生物质资源的开发利用现状

生物质资源的开发

利用现状

院系：化工与能源学院

专业：化学工程与工艺

班级：X班

姓名：XXX

学号：XXXXXXXXXXX

生物质资源的开发利用现状

XXX XXXXXXXXXXX

（郑州大学化工与能源学院化学工程与工艺X班）

摘要：生物质能源是一种清洁的可再生能源,也是唯一的可再生碳源。本文介绍了生物质、生物质资源和生物质产业的概念。详述了国内外生物质产业的发展状况。简述了发展生物质产业的意义及前景。

关键词：生物质；生物质资源；生物质产业

1 引言

生物质能在世界能源消耗中居第四位，仅次于煤炭、石油、天然气，占世界总能耗的15%~18%。我国生物质能资源丰富，但大部分生物质资源没有得到有效利用。

生物质能分布范围广，主要包括：①各种速生的能源林、薪炭林、灌木林、木材及森林工业废弃物；②农作物秸秆、稻壳、稻杆、蔗渣等农业废弃物；③水生植物；④油料植物；

⑤城市生活垃圾、工业有机废弃物等。与化石能源相比，生物质能具有的优点如下:

一是炭排放少，对环境友好。研究表明，高效合理地利用生物质能，其二氧化碳排放量比化石燃料少90%左右。另外，生物质的灰分小，含氮量也都很小，使用过程中几乎没有粉尘、氮氧化物等排放。

二是具有可再生性。生物质能直接或间接来源于植物，并通过植物的光合作用实现再生，与太阳能、风能、水能等一样属于可再生能源。

2 概念

2.1 生物质概念

生物质（Biomass）是指通过光合作用而产生的各种有机体。

广义上，生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。有代表性的生物质如农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便。例如粮食、秸杆、木材、动物粪便和食品加工下脚料等生物质。

狭义上，生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的畜禽粪和废弃物等物质。生物质被认为是生产无污染化工产品和绿色能源的原料。

2.2 生物质资源

生物质资源是指自然界通过光合作用而产生的植物的根、茎、叶、果，微生物体以及以植物、微生物为食的动物粪便。

生物质具有可再生的特点，主要组成元素为C、H和O。通过光合作用，植物每年转化约2000亿吨的CO2中的碳成为碳水化合物，并存储了3ⅹ1013千兆焦耳的太阳能。其存储的能量是目前世界能源消耗量的10倍左右。

2.3 生物质产业

生物质产业是利用生物质资源为原料，通过工业性加工转化成生物质化工材料、生物质燃料以及生物质产品的一个过程。

生物质产业是在资源替代、保护环境、发展经济和可持续发展的现代理念引领下，在化石能源渐趋枯竭、全球变暖、环境恶化的形势下，利用可再生的有机物质，通过工业加工转化，进行生物质化工材料、生物质燃料以及生物质产品生产的一种新兴产业。

利用生物质生产燃料和化工产品不是新概念，自十九世纪以来，一直在利用纤维素、乙醇、甲醇、植物油和一些其他生物化工基料等原料制造如涂料、生物胶、黏合剂、合成衣料和溶剂等产品。

3 世界生物质产业发展状况

3.1 生物质资源

现在人类越来越关注可再生资源，生物质是取之不竭的太阳能反应器，是生物制品。据专家测算，多数谷物，其秸秆与籽料产量比为1︰1，玉米秆、高梁秆、谷草为2︰1。农作物秸秆是世界上最为丰富的物质之一，据统计，全世界每年秸秆的产量为29亿多吨，其中小麦秸秆占21%，稻草占19%，大麦秸10%，玉米秸35%，黑麦秸2%，燕麦秸3%，谷草5%，高梁秸5%。

3.2 生物质产业状况

生物质产业大致分两大类，一类是生物质能，另一类是生物质化工基料。生物质产业的多功能及其资源的循环利用特点，以及政府政策的引导和扶持，吸引了许多著名企业在生物质产业领域谋求发展。

（1）世界生物质企业现状

美国国际生物能公司发明了把杆秸中5碳糖发酵成乙醇的重组大肠杆菌，同时重组大肠杆菌还产生水解杆秸纤维素的纤维素酶，为成功利用以玉米秸，生产廉价酒精开拓了新途径；

巴斯福公司2003年宣布要以可再生的生物质资源作为化学品生产的主要原料；杜邦公司剥离石油资产，购买了生物技术公司并组织农业综合企业，将2010年销售额的25%定位于生物质产品；森林工业已开始与电力、石油、化工公司合作，利用林木废弃物生产能源及化工产品；卡杰尔-道氏公司已建成了13万吨/年用玉米淀粉发酵生产了聚乳酸（PLA）装置和其他多种聚合物塑料后，美国生物工程技术协会宣称：“我们开始看到以玉米淀粉为原料的PLA 生物材料在制造业的所有部门中得到应用，这可能会彻底改造旧经济。用转基因作物和家畜改变了农业，现在它正在改造工业。”

英荷皇家壳牌石油公司估计，21世纪的前50年，生物质将提供世界化学品和燃料的30%；英国石油公司等也都开始了对生物质能源产品的投资；德国Ems Inventa-Fischer 公司，在德东部建PLA年产3000吨示范工厂，用于食品包装袋和包装盒；沼气发电和固化成型燃烧在德国和北欧已经商品化。

日本SHOWA HIGHPOLYMER 公司已实现聚丁二酸丁二醇酯（聚丁烯琥珀酸酯，PBS）工业化，年产量3000吨；日本三菱化学和味之素公司采用以玉米淀粉为原料发酵法生产丁二酸；丰田公司用白薯淀粉基塑料制成了汽车配件；富士通公司用玉米淀粉基塑料替代了计算机的塑料外壳。

