生物质和生物质能的开发利用

可持续发展· SUSTAINABLE DEVELOP生物质和生物质能的开发利用赵连有(张家口广播电视大学,河北张家口075000摘要:从我国农村环境现状和生物质资源情况入手,分析了我国农村丰富的可再生的生物质能资源,主要是农业生产和生活中的废弃物和污染物如大量农作物秸秆、畜禽粪便、生活垃圾的无害化处理和资源化利用的方式,以及液体生物燃料的开发途径,这对于解决我国农村节能减排问题和农村环境污染问题具有重要意义。关键词:生物质;生物质能;开发利用文章编号:1005-4944(2007)06-003004如今,节能减排越来越多地和新能源共同出现。高,畜禽养殖业污水、粪便、农作物秸秆以及残留农膜上世纪70年代以来,新能源开发利用受到世界各国等农业生产过程中的废弃物大量增加,面源污染问题的普遍重视,许多国家都将开发利用新能源作为提高突出。全国因固体废弃物堆存而占用和毁损的农田面能源安全、应对气候变化和实施可持续发展战略的重积已超过13.33万hm2,3亿多农村人口面临饮水不安要途径。近几年,随着国际石油价格不断攀升,电力供全问题。一些地区由于环境污染引发的各类疾病明显应日趋紧张能源问题已成为制约经济社会可持续发上升,还有一些地区农田污水灌溉、过量施用化肥和展的瓶颈。石油、煤炭等传统能源大量消耗及其造成农药,导致农作物品质下降、减产甚至绝收。的环境污染,对能源枯竭的担心和对气候变化的忧12我国农村生物质资源情况虑,促使人们不仅致力于开发传统化石能源的替代我国有丰富的生物质能资源,开发程度还很低品——新能源,而且更多地注重提高能源使用效率和开发利用有巨大潜力。据测算,目前我国农村每年产关注能源的环境效益。因此,生物质能太阳能、风能、生生活污水约80亿t,生活垃圾约12亿t,畜禽粪便水能、核能、地热、天然气等新型清洁能源的开发愈加排放总量达25亿t农作物秸秆6亿多t,农产品加工成为国际新能源发展领域的热点。业废弃物(稻壳、玉米芯、花生壳、甘蔗渣、棕榈壳等)为了优化能源结构,保障能源安全,保护环境和超过1亿t这些农业生产废弃物污染物等生物质资可持续发展,能源多样化已成为我国能源战略的核心源的资源化综合利用率很低,大部分没有得到有效利目标之一。开发新型能源与高效节能技术成为我国的用。此外,有不少荒山、荒坡、盐碱地等边际性土地待当务之急。我国农村节能减排有着巨大的市场和潜开发,可种植甜高粱、甘蔗、木薯、甘薯等非粮能源作力。在农村开发利用可再生的生物质能源既能发展物。节约型农业,推动经济增长方式转变,又能实现农业2生物质生物质能的概念和生物质资源类型废弃物的二次利用,搞好农村环境污染防治,推进农21生物质和生物质能的概念村节能环保工作。生物质是指通过光合作用形成的各种有机体包1我国农村环境现状和生物质资源情况括所有的动物、植物和微生物。生物质能是太阳能以11我国农村环境现状化学能形式储存在生物质中的能量。从广义上讲,生近年来我国农村环境问题日益突出,农村生产物质能是以生物质为载体的太阳能它直接或间接来和生活中存在的环境问题,已成为农村经济社会可持源中国煤化工指能作为燃料的这续发展的制约因素。随着我国农业生产能力大幅度提部CNMHG30农业环境与发展2007年第6期可持续发展· SUSTAINABLE DEVELOP地球上的生物质能极为丰富。陆地上的树木、草限于个别地区,秸秆回收辐射范围不大,回收利用量类农作物秸秆、江河湖海中的藻类等水生植物、动物都还有限。以河北省为例,晋州、威县成安生物质发的粪便、生活垃圾、某些工业生产中的废液和有机废电示范项目建成后涿鹿赤诚生物质能发电(秸秆发物等都是可以利用的生物能源。电)项目今年也被核准。