據(jù)初步估計(jì),我國(guó)現(xiàn)有的農(nóng)林廢棄物約合7.4億噸標(biāo)煤,可開發(fā)量約為4.6億噸標(biāo)煤;預(yù)測(cè)2020年將分別達(dá)到11.6億噸和8.3億噸標(biāo)煤。可作為能源化利用的農(nóng)林生物質(zhì)資源有薪炭林,油料植物,森林撫育間伐、木材采伐以及加工剩余物(枝椏、樹葉、板皮、截頭、木屑等),各種農(nóng)作物秸稈以及加工剩余物(如稻殼、果殼等)。分析一段時(shí)間內(nèi)有關(guān)農(nóng)林生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用技術(shù)論文的發(fā)表數(shù)量和研究主題,可以看出該領(lǐng)域的科研動(dòng)態(tài)、研究水平和開發(fā)利用程度,富通新能源生產(chǎn)銷售的木屑顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)專業(yè)壓制生物質(zhì)成型燃料。
1、論文統(tǒng)計(jì)分析
本文選擇維普《中文科技期刊數(shù)據(jù)庫(kù)》進(jìn)行農(nóng)林生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用技術(shù)論文檢索。檢索范圍:全部期刊;檢索時(shí)間:2001~2007年。檢索論文包括生物質(zhì)發(fā)電、生物質(zhì)成型燃料、生物質(zhì)熱解、生物質(zhì)氣化、燃料乙醇和生物柴油等6方面技術(shù)。經(jīng)過篩選,去掉重復(fù)和不相關(guān)的論文,最后用于統(tǒng)計(jì)分析的論文1 005篇,論文發(fā)表年度分布及年均增長(zhǎng)率如表1所示。從年均增長(zhǎng)率可以看出,發(fā)表論文增長(zhǎng)最快的是生物柴油(139.4%),依次是生物質(zhì)成型燃料(67.9%)、燃料乙醇(65.4%)、生物質(zhì)發(fā)電(52.5%)、生物質(zhì)熱解(液化39.7%)和生物質(zhì)氣化(35.2%)。
1.1生物質(zhì)發(fā)電論文檢索及主題分析
生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)主要分為燃燒發(fā)電和氣化發(fā)電。論文檢索項(xiàng):題名;檢索詞:秸稈發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電、氣化發(fā)電、直燃發(fā)電。檢索并篩選出有效論文72篇,論文發(fā)表年度分布見表1。2003~2007年生物質(zhì)發(fā)電論文年均增長(zhǎng)率為52.5%。目前,我國(guó)引進(jìn)丹麥技術(shù)在山東等地建成5個(gè)25MW秸稈直接燃燒發(fā)電廠,在江蘇建成具有國(guó)內(nèi)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的4MW生物質(zhì)氣化燃?xì)庖徽羝h(huán)發(fā)電系統(tǒng)示范工程。生物質(zhì)發(fā)電上網(wǎng)在我國(guó)尚處于起步階段,農(nóng)業(yè)秸稈等廢棄物資源分散、收集運(yùn)輸困難、季節(jié)性強(qiáng)及原料供應(yīng)穩(wěn)定性差,因此需要因地制宜采取不同的形式的發(fā)電技術(shù)和發(fā)電規(guī)模。