（2）中国生物质企业现状

截至到2003年底，我国农村地区已累计推广省柴节煤炉灶1.89亿户，其中商品灶为4690万户，燃烧发电在广东和广西两省共有小型发电机组300余台，总装机容量800兆瓦；生物质气化发电站有20余座；全国共建成2355座工业废水和畜禽粪便沼气工程，总池容达到了88.29万立方米，形成了每年约1.84亿立方米沼气生产能力；2000年开始了燃料乙醇试点工作，年产量达100万吨，已在东北三省、河南、安徽5省封闭使用乙醇汽油。

瑞士伊文达菲瑟公司和哈尔滨威力公司共同投资4亿元，在哈尔滨建设年处理玉米3万吨，产乳酸并进一步加工聚乳酸1万吨生产线；2003年山西三维集团引进美国ISP技术，建成年产25000吨1,4丁二醇装置；2004年10月中国蓝星集团采用英国戴维公司技术，在天津建设年产1，4丁二醇5.5万吨项目；清华大学以葡萄糖和粗淀粉为原料生产1，3丙二醇，已经实现5000升发酵罐的小试，计划与黑龙江辰能生物工程有限公司合作建设年产2万吨的项目，首期年产2500吨的1，3丙二醇装置设计工作目前进展顺利；2000年开始了燃料乙醇试点工作，目前已经建成了三大乙醇燃料生产基地，总产能超过了100万吨/年，生物柴油每年产量约5万吨；安徽丰原集团用农作物生产乙烯、环氧乙烷等替代石油基产品获得成功；南京工业大学生物质制丙烯酸的转化率已经达到了85%。

4 国外发展生物质产业的意义及措施

19世纪及20世纪初，煤化工是有机化学工业的基础，许多平台化合物来源于煤，如苯、萘甲烷等。20世纪中叶，来自石油化工的平台化合物，如乙烯、丙稀、苯等，取代了煤化工。20世纪70年代的石油危机唤起了对生物燃料代替石油的研究，美国和巴西用玉米和甘蔗生产燃料乙醇获得成功。20世纪末，化石能源的供应渐趋紧张，但大自然通过光合作用每年产生约2000亿吨生物质，生物质循环约950亿吨碳，而世界化石燃料的消耗每年为65亿吨碳，目前世界上生物质的利用率仅有7％，还有93％的资源没有被利用、被认识。因此，以植物为主的生物质资源则是一个可再生的巨大资源宝库，利用可再生生物质资源，发展生物质产业已成为许多国家以消除污染、实现可持续发展为目标的战略选择。

美国的生物质产业的发展目标是：在2030年以前建立起完善的、积极上可行的生物质能源和生物质产品制造工业，为美国农业创造新的经济机会，保护和改善美国环境，提高能源自给率，保障经济安全和为消费者提供相应的产品。1999年8月，克林顿总统签署了《生物质产品及生物质能源的开发与普及总统令》；2000年6月，美国国会通过了《生物质R&D 法案》；2000年美国能源部、农业部联合呈报美国总统《开发和推进生物基产品和生物能源》提案，得到总统签署实施；2002年提出了《生物质技术路线图》。

1997年欧盟发表了白皮书《能源的未来：可再生能源》，阐述了从资源的有效利用、降低CO2的排放、摆脱对进口能源的依赖、促进区域内经济发展和创造就业的观点。2001年9月，欧盟理事会通过了关于促进可再生能源法令；2002年欧盟发表了绿皮书《欧盟能源供应安全战略》。

发达国家提出的生物质发展战略政策，说明了国际上出现一个重要动向，即在化石能源渐趋枯竭，以及对可持续发展、保护环境和循环经济的追求中，世界开始将目光聚焦到了可再生能源与材料，“生物质经济”已经浮出水面。以生物能源和化工产品生产为主的生物质产业正在兴起。有效开发利用生物质资源，发展生物质产业，将成为21世纪世界各国竞相开展的重大研究课题和发展方向。

5 我国发展生物质产业的前景及意义

我国是农业大国，生物质资源非常丰富。据统计，我国每年有7亿吨作物秸秆、薪柴1.27亿吨、2亿吨林地废弃物、25亿吨畜禽粪便及大量有机废弃物，另外每年有1000多万公顷农田因覆盖塑料地膜而导致土壤肥力衰退，尚有1亿多公顷(稍少于现耕地面积)不宜垦

为农田，可种植高抗逆性能源植物的边际性土地。这些农林废弃物和边际性土地，对生物质产业而言，是一笔宝贵的物质财富。但是我国生物质利用不够充分，如7亿吨的秸杆中，42%直接或过腹还田，30%作为农用燃料，8%用作工业或其他用途，20%未被利用。这些数据均说明利用我国丰富的农林废弃物和非农田为原料和基地，生产与环境友好和高附加值的能源及生物化工产品的生物质产业开发利用潜力巨大，发展前景十分广阔。

从长远发展战略来看，解决“三农”问题、保护环境与改善生态、舒缓能源瓶颈、建设节约型社会、发展循环经济，都呼唤着新兴的生物质产业。生物质产业将是我国启动循环经济、起步迈上生物质经济的开始，利用农林生物质资源发展生物炼油厂是贯彻我国以人为本、全面协调可持续发展的科学发展观的一条途径。发展生物质产业不仅有利于发展我国农业、解决能源短缺和环境污染问题，而且为建设社会主义新农村和节约型社会，发展循环经济和农村经济、提高农民收入、改善农村生活提供了思路，可谓“一举多得”，具有非常重要的社会、经济和环境现实意义。

参考文献

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