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农村生物质能技术融合发展前景可期

作者:admin 时间:2017-12-04 14:48 来源:中国能源报 点击:次 字体大小:

    与传统农村能源利用方式不同,生物质能转换技术可充分利用农业和生活有机废弃物进行能源生产,不仅不会对危害环境,还有利于改善生态环境。例如,利用生物质能沼气发酵与农村生活、农业生产的结合,不仅可以减少农村废弃物,而且能促进农业生态保护和资源循环利用。

  农村地区具有丰富的生物质能资源,包括薪柴、作物秸秆、人畜粪便等多种形式,资源开发潜力巨大。以作物秸秆为例,我国作物秸秆年产量约7.2亿吨,为世界首位,约占我国生物质能资源量的一半。但目前农村生物质能利用存在利用率偏低、用能方式落后等问题,约55%的秸秆被低效或者无效使用。

  与此同时,农村生活水平的快速提高和新农村建设的深入推广,农村生产和生活可选的能源供应方式也更加多样,降低了对生物质能直燃等简单、单一利用方式的需求,生物质能技术逐渐成为新趋势。

  一般来说,生物质能技术按技术原理可分为生物转换、化学转换和直接燃烧三类,按产品类型可分为生物质气化、固化、液化和发电四种,具体而言,生物质能技术共有六种。一是沼气发酵技术。该技术作为农村生物质能开发利用的一种主要方式,经过原料收集、预处理、发酵、产品收集等步骤,其中预处理的水解环节是技术难点,原料收集则是技术应用的难点;二是生物燃料技术。该技术利用能源植物制取乙醇和柴油等液体燃料,利用和研究野生能源植物品种,结合生态恢复并充分利用荒山荒地将成为开发能源植物的关键;三是生物质气化技术。该技术在高温条件下通过热化学反应将生物质可燃部分转化为可燃气,目前已较为成熟,并广泛应用于农副产品加工和农户生活用能等方面;四是生物直燃技术,目前主要推广生物质热电联供技术;五是生物制氢技术,目前主要面临的问题是成本较高,此外,制氢的稳定性和产出率也是重要挑战;六是生物质致密成型技术。按照加工流程可分为加热成型和高温高压成型两种,通过粉碎、(加热)加压等过程形成致密燃料,便于贮存和运输,易于进行商品化生产和销售。

  目前,我国已经发展了一批成熟的生物质能技术,在一些关键技术上也取得了重大突破。例如,任南琪教授团队首创以活性污泥(混合菌)作为产氢菌种制取氢气,于1999年在世界上首次完成生物制氢中试研究,2005年完成世界首个“废水发酵生物制氢示范工程”,有效容积65立方米,日产氢气350立方米。曲音波教授团队致力于木质纤维素生物降解转化技术攻关,通过培育筛选纤维素酶高产菌株实现木糖、纤维素乙醇、高分子材料等多样化产品的生产,已在山东万吨级木糖相关产品-纤维素乙醇联产示范工厂中得到应用,并尝试与秸秆制浆造纸综合利用的结合。

  在农村地区推广生物质能技术,除进一步降低技术成本外,选择合理的技术应用模式也很重要。以农作物秸秆的能源利用为例,也可采取上述生物质能技术,进行直燃发电(供热)、热解气化或生物发酵等。对农作物秸秆而言,直燃发电(供热)的方式简单易行,但会造成碳、氮、磷、钾等土壤元素的流失,同时增加二氧化碳的排放;沼气发酵的方式产气率高,同时氮、磷等元素基本保留在沼渣之中,可用于还田复用,该方式相比秸秆填埋方式更易被土壤吸收,但缺点是单纯利用秸秆发酵技术难度较大,也无法解决二恶英排放的问题。

  沼气发酵微生物的生长代谢需要从发酵原料中吸取主要的营养物质,其中碳和氮作为能量供给和细胞构成的主要元素,适宜的碳氮比也成为保证沼气发酵的重要因素。以中农绿能的生物天然气项目为例,采用90%秸秆和10%禽畜粪便组成的混合原料,在生产生物天然气(纯度97%的甲烷气体)的同时得到湿度76%的有机肥,解决了沼气发酵启动慢、沼液处理难等问题,同时获得了较高的经济效益。

  除了沼气发酵和有机肥的组合外,生物质能技术与农村生产和生活融合的方式还有很多,已经推广的有北方的“四位一体”沼气生态温室模式、西北的“五配套”生态果园模式等,都是农、牧、果、沼相互促进、相互结合的典型模式。沼气发酵技术还可与渔业、农副业、加工业等相结合,实现农村生物质能技术与农村生产、农业发展和生态保护的融合发展。因此,为推动农村生物质能技术的应用,还需要解决生物质能技术跨界融合的问题。例如,木质纤维素生物降解转化技术能获得多样化产品,但进一步提高工艺水平和应用价值,需要和医药和高分子等行业实现技术的跨越,这也是目前很多技术应用和推广所面临的共同难题,也是生物质能技术下一步发展的方向,其中潜藏着巨大的经济开发价值和社会环境效益。

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