生物質(zhì)發(fā)電論文內(nèi)容涉及到生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)比較、氣化發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行特性測(cè)試、生物質(zhì)與煤共燃發(fā)電嘗試、生物質(zhì)發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)測(cè)算、發(fā)電燃料資源可靠性分析、燃料物流成本分析、生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)化前景等方面。結(jié)合論文論述的主要內(nèi)容,把論文主題分為:發(fā)電技術(shù)及特點(diǎn)、應(yīng)用與研究、影響因素與評(píng)價(jià)和商業(yè)化趨勢(shì)等4個(gè)方面,見表2。
1.2生物質(zhì)成型燃料論文檢索及主題分布
檢索項(xiàng):題名:檢索詞:顆粒燃料、成型燃料、成型技術(shù)、壓縮成型、致密成型、成型機(jī)。檢索并篩選出有效論文101篇,論文發(fā)表年度分布見表1,論文年均增長(zhǎng)率為67.9%。生物質(zhì)成型燃料技術(shù)是將各種分散的、沒有一定形狀的農(nóng)林廢棄物經(jīng)干燥、粉碎后,在一定壓力條件下,壓縮成具有較大密度的顆粒狀、棒狀、球狀或塊狀的固體燃料。同其他生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用技術(shù)相比,生物質(zhì)成型燃料生產(chǎn)過程簡(jiǎn)單,生產(chǎn)成本低,成型燃料可以直接替代煤炭、燃?xì)獾茸鳛槊裼萌剂线M(jìn)行炊事、取暖,也可以用于工業(yè)鍋爐燃料,包括供熱、發(fā)電/熱電聯(lián)產(chǎn)等。目前國(guó)內(nèi)生物質(zhì)成型燃料技術(shù)成熟,產(chǎn)品有顆粒狀、棒狀和塊狀燃料。研究人員對(duì)成型燃料進(jìn)行了燃燒理論和燃燒特性研究,研制了秸稈成型燃料專用雙層爐排鍋爐.開發(fā)出各種用于燃燒顆粒燃料的燃燒爐具等系列產(chǎn)品,熱效率可達(dá)到86.07%。根據(jù)論文論述的主要內(nèi)容,將論文主題分為:成型技術(shù)及特點(diǎn)、成型設(shè)備研制、鍋爐(爐具)研制、成型研究、燃燒特性研究、經(jīng)濟(jì)分析、推廣應(yīng)用探討和其他等8個(gè)方面,見表3。成型燃料推廣政策建議、制定成型燃料標(biāo)準(zhǔn)建議等歸在其他類。
1.3生物質(zhì)熱解論文檢索及主題分布
檢索項(xiàng):題名;檢索詞:生物質(zhì)熱解或熱(裂)解、生物質(zhì)快速熱解或熱(裂)解、生物質(zhì)閃速熱解或熱(裂)解、生物質(zhì)裂解或快速(閃速)裂解。檢索并篩選出有效論文166篇,論文發(fā)表年度分布見表1,論文年均增長(zhǎng)率為39.7%。生物質(zhì)熱解是將生物質(zhì)在完全缺氧或少量氧供給的條件下,通過加熱的方法使生物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),而獲得固體焦炭、生物原油和可燃?xì)怏w3個(gè)產(chǎn)物組成的過程。根據(jù)不同的工藝參數(shù)可以盡可能多的得到其中某種產(chǎn)物產(chǎn)量。熱解液化產(chǎn)物——生物原油通過進(jìn)一步加工可接近柴油或汽油等常規(guī)動(dòng)力燃料的品質(zhì),生物原油也是一些重要化工產(chǎn)品的原料,可以從中提取具有商業(yè)價(jià)值的化工產(chǎn)品,是目前國(guó)際上很關(guān)注的新能源產(chǎn)品。熱解液化技術(shù)是目前世界上生物質(zhì)能研究的前沿技術(shù),國(guó)外研究機(jī)構(gòu)對(duì)生物質(zhì)熱解液化進(jìn)行了大量的快速熱解試驗(yàn),研究了多種生物質(zhì)快速熱解工藝和反應(yīng)器。近年來我國(guó)在生物質(zhì)快速熱解液化方面也開展了相關(guān)研究工作,在76篇熱解試驗(yàn)研究論文中快速熱解試驗(yàn)研究論文有23篇,占30%。根據(jù)論文論述的主要內(nèi)容,將論文主題分為:生物原油特性及精制、設(shè)備(系統(tǒng))l技術(shù)研究、熱解試驗(yàn)研究、熱解機(jī)理及模型研究、熱解技術(shù)及研究進(jìn)展和其他等6個(gè)方面,見表4。
