峰竹柳”則是最好的選擇之一。
中國制漿造紙研究院進(jìn)行了“竹柳材性纖維質(zhì)量及制漿性能的研究”,檢測分析結(jié)果表明:高峰竹柳材質(zhì)色淺且密度適中,木粉自然白度比楊樹高,竹柳木材的纖維質(zhì)量較好,纖維長寬適中且柔軟,符合制漿工業(yè)對木材要求。根據(jù)竹柳木材密度和材質(zhì)白度分析,該原料適宜做高得率化學(xué)機械漿。竹柳可以作為紙漿材合理地種植并開發(fā)利用。
中國作為發(fā)展中國家,對紙張、架材、板材等木材的需求與日俱增,特別是當(dāng)前很多工業(yè)企業(yè)都呈現(xiàn)出掠奪式的發(fā)展,因此大力開展高峰竹柳造林是對我國的能源資源的有效補充和儲備,是改善生態(tài)緩解能源緊張的務(wù)實之舉!
中國高峰竹柳產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司
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關(guān)鍵詞:木薯酒精;生物質(zhì);乙醇;燃料
文章編號:1005-6629(2008)10-0043-02中圖分類號:O623.411文獻(xiàn)標(biāo)識碼:E
生物質(zhì)包括各種速生的能源植物、農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物、水生植物以及各種有機垃圾等[1]。生物質(zhì)能源的開發(fā)利用不受地理條件限制,利用形態(tài)和傳統(tǒng)能源的利用形態(tài)相似,將現(xiàn)有機器設(shè)備稍加改造即可使用,推廣價值巨大。各國對發(fā)展生物質(zhì)能源有不同的考慮,但能源替代和環(huán)境保護(hù)兩個主要的原因相同。中國發(fā)展生物質(zhì)能源相對滯后,但在國家政策的扶持下,大力發(fā)展燃料乙醇及生物柴油等生物質(zhì)能源作為實施替代能源[2]。特別是2008年奧運會在北京召開,其倡導(dǎo)的“綠色奧運、科技奧運、人文奧運”的理念將促進(jìn)中國生物質(zhì)能源的全面發(fā)展。
1 生物質(zhì)燃料乙醇的應(yīng)用和效益
生物質(zhì)燃料乙醇是目前世界上生產(chǎn)規(guī)模最大的生物質(zhì)能源,聯(lián)合國工業(yè)發(fā)展組織曾在維也納乙醇專題討論會上提出:“乙醇應(yīng)該被當(dāng)作燃料和化工原料永久的和可供選擇的來源”[3]。據(jù)清潔發(fā)展機制(CDM)項目咨詢機構(gòu)測算,每噸生物燃料乙醇能夠產(chǎn)生2噸的二氧化碳減排量。因此,許多國家將發(fā)展生物燃料乙醇列為實現(xiàn)溫室氣體減排的重要途徑。我國已成為僅次于巴西、美國的第三大燃料乙醇生產(chǎn)和使用國。燃料乙醇是通過對乙醇進(jìn)一步脫水,再加上適量變性劑制成。目前,中國試點推廣的E10乙醇汽油是在汽油中摻入10%純度達(dá)99.9%以上的乙醇制成[4]。乙醇燃燒值僅為汽油的三分之二,但其分子中含氧,抗爆性能好,取代傳統(tǒng)MTBE為汽油抗爆、增氧添加劑,避免了其毒害性(致癌,地下水污染),具有優(yōu)良能源、環(huán)保效益。如汽油中乙醇添加量≤l5%時,對機動車行駛性能無明顯影響而尾氣中溫室氣體的含量可降低30%-50%。添加10%,其辛烷值可提高2-3倍,還可清潔機動車引擎,減少機油替換并使其動力性能增加[3]。
與其他可再生能源和石油替代能源相比,燃料乙醇在中國發(fā)展最早,并經(jīng)過系統(tǒng)有序的試點,市場規(guī)模較大,在政策法規(guī)、組織管理、生產(chǎn)供應(yīng)、市場銷售以及技術(shù)服務(wù)等方面都取得了寶貴的經(jīng)驗,而且在能源替代、環(huán)境保護(hù)和振興農(nóng)業(yè)三方面都具有突出作用。 既有現(xiàn)實基礎(chǔ),又具有綜合發(fā)展價值,燃料乙醇得到了國務(wù)院能源領(lǐng)導(dǎo)小組的高度認(rèn)可,并最終確定為中國中長期新能源戰(zhàn)略中的重點發(fā)展方向[5]。根據(jù)我國《生物燃料乙醇及車用乙醇汽油“十一五”發(fā)展專項規(guī)劃》,“十一五”期間,我國將生產(chǎn)600萬噸生物液態(tài)燃料,其中燃料乙醇500萬噸,生物柴油100萬噸;到2020年,生產(chǎn)2000萬噸生物液態(tài)燃料,其中燃料乙醇1500萬噸。
2 生物質(zhì)燃料乙醇的代價和制約
原料保證是生物質(zhì)燃料乙醇的關(guān)鍵限制,它影響成本和規(guī)模生產(chǎn)的可行性。生產(chǎn)1噸燃料乙醇,耗水30m3左右,耗電200kwh左右,約耗標(biāo)準(zhǔn)煤0.6噸左右。大約需要3.3噸玉米或7噸木薯、10噸紅薯、15-16噸甜高粱[6]。
中國人均耕地面積已降至1.39畝,不足世界平均水平的40%。糧食安全至關(guān)重要。發(fā)展生物質(zhì)燃料乙醇一定要在確保國家糧食安全基礎(chǔ)上穩(wěn)步推進(jìn)。生物質(zhì)能源的發(fā)展不能依靠對糧食的占有和生產(chǎn)面積的擠壓來實現(xiàn), 也不能以破壞自然生態(tài)環(huán)境為代價[7]。2007年6月,國家發(fā)改委全面叫停糧食乙醇的開發(fā),要求今后生物燃料的發(fā)展必須滿足不占用耕地、不消耗糧食和不破壞生態(tài)環(huán)境為前提。中國生物質(zhì)能源的發(fā)展結(jié)束了以玉米等糧食為原料的時代,開創(chuàng)了以木薯等非糧生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)的新時代,非糧生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢日益凸顯。
3 木薯酒精的優(yōu)勢
實踐證明我國過去以糧食為原料生產(chǎn)燃料乙醇,不符合國情,利用木薯作為燃料乙醇生產(chǎn)原料,符合國家“非糧替代”的要求。木薯屬非糧食農(nóng)產(chǎn)品,是中國主要的熱帶作物之一,它對土質(zhì)的要求低,耐旱、耐瘠薄,符合“不爭糧,不爭(食)油,不爭糖,充分利用邊際性土地(指基本不適合種植糧、棉、油等作物的土地)”的國家糧食發(fā)展戰(zhàn)略,同時發(fā)展燃料乙醇也很符合當(dāng)前國家生物質(zhì)能源發(fā)展戰(zhàn)略,有利于保障國家糧食安全和能源安全。種植木薯還有利于拉動農(nóng)業(yè),改善農(nóng)村貧困人口的生產(chǎn)生活狀況,可形成農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化和生態(tài)經(jīng)濟(jì)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的模式,促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
根據(jù)全國土地資源調(diào)查辦公室統(tǒng)計,我國有荒草地7.39億畝、鹽堿地1.53億畝,總量占耕地面積的一半。利用這些土地種植耐干旱、耐貧瘠的薯類、高粱、秸稈作物等,對發(fā)展非糧燃料的乙醇生產(chǎn),潛力巨大。木薯是可再生資源,通過推廣良種,木薯產(chǎn)量已由過去的畝產(chǎn)1.3噸提高到現(xiàn)在的畝產(chǎn)2~3噸,最高還可以達(dá)到5~7噸。
4 木薯酒精的生產(chǎn)及前景
到“十一五”末期,乙醇汽油將占我國汽油消費量的一半以上,形成以“非糧”原料為主、以技術(shù)進(jìn)步為動力、經(jīng)濟(jì)效益為中心、緩解能源供應(yīng)緊張壓力和保護(hù)環(huán)境為目的的生物液體燃料產(chǎn)業(yè)鏈。 作為我國第一個非糧燃料乙醇試點項目,廣西中糧生物質(zhì)能源有限公司年產(chǎn)20萬噸木薯燃料乙醇。主要采取生物法:纖維素、半纖維素,酸解或酶解或發(fā)酵單糖(五碳、六碳糖), 化學(xué)、 酶催化及微生物發(fā)酵乙醇。生物法具有選擇性高、活性好、反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點,但原料利用率低、反應(yīng)時間長、產(chǎn)物濃度低及酶、微生物活性易受影響且纖維素降解和單糖轉(zhuǎn)化所需酶、微生物適于不同反應(yīng)條件,不能很好耦合。其制約因素是成本和尋找高效、廉價的催化劑、酶和合適微生物的開發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)。
