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生物质,未来巨大的“能源工厂”

2014/8/27 17:20:41  http://www.ditan360.com/   绍兴晚报  人气:57050

  当今社会,由于各个国家长时间过度地开发资源、发展经济,导致我们的生态环境遭到了严重的破坏,极端天气、雾霾等大自然对我们人类的警示信号频繁出现,这让愈来愈多的人开始意识并关注可持续发展问题。这其中,能源问题也是大家关心的重中之重,煤、石油和天然气这些常规能源正在逐年减少,各国不得不想尽办法通过各种手段来获得能够支持本国经济发展的能源,这都间接导致了许多政治问题甚至战争的出现。

  能源供应紧张,是世界各国关注的焦点

  能源与环境是人类社会需要面对的两大课题,能源是发展的动力,环境是生存的基础。在各类能源中,电是应用最广泛的能源,但它是其它能源转换过来的二次能源;石油和天然气等一次能源的生产涉及到储藏量、开采难易、运输和加工等环节,获得不易,但又与工农业和人们日常生活休戚相关,因此,当前能源供应紧张更多是指石油和天然气资源紧张,从而成为世界各国关注的焦点。

  根据美国能源信息署(eia)的预测,2020年全球能源的需求总量将达到128.89亿吨原油,2025年达到136.50亿吨原油。在世界能源消费结构中,石油约占35.8%,天然气约占23.7%,煤炭约占28.4%,核能约占5.8%,水力约占6.3%。在中国的能源消费结构中,石油约占21.1%,天然气为3.0%,煤炭为69.7%,核能为0.7%,水力5.5%,约占世界总能源消耗的15.82%。2012年,我国石油净进口量达2.84亿吨,石油对外依存度达58%;2013年,我国石油需求继续上升,石油净进口量达到3.05亿吨,对外依存度分别达59.4%,均逼近60%。我国从2006年开始进口天然气,2012年我国进口天然气428亿立方米,短短7年我国天然气对外依存度上升至29%,2013年对外依存度达32%,而我国天然气消费量将继续保持两位数增长。2013年美国能源情报署表示,中国已超过美国,成为世界最大的石油净进口国。国际能源署(iea)《世界能源展望2013》报告指出,到2030年中国将超过美国,成为最大的石油消费国。中国作为新兴经济体,对石油天然气的需求将持续增长。

  世界各国一方面面临对石油天然气需求日益增长的问题,另一方面又要面对石油天然气储量有限、分布不均和开采成本不断增加、油气价格快速上涨等问题。

  200年前,人类使用的能源是“生物质”

  关于石油可开采年限的问题,有许多预测,从几十年到一百多年,数据不尽相同,有一点可以肯定,可开采量逐年下降,难度日益增加,这也是石油天然气问题与地区争端和外交活动形影相随的原因。

  使用石油、天然气和煤炭这些化石能源面临的另外一个问题是环境污染。这些矿石能源原本沉睡于地下,经开采燃烧后,产生大量的二氧化碳、氧化硫和氧化氮等物质而释放到大气中。例如,燃烧1吨石油产生3吨左右的二氧化碳,这些污染气体一旦超越了大自然的净化能力,就会出现雾霾和极端气候。人类社会使用这些化石能源才200年左右,就把地球搞得“千疮百孔”,为治理环境污染不得不“壮士断腕”。据考古学研究,人类社会已经在地球上活动了几十万年,也生存下来了,那么200年之前,我们使用什么能源?回答是使用薪柴和植物油脂等生物质。

  生物质是指源自植物和动物的有机物。2005年联合国气候变化框架公约将生物质定义为“是来自植物、动物和微生物的非石化和生物降解的有机物质。生物质也包括农业、林业和相关行业的产品、副产品、残留物和废弃物,同时还包括工业和城市废弃物中非化石和可生物降解的有机成分”。初次的生物质是植物不断通过二氧化碳、空气、水、土壤和阳光相互作用形成的,所以,从本质上讲生物质能是太阳能的一种,是一种能够在大自然中实现碳平衡(二氧化碳零排放)的能源。植物通过光合作用从大气中吸收一定量的二氧化碳,然后通过分解释放出等量的二氧化碳,这个过程为生物在大自然中的循环过程。