22生物质资源类型32液体生物燃料的开发利用生物质资源一般分为4大类:固体生物质、液体巴西是全球生产生物乙醇最多的国家,以甘蔗为生物燃料、沼气和垃圾。固体生物质包括农业废弃物、主要原料生产乙醇燃料,2005年的产量达到1300万林业废弃物等农业废弃物主要指农业生产和加工过t,占世界生物乙醇总产量的48%。美国主要以玉米为程中形成的废弃物如农作物秸秆、稻壳等;林业废弃原料生产乙醇燃料,2005-200年用于生产乙醇燃料物主要指林木生产、采用和加工过程中形成的废弃的玉米达到4200万t,占国内总消耗量的24%。荷兰物。液体生物燃料主要指以非粮食能源作物树生能等欧洲国家主要以从东南亚、印尼、马来西亚等进口源油料等为原料生产的生物柴油、生物乙醇等。的棕榈油为主要原料生产液体燃料,导致一些发展中通过生物质资源利用所获取的能源即生物质能,国家为了增加生物燃料的出口,甚至大片砍伐热带雨其表现形式有热能、电能、沼气以及各种生物燃料林,从而引发森林、湿地等自然保护区的流失,其环境3生物质和生物质能的主要利用方式破坏作用甚至可能超过生物燃料所带来的好处。发展31农作物秸秆的综合利用生物燃料成为应对全球能源危机和气候变化的有效我国广大农村具有丰富的农作物秸秆资源,有效途径之一,但必须注重生物燃料的可持续发展,不能利用率还很低。每年夏收、秋收期间,各地政府通过疏以牺牲环境为代价顾此失彼。堵结合,加强农作物秸秆禁烧工作。但是,仍有许多农2006年我国燃料乙醇产能已达132万t,成为继作物秸秆白白烧掉,或者作为烧柴直接燃烧,一方面巴西和美国之后的第三大燃料乙醇生产国。“十一五”造成了环境污染,另一方面也造成资源的极大浪费。末期,我国生物燃料乙醇生产能力计划达到522万t若将这些秸秆资源多渠道、多途径利用就能实现废物a,到2020年发展燃料乙醇至1500万t。然而,随着的二次利用,大大提高其利用率不仅节约农业资源,建设燃料乙醇项目的热情高涨,其主要原料玉米的价增加农民收人,还能起到节能环保的作用格上升明显。且生产1t燃料乙醇平均需要消耗33t农作物秸秆综合利用工作,各地多是以机械化秸玉米,“人车争粮”趋势凸显。以粮食生产燃料乙醇的秆还田作肥料作为主渠道秸秆堆沤还田技术、秸秆能源转换方式,逐渐被证实不符合我国国情,2006年压块饲料技术、秸秆青贮饲料技术、利用秸秆作基料底被国家发改委叫停。种植食用菌技术等循环农业技术不同程度地得到推我国以非粮作物为原料的生物能源产业正处于广应用。比如秸秆还田,不仅可以保墒节水增强土壤关键发展时期,当前制约其发展的主要瓶颈是原肥力防止土壤的板结、退化、沙化,还可以抑制杂草料短缺。我国液体生物燃料的发展定位必须正确,要的生长,免打除草剂,省时省力,节约开支。坚持不与人争粮不与粮争地、不破坏生态环境的原随着我国节能环保技术的进步和创新,农作物秸则要坚持走原料多元化的道路。我国有大量盐碱地秆成为清洁、环保、可再生的生物质能的重要来源,可荒山荒地等未利用土地资源,可规模化开发利用的将生物质能转化成高能效的液体或气体燃料,而且秸能源作物较多,可因地制宜的开发用于燃料乙醇的甜秆成本低,污染少,效益高。秸秆气化站建设、秸秆沼高粱、甘蔗、木薯、甘薯、甜菜等和用于生物柴油的棉气项目、秸秆发电项目、秸秆固化成型燃料项目、秸秆花(籽)、蓖麻等能源作物。我国自主选育的甜高粱系生产乙醇项目等的新能源开发,正在各地不断出现。列品H中国煤化工东河北新疆等地但这些技术在我国刚刚起步,比如秸秆发电项目也仅大面和CNMHG原料的燃料乙醇生Agro-Environment& Development 31可持续发展· SUSTAINABLE DEVELOP产试点。而甘蔗、木薯、甘薯、甜菜等非粮作物制取燃温烟气,通过余热锅炉转换为热水,可以用于集中供料乙醇尚处于起步阶段,今后这些资源的开发利用将暖和供热水;大中城市城乡结合部、县城、城镇等还可会加大。