隨著大力發(fā)展生物質(zhì)能源,木薯作為燃料乙醇的最佳原料,需求量將會不斷擴大。木薯酒精生產(chǎn)面臨著原料市場不穩(wěn)定的困難,還存在著木薯種植缺乏組織性,種植粗放,且品種單一、單產(chǎn)低等困難。木薯生產(chǎn)企業(yè)的核心競爭力和發(fā)展動力在于搞好木薯產(chǎn)業(yè)資源的循環(huán)利用,充分利用厭氧發(fā)酵技術(shù),實現(xiàn)資源的循環(huán)利用,走循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展之路。用鮮木薯生產(chǎn)1噸酒精約生成11m3的酒糟醪液,約含660的COD;經(jīng)厭氧發(fā)酵處理可生成約350m3沼氣;350m3沼氣約等于0.54噸煤。經(jīng)厭氧后的酒糟廢水其COD指標(biāo)可以達(dá)標(biāo)用于直接農(nóng)灌,廢渣可作有機肥料還田或作食用菌的培養(yǎng)基生產(chǎn)食用菌。合浦當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)民用木薯渣與雞糞混合再發(fā)酵后作蛋白合成飼料喂豬,已取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。
5結(jié)語
燃料乙醇直接打通了第一產(chǎn)業(yè)和第二產(chǎn)業(yè)。農(nóng)民成了“新能源”提供者,這為幾千年來以農(nóng)為本的中國提供了一個新能源由夢想成為現(xiàn)實的可能。以木薯為原料生產(chǎn)燃料乙醇是一條資源消耗低、綜合利用率高、環(huán)境污染少、經(jīng)濟(jì)效益好的可持續(xù)健康發(fā)展道路,在促進(jìn)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村發(fā)展,提高農(nóng)民收入方面具有顯著的社會效益。
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一直以來,中國生物質(zhì)能源的發(fā)展較遠(yuǎn)落后于風(fēng)能及太陽能,甚至不少人士認(rèn)為生物質(zhì)能源在我國成不了“大氣候”。作為中國農(nóng)業(yè)大學(xué)教授、生物質(zhì)工程中心主任的程序則認(rèn)為,部分人之所以對生物質(zhì)能有誤解,是因為不了解生物質(zhì)能的潛力和升級換代的技術(shù)。
在第一代生物燃油已近極限,第二代纖維素生物乙醇技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性久“攻”不克的情況下,“先進(jìn)生物燃料”特別是熱化學(xué)途徑的生物天然氣和木質(zhì)原料氣化合成燃油有望脫穎而出。
《能源》:全球生物質(zhì)能源的發(fā)展經(jīng)歷了第一代生物燃油和第二代纖維素生物乙醇技術(shù)的發(fā)展,目前,這兩種生物質(zhì)能的發(fā)展情況如何?
程序:目前,這兩種技術(shù)的發(fā)展都遇到了瓶頸,這也助長了部分人認(rèn)為生物質(zhì)能發(fā)展不起來的認(rèn)識。
發(fā)達(dá)國家能源界的學(xué)者和企業(yè)家越來越認(rèn)識到,第一代生物燃料作車用有不確定性。因為需要和化石燃油摻混,其總用量有限,也就是所謂的“混合墻”限制。
從2010年起,第一代生物燃料增長形勢就明顯受挫了。2009-2010年產(chǎn)量增長率還有13.6%,而2010-2011年僅有3.1%。
對于第二代生物燃料,在美國曾經(jīng)呼聲很高。但是,雖然經(jīng)歷了連續(xù)多年的研發(fā)熱潮,目前仍沒有完全突破商業(yè)化的障礙。其關(guān)鍵在于纖維素乙醇的生產(chǎn)成本還遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)想的價位。而且,這種技術(shù)使用的原料需要用酸、堿等預(yù)處理,會造成環(huán)境問題。
《能源》:第一代和第二代生物質(zhì)能技術(shù)都難以繼續(xù)往前發(fā)展,那按您的說法,生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)要靠什么得以推進(jìn)?
程序:所以,我說現(xiàn)在要提“先進(jìn)生物燃料”的概念。實際上在2009年,美國環(huán)保署就率先提出了要支持“先進(jìn)生物燃料”研發(fā)的原則。所謂先進(jìn)生物燃料,就是指第一代生物能源以外的一類新型生物燃料。它們的生命全周期的溫室氣體排放量,比化石燃料低至少50%。
它采用的技術(shù)路線有多條,最主要的方式是用木質(zhì)纖維類作為原料,如林木下腳料和廢棄物、秸稈等,通過熱化學(xué)途徑,生產(chǎn)生物合成液體或氣體燃料,英文為Biomass to Liquids,簡稱 BtL。
《能源》:“先進(jìn)生物燃料”的最大特點是什么?與前面兩代技術(shù)相比,“先進(jìn)生物燃料”有哪些優(yōu)點?
程序:生物質(zhì)的組成成分,一般來講可以分為六類:淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)、纖維素、半纖維素、木質(zhì)素。第一代生物質(zhì)能技術(shù)利用的成分是淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)。第二代技術(shù)用的是纖維素。
但事實上,生物質(zhì)所含能量中,淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)占40%,纖維素占了20%,剩下占40%的半纖維素和木質(zhì)素在前面兩種方式中并不能被利用。唯一能全部利用這六大類成分的方法是燃燒,也就是通過生物質(zhì)電廠,但它的熱量轉(zhuǎn)化效率在這幾種方式中是最低的,是最不經(jīng)濟(jì)的方式。
通過熱化學(xué)方式生產(chǎn)“先進(jìn)生物燃料”,恰恰能利用和轉(zhuǎn)化半纖維素和木質(zhì)素,顯著提高生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)化效率,而且大大拓寬了原料的來源。
生產(chǎn)出的生物合成燃料,屬于所謂的“直接使用燃油”,就是說,可以在發(fā)動機不改裝的情況下,以純態(tài)或高摻混比車用,因而完全擺脫了前面所說的第一代生物燃料的“混合墻”制約。
《能源》:那目前,“先進(jìn)生物燃料”在國外的發(fā)展情況如何?是否有成熟項目?
程序:在2009-2013年的5年間,先進(jìn)生物燃料項目,包括中試和生產(chǎn)性示范的,數(shù)目增加了3倍,而它的總產(chǎn)量則擴大了10倍,達(dá)到了年產(chǎn)24億公升(相當(dāng)于168萬噸)。
歐盟國家對用氣化-費托合成途徑制作生物柴油、航空煤油的熱情很高。一些大型企業(yè)集團(tuán)如Uhde、UPM、Axen,也都在進(jìn)行商業(yè)化的努力。
德國的科林(Choren)公司在世界上第一次生產(chǎn)出用木屑合成的液體柴油。2012年9月,科林公司將氣化技術(shù)轉(zhuǎn)讓給德國林德(Linde)集團(tuán)。林德與芬蘭Forest BtL Oy合作,在芬蘭建設(shè)一座年產(chǎn)13萬噸的生物合成柴油/石腦油廠,計劃于2016年底投產(chǎn)。
美國倫泰克公司在科羅拉多州建成了BtL商業(yè)示范廠并投產(chǎn),年產(chǎn)能1萬噸生物合成燃油。該公司還計劃2015年在加拿大安大略省建成年產(chǎn)能為60萬噸生物氣化合成柴油和航煤廠。
《能源》:那您的意思是,目前這一技術(shù)并未達(dá)到商業(yè)化程度?這其中的制約因素是什么?
程序:是的,目前它的技術(shù)成熟度還沒有完全達(dá)到商業(yè)化生產(chǎn)、應(yīng)用的程度,但是已經(jīng)達(dá)到半商業(yè)化了,我認(rèn)為離商業(yè)化也不遠(yuǎn)了。
根據(jù)測算,能夠達(dá)到有規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益的年生產(chǎn)產(chǎn)能,終端產(chǎn)品應(yīng)該在20萬噸以上。
目前主要的制約因素是,項目規(guī)?;螅瑫枰薮髷?shù)量的原料,該如何解決原料問題。還有,如何保證相應(yīng)的較低成本,以及預(yù)處理大幅度增大的難度如何克服。
《能源》:先進(jìn)生物燃料的研究和開發(fā)在我國處于一個怎樣的情況?