   植物生物质的转化

  二氧

  化碳

  二氧

  化碳

  光合作用

  森林

  生物质

  废弃生物质可转化为生物能源,是否利用得当事关重大

  生物质能具有以下特点:(1)可再生性。可通过植物的光合作用,实现能源的循环利用。(2)蕴藏丰富。生物质是世界居煤炭、石油、天然气之后的第四大能源,约占世界能源总消耗的14%。(3)清洁低污染。生物质中的氮、硫等有害物质远低于化石能源中的含量,在利用过程中氧化硫、氧化氮和灰尘排放量远小于化石燃料。(4)分布广泛、容易获取。世界上每个国家均拥有大量的生物质资源,是一种国内资源,不受世界形势的影响。

  尽管生物质能有很多优势,但是在总量上难以满足现代社会的需求,而且还存在来源分散、成分复杂等问题。从长远来讲可以种植能源植物,养殖能源藻类;就当前而言,主要是利用废弃生物质资源转化为生物能源,达到保护环境卫生、保证食品安全和增加清洁能源供应的目的。

  废弃的生物质资源主要有:(1)废弃油脂,是指炸煎油、潲水油、地沟油、植物油精炼厂的酸化油以及肉类、鱼类、皮革厂剩余的动物油脂,据统计我国废弃油脂的产生量达数百万吨;(2)餐厨垃圾,全国产生量6000万吨/年,大城市1000吨/日;(3)畜禽粪便,鸡、鸭、猪和牛等禽畜的粪便主要用作为沼气的原料;(4)病死畜禽,2011年全国生猪出栏量约6.67亿头,肉牛约6000万头,肉羊约2亿头,家禽200亿羽,以畜禽死亡率5%计算,每年至少有3335万头猪,300万头牛肉牛,1000万头肉羊,10亿羽家禽死亡;(5)农作物秸秆,我国2007年的预测数据表明,目前我国每年产生的农作物秸秆总量约6.8亿吨,可获得量约5.0亿吨;(6)农产品加工剩余物,据测算可生产500亿立方米沼气,相当于0.35亿吨标准煤;(7)林业加工剩余物,据估算木质林业剩余物资源量约为1.61吨,折合0.92亿吨标准煤;(8)城市固体有机废弃物;(9)食品加工废水。

  我国有13多亿人口,所以废弃生物质是全世界最多的国家,是否利用得当事关重大,因此,国家重视发展生物能源。2006年1月我国正式实施《中华人民共和国可再生能源法》,2006年11月由国家财政部、发改委等多个职能部门联合发布并启动了《关于发展生物能源和生物化工财税扶持政策的实施意见》,在法律和政策层面上给予保障和支持;在技术层面上,相继颁布了燃料乙醇、生物柴油等国家标准;在实际工作中取得了很多产业化的成果。以下举例说明部分利用途径。

  比如,废弃油脂生产生物柴油。废弃油脂与甲醇反应生成生物柴油,生物柴油可以添加在普通柴油中使用或单独使用,在欧美国家已经进入加油站,我国也已颁布了在普通柴油中加入5%生物柴油的国家标准。我国生物柴油的年产量为50万吨左右,浙江省也已有以地沟油为原料年产3万吨生物柴油厂,产品质量符合国家标准,“三废”接近零排放,价格比普通柴油低1000元/吨,不需政府补贴企业仍有利润,目前产销两旺。

  再比如、餐厨废弃物生产生物柴油和车用天然气。最后可以转化为生物柴油、车用燃气和有机肥料,从而实现城市的可持续发展。

  还有病死畜禽无害化处理能源化利用。病死畜禽的处理及涉到防疫,食品安全等社会问题。由于,病死畜禽含有丰富的油脂和有机质,又是一种很好的生物质能源。油脂是理想的生物柴油原料,其产出率可到达98%;有机质通过厌氧发酵产生沼气,沼气经过净化可生产出高品质的车用燃气。采用高温高压加热的方式,实现病死畜禽的无害化处理,同时得到动物油脂和有机质,是一种两全其美的方法。
 

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