云南省生物质能利用形式及应用前景

摘 要：随着能源危机和环境污染问题的日益加剧，越来越多的国家开始加强对可再生能源的开发利用，并取得显著的社会、经济和环境效益。生物质能的开发利用是发展新型能源的重要选择，它的开发利用有利于恢复生态和治理环境。论文介绍了生物质的基本概念，分析了云南省生物质资源种类及数量，对云南省生物质能的运用前景做出展望，并且提出了3种适合云南省发展的生物质能利用的模式。除此之外，还通过从多种角度讨论和分析各个模式的利弊，并且进一步提出了解决各种模式弊端的策略。

关键字： 生物质；生物柴油；燃料乙醇；生物质发电

中图分类号： Q946.8 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20151232008

前言

社会经济的发展建设离不开能源的支持，但是由于传统化石能源过量的开采使用也同样造成了严重的污染问题。能源与环境相互制约，而如果两者能合理调配，一些新能源就会减轻环境污染甚至有利于环境质量的提升。由于传统化石能源的资源有限性和污染性，如何使我国的能源结构更加合理，更具有可持续性，已经成为我国亟待解决的问题之一。

根据云南省政府公布的《云南矿产资源对2020年国民经济建设保证程度论证报告》可知，除原煤2020年规划为7182万t，保证年限大于100a外，省内其他能源品种均无法满足全省经济发展的需求。在当下能源需求的现状下，一些能源的短缺以及能源结构的不合理，不仅制约经济的发展，还可能会造成严重的环境污染[1]。因此，开发利用生物质能源对云南省优化能源结构、促进可持续发展、减少环境污染和温室气体的排放具有重要意义。

生物质指利用阳光、土壤、水、二氧化碳等外部资源、条件通过光合作用所产生的可再生或可循环的有机物质，包括所有的动物、植物和微生物，以及由这些生命体所派生、排泄和代谢出来的各种有机物质通称为生物质[2]。

云南省有着丰富的自然资源，几乎囊括了我国从热带、亚热带到寒带的大部分植物种类。云南有农田458.85 万 km2，占云南土地面积的11.6%[3]。可长期稳定地提供农作物秸秆等生物质资源。云南省拥有丰富的林业资源，现有林地面积2212.87万km2。大约每年可采集木质燃料资源500万t。可长期为云南省提供大量秸秆、木材、渣滓以及其他林业生物质。云南省不仅生物质资源总量丰富，还有着独特的生物质能种类优势。根据《全国林业生物质能源发展规划（2011～2020年）》可知，云南省目前有油桐39683 km2，每年果实产量约为1.2～4.0亿kg；小桐子4836 km2，每年果实产量约为1400～2000万kg [4]。

1 生物柴油

1.1 生物柴油的特征

生物柴油是从动植物油脂提炼出来的，它是一种长链脂肪酸的单烷基酯。生物柴油十六烷值高，润滑性能好，并且不含芳烃和硫。这些长链脂肪酸单烷基酯可生物降解，具有优良的润滑性能和溶解性，闪点高，无毒，挥发性有机物含量低，也是制造可生物降解的具有高附加值的精细化工产品原料 [5]。

目前生产生物柴油最普遍的方法是酯交换法，也就是短链醇和油脂在催化剂作用下形成长链脂肪酸单酯。最常用的短链醇是甲醇，因为其成本低、效益高。但随着生物基乙醇的发展，将会取代了甲醇用来生产生物柴油，成为完全可再生的绿色产品。一些其他短链醇，如正丁醇、异丁醇等也有研究，但没有成型的产业化技术 [6]。

1.2 生物柴油的前景与方向

1.2.1 生物柴油总成本中的3/4左右是原料成本

美、欧采用低成本的转基因大豆油或油菜籽油为原料，而我们国家目前只以废弃油为原料[7]。原料制约了我国生物柴油产业化的发展。尽管我国已经开始对麻疯树、油桐等非粮油料植物开始了研发探索，但是不论是培育高油树种，还是种植技术或政策扶持都还处于初级阶段。而现在出现的微藻技术，含油量高、生长周期短、培育成本低、油脂的单位面积产率高、不占用土地。采用微藻技术可以有效的解决原料问题。

1.2.2 我国主要以地沟油为生产原料

酸催化的酯化率和碱催化的转酯率均需提高，并需避免皂化现象发生，而且产品往往需要脱色。固体酸碱催化剂可以循环使用，减少污染，并且提高了生产安全，减少了设备的腐蚀。随着环保、高效、稳定的固体催化剂的研制，连续生产生物柴油的新工艺必将走向产业化 [6]。