程序:據(jù)我調(diào)研,目前采用生物質(zhì)氣化-合成途徑制取生物燃油的,主要是武漢陽光凱迪新能源公司在做。這家公司于2013年初取得突破,其年產(chǎn)1萬噸的半工業(yè)化裝置于1月投產(chǎn),并且連續(xù)正常運行至今。
據(jù)了解,目前,該公司技術(shù)放大到年產(chǎn)20萬噸級工業(yè)化規(guī)模的工藝包已經(jīng)完成。計劃在兩年時間內(nèi),分別在湖北新洲和廣西北?;I建年產(chǎn)能10萬和30萬噸的生物質(zhì)氣化合成燃油的工廠,原料主要為林業(yè)剩余物和進(jìn)口的棕櫚油榨渣、枝葉,預(yù)計2016年底建成。
《能源》:先進(jìn)生物燃料的生產(chǎn)成本大約為多少?是否又是需要補貼才能盈利?我國要發(fā)展先進(jìn)生物燃料,需要面臨的阻礙有哪些?
程序:陽光凱迪采用的方式生產(chǎn)出以生物合成柴油為主體的合成燃油,目前的成本是可控制在8000元/噸以內(nèi)。如果今后規(guī)?;?,成本應(yīng)該會有大幅的下降。
在這種成本條件下,不需要政府補貼,也是可以盈利的。目前,陽光凱迪急待向國家要的不是補貼,而是油品準(zhǔn)入市場的政策,希望產(chǎn)品能夠到市場上去參與公平競爭的準(zhǔn)入。因為我國的油品市場準(zhǔn)入具有壟斷性,如果陽光凱迪生產(chǎn)的生物合成油不能進(jìn)入市場合法交易,那陽光凱迪就會陷入困境。
《能源》:那您對我國發(fā)展先進(jìn)生物燃料有哪些建議?
關(guān)鍵詞:燃料乙醇;廢醪液;綜合利用;環(huán)保;濃縮;燃燒;鉀鹽
作者簡介:王勇(1969-),男,廣西橫縣人,熱能工程師,從事包括高濃度有機廢液在內(nèi)的生物質(zhì)能源技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用工作。
1引言
隨著世界原油價格不斷飚升,石油儲量不斷減少,世界各國都在尋找替代石油的新燃料。生物質(zhì)是唯一可直接生產(chǎn)液化燃料并可儲存的可再生能源,發(fā)展以燃料乙醇為主的生物質(zhì)液體燃料(生物燃油)是開辟我國替代石油的新途徑。據(jù)專家預(yù)測估計,到20__年,我國年生產(chǎn)生物燃油約為600萬噸,其中生物乙醇500萬噸、生物柴油100萬噸;到2020年,年生產(chǎn)生物燃油將達(dá)到1900萬噸,其中生物乙醇1000萬噸,生物柴油900萬噸[1]。
“十五”期間,我國燃料乙醇生產(chǎn)得到很大發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計分析,20__年酒精產(chǎn)量約為390萬噸,20__年酒精產(chǎn)量將達(dá)到450萬噸,新增供給量在60萬噸左右,而這些新增量中玉米酒精占據(jù)絕對比重,目前中國僅有4家定點企業(yè)產(chǎn)生燃料乙醇,總產(chǎn)能僅110萬噸左右,與500-700萬噸的發(fā)展目標(biāo)相比,還有5倍的發(fā)展空間[2]。
發(fā)酵技術(shù)是目前成熟的乙醇生產(chǎn)技術(shù),發(fā)展以甘蔗、薯類、甜高粱、木質(zhì)纖維類生物質(zhì)為原料的生化燃料乙醇生產(chǎn)是大方向,我國20__年發(fā)酵酒精產(chǎn)量368.13萬噸[3]。發(fā)酵酒精的生產(chǎn)原料主要是淀粉類和糖類,原料來源有限,原料成本比較高,能耗大,生產(chǎn)過程廢液排放量大,綜合利用和環(huán)保處理成本高。燃料乙醇產(chǎn)品與石油產(chǎn)品還沒有競爭優(yōu)勢,生產(chǎn)企業(yè)必須依賴政府補貼才能艱難生存。所以,保障原料供應(yīng)、控制成本、環(huán)保是開發(fā)燃料乙醇三大要點。
2廢醪液綜合利用概況
酒精生產(chǎn)原料多樣化,所以,酒精廢醪液的綜合利用方法較多,其經(jīng)濟(jì)效益也不盡相同。
玉米、小麥、陳化糧為原料的酒精生產(chǎn)排放的廢醪液,蛋白質(zhì)成分比較多,采用DDGS工藝生產(chǎn)蛋白飼料,其工藝性、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益已經(jīng)得到多家使用單位肯定。
木薯、甘蔗為原料的酒精生產(chǎn)排放的廢醪液,因為其含鉀量高,蛋白質(zhì)成分少,較難做成蛋白飼料,我國南方對這類廢醪液的綜合治理做了不少嘗試,農(nóng)灌法和濃縮燃燒法被認(rèn)為是較好的處理工藝?!皬U醪液對水環(huán)境會造成嚴(yán)重危害,但同時廢液中含有大量農(nóng)作物所需的營養(yǎng)物質(zhì),所以它又是一種寶貴的資源。據(jù)分析,廢醪液中含有機物6-8;P2O50.02-0.04;K2O0.6-1.2;總氮0.3-0.5。廢醪液中的有機質(zhì),經(jīng)實踐證實,能改善土壤的物理、化學(xué)和生物性質(zhì),可作為農(nóng)田肥料[4]。目前,農(nóng)灌法主要是使用運輸工具送往田地噴灌,與巴西大規(guī)模鋪設(shè)輸送管道有很大距離,對全年上規(guī)模生產(chǎn)酒精是否具有可行性有待研究。濃縮燃燒法具有處理徹底、不受地理、氣候、生產(chǎn)規(guī)模影響等優(yōu)點,通過濃縮—燃燒—產(chǎn)蒸汽—發(fā)電,可以合理利用廢醪液中的生物能,具有一定經(jīng)濟(jì)效益,在南寧糖業(yè)集團(tuán)蒲廟造紙廠、廣西楊森酒精有限公司、廣東省遂溪特級酒精釀造有限公司有成功經(jīng)驗。但是,目前運行的濃縮燃燒系統(tǒng)對廢液中鉀資源的綜合利用明顯不足,“年產(chǎn)2.5萬噸酒精”項目,純?nèi)紵凭珡U液,每天可回收鉀灰7-10t,灰分的K2O含量10-30[5],回收率不到50,含鉀量低,利用價值低,只局限于以100元/噸左右的價格賣給復(fù)合肥廠用作復(fù)混肥原料。另外,目前運行的濃縮燃燒系統(tǒng)還存在電耗高、鍋爐爐膛結(jié)焦、煙道堵灰等問題,所以,與濃縮燃燒技術(shù)的高投入比較,其經(jīng)濟(jì)效益不夠明顯、有待提高。
木質(zhì)纖維原料的乙醇生產(chǎn)剛剛起步,其廢液的處理技術(shù)還缺乏研究,按現(xiàn)有技術(shù)5-6噸木質(zhì)纖維素生產(chǎn)1噸乙醇計算,噸乙醇排出的廢液含生物質(zhì)能更多,灰分與糖蜜酒精廢液的灰分相似,利用濃縮燃燒后產(chǎn)汽、發(fā)電更多,經(jīng)濟(jì)效益更明顯。
3濃縮燃燒處理酒精廢醪液同時回收鉀鹽技術(shù)簡介
濃縮燃燒處理酒精廢醪液同時回收鉀鹽技術(shù)主要是回收廢醪液的生物質(zhì)能產(chǎn)汽、發(fā)電同時充分利用廢醪液鉀資源,直接生產(chǎn)農(nóng)用級以上的鉀鹽(K2SO4),大大提高廢醪液的綜合利用水平。我國是一個嚴(yán)重缺鉀的國家,80的鉀肥依賴進(jìn)口,本技術(shù)為我國開辟了新的鉀源,產(chǎn)品不存在銷售問題,廢醪液綜合治理的社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益更可觀。
下面以配套年產(chǎn)10萬噸燃料乙醇(廢糖蜜原料)生產(chǎn)線的濃縮燃燒處理酒精廢醪液同時回收鉀鹽系統(tǒng)對其技術(shù)路線、主要設(shè)備、投資收益作簡單分析:
3.1技術(shù)路線
3.2主要設(shè)備
多效在線自清垢蒸發(fā)濃縮裝置兩套、燃燒廢液鍋爐兩臺(35t/h,P=2.5Mpa,400℃)、背壓發(fā)電機組兩套、鉀灰分離裝置兩套、鉀鹽裝置兩套、控制裝置兩套、鉀鹽包裝機一臺。
3.3關(guān)鍵技術(shù)
3.3.1在線自清垢蒸發(fā)濃縮裝置:采用在線清垢,提高蒸發(fā)負(fù)荷,減少設(shè)備投資,減少停機清垢時間。
3.3.2純?nèi)紵龔U液鍋爐:采用雙重燃燒、多級配風(fēng)、在線清灰技術(shù)組合,保證灰分含鉀純度和較低的爐膛出口煙溫,減少爐膛結(jié)焦、煙道堵灰機會,延長鍋爐連續(xù)運行時間。
