由于发达国家农林业及企业规模较大,生物质燃料相对比较集中,多采用大型气化设备,设备自动化程度高,因此生物质气化及发电技术在发达国家已受到广泛重视,生物质能占能源消费结构的比重迅速增加。另外,还有研究机构开展了生物质气化合成甲醇、氨的研究工作,但由于生物质密度低、集散困难,难以规模化气化,其产品的经济性还无法与石油、煤化工相竞争。
目前我国农林业及林产品加工企业以中小型和分散经营为主,虽统计生物质绝对量较大,但难以集中利用。我国农村地区目前仍以生物质能为主要能源,能源转换技术落后,效率低下,且污染环境,农民生活质量难以提高,迫切需要改善燃料结构,提高能源利用效率。另外,农林产品加工企业有大量集中的生物质废弃物,自身又需要大量的热电冷,急需合理高效清洁的生物质利用和转化技术满足自身的能源需求,使资源最大化利用,消除污染。不同地区、不同行业具有不同的能源需求和产业结构,应合理选择生物质气化技术,最优化利用不同类型的生物质能,降低成本,实现效益最大化。
农村能源
近年来由于农业效益低,农村青年务农人数下降,耕作农民平均年龄接近50岁,农村土地流转、集约化高效经营在未来20年内不可避免,农业秸秆集中度将提高,急需生物质全株化利用提高农业效益。农村城镇化建设也是大势所趋,规模化、高效清洁化的农村能源成为下一步发展方向。
农作物秸秆来源方便、成本低,适于作为农村能源。但随着农村城镇化建设的有序展开,利用气化解决农村能源需求只需要少部分秸秆,大量剩余的秸秆需要就地转化。以沼气技术和快速热解技术为代表的生物质部分气化技术能够将农村能源建设、生态建设、环境建设、农民增收、农民就地化就业、社区化分布式能源利用等链接起来,实现生物质梯级综合利用,因而将有很好的发展前景。
作为农村三大类生物质,养殖业粪便含水高,适于发酵产甲烷的组分多;而热解前需要干燥,能耗过高。农作物秸秆含水量相对较低,适于发酵产甲烷的组分少,甚至部分秸秆(如棉花秸秆)无法用作沼气原料;但热解制油产率高,能耗低,适于规模化。社区生活垃圾由于成分复杂、有害组分多,不宜梯级利用;而气化产物组分单一,无二次污染。因此,从工艺特点、经济效益和规模化生产来看,沼气技术更适合处理高含水的养殖业粪便,快速热解技术更适合于农作物秸秆的规模化转化,燃气型气化技术更适合于社区生活垃圾处理。
养殖业设施大多建在农田附近,以养殖业粪便沼气发酵综合利用技术为纽带,可促进养殖业适度规模化发展,解决了城镇化后农民增收和就地化就业难题。沼气用作农村清洁能源,用于农户生活用能和农副产品生产加工,解决了城镇化后农村社区的分布式能源供应,有利于推广高效节能的热电冷多联供。产生的沼液、沼渣基本可以满足当地农业生产的需要,沼液用作饲料、生物农药、培养料液和叶面肥及冲施肥等的生产,沼渣就地用作有机底肥,解决了大中型沼气工程存在的沼液和沼渣利用难题,改良了土壤,增加了耕地肥力和保肥保水性,并使集约化经营后的粮食品质和产量都能得到保证。以沼气为纽带,对沼气、沼液、沼渣多层次利用的生态农业模式,使农村能源建设、农业生态建设、农村环境建设、农民增收和就业链接起来,是解决集约化养殖场污染治理难题、改善农村环境卫生的有效措施,是发展绿色种植业、养殖业的有效途径,将成为农村经济新的增长点。
城镇化后大量农作物秸秆富余,并且易于收集和分散储存,解决了生物质快速热解技术规模化的原料集散难题。农作物秸秆快速热解制油规模大、效益高、相关就业人数多,加以培训就能解决中青年农民的就地化就业,可实现集约化种植和农村能源生产互补发展。热解气体热值高、有害成分少,除了用于社区能源供应以外,还可用于农副产品生产加工、发电和热电冷多联供等。热解半焦的热值相当于标准煤,不含硫,可作为优质固体燃料或成型烧烤燃料销售,还可作为土壤改良剂、肥料缓释增效的载体用于农业生产,以提高土壤透气性。另外,半焦粉碎成型生产高性能活性炭也是解决规模化应用、提高附加值的有效途径。灰渣富含钾、硅、镁、铁等作物所需元素,改性生产肥料能够大幅度提高作物的抗逆性、品质和产量。
主要产品生物油为工农业大宗消耗品,不存在产品规模和消费的地域限制问题,经过梯级分离和精制改性,生物油不但可以简单替代车用燃料和锅炉发电燃料,缓解风电和太阳能发电等可再生能源不稳定、难入网的难题,而且还可从中提取许多附加值较高的化学品。通过分散热解、集中发电的方式,热解生物油的重油通过BIGCC能够达到更高的系统效率,一般为35%~45%,同时大大降低了农林废弃物的运输和储存成本以及场地费用等。
发展和推广生物质快速热解液化技术可弥补我国石油缺口,有利于最大化利用生物质能,缓解风电和太阳能发电因间歇性对电网造成的冲击,减少环境污染,改善农村产业结构和缺能现状,解决农民增收和就业问题,符合国家能源战略发展方向和生物质资源高值高效化综合利用的最终要求。同时,也为我国节能减排和发展低碳经济,解决能源安全和三农问题提供了技术和资源支撑。
工厂能源
农林产品加工企业有大量集中的生物质废弃物,同时也需要大量的热电冷能源,一般远离农田,最佳利用途径是采用规模化和高效化的大中型生物质气化,提供优质清洁的燃气和热电冷多联供。副产少量的灰渣富含钾、硅、镁、铁等作物所需元素,可改性生产肥料,实现资源的梯级综合利用。生物质气化气可用于木材干燥,气化气燃烧过剩空气系数低、热效率高,产生的干热气体直接进入干燥窑烘干木材,无需换热设备,比老式直燃窑炉节能50%以上。与换热器匹配可用于药品、果品、茶叶、谷物的烘干。
生物质气化实现了低品位生物质能的深层次利用,而不同的气化方式具有不同的适用地区和行业,因地制宜合理选择,才能实现生物质能的高效清洁利用和转化,实现最大化利用资源,获取较大的附加值。从工艺特点、经济效益和规模化生产来看,沼气技术更适合处理高含水的养殖业粪便,快速热解技术更适合于农作物秸秆的规模化转化,燃气型气化技术更适合于社区生活垃圾和农林产品加工的生物质废弃物的处理。


