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生物質能技術主要包括生物質發電、生物液體燃料、生物燃氣、固體成型燃料、生物基材料及化學品等,以下將針對各個具體技術的發展現狀分別進行分析。
生物質發電技術
生物質發電技術是最成熟、發展規模最大的現代生物質能利用技術。目前,全球共有?3?800?個生物質發電廠,裝機容量約為?6?000?萬千瓦,生物質發電技術在歐美發展最為完善。丹麥的農林廢棄物直接燃燒發電技術,挪威、瑞典、芬蘭和美國的生物質混燃發電技術均處于世界領先水平。日本的垃圾焚燒發電發展迅速,處理量占生活垃圾無害化清運量的?70%?以上。
我國的生物質發電以直燃發電為主,技術起步較晚但發展非常迅速。截至?2017?年底,我國生物質發電并網裝機總容量為?1?476.2?萬千瓦,其中農林生物質發電累計并網裝機?700.9?萬千瓦,生活垃圾焚燒發電累計并網裝機?725.3?萬千瓦,沼氣發電累計并網裝機?50.0?萬千瓦;我國生物質發電裝機總容量僅次于美國,居世界第二位。
生物液體燃料
生物液體燃料已成為最具發展潛力的替代燃料,其中生物柴油和燃料乙醇技術已經實現了規模化發展。
2017?年全球生物柴油的產量達到?3?223.2?萬噸,美國、巴西、印尼、阿根廷和歐盟是生物柴油生產的主要國家和地區,其中歐盟的生物柴油產量占全球產量的?37%,美國占?8%,巴西占?2%。我國生物柴油生產技術國際領先,國家標準也已與國際接軌,但由于推廣使用困難,導致目前國內生物柴油產量呈逐年下滑態勢。
2017?年全球生物燃料乙醇的產量達?7?981?萬噸,美國和巴西是燃料乙醇生產量最大的國家,產量分別為?4?410?萬噸和?2?128?萬噸。我國以玉米、木薯等為原料的?1?代和?1.5?代生產技術工藝成熟穩定,以秸稈等農林廢棄物為原料的?2?代先進生物燃料技術已具備產業化示范條件,目前我國生物燃料乙醇產量約為?260?萬噸/年,僅占全球總產量的?3%,仍然有較大的發展空間。
我國利用纖維素生產生物航油技術取得突破,實現了生物質中半纖維素和纖維素共轉化合成生物航空燃油,目前已在國際上率先進入示范應用階段。利用動植物油脂為原料,采用自主研發的加氫技術、催化劑體系和工藝技術生產的生物航空燃油已成功應用于商業化載客飛行示范,這使我國成為世界少數幾個擁有生物航空燃油自主研發生產技術并成功商業化的國家。
生物燃氣技術
生物燃氣技術已經成熟,并實現產業化。歐洲是沼氣技術最成熟的地區,德國、瑞典、丹麥、荷蘭等發達國家的生物燃氣工程裝備已達到了設計標準化、產品系列化、組裝模塊化、生產工業化和操作規范化。德國是目前世界上農村沼氣工程數量最多的國家;瑞典是沼氣提純用于車用燃氣最好的國家;丹麥是集中型沼氣工程發展最有特色的國家,其中集中型聯合發酵沼氣工程已經非常成熟,并用于集中處理畜禽糞便、作物秸稈和工業廢棄物,大部分采用熱電肥聯產模式。
我國生物質氣化產業主要由氣化發電和農村氣化供氣組成。農村戶用沼氣利用有著較長的發展歷史,但生物燃氣工程建設起步于?20?世紀?70?年代。我國目前在生物質氣化及沼氣制備領域都具有國際一流的研究團隊,如中國科學院廣州能源研究所、中國科學院成都生物研究所、農業農村部沼氣研究所、農業農村部規劃設計研究院和東北農業大學等,這為相關研究提供了關鍵技術及平臺基礎。近年來,規模化生物燃氣工程得到了較快的發展,形成了熱電聯供、提純車用并網等模式。
固體成型燃料技術
歐美的固體成型燃料技術屬于領跑水平,其相關標準體系較為完善,形成了從原料收集、儲藏、預處理到成型燃料生產、配送和應用的整個產業鏈。目前,德國、瑞典、芬蘭、丹麥、加拿大、美國等國的固體成型燃料生產量均可達到?2?000?萬噸/年以上。
我國生物質固體成型燃料技術取得明顯的進展,生產和應用已初步形成了一定的規模。但近幾年,我國成型燃料產業發展呈現先增后降趨勢,全國年利用規模由?2010?年的?300?萬噸增長到?2014?年的?850?萬噸,2015?年后開始回落,主要是因為生物質直燃發電的環境效益受到爭議,部分省份甚至限制了生物質直燃、混燃發電項目。此外,我國很多中小型成型燃料生產車間因為環境衛生不達標而被強制關停。
生物基材料及化學品
生物基材料及化學品是未來發展的一大重點,目前,世界各國都在通過多種手段積極推動和促進生物基合成材料的發展。隨著生物煉制技術和生物催化技術的不斷進步,促使高能耗、高污染的有機合成逐漸被綠色可持續的生物合成所取代,由糖、淀粉、纖維素生產的生物基材料及化學品的產能增長迅猛,主要是中間體平臺化合物、聚合物占據主導地位。我國生物基材料已經具備一定產業規模,部分技術接近國際先進水平。當前,我國生物基材料行業以每年?20%—30%?的速度增長,逐步走向工業規模化實際應用和產業化階段。