1.2.3 为生物柴油产业的发展提供良好的政策环境

中国的生物柴油产业主要依靠以餐饮废油为原料的民营企业，但是餐饮废油的收集成本高且资源有限。国家需要落实已出台的政策，建立合理有效地生物质能源管理体系，出台合理严格的各项标准指标，允许各类生物质能源产品进入市场。

1.3 生物柴油在云南省的应用前景

1.3.1 生物柴油是一种清洁柴油

与普通柴油相比性能相当，但具有环境友好的特点。云南省能源结构不合理，随着经济发展，需求能源日益增多，在云南发展生物柴油有利于解决能源问题、环境问题。

1.3.2 生物柴油的发展需要大量的原料

例如大豆油、棕榈油、麻疯树果油等。但是大豆油等粮食油价格高昂，并且会危及世界粮食安全。但是云南有独特的林业资源，例如麻疯树资源 [8]。麻疯树果油价格低、出油比例高。而且云南省有丰富的甘蔗资源，可以效仿巴西生产生物基乙醇用来生产生物柴油。所以解决了原料成本高的问题后，云南省非常适合发展生物柴油。

1.3.3 云南已被列为国家生物柴油开发试点省

并且国家出台了《生物能源和生物化工农业原料基地补助资金管理暂行办法》，规定对林业原料基地给予3000元/km2补助。有利于从政策上扶植云南省发展生物柴油。但是还必须尽快落实政策、落实补助。省、地方政府也应该大力宣传、发展生物柴油。

1.3.4 云南大力发展生物柴油还需要发展适合自己的产业技术

例如研发非均相固体催化剂，开发高附加值的后续产品例如润滑油添加剂等。这样有利于减少成本，提高资源利用效率，使得生物柴油真正能取得环境效益的同时取得经济效益。

2 生物质发电利用模式

2.1 生物质发电的特征

生物质发电即是以生物质为燃料发电。这些用于发电的生物质既有废木等工业废料，又有桔杆等农业废料，还有坚果壳等其它废料。使用这些燃料，要求发电设备具备相应的特点，既能对燃料作前期处理又能适应其燃烧状态。由于这一技术在资源和环境方面的作用，它已经在一些国家作为电力发展的一个重要方面而得到重视和利用[9]。

但是目前我国的生物质焚烧发电所有的技术和设备均引进国外，由于国外产品规格不同、生产习惯不同，所引进的设备不能完全适用于我国。而且虽然生物质发电环境收益良好，但是由于发电成本高，电价补贴额度偏低，其他财税政策支持力度较低，导致经济效益差，缺少企业投资。

2.2 生物质发电的前景与方向

2.2.1 加大科研投资力度

研发适合我国实际的产业技术和设备，吸取国外先进技术，改革创新研发自己的设备。

2.2.2 在前期国家政策上扶持

通过减免税收，财政补贴，降低运输费等方面降低电厂运营成本。组织规模化收集原材料，培养农村秸秆收集代理人，统一运输减少原材料费用。在条件许可的地方将生物质发电与热电联产有机结合起来，尽量将厂址选择在热负荷集中点，实行热电联产，提高机组总热效率，降低成本[10]。

2.2.3 尽快完善相关财税政策，适当提高电价补贴额度

生物质发电的成本高于火力发电，以现阶段电价计算生物质发电每发电1°都要亏损2毛左右，在短期内需要国家的财政支持才能维持[11]。

2.3 生物质发电在云南省的应用前景

2.3.1 生物质发电污染程度小于传统的以煤炭为原料的火力发电

云南省是农业大省，有着丰富的生物质资源，比如大量的秸秆资源以及柴薪林资源，适合大力发展生物质发电技术。

2.3.2 生物质发电的原料

大部分有着苛刻的条件，而且由于一般的生物质原料如秸秆等，密度比较低、燃料发热量大大低于煤炭。这就造成了大量的运输费用，间接增加了原料成本。云南省每年大约有1390万t秸秆，并且农田多，有利于缓解原料短缺问题。由于秸秆的资源比较集中，可以规模化的组织收购以降低运输成本。

2.3.3 我国的生物质发电技术比较落后

到目前为止，用于生物质焚烧发电的锅炉及燃料输送系统的技术和设备均产自国外，国内尚无制造厂家。早在20世纪70、80年代云南省就开始大力推广农村沼气发电技术，使农户发电自足，减少生活生产垃圾。云南省在生物质发电技术方面有良好的基础但仍然不足。

2.3.4 云南省在发展生物质发电技术上，有着资源上的优势及技术上的优势

但是要想将生物质发电技术产业化规模化推广下去，还需要政府政策的支持，提高生物质发电补贴。将生物质发电纳入可再生能源发展专项资金支持领域，尽快完善相关财税政策减免生物质发电的税收。