關(guān)鍵詞 新能源;纖維素酶;應(yīng)用
中圖分類號Q1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708(2011)48-0096-01
隨著資源枯竭、能源短缺及環(huán)境污染等問題日益加劇,世界各國都在尋找開發(fā)新能源。纖維素是植物材料的主要組成部分,也是地球上數(shù)量最豐富的可再生資源。但是這些纖維素大部分沒有被利用,造成巨大的資源浪費,還造成環(huán)境污染。纖維素酶是一組能夠降解纖維素生成葡萄糖的酶的總稱。利用纖維素酶將纖維素轉(zhuǎn)化為人類急需的能源和化工原料,對于人類社會解決上訴問題具有重大的現(xiàn)實意義[1]。
1 纖維素酶的組成及其來源
纖維素酶的組成比較復(fù)雜,根據(jù)其催化反應(yīng)功能的不同可分為內(nèi)切葡聚糖酶(1,4-β-D-glucan glucanohydrolase或endo-1,4-β-D-glucanase,EC3.2.1.4),來自真菌的簡稱EG,來自細(xì)菌的簡稱Cen、外切葡聚糖酶(1,4-β-D-glucan cellobilhydrolase或exo-1,4-β-D-glucannase,EC.3.2.1.91),來自真菌的簡稱CBH,來自細(xì)菌的簡稱Cex)和β-葡聚糖苷酶(β-1,4- glucosidase,EC.3.2.1.21)簡稱BG。
微生物是纖維素酶的最主要來源,其余生物生產(chǎn)的纖維素酶缺乏大規(guī)模應(yīng)用的實際意義,采用微生物生產(chǎn)是最為方便和有效的方法[2]。不同微生物合成的纖維素酶在組成上有顯著的差異,對纖維素的降解能力也大不相同。細(xì)菌與放線菌生產(chǎn)的纖維素酶產(chǎn)量均不高,在工業(yè)上很少應(yīng)用。而真菌具有產(chǎn)酶的諸多優(yōu)點:產(chǎn)酶能力強,產(chǎn)生的纖維素酶為胞外酶,便于酶的分離和提取,且產(chǎn)生纖維素酶的酶系結(jié)構(gòu)較為合理;酶之間有強烈的協(xié)同作用,降解纖維素的效率高, 是工業(yè)生產(chǎn)的主要菌種[3]。如木霉屬(Trichoderma)、曲霉屬(Aspergillus)、青霉屬(Penicillium)和枝頂抱雄屬(Acremonium)的菌株等就是對纖維素作用較強的菌種。
2 纖維素酶的應(yīng)用
2.1 在食品業(yè)中的應(yīng)用
纖維素酶可用于谷物和馬鈴薯中淀粉類的有效分離,果蔬汁及橄欖油的提取,豆類發(fā)芽中豆衣的去除,從大豆和葉子中分離蛋白質(zhì)等方面[4]。它在飲品和調(diào)味品的釀造中也有廣泛應(yīng)用。在醬油的釀造過程中添加纖維素酶,既可提高醬油濃度,改善醬油質(zhì)量,又可縮短生產(chǎn)周期,提高產(chǎn)率。在啤酒生產(chǎn)的大麥發(fā)芽過程中加入它可幫助大麥發(fā)芽,還可以改進(jìn)啤酒的過濾性能,有利于酒精蒸餾。而在飲料生產(chǎn)中,它還可促進(jìn)汁液的提取率,使汁液澄清透明,提高可溶性固形物的含量,并可將果皮渣綜合利用。
2.2 在畜牧業(yè)上的應(yīng)用
纖維素酶是畜牧業(yè)的一種新型飼料添加劑,能夠分解飼料中結(jié)構(gòu)復(fù)雜的纖維素,生成易消化的葡萄糖,便于動物吸收。該酶主要有3個作用:1)消除抗?fàn)I養(yǎng)因素;2)補充內(nèi)源酶;3)改善胃中微生態(tài)平衡。大量試驗[5-6]表明,在飼料中添加纖維素酶對各種動物的飼喂效果十分顯著。
2.3 在制漿造紙業(yè)中的應(yīng)用
回收利用廢紙是我國制漿造紙工業(yè)解決原料和環(huán)保問題的有效途徑。酶法舊紙脫墨可以解決廢紙利用過程中的環(huán)保及纖維質(zhì)量下降問題。傳統(tǒng)的脫墨方法易使紙的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)崩潰,纖維溶脹,紙和墨之間粘接力下降。纖維素酶法舊紙脫墨技術(shù)是指利用生物酶代替化學(xué)藥品處理舊紙, 使油墨從纖維上游離出來,較之舊法具有游離度高、物理性能優(yōu)、濾水性能好、白度高和殘余油墨量低的優(yōu)點,并且可以縮短脫墨時間[7],應(yīng)大力推廣應(yīng)用。
2.4 在生物質(zhì)能源開發(fā)上的應(yīng)用
資源的日漸枯竭,大規(guī)模開發(fā)利用可再生資源顯得非常重要。而生物質(zhì)是唯一可以轉(zhuǎn)化為液體燃料的可再生資源,將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體燃料,不僅能夠彌補如石油、煤炭、天然氣等化石燃料的不足,而且有助于保護(hù)生態(tài)環(huán)境。纖維生物質(zhì)中的纖維素可被纖維素酶降解生成還原糖,再利用還原糖的發(fā)酵來生產(chǎn)具有更強的可持續(xù)性的第二代生物燃料-纖維素燃料乙醇。這對解決人類的發(fā)展問題具有化時代的意義。目前生物乙醇主要是采用淀粉為原料生產(chǎn),其成本價較高。為此,以廉價的農(nóng)作物秸稈等生物廢料為原料的纖維素生物乙醇生產(chǎn)技術(shù)已成為研究的熱點,全球已有幾十套中試生產(chǎn)線。我國現(xiàn)在也對生物燃料這方面積極開展科學(xué)研究與利用工作。
2.5 在其他方面的應(yīng)用
纖維素酶也可用于中藥的提取。中藥酶法提取是選擇適當(dāng)?shù)拿?,將?xì)胞壁的組成成分水解或降解,破壞細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)而提取有效成分。與傳統(tǒng)方法相比,該法具有溫度低、效率高、無污染等優(yōu)點[8]。
3結(jié)論
纖維素酶可以安全、高效地降解天然纖維素,這是其它處理方式無法比擬的。特別是在當(dāng)今能源短缺、污染嚴(yán)重的時代,已經(jīng)引起全世界的關(guān)注,其研究也取得了極大進(jìn)展。隨著研究的不斷深入,相信在不久的將來,纖維素酶的應(yīng)用范圍會更加廣泛,在更多領(lǐng)域中發(fā)揮更大的作用,尤其是在未來生物質(zhì)能源的開發(fā)上。
參考文獻(xiàn)
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專家表示,在目前國際油價高企、國內(nèi)減排壓力劇增的背景下,加快生物質(zhì)燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展勢在必行,而推進(jìn)纖維素燃料乙醇技術(shù)將為燃料乙醇產(chǎn)業(yè)摘掉“與民爭糧”的帽子。
一、“高油價”時代的新秀
4月15日紐約原油期貨價格報收于每桶108.11美元,上漲0.9%。“高油價”時代迫切呼喚燃料替代品的出現(xiàn)。同時,我國提出在“十二五”期間要將我國非化石能源占一次能源消費比重提高到11.4%,主要污染物排放總量減少8%至10%,在核電大規(guī)模開發(fā)面臨安全性質(zhì)疑的今天,包括燃料乙醇在內(nèi)的生物質(zhì)能的開發(fā)提速存在必要性。
燃料乙醇產(chǎn)業(yè)是當(dāng)前可行性最高的液體燃料替代方案,在普通汽油中添加10%的燃料乙醇,所形成的乙醇汽油具有的能量利用效率高、尾氣排放污染少等優(yōu)點。截至目前,中國十個省區(qū)正在施行這種方式,年消耗乙醇汽油1700萬噸,占中國汽油消耗總量的20%以上。
相比較電動汽車,在車用汽油中添加燃料乙醇的方式要容易操作的多,不需要對汽車的動力系統(tǒng)做大規(guī)模的改裝升級,就能降低對化石能源的依賴,這也決定了燃料乙醇利用在環(huán)保領(lǐng)域存在著巨大的市場空間
燃料乙醇產(chǎn)業(yè)曾因可能影響糧食安全而引發(fā)爭議,對此,中糧集團(tuán)生化能源事業(yè)部總經(jīng)理岳國君表示,目前我國燃料乙醇產(chǎn)業(yè)消耗糧食所占比例僅為0.8%,遠(yuǎn)沒有白酒企業(yè)消耗得多。