为满足国家对液体生物燃料的原料需要,国以利用产生的热水蒸汽,开办大众浴池温室游泳家林业局宜布0133亿hm2林地将用于生物质能源开馆温室植物园社区活动中心等,发展循环经济实发。今年首批在云南、四川启动4万多hm3树生能源现环境保护和经济发展的双贏。油料是生物柴油发电所需的原料,有些树种的果实34畜禽粪便无害化处理和资源化利用含油量高达50%。“十一五”期间,中国将通过培育生我国每年产生的25亿多t畜禽粪便,若能有效地物质能源林满足600万t生物柴油的供应和1500万利用,可以产生数量巨大的沼气,成为农村高效清洁kW机组发电所需原料。林业生物质能源是一种可再的优质燃料。同时,可以解决大量畜禽粪便对环境污生能源,通过发展生物质能源林基地建设,实现林油染的问题尤其是减少地表水和地下水源的污染一体化解决能源的可替代问题,也解决了生态问题。341户用沼气池建设这些树木在提供生物质能源的同时,发挥着巨大的生农村沼气池建设,即“畜禽养殖一沼气一果(菜)态效益还可以解决农民的致富问题。此外国内首条种植”三位一体的生态农业体系、循环经济模式,一般利用秸秆生产燃料乙醇的生产线在山东省东平县正是建于农家庭院作为一项“生态家园富民工程”。各式投产,国内首家10万t生物酶法生产生物柴油项目地农村沼气池建设方兴未艾,把沼气池建设与改水、(通过生物作用将废弃的动、植物油脂转化为生物柴改厕改圈改灶联系起来,与文明生态村创建、乡村油)在河北省秦皇岛市正式启动。开展生物柴油、生物清洁工程相结合,使人畜禽粪便直接放入沼气池中发乙醇等的研发和产业化示范,成为当前我国生物能源酵,产生高效清洁的优质燃料——沼气。沼气用于农产业发展迫切需要解决的重大问题。户做饭、烧水、照明,解决了用沼气农户70%以上的生33垃圾无害化处理和资源化利用活用能产生的沼液、沼渣作为优质有机肥料并促生我国农村生活垃圾只有小部分进行了简易填埋,庭院经济如养猪业、蔬菜林果业、日光大棚等的发展,绝大部分则是倾倒于渠道、江河、田地、村头、路边等,为农民增收节支;沼气的使用,能够节约大量的煤、成为污染环境的公害。即使简易填埋,不仅占用土地,电、薪柴,保护森林资源,减少排放大量的CO2、SO2等也往往会污染地下水和土壤。有害气体;能够美化清洁农家庭院解决农村脏乱差垃圾也是可以利用的生物质资源,可以结合农村的现象提高农村生活质量,产生的经济效益、生态效环境污染防治将其变废为宝,为广大农村生产生活益和社会效益都非常显著。近年来我国农村沼气建中的垃圾找到出路,解决好农村的节能环保问题。浙设卓有成效经验之一就是国家和各级地方政府的支江省诸暨市利用福建丰泉环保集团研发的LHC中型持引导。仅2003-2006年,国家共安排55亿元国债生活垃圾热解焚烧系统,“火攻”农村垃圾的做法值得资金在48万个村建设沼气。目前我国已经推广农村推广。这种专门针对我国县城、乡镇农村开发的中型户用沼气池1800多万户,沼气普及率11%,适宜农垃圾焚烧炉,整套造价(3000万元)相当于建一个卫户沼气普及率达到1874%生填埋厂,运行费用大约每吨50-60元,也相当于卫34.2大中型沼气池建设生填埋的费用。这种新工艺焚烧炉破解了农村生活垃在备禽养殖业发达的乡镇、城郊及大中型养殖圾焚烧成本高(热值低、灰分高、渣土多)环保难达标场建设大中型沼气池,实现沼气集中供气。根据养殖(往往造成空气污染产生大量二恶英等强致癌物质)场所在地的经济发展水平养殖业和种植业布局等具的难题,环保部门对其检测的结果表明各种排放指标体情况,因地制宜地选择生产沼气、堆肥、各类环境工远远低于国家标准。垃圾经高温焚烧后形成的炉渣,程等中国煤化工禽养殖污染问题,实可以用作生产建材产品的原料砖;焚烧产生的高现畜CNMHG利用,使污染物达标32农业环境与发展207年第6期可持续发展· SUSTAINABLE DEVELOP排放。