生物质国内研究现状

我国从“六五”开始开展生物质能利用研究，前期主要以沼气技术为主，“八五”以后主要以生物质热解气化技术为主，“十五”期间以国家863计划为主要投入，重点开展生物质气化发电及生物质液化两方面的研究，今后的研究方向将集中在生物质液体燃料的制备及使用方面；到目前为止，我国的生物质能研究基本以单项技术为主，各方面的技术积累和水平参差不齐，以沼气技术、气化技术为主的应用研究，由于开展时间较长，我国又有较好的市场环境，目前这方面的应用已进入国际先进水平，但其他的技术仍处于起步阶段或者空白。

　　我国对能源植物的研究目前主要集中在薪炭林上，对以提供能源为目标的植物研究极少，与欧美发达国家相比还存在很大的差距。为了将来实现工业规模开发生物质能资源，必须加强能源作物的研究，依据我国植物的生态地理空间分布格局，筛选、培育出多种与之相适应的、环境友好的高效能源植物，并优化全国能源植物配置和生产格局。华南植物研究所在农作物高产育种及生态环境方面进行了不少研究与开发工作，并取得了一定的研究成果，有一定的理论和实践基础对高效能源作物进行评价、筛选和改良。
　　最近十几年来，我国在生物质的能源转化和利用方面进行了大量的研究与开发工作，虽然与发达国家还有一定差距，但也积累了大量成果。中科院广州能源研究所长期从事生物质气化及液化技术的研究与开发，有着较为丰富的理论基础和实践经验，取得大量研究成果和工业化应用成果。但常规生物质气化技术的主要问题是燃气热值较低，气化过程产生的焦油较多，造成燃气净化困难，影响内燃机或燃气轮机的正常工作。国外研究采取催化裂解或高温裂解来降低焦油含量，但技术复杂，成本很高。如何使生物质在气化过程中彻底消除焦油，是一项有重要实际意义的研究工作。生物质快速热解生产的生物油完全不同干石油化工生产的油品，以纤维素为主的木粉类生物质快速热解的生物油的化学组成主要是解聚的木质素、醛、酮、羧酸、糖类、醇类和水等，不同工艺条件和不同生物质原料生产出来的生物油的性质及稳定性明显不同，为了从生物油得到合格的燃料、化工产品，在精制（催化加氢和催化裂解）、储输等方面还需进行大量的研究工作，原中科院化冶所、华东理工大学、南京林化所都已先后开展过这方面的研究，取得了初步的研究成果。在生物质的气化和液化方面，浙江大学，清华大学，中科院成都生物所，山东能源研究所等单位也作了大量的研究工作。
　　近年来等离子体技术在煤、天然气裂解制乙炔等方面的研究表明：气化产物以团相和气相形式存在，没有焦油。目前国内关于生物质等离子体气化的基础研究还较少。生物质中O含量高有利于合成气（CO＋H2）的生成，其中的低N、S含量和等离子体气化气体中几乎无CO2、CH4等杂质存在，极大地降低了气体精制费用，为制取合成气提供了有利条件。不同于常规生物质气化制取可燃气，等离子体气化以高品位的合成气为目的产物，提高了资源利用率，有可能达到较好的经济效益，但该技术还处于研究阶段。

　　由生物质制乙醇主要采用发酵法，目前传统的间歇发酵已被各种连续发酵工艺所取代。固定化酵母流化床发酵新工艺是当今世界上高科技生物技术，它与批次发酵及单浓度连续发酵比较，具有速度快、发酵周期短、产量高、工艺设备少，易于实现连续化和自动化的优点。它生产酒精的能力是批次发酵的10～20倍。沈阳农业大学等单位开发的固定化酵母生物反应器发酵甜高粱茎秆汁液制取酒精，工艺先进，非凡是锥形三段流化床生物反应器具有流化性能好，传质效率高，发酵时间短，易于排除CO2等优点，其糖的转化率为理论转化率的92％，乙醇产率为22g/L.h，均达到了国际先进水平。在乙醇取代或部分取代汽油和柴油等发动机燃料方面，他们也进行了系统的研究。但对于占生物质很大比例的纤维素类生物质转化酒精至今在技术经济上久攻不破，成为世界性的难题。纤维素原料的生物转化酒精的复杂性源于多组分与结构上的坚固性 。几十年的研究证实，仅靠单一的学科是难以成功的，这些问题涉及多个学科的交叉，必须在儿个要害环节的基础研究上有新的重大突破。中科院化冶所开发的固态发酵纯培养技术处于国际领先水平，秸杆汽爆及生物量全利用技术已申请国家专利10项。
　　将生物质转换得到的合成气（CO＋H2），经催化转化制造洁净燃料汽油和柴油以及燃料的含氧添加物如甲醇和二甲醚等是生物质的间按液化。气化法得到的合成气通过费托合成转化为烃类原料，将此烃类原料中的重质馏分通过加氢裂化、加氢异构等化学过程转化成优质的清洁柴油、高粘度指数的润滑油基础油等，才能供发动机使用。浙江大学催化研究所在碳一催化转化基础研究和催化工业化过程研究有多年的研究积累。采用固定床催化反应器，在自行研制的Cu基催化剂上，采用半水煤气为原料开展了合成DME的研究CO的单程转化率最高达到83％，DME/DME＋MeOH的选择性约为95％，并建立了5t/d的工业化示范装置。我国虽然对费拖合成进行了多年研究，但至今未工业化，催化剂的开发及反应器系统的研究与开发是进一步放大的要害，非凡是针对生物质合成气的特点（如气体组成，焦油等），必须研究反应机理，对已有的技术及催化剂进行改造，提高产品品质及过程的经济性，才有望使之工业化。

　　总之，在生物质的气化和液化制取液体燃料方面，国内虽然有一定研究，但其规模小且缺乏系统性，其中还有许多理论问题未得到解决，非凡是对于生物质燃气净化和生物油的精制方面的研究更少。为提高生物质制高品位气体和液体燃料的积水水平，是先生物质替代化石燃料的产业化，很有必要对这些过程进行系统的研究，解决制约这些要害过程的基础理论问题和科学问题。