據(jù)了解,中糧生化事業(yè)部探索發(fā)展“非糧”燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)取得進(jìn)展,廣西中糧生物質(zhì)能源有限公司已成為以木薯為原料、年產(chǎn)20萬噸燃料乙醇的“非糧”燃料乙醇工廠。數(shù)據(jù)顯示,2010年我國的燃料乙醇產(chǎn)量約為173萬噸,其中20萬噸為木薯制成。
二、有望消除“與民爭糧”
專家分析:提取燃料乙醇的原料正在由最早的玉米、小麥等富含糖分的糧食作物逐漸向玉米秸稈等富含纖維素的農(nóng)林廢棄物過度,一旦從纖維素轉(zhuǎn)化為乙醇的技術(shù)成熟,我國燃料乙醇產(chǎn)業(yè)將進(jìn)入發(fā)展快軌,“與民爭糧”的問題將徹底解決。
目前,中糧集團(tuán)與國內(nèi)外知名大學(xué)和科研機構(gòu)合作,正在攻克將纖維素轉(zhuǎn)化為2代燃料乙醇的新技術(shù)。技術(shù)一旦成熟,各種農(nóng)作物秸稈都可以用來生產(chǎn)燃料乙醇,這對于我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的推動都會產(chǎn)生巨大影響。據(jù)估算,中國每年產(chǎn)生大約6億噸農(nóng)業(yè)廢棄物(主要是秸稈),除了用于飼料和還田之外,還有2億噸可以被用來生產(chǎn)4000―5000萬噸纖維素乙醇,這幾乎等于目前中國汽油總消耗量的60%~70%。
關(guān)鍵字:生物質(zhì)能應(yīng)用生物質(zhì)發(fā)電
中圖分類號:P754.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A
一、發(fā)展生物質(zhì)能意義
目前,世界上使用的能源主要為礦物能源,主要包括煤炭、石油、天燃?xì)?。礦物能源的不斷開發(fā)將最終將導(dǎo)致能源的短缺,也造成了全球環(huán)境污染嚴(yán)重等問題。人類在經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展過程中正面臨著人口、資源和環(huán)境的巨大壓力,如何使能源、社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)前需要解決的核心問題。
生物質(zhì)能是一個重要的能源,預(yù)計到下世紀(jì),世界能源消費的40%來自生物質(zhì)能,生物質(zhì)作為新能源早已引起世界各國政府和科學(xué)家的關(guān)注。國外生物質(zhì)能研究開發(fā)工作主要集中于液化、氣化、固化、熱分解和直接燃燒等方面。如日本的陽光計劃、印度的綠色能源工程、美國的能源農(nóng)場和巴西的酒精能源計劃等發(fā)展計劃。其它諸如丹麥、荷蘭、德國、法國、加拿大、芬蘭等國,多年來一直在進(jìn)行各自的研究與開發(fā),并形成了各具特色的生物質(zhì)能源研究與開發(fā)體系,擁有各自的技術(shù)優(yōu)勢。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,生活水平的提高,環(huán)保意識的加強,對生物質(zhì)能的高效合理的開發(fā)利用,必然愈來愈受重視。科學(xué)利用生物質(zhì)能,加強其應(yīng)用技術(shù)的研究,具有十分重要的意義。
我國現(xiàn)有森林、草原和耕地面積41.4億公頃,理論上生物質(zhì)資源可達(dá)65億噸/年以上。以平均熱值為15,000kJ/kg計算,折合理論資源最為32.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,相當(dāng)于我國目前年總能耗的3倍以上。我國生物質(zhì)能研究開發(fā)工作起步較晚。隨著近年經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,政府開始重視生物質(zhì)能利用研究工作,現(xiàn)今已建立起一支專業(yè)研究開發(fā)隊伍,并取得了一批高水平的研究成果,初步形成了我國的生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè),我國現(xiàn)階段生物質(zhì)能源主要用于秸稈發(fā)電。
二、秸稈發(fā)電工藝
農(nóng)作物秸稈發(fā)電在發(fā)達(dá)國家己受到廣泛重視,在奧地利、丹麥、芬蘭、法國、挪威、瑞典、美國、加拿大等國。目前我國秸稈發(fā)電主要工藝分三類:秸稈鍋爐直接燃燒發(fā)電、秸稈~煤混合燃燒發(fā)電和生物質(zhì)氣化發(fā)電。
1、生物質(zhì)鍋爐直接燃燒發(fā)電
目前國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的生物質(zhì)直燃技術(shù)為振動爐排直接燃燒鍋爐,該技術(shù)在國外已經(jīng)有成熟經(jīng)驗,并已大量投產(chǎn)。目前國內(nèi)一些鍋爐廠家也擁有這項技術(shù),向在國內(nèi)遼寧、吉林、黑龍江、山東等省陸續(xù)建成投產(chǎn)。
振動爐排秸稈直燃爐的工藝流程:粗處理后的燃料經(jīng)給料機送入爐堂,燃料自然落入爐排前部,在此處由于高溫?zé)煔夂鸵淮物L(fēng)的作用逐步預(yù)熱、干燥、著火、燃燒。燃料邊燃燒邊向爐排后部運動,直至燃盡,最后灰渣落入爐后的除渣口。
直燃爐易存在的問題:由于秸稈灰中堿金屬和氯的含量相對較高,因此,煙氣在高溫時(450℃以上)對過熱器具有較高的腐蝕性。此外,飛灰的熔點較低,易產(chǎn)生結(jié)渣的問題。如果灰分變成固體和半流體,運行中就很難清除,就會阻礙管道中從煙氣至蒸汽的熱量傳輸。嚴(yán)重時甚至?xí)耆氯麩煔馔ǖ?,將煙氣堵在鍋爐中。針對這些問題各鍋爐廠家在鍋爐設(shè)計上,在鍋爐結(jié)構(gòu)、鍋爐材料等方面采取了相應(yīng)措施來解決這些問題,效果仍需實際運行中不斷檢測改進(jìn)。
2、生物質(zhì)~煤混合燃燒發(fā)電
循環(huán)流化床是一種新型的環(huán)保鍋爐,它主要采取了爐內(nèi)物料循環(huán)、低溫燃燒、可進(jìn)行爐內(nèi)脫硫的新技術(shù)。由于它采取了爐內(nèi)物料循環(huán),對燃料的適應(yīng)性強,它可以燃用低位發(fā)熱值2000~7000kcal/kg的矸石、原煤、煤泥和洗中煤等;還可以燃用熱值比較低的糖渣、木霄、各種生物質(zhì)秸稈及各種垃圾等。
該爐雖然有燃用各種燃料的特性,但是在燃燒的過程中卻有不同的效果,或多或少對鍋爐都有一定的影響。摻燒糖渣、木屑、各種生物質(zhì)秸稈及各種垃圾,需要重新計算風(fēng)量等,并有穩(wěn)定的燃料來源,相對固定的摻燒比例。循環(huán)硫化床鍋爐對燃料的適應(yīng)性非常強,無論燃燒哪種燃料首先要核算經(jīng)濟(jì)性,而后計算摻燒量、最后再進(jìn)行人員培訓(xùn)、注意事項、運行調(diào)整等。
根據(jù)國家關(guān)于可再生能源的相關(guān)法律規(guī)程規(guī)定,生物質(zhì)發(fā)電項目主要為農(nóng)林生物質(zhì)直接燃燒和氣化發(fā)電、生活垃圾焚燒發(fā)電和垃圾填埋氣發(fā)電及沼氣發(fā)電項目。 現(xiàn)階段,采用流化床焚燒爐處理生活垃圾的發(fā)電項目,因采用原料熱值較低,其消耗熱量中常規(guī)燃料的消耗量按照熱值換算可不超過總消耗量的20%。其他新建的生物質(zhì)發(fā)電項目原則上不得摻燒常規(guī)燃料,否則不得按照生物質(zhì)發(fā)電項目進(jìn)行申報和管理。國家鼓勵對常規(guī)火電項目進(jìn)行摻燒生物質(zhì)的技術(shù)改造,當(dāng)生物質(zhì)摻燒量按照熱值換算低于80%時,應(yīng)按照常規(guī)火電項目進(jìn)行管理。
