摘要：為了加快生物燃料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度，提高生物燃料的產(chǎn)量和質(zhì)量，微流體技術(shù)被引入到了生物燃料領(lǐng)域。文章聚焦于微流體技術(shù)在生物燃料領(lǐng)域的應(yīng)用，重點(diǎn)介紹了微流體技術(shù)及裝置在生物柴油和生物乙醇生產(chǎn)中的應(yīng)用，討論了影響生物燃料微流體反應(yīng)器性能的相關(guān)因素，最后，提出了微流體技術(shù)在生物燃料領(lǐng)域的應(yīng)用過程中所面臨的問題并展望了其應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：微流體技術(shù)；生物燃料；生物柴油；生物乙醇；微流體反應(yīng)器

隨著經(jīng)濟(jì)的迅速增長(zhǎng)，傳統(tǒng)化石燃料日益枯竭，溫室效應(yīng)逐漸加劇，生物燃料的重要性日益凸顯。作為液體生物燃料，生物柴油和生物乙醇具有原料來(lái)源廣泛、清潔可再生、生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大等特點(diǎn)，在一定程度上能夠滿足目前緊迫的能源需求[1]。然而，兩者生產(chǎn)過程中的一些消極因素限制了它們的進(jìn)一步發(fā)展，如土地面積需求過大、生產(chǎn)成本過高、產(chǎn)品產(chǎn)率過低以及產(chǎn)品質(zhì)量欠佳等[2]。這些消極因素的存在阻礙了生物燃料的規(guī)?；M(jìn)程，為了盡早實(shí)現(xiàn)生物燃料的規(guī)?；蜕虡I(yè)化，納米技術(shù)、基因工程技術(shù)和微流體技術(shù)等不斷被引入到生物燃料的研究和生產(chǎn)之中。其中，微流體技術(shù)在改善生物柴油和生物乙醇的產(chǎn)量和質(zhì)量方面效果顯著。微流體技術(shù)是基于微流控芯片在微觀尺度下控制、操作和檢測(cè)復(fù)雜流體的技術(shù)，它能在較小的試劑體積和較短的反應(yīng)時(shí)間等條件下進(jìn)行工作。微流控芯片的尺寸僅為十幾平方厘米甚至幾平方厘米，且其上通常會(huì)內(nèi)置有檢測(cè)、分析及樣品制備等諸如生物或化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的各種功能，因此，其又被稱為芯片實(shí)驗(yàn)室。作為一門新興技術(shù)，其被廣泛應(yīng)用于化學(xué)、醫(yī)藥、生命科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，由于其小型化、高精度、短周期和低能耗等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，其在生物燃料領(lǐng)域也表現(xiàn)出了巨大的潛力。微流體技術(shù)不僅能快速進(jìn)行微藻等產(chǎn)油微生物的高通量篩選和培養(yǎng)條件的優(yōu)化，還能通過增大生物柴油酯交換過程兩相界面的接觸面積而改善其轉(zhuǎn)化率，另外，在生物燃料的生產(chǎn)過程中，將這種技術(shù)與相應(yīng)的功能原件集成后，除了能夠在線分析和監(jiān)測(cè)產(chǎn)品質(zhì)量，還能完成生產(chǎn)環(huán)境的實(shí)時(shí)控制從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。

1微流體的特性

要想深入了解微流體技術(shù)在生物燃料領(lǐng)域的應(yīng)用，首先需要了解微觀尺度下的流體特性。微流體是一種借助亞毫米至亞微米微通道產(chǎn)生的流體，這種微尺度下的流體學(xué)行為與宏觀尺度下的流體學(xué)行為差異很大。在流體力學(xué)中，流體流動(dòng)特性通常采用雷諾數(shù)（ReynoldsNumber，Re）進(jìn)行表征。一般情況下，當(dāng)Re<2000時(shí)，流體表現(xiàn)為層流狀態(tài)；當(dāng)Re>4000時(shí)，流體則表現(xiàn)為湍流狀態(tài)。層流流動(dòng)時(shí)，不同流體系統(tǒng)的流體