1.4生物質(zhì)氣化論文檢索及主題分布
采用二次檢索。第一次檢索項(xiàng):題名;檢索詞:生物質(zhì);第二次檢索項(xiàng):題名;檢索詞:分別為氣化和制氫。檢索并篩選出有效論文183篇,論文發(fā)表年度分布見表1,論文年均增長(zhǎng)率為35.2%。實(shí)際上,生物質(zhì)氣化是為了增加可燃?xì)獾漠a(chǎn)量而在高溫狀態(tài)下發(fā)生的熱解過程。目前,作為一種重要的新能源技術(shù),生物質(zhì)氣化技術(shù)的研究重新活躍起來,各學(xué)科技術(shù)的滲透使這一技術(shù)發(fā)展到新的高度。生物質(zhì)氣化可以將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣體燃料,用于供暖、鍋爐輔助燃料或內(nèi)燃機(jī)發(fā)電。此外,通過凈化調(diào)整氣化氣,然后用催化合成的方法產(chǎn)生醇、醚及各種烴類燃料。近年來,這種間接液化技術(shù)越來越引起研究人員的興趣。生物質(zhì)氣化制氫技術(shù)也是近幾年研究人員感興趣的研究?jī)?nèi)容,生物質(zhì)制氫主要有催化氣化制氫、超臨界水中催化氣化制氫和等離子體熱解氣化制氫。根據(jù)論文論述的主要內(nèi)容,將論文主題分為:氣化技術(shù)及應(yīng)用進(jìn)展、氣化試驗(yàn)、去除焦油研究、焦油廢水處理、氣化設(shè)備、甲醇、二甲醚試驗(yàn)、制氫試驗(yàn)、氣化模型、集中供氣研究和其他等10個(gè)方面,見表5。
1.5燃料乙醇論文檢索及主題分布
檢索項(xiàng):題名:檢索詞:燃料乙醇、燃料酒精、生物乙醇、生物酒精、纖維素乙醇。檢索并篩選出有效論文171篇,論文發(fā)表年度分布見表l,論文年均增長(zhǎng)率為65.4%。燃料乙醇是近年來全球最受關(guān)注的石油替代燃料之一。生產(chǎn)燃料乙醇的主要原料有糖類原料(甘蔗、甜高粱等)、淀粉類原料(玉米、小麥、薯類等)、纖維素類原料(秸稈、林木等)。 “十五”期間我國(guó)在吉林等地建立了以陳化糧(玉米)為原料生產(chǎn)燃料乙醇的試點(diǎn)廠。但是我國(guó)人多地少,糧食生產(chǎn)燃料乙醇發(fā)展空間受到極大限制。地球上富含纖維素的各類植物是可供燃料乙醇的廉價(jià)原料,植物纖維原料中的纖維素和半纖維素可降解為糖,繼而發(fā)酵成乙醇,統(tǒng)計(jì)論文涉及到以纖維素為原料制取燃料乙醇的論文數(shù)量最多,其中以農(nóng)作物秸稈和林木廢棄物為原料制取燃料乙醇技術(shù)是當(dāng)前研究熱點(diǎn)。利用纖維素原料生產(chǎn)燃料乙醇水解糖化是關(guān)鍵,研究主要集中在生物降解和生物轉(zhuǎn)化上,關(guān)鍵技術(shù)包括纖維素原料的預(yù)處理、纖維素酶制備和水解糖化、戊糖己糖同步發(fā)酵等技術(shù)。根據(jù)論文論述的主要內(nèi)容,將論文主題分為:淀粉類原料利用分析、糖類原料利用分析、纖維素原料利用分析、纖維素酶及水解、燃料乙醇檢測(cè)、發(fā)酵菌種、發(fā)酵研究、纖維原料預(yù)處理、副產(chǎn)物綜合利用、乙醇生產(chǎn)線改進(jìn)和燃料乙醇應(yīng)用前景等11個(gè)方面,見表6。
1.6生物柴油論文檢索及主題分布