3、生物質(zhì)氣化發(fā)電
生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的基本原理是把生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可燃?xì)?,再利用可燃?xì)馔苿尤細(xì)獍l(fā)電設(shè)備進(jìn)行發(fā)電。它既能解決生物質(zhì)難于燃用而又分布分散的缺點,又可以充分發(fā)揮燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)設(shè)備緊湊而污染少的優(yōu)點,所以是生物質(zhì)能最有效最潔凈的利用方法之一。氣化發(fā)電過程包括三個方面,一是生物質(zhì)氣化,把固體生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣體燃料;二是氣體凈化,氣化出來的燃?xì)舛紟в幸欢ǖ碾s質(zhì),包括灰份、焦炭和焦油等,需經(jīng)過凈化系統(tǒng)把雜質(zhì)除去,以保證燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備的正常運行;三是燃?xì)獍l(fā)電,利用燃?xì)廨啓C或燃?xì)鈨?nèi)燃機進(jìn)行發(fā)電,有的工藝為了提高發(fā)電效率,發(fā)電過程可以增加余熱鍋爐和蒸汽輪機。
目前國際上采用的生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)有生物質(zhì)整體氣化聯(lián)合循環(huán)(B/IGCC)和CAPS-II/250MT型熱分解系統(tǒng)。
傳統(tǒng)的B/IGCC技術(shù)包括生物質(zhì)氣化,氣體凈化,燃?xì)廨啓C發(fā)電及蒸汽輪機發(fā)電。由于生物質(zhì)燃?xì)鉄嶂档停瑺t子出口氣體溫度較高(800℃以上),要使IGCC具有較高的效率,必須具備兩個條件,一是燃?xì)膺M(jìn)入燃?xì)廨啓C之前不能降溫,二是燃?xì)獗仨毷歉邏旱摹_@就要求系統(tǒng)必須采用生物質(zhì)高壓氣化和燃?xì)飧邷貎艋瘍煞N技術(shù)才能使IGCC的總體效率達(dá)到較高水平(>40%),否則,如果采用一般的常壓氣化和燃?xì)饨禍貎艋?,由于氣化效率和帶壓縮的燃?xì)廨啓C效率都較低,氣體的整體效率一般都低于35%。
從純技術(shù)的角度看,生物質(zhì)IGCC技術(shù)可以大大地提高生物質(zhì)氣化發(fā)電的總效率。目前國際上有很多先進(jìn)國家開展這方面研究,但由于焦油處理技術(shù)與燃?xì)廨啓C改造技術(shù)難度很高,仍存在很多問題,如系統(tǒng)未成熟,造價也很高,限制了其應(yīng)用推廣。以意大利12MW 的IGCC示范項目為例,發(fā)電效率約為31.7%,但建設(shè)成本高達(dá)25000元/kW,發(fā)電成本約1.2元/kW.h,實用性仍很差。
CAPS-II控氣型秸稈燃料熱分解系統(tǒng),由熱分解系統(tǒng)+余熱(燃?xì)猓╁仩t+蒸汽輪機+尾氣處理設(shè)備組成。
CAPS-II熱分解系統(tǒng)的熱分解氣化反應(yīng)室在缺氧和微負(fù)壓狀態(tài)下工作。熱分解過程中所釋放的熱量可通過調(diào)整熱分解氣化反應(yīng)室供風(fēng)量對其進(jìn)行控制,使其少于完全燃燒所釋放的熱量。在這種亞化學(xué)當(dāng)量的條件下,農(nóng)作物秸稈燃料燥、加熱和高溫分解,釋放出水氣和可揮發(fā)性組分。秸稈燃料中不可分解的可燃部分在熱分解氣化反應(yīng)室末端中燃燒,同時為熱分解氣化反應(yīng)室提供熱量直至成為灰燼。在熱分解氣化反應(yīng)室中所釋放出的可燃?xì)怏w通過一個紊流混合區(qū)后進(jìn)入燃?xì)忮仩t燃燒室,點火器位于紊流混合區(qū)內(nèi),附加的助燃空氣使氧化反應(yīng)過程得以完全、徹底地實現(xiàn)。
余熱鍋爐與CAPS-II熱分解氣化反應(yīng)室連接形成一個整體,對熱分解氣化反應(yīng)室產(chǎn)生的可燃?xì)怏w的完全氧化燃燒,并通過熱交換將煙氣中的熱量轉(zhuǎn)化成過熱蒸汽。過熱蒸汽推動汽輪發(fā)電機組發(fā)電。
當(dāng)控制工況允許在熱分解氣化反應(yīng)室中出現(xiàn)過載狀態(tài)時,污染控制作用被降低并造成兩個不良后果。首先,氣體流速將增大到一定范圍,使長鏈的化合物無法完全氧化分解并送入燃?xì)忮仩t。大量的煙塵流入燃?xì)忮仩t將超過其燃燒容積,使未反應(yīng)的煙塵由煙囪排入大氣。其次由于農(nóng)作物秸稈在熱分解氣化反應(yīng)室的停留時間可能會被縮短,使排放的灰渣含碳量增加,無法達(dá)到環(huán)保要求。所以當(dāng)用戶有過載燃燒的要求時或用戶經(jīng)常需要過載燃燒,將會加重尾氣處理系統(tǒng)的負(fù)荷,同時也不能保證排放灰渣中的含碳量。
三、結(jié)束語
生物質(zhì)能源在未來將成為可持續(xù)能源重要部分。我國幅員遼闊,但化石能源資源有限,生物質(zhì)資源豐富,發(fā)展生物質(zhì)能源具有重要的戰(zhàn)略意義和現(xiàn)實意義。合理開發(fā)生物質(zhì)能源將涉及農(nóng)村發(fā)展、能源開發(fā)、環(huán)境保護(hù)、資源保護(hù)、國家安全和生態(tài)平衡等諸多利益。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和城鄉(xiāng)人民生活水平的不斷提高,既有經(jīng)濟(jì)、社會效益,又能保護(hù)環(huán)境的生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的利用前景將會越來越廣闊。
參考文獻(xiàn):
[1]《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》中華人民共和國發(fā)展和改革委員會,2007年9月.
一、燒水做飯用沼氣
煤海。這是山西叫的最響的一張名片。正是因為煤炭資源十分豐富。因而多年來人們一直把煤炭作為生活中不可或缺的重要能源。近年來,盡管我省城鎮(zhèn)居民的生活逐步實現(xiàn)了氣化,即燒水做飯用天然氣,冬天采暖用暖氣,但是集中供暖的鍋爐依然要燒煤,城中村農(nóng)民自行采暖還是以煤為燃料。一句話,城里人的生活仍然做不到徹底離不開煤。至于在廣大農(nóng)村,煤炭自然還是農(nóng)民的當(dāng)家燃料。這不,省政府為了解決農(nóng)村困難家庭冬季取暖問題,近年來每年為每戶家庭發(fā)放一噸過冬煤。
然而,名不見經(jīng)傳的水灘村卻率先和煤炭說“再見”了。他們通過大力發(fā)展農(nóng)村新型能源,獨辟蹊徑走出了一條不用煤炭過日子的新路子。
水灘村是太行山上普普通通的一個小山村。全村有71戶人家,216口人,別看村子不大,人口不多,但是他們卻在農(nóng)村新能源建設(shè)中獨領(lǐng)。幾年前,村里發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)建起了一個養(yǎng)雞場。然而,他們沒有只盯著養(yǎng)雞賺錢,而是借著養(yǎng)雞的便利,又以雞糞為原料建起了一座200立方米的沼氣池和50立方米的儲氣柜,使得全村一舉實現(xiàn)了集中供氣,家家戶戶不再燒煤煙熏火燎,燒水做飯用上了清潔的沼氣。
村民畢世青告訴記者,過去燒煤做飯既費時又費力,需要提前把煤火燒旺,否則,火苗起不來干著急也沒辦法。而且,一頓飯坐下來,廚房里到處都是煤灰。這幾年用上沼氣后,做飯變得輕松多了,輕輕一打開關(guān),火苗子就騰騰的,幾乎和天然氣差不多,用起來十分方便。從費用來說,也挺合算,五口之家一月花錢不超30元。