据国家环境保护总局2006年发布的《国家农村来,推进新农村能源建设的规范化法制化进程。其小康环保行动计划》,到2010年,完成500个规模化次国家省、市应设立农村能源建设专项资金,形成畜禽养殖污染防治示范工程建设,其中东、中、西部分相对稳定的资金投人机制,并制定相应的配套措施。别完成200个、180个、120个示范工程建设。在重点第三,出台优惠政策加大扶持力度。建议国家尽快制流域、区域和规模化畜禽养殖污染物排放量较高的地定对农村新能源产业在财政补贴、低息贷款等方面的区,优先建设规模化畜禽养殖污染防治示范工程。优惠政策,对产业基地建设、节能环保技术进步等给农业部发布的《农业生物质能产业发展规划重点支持组织实施若干重点科研课题,对生产工(2007-2015年)提出到2010年全国农村户用沼气艺装备技术、生物能源选种育种等进行重点研究推总数要达到4000万户,占适宜农户的30%左右,年进生物质能源的科研和产业化。第四,大力开展技术生产沼气155亿m;新建规模化畜禽养殖场、养殖小指导和服务,进一步充实完善技术服务体系。近年来区沼气工程4000处,年新增沼气336亿m。到2015我国已探索出不少好技术,要大力普及农村沼气,推年,全国农村户用沼气总数要达到6000万户,年生产广应用秸秆气化、秸秆固化等农村新型能源。第五因沼气23亿m3,并逐步推进沼气产业化发展;建成规地制宜合理布局。根据农村生物质资源种植业和养模化畜禽养殖场养殖小区沼气工程8000处,年产沼殖业布局结构、畜禽养殖污染等具体情况,建设大型气67亿秸秆发电项目、秸秆生产乙醇项目、沼气集中供气项结语目等抓好一批示范工程和试点。以农业废弃物资源目前,世界各国都在致力于开发高效、无污染的化利用为重点加快实施乡村清洁工程,推进农村作生物质能源利用技术,预计到2020年,全球总能耗将物秸秆、生活垃圾、污水、粪便的无害化处理和资源化有40%以上来自生物质能源。我国已颁布《可再生能利用。在适宜地区发展能源作物和建设能源林基地,源法》生物质能源是其中最重要的可再生能源之一。积极开发生物质能源面对日益严峻的能源资源和环境问题,在农村大力实施新能源建设势在必行。开发利用丰富的、可再生的参考文献生物质能,对于促进新农村建设,实现可持续发展,替曾中平高新科技知识教程M北京中华工商联合出版社2007代传统能源,确保能源安全,改善城乡环境,发展循环29经济等均有重要意义。[2]王娅妮我国农村环境问题日益突出N河北日报2007-0609目前农村大力实施新能源建设还存在一些亟待③3贾小案丁航逄锦福生物质能蒸蒸日上人民日报2005-1解决的问题,比如缺少激励性政策机制,专项资金贴冯华“粮变油叫停燃料乙醇另觅新路人民日报2000息贷款、补贴等方式的激励性政策还不多;对农村能5高保生国家林业局宣布两亿亩林地将用于生物质能源开发N人民源建设资金投入不足,技术推广经费少,技术推广上报2010207有不少难题,有些技术还不够完善;机构不健全技术潘少军浙江诸暨“火攻”农村垃圾人民日报2000215队伍薄弱,维修、后期服务跟不上;宣传力度不够,认识不到位没有认识到其综合效益。要把农村巨大的作者简介赵连有(1965-)男河北蔚县人,副教授理学硕土,研究方生物质资源利用好,需要花大力气去解决这些问题。向主要从事生态环保方面的教学与研究。首先,要制定新农村能源建设的总体规划,把农村能收稿日期:200902源建设与农民生活、农业生产、生态环境建设结合起中国煤化工CNMHGAgro-Environment 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