檢索項(xiàng):題名;檢索詞:生物柴油。檢索并篩選出有效論文312篇。論文發(fā)表年度分布見表1,論文年均增長(zhǎng)率為139.4%。生物柴油也是近年來全球最受關(guān)注的石油替代燃料之一。生物柴油的制備主要是利用植物油、動(dòng)物油脂與甲醇或乙醇進(jìn)行酯交換反應(yīng)獲得。酯交換法主要有酸催化酯交換、堿催化酯交換、酶法催化酯交換、多相催化酯交換、均相體系催化酯交換和超臨界酯交換。由于生物柴油生產(chǎn)原料的廣泛性和生產(chǎn)工藝的多樣性,可使生物柴油品質(zhì)、生產(chǎn)成本具有很大差別,因此尋找低成本原料和適當(dāng)?shù)墓に嚵鞒、研究最佳工藝條件(醇油配比、催化劑用量、反應(yīng)溫度、壓力、時(shí)間),提高生物柴油品質(zhì)、轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)出率,減少生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的影響等,是生物柴油產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的研究方向。目前我國(guó)開發(fā)了酶法生物柴油生產(chǎn)新工藝,建成中試研究裝置。開發(fā)出一步法廢油化學(xué)催化生物柴油新工藝,已建立了數(shù)個(gè)利用食用廢油的生物柴油工業(yè)示范工程,年生產(chǎn)能力達(dá)5萬噸左右。林業(yè)部門在木本油料植物方面也進(jìn)行了大量研究工作,對(duì)麻瘋樹油、光皮樹油等進(jìn)行了制取生物柴油的試驗(yàn).檢測(cè)表明生物柴油品質(zhì)優(yōu)良。篩選出可以利用荒山、沙地營(yíng)造生物柴油原料油的木本植物有黃連木、文冠果、麻瘋樹、光皮樹等。根據(jù)論文研究的主要內(nèi)容,將論文主題分為:生物柴油制備方法、生物柴油性能研究、原料利用分析研究、生物柴油應(yīng)用前景、堿催化試驗(yàn)、酸催化試驗(yàn)、酶催化試驗(yàn)、超臨界試驗(yàn)、轉(zhuǎn)化效果測(cè)定、甘油利用研究、催化劑研究、聯(lián)產(chǎn)化工產(chǎn)品研究和其他等13個(gè)方面,見表7。生物柴油標(biāo)準(zhǔn)制定研究,能值分析方法對(duì)生物柴油生產(chǎn)體系的研究歸在其他類。
2、結(jié)語
近幾年,我國(guó)對(duì)農(nóng)林生物質(zhì)資源高效能源化利用的重視程度逐漸提高,國(guó)家也相應(yīng)加大了研究經(jīng)費(fèi)投入,從事生物質(zhì)能利用新技術(shù)的研究單位和人數(shù)明顯增多,其中有的研究已取得較大進(jìn)展。生物質(zhì)成型燃料技術(shù)方面已研制出多種類型的成型設(shè)備,成型燃料已得到推廣應(yīng)用。生物質(zhì)氣化技術(shù)(集中供氣與小型發(fā)電)也已進(jìn)入應(yīng)用階段,建立了示范點(diǎn)。燃料乙醇、生物柴油由于原料來源以及需要研發(fā)新工藝等問題,現(xiàn)階段大規(guī);l(fā)展受到了限制?偟膩碚f,目前我國(guó)生物質(zhì)能的高效利用水平還很低,欠缺相關(guān)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化研究。今后農(nóng)林生物質(zhì)資源能源化的開發(fā)研究工作,重點(diǎn)應(yīng)當(dāng)研究開發(fā)高效、低成本、規(guī)模化農(nóng)林生物質(zhì)的培育、收集與轉(zhuǎn)化關(guān)鍵技術(shù),因地適宜的發(fā)展生物質(zhì)能的高效清潔能源, 富通新能源不但生產(chǎn)銷售木屑顆粒機(jī)、秸稈顆粒機(jī)等生物質(zhì)燃料成型機(jī)械設(shè)備,而且還大量銷售玉米秸稈和楊木木屑生物質(zhì)顆粒燃料。