3燃料乙醇利用模式

3.1 燃料乙醇的主要特征

燃料乙醇既是一种清洁能源，又可按照一定的比例与汽油混合，是一种良好的汽油增氧剂和辛烷值调和组分。在汽油中加入一定比例的燃料乙醇对降低汽车尾气中的一氧化碳含量很有效，可显著降低汽车尾气排放的污染物，起到净化空气的效果[12]。

相对于其它生物质燃料来说，生产乙醇的原料种类很多，除含糖和淀粉的农作物外，植物纤维也可以作为生产乙醇的原料。乙醇的生产方法很多，且工艺相对简单。乙醇容易储存和转移， 使用起来相对较安全 [13]。燃料乙醇生产、使用过程中也会带来环境问题。据美国大气科学家马克·雅各布森等人的研究，以乙醇为燃料的车辆可能导致更多人罹患或死于呼吸系统疾病[14]。

3.2 燃料乙醇的前景与方向

3.2.1 解决原料供应问题

应当培育非粮可再生的原料。学习巴西利用生物基乙醇来制备燃料乙醇，达到温室气体减排的目的。要保证不引起粮食价格上涨，不与粮争地。针对我国宜农荒地开展良种培育研究，着重开发适宜在不同地区种植的高产植株，为1.5代燃料乙醇发展提供原料保障。

3.2.2 进一步加大投资

进行燃料乙醇技术研发和工业示范 加大燃料乙醇技术研发，重点关注以纤维素、垃圾等可再生资源为原料的燃料乙醇生产技术，积极推进化学合成制乙醇技术研究，同时，进一步加大非粮原料乙醇技术开发以及规模化燃料乙醇技术的示范和推广应用[14]。

3.2.3 政策到位，多途并举，加快燃料乙醇产业化

燃料乙醇产业化健康发展，同样离不开正确而有效的政策扶持。有效的政策支持，会激励企业投资的积极性，有效的加速产业化规模化进程。

3.3燃料乙醇在云南省的应用前景

3.3.1 燃料乙醇可以减少汽车尾气排放的污染物，尤其是一氧化碳

云南省人口多，随着经济增长，可以预见云南省的汽车数量也会越来越多。云南省发展燃料乙醇，可以缓解云南燃料短缺的局面，还可以保护环境、降低交通污染。

3.3.2 淀粉质原料是我国乙醇生产的最主要原料

其他的原料还有糖质原料、纤维素原料等。云南省是农业大省，具有丰富的农业资源可以提供淀粉质、糖质原料，而且云南还有大量的秸秆资源，同样可以提供生产燃料乙醇所需的纤维素原料。云南省具有天然的原料优势在发展燃料乙醇行业上。

3.3.3 燃料乙醇生产、使用过程中也会带来环境问题

例如木薯燃料乙醇生产，存在料耗高、能耗高、成本高及废渣处理难等问题。而且有可能会影响生态平衡，如巴西为了扩大种植甘蔗的土地面积，不惜毁坏热带雨林，对生态平衡造成严重影响。云南省在发展燃料乙醇的同时，需注重合理的原料采集、收集。不能应为经济利益破坏了当地的生态平衡。

3.3.4燃料乙醇技术工艺繁多，而且相对简单

但是以淀粉质、糖质为原料的技术多有环境治理问题。云南省发展燃料乙醇应当大力发展以纤维素为原料的工艺技术。这样既可以是秸秆等资源进一步优化利用，也规避了环境风险 [15]。

4 总结

云南省气候适宜，自然环境优越，有着大量的生物质资源储量。随着工艺的进步、外部条件的成熟，配合上云南省本身的天然优势，云南省发展生物质能源产是未来的趋势。生物柴油、生物质发电、燃料乙醇发展模式，都能够缓解云南省能源短缺问题，能将生物质资源优化利用起来，完善云南省的能源结构。这3种模式都比传统能源模式更环保，更具有可持续发展的潜力。

4.1 云南省发展生物质能产业有着天然的原料方面的优势

这样可以减少发展生物质能源产业的原料成本、运输成本。

4.2 大力发展云南省生物质能源产业

在工艺技术方面，还需要大量的学习国外先进技术，发展适合云南省的工艺技术。技术的改进将会减少生产的成本，这也会推动云南省生物质能源发展产业化的进程。

4.3 生物质能产业是新新产业

需要不断的探索适合云南省的发展模式。这就需要政府在政策上、财政上的大力支持。这样才能够尽快的推进云南省生物质能产业的发展。

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作者简介：菅之舆（1992-），男，内蒙古，汉族，在读硕士生，主要从事环境生态学研究 ；崔亚伟（1977-），女，河北，汉族，在读博士，副教授，主要从事固体废弃物资源化。