二、冬天取暖用地暖
每到冬天,都是煤炭消費的高峰期,不論城鎮(zhèn)集中供暖的大型鍋爐,還是鄉(xiāng)下農(nóng)民自行取暖的小火爐,無一不是以煤炭作為燃料。然而,水灘村的村民取暖卻不用煤,而是靠地暖,而地暖所需的燃料則是生物質(zhì)能,即農(nóng)作物的秸稈、樹枝、堅果殼等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)后的廢棄物。
他們的地暖大致是這樣的:將房屋的地面下邊按照建筑結(jié)構(gòu)學(xué)、流動力學(xué)和熱力學(xué)原理,建成科學(xué)的空心結(jié)構(gòu),使其作為一個巨大的燃料倉儲室暨燃料燃燒室,在每年采暖期到來時,將作物秸稈和樹枝、堅果殼等粉碎到規(guī)定要求,然后填充進(jìn)來,壓實、噴水,使其達(dá)到規(guī)定的密實度和濕度,然后點燃燜燒,讓煙氣和熱量不斷循環(huán),整個地暖就像一張大火炕一樣,源源不斷供暖。
記者走進(jìn)村支書馮建林的家,只見屋內(nèi)窗明幾凈一塵不染,無論客廳還是臥室都十分整潔。主人高興地告訴記者,自從用上地暖后,冬天家里就再不用火爐子取暖,再不用搬煤倒碳了。地暖的優(yōu)點可多了:一是暖和一由于整個屋內(nèi)的地面都是發(fā)熱面,散熱面積比暖氣片和火爐子大出許多倍,所以就是在數(shù)九寒天,家里的溫度也能保持在18度左右;二是家里干凈整齊一生火爐,家里免不了煤灰和煙塵污染環(huán)境,擺放火爐安裝煙筒會把家里搞的凌亂,而地暖就沒有這些麻煩,把暖氣片的地方都省了,家里布置起來會格外整齊;三是特別省心省事一地暖一冬天只需添加兩次燃料,出兩次爐灰,不像生火爐天天都要照看火,一不小心就會熄滅。還有更大的一個優(yōu)點是,它還能很好的控制室內(nèi)溫度。天氣嚴(yán)寒時,把地暖的進(jìn)風(fēng)口開大些,爐膛內(nèi)燃燒就旺一些,室溫就會升高,反過來,天氣溫和時,風(fēng)門關(guān)小些,還能節(jié)省燃料。
三、新能源成就“無煤村”
水灘村不僅用沼氣和地暖很好地替代了村民做飯取暖對煤炭的需求,而且在村里還全面推廣了太陽能這一新型能源。記者看到,村民家家戶戶的房頂上都安裝了太陽能熱水器,村里的街道上也是清一色的太陽能路燈。
村支書馮建林說,沼氣、生物質(zhì)能、太陽能等新能源在農(nóng)村有著可建、可用、可行的好條件,發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)為沼氣提供了條件,發(fā)展種植業(yè)為生物質(zhì)能提供了原料,太陽能則是老天賜給人們的免費能源。水灘村之所以能夠告別煤炭,成為“無煤村”,依仗的就是這些新能源。
化石燃料儲備的枯竭、全球氣候變暖、人口的持續(xù)增長、高成本的廢物回收及存在的其他問題,都促使了可再生能源或消費品的出現(xiàn)。作為石油能源的替代品,生物質(zhì)的生產(chǎn)也將會得到發(fā)展。這就提供了一個生物煉制的概念,即剩余生物質(zhì)中的成分可以提取出來并利用它們的功能來生產(chǎn)非食品和食品物質(zhì)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中間體和合成的中間體。其涉及到3個重要的工業(yè)領(lǐng)域:分子領(lǐng)域、材料領(lǐng)域、能源領(lǐng)域。以生物殘渣為原料不僅能合理利用資源,而且可以減少對環(huán)境的危害。基于工廠化生產(chǎn)的生物煉制,可以發(fā)展的更普遍。廢料和副產(chǎn)品的減少不僅與工廠化生產(chǎn)有關(guān),而且還和屬于不同公司的工廠、不同生產(chǎn)過程之間的互補有關(guān)。初級產(chǎn)生的廢料和副產(chǎn)品,可以作為二級生產(chǎn)的原料或是三級生產(chǎn)的能量來源。原材料、副產(chǎn)品流動的最佳化與不同生產(chǎn)之間能源的最佳化聯(lián)合在一起,使通過工業(yè)代謝實現(xiàn)的生物煉制更普遍化[1]。生物產(chǎn)物對石油產(chǎn)品的取代將會發(fā)展成新的生物經(jīng)濟(jì),也會產(chǎn)生新的可持續(xù)發(fā)展生物工業(yè)化過程。工業(yè)化的生物煉制,將和基于12個綠色化學(xué)產(chǎn)生的新過程有關(guān)(如清潔過程、原子經(jīng)濟(jì)、可再生原料等)。生物技術(shù),尤其是白色生物技術(shù)將會在生物轉(zhuǎn)化(酶和微生物)與發(fā)酵工程中占有很大比例。世界上每年都會產(chǎn)出大量的木質(zhì)纖維素廢料,包括農(nóng)業(yè)殘渣、食品農(nóng)業(yè)廢棄物、綠色食品廢棄物、修剪樹木殘留物、城市有機和造紙部分的剩余固體廢料。目前,常用的處置方法對環(huán)境和經(jīng)濟(jì)不利,包括填埋、焚化,甚至飼養(yǎng)動物。作為替代方案,應(yīng)開發(fā)使廢物增值的高附加值產(chǎn)品,也就是廢物升級,這具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)優(yōu)勢[2]??赏ㄟ^升級固體廢物來制得范圍廣泛的高附加值產(chǎn)品,如酶、生物燃料、有機酸、生物聚合物、生物電、食品和藥物等。
1廢物中的生物燃料
1.1生物乙醇
世界上乙醇生產(chǎn)量較大的國家是美國、巴西和中國。2009年,美國用玉米生產(chǎn)了39.5×109L乙醇,作為第二大乙醇生產(chǎn)國的巴西用甘蔗生產(chǎn)了30×109L乙醇[3]。2015年,生物乙醇市場達(dá)到100×109L。事實上,美國能源部已經(jīng)設(shè)定了一個到2030年年產(chǎn)2.7×109L可再生燃料的目標(biāo),而歐盟也制定了一個強制性的目標(biāo),到2020年,可再生燃料的比例占到10%。然而,利用食物生產(chǎn)乙醇會造成食品供應(yīng)的競爭,所以唯一可持續(xù)化的方法就是利用木質(zhì)纖維素的剩余物來生產(chǎn)乙醇。其優(yōu)勢在于地球上含量豐富、分布廣泛,而且不和食品供應(yīng)競爭。木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)換成乙醇主要涉及:①對木質(zhì)素的預(yù)處理和使細(xì)胞壁多糖顯露出來;②利用酶分解纖維素酶的混合物;③用乙醇工業(yè)酵母發(fā)酵糖。現(xiàn)在已經(jīng)有很多預(yù)處理方法得到了發(fā)展,如物理處理、化學(xué)處理(堿性或酸性)、生物處理和物理化學(xué)處理。其中,物理化學(xué)處理包括蒸汽爆炸、氨纖維膨脹、超臨界流體處理和熱化學(xué)處理[4]。預(yù)處理后,用酸或酶使纖維素和半纖維素水解成單糖(己糖和戊糖)。相比較而言,通過纖維素酶水解纖維素是一個首選的方法,因為它與酸水解比較,具有產(chǎn)量高、低腐蝕性、毒性小的優(yōu)點[5]。然而,對于提高纖維素水解成乙醇的這一過程仍然面臨很大的挑戰(zhàn),尤其是酶成本投入仍然是這一技術(shù)的關(guān)鍵,降低酶成本的努力還在進(jìn)行中,這包括通過提高酶的專一性來提高酶的活性,或通過直接進(jìn)化或定向位點誘變來使酶的劑量最小化,或者通過提高發(fā)酵過程中纖維素濃度,使用便宜的取代物生產(chǎn)酶來降低酶生產(chǎn)的成本等。酶水解可能分步發(fā)生,這叫做分步水解發(fā)酵(SHF),或是己糖的糖化和發(fā)酵同時發(fā)生(SSF),或是己糖和戊糖的糖化與共發(fā)酵同時發(fā)生(SSCF)。它們最終的目標(biāo)是一步到位地將木質(zhì)纖維素加工成生物乙醇[6],所有步驟都發(fā)生在一個單一的反應(yīng)器里,在這個反應(yīng)器中微生物可將預(yù)處理的生物量轉(zhuǎn)化為乙醇??紤]到當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件,必須執(zhí)行嚴(yán)格的木質(zhì)纖維素廢棄物鑒定要求,要考慮到可行性的處理方法。例如,在法國、意大利、西班牙、土耳其和埃及等國,糧食作物、橄欖樹、西紅柿和葡萄加工的剩余物提供了豐富的木質(zhì)纖維素來源,在這些國家,他們可以用這些來源作為生產(chǎn)乙醇的原料,這就使他們擁有了生產(chǎn)1.3×108t油當(dāng)量的乙醇潛力。由于在其他的地中海國家缺少足夠的農(nóng)作物剩余物供應(yīng),所以他們正打算用城市固態(tài)廢棄物作原料生產(chǎn)乙醇。地中海盆地每年生產(chǎn)18×108t廢棄物的一半最大程度上可以生產(chǎn)3000×108t油當(dāng)量的乙醇,而其中的管理將成為最關(guān)注的問題[7]。很多水果生產(chǎn)中的廢棄物,像香蕉皮、芒果皮、菠蘿皮已經(jīng)成功地作為取代物生產(chǎn)乙醇。非洲廣泛生產(chǎn)的木瓜廢棄物也已經(jīng)成為最常見的替代品用于酵母發(fā)酵生產(chǎn)乙醇[8],而且通過黑曲霉和釀酒酵母同時糖化發(fā)酵24h后,能達(dá)到生產(chǎn)乙醇的最大產(chǎn)率5%。最近,葡萄廢棄物也被釀酒酵母發(fā)酵成乙醇[9]。小麥秸稈、水稻秸稈、燕麥和大麥秸稈用于生產(chǎn)生物乙醇的事例也被大量報道,玉米秸稈和大豆剩余物也被用于發(fā)酵生產(chǎn)乙醇[10]。Mutreja等人[11]對8種不同木質(zhì)纖維素廢棄物的預(yù)處理進(jìn)行了研究,并且在30℃下酸處理得到乙醇的最大產(chǎn)率為1.42g/L。Singh和Jain[12]報道了蔗糖作為替代物分批生產(chǎn)乙醇的事例。使用城市固體廢棄物生產(chǎn)乙醇這一做法是一個較有前途的戰(zhàn)略,可以滿足世界能源的需求和減少溫室氣體排放。尤其是用可降解的城市固體垃圾對廢物進(jìn)行管理,減少二氧化碳排放量,對改善水的質(zhì)量、增加土地利用率和生物多樣性帶來很多好處[13]。之前的一項研究表明,約52%的發(fā)酵用葡萄糖來源于可降解城市固體垃圾。最近,可降解廢棄物,像廚房垃圾、花園垃圾和廢紙都很適合于替代乙醇的生產(chǎn),在優(yōu)化條件下可產(chǎn)生約90%的葡萄糖。所以,可降解的城市固體廢棄物作為生物乙醇生產(chǎn)的原料擁有很大的優(yōu)點,既可以減少垃圾填埋與焚燒,還可以減少溫室氣體的排放。作為通過一步發(fā)酵直接得到乙醇的例子,利用梭狀芽孢桿菌植物發(fā)酵柳枝得到乙醇已經(jīng)成為現(xiàn)實。梭狀芽胞桿菌被選來用于一步發(fā)酵,是因為可以在不同的底物上生長,而且產(chǎn)出的乙醇中有很少的醋酸鹽副產(chǎn)物[14]。研究顯示,固體發(fā)酵中,乙醇的最大體積分?jǐn)?shù)在第12天測出來,醋酸鹽和乙醇的體積分?jǐn)?shù)在開始的前6d接近,從第6天到第14天乙醇體積分?jǐn)?shù)顯著增加并且超過了醋酸鹽的最大體積分?jǐn)?shù)。不同的是,在淹沒狀態(tài)下發(fā)酵,醋酸鹽和乙醇的體積分?jǐn)?shù)增加到第6天后就不再增加了。Kamei等人[15]報道了只用單一微生物而不用額外的化學(xué)物質(zhì)或酶將木本植物發(fā)酵成乙醇的事例。他們利用白腐病真菌將好氧條件下的脫木質(zhì)化和厭氧條件下的糖化發(fā)酵聯(lián)合在一起,這種真菌能夠在有氧固態(tài)發(fā)酵條件下選擇性地降解木質(zhì)素,從而直接從好氧培養(yǎng)液中生產(chǎn)乙醇。經(jīng)過56d的有氧發(fā)酵后,40.7%的木質(zhì)素和葡萄糖被降解,并且在有氧無額外添加纖維素的條件下,20d后會生成乙醇最大理論值43.9%。
1.2生物丁醇
丁醇是ABE(丙酮、丁醇、乙醇)發(fā)酵的一種產(chǎn)品[16],它是一種非常好的化學(xué)原料(在塑料工業(yè)中)。更重要的是,相比乙醇而言,它是一種更好的燃料,它腐蝕性弱、吸濕性弱、污水溶解性好。由于蒸汽壓低,因此蒸汽爆炸可能性小,同樣的丁醇和乙醇,丁醇的能量比乙醇高30%,與目前未經(jīng)改裝的車使用的汽油相比,它擁有更大的混合比例[17]。丁醇可以通過一系列微生物發(fā)酵制得,其中最常用的是丙酮丁醇梭菌和拜式梭菌來進(jìn)行發(fā)酵制得。
1.3生物氫
氫氣正在變成良好的新型能源,因為它清潔、可循環(huán),而且可以用于燃料電池來直接提供電能[18]。發(fā)酵得到的氫氣來源于有機底物的發(fā)酵轉(zhuǎn)化,而這是由不同細(xì)菌使用多元酶體系體現(xiàn)出來的,這個體系涉及到3個相似的無氧轉(zhuǎn)化。暗發(fā)酵反應(yīng)不需要光源,所以它可以24h持續(xù)發(fā)酵[18]。光發(fā)酵不同于暗發(fā)酵,因為它只在有光的條件下才反應(yīng),可以通過綠藻進(jìn)行直接的光發(fā)酵或是藍(lán)藻進(jìn)行間接的光發(fā)酵得到。光發(fā)酵需要厭氧喜光細(xì)菌,而暗發(fā)酵需要厭氧發(fā)酵細(xì)菌。最近的研究工作中發(fā)現(xiàn),光發(fā)酵細(xì)菌能利用幾種不同的廢棄物材料作為碳源來進(jìn)行生產(chǎn)氫氣產(chǎn)物的發(fā)酵。利用發(fā)酵技術(shù)將木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化成氫氣產(chǎn)物,包括纖維素水解和氫氣產(chǎn)生兩步,而這兩步發(fā)生在一個反應(yīng)器中,或者說是兩步過程,纖維素水解是第1步,緊接著是無光條件下產(chǎn)生氫氣,這是第2步。
1.4生物高聚物
潛在的可以生物降解的聚合物,尤其是可以從農(nóng)業(yè)資源中得到的聚合物逐漸被認(rèn)識到??山到馑芰蠌目稍偕Y源中制得,它不僅可以降低石油消耗速率,還可以減少塑料垃圾的處理問題,因為它可以在土壤、堆肥甚至海洋環(huán)境中得到降解。這個所謂的農(nóng)業(yè)聚合物,可以取代傳統(tǒng)的塑料材料用于食品包裝業(yè)。聚羥基丁酸酯和聚羥基脂肪酸酯是通過生物技術(shù)得到的主要可降解聚合物;聚乳酸也是一個可降解聚合物,它是由木質(zhì)纖維素得到的乳酸單體聚合而成。
1.5生物電
在生物廢棄物處理方面微生物燃料電池(MFCs)是一個新想法,通過微生物新陳代謝的途徑將廢棄物轉(zhuǎn)變成生物電[19]。MFC(微生物燃料電池)是一種混合型的生物電化學(xué)裝置,可直接通過微生物介導(dǎo)的生物電化學(xué)反應(yīng),用化學(xué)鍵的聚集實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換,從得失電子的氧化還原反應(yīng)中得到所需能量,用于同化作用,這個生物媒介在細(xì)菌的新陳代謝活動中得到發(fā)展[20]。微生物燃料電池有很多技術(shù)之外的優(yōu)點。首先,可以直接并高效地將底物能量轉(zhuǎn)化成電能,大約轉(zhuǎn)化為氫能源的8倍[21];其次,室溫下就可以進(jìn)行高效操作;第三,不需要氣體處理,因為排出的氣體中富含二氧化碳;第四,用氣體提供陰極時不需要能量輸入,因為這是被動充氣,具體的轉(zhuǎn)化效率和經(jīng)濟(jì)效益取決于廢棄物材料的化學(xué)組成和特征。
1.6微生物固體發(fā)酵得到的附加值產(chǎn)品
固體發(fā)酵(SSF)在缺水或接近缺水的條件下實現(xiàn),具有能源消耗低、定容生產(chǎn)能力大、附加值產(chǎn)品濃度高、廢物產(chǎn)生少、異化作用抑制低等特點[22]。很多不同的廢棄物都被報道,成功地作為固體發(fā)酵底物而得到了高經(jīng)濟(jì)價值的一系列產(chǎn)品。固體廢料的簡單預(yù)處理包括研磨和按不同粒徑分類,這樣就實現(xiàn)了材料同質(zhì)化并且確保對下步反應(yīng)有較小的影響,通過這些預(yù)處理就可以使細(xì)菌活下來。這種固體發(fā)酵方法在深層發(fā)酵工藝中引人注目。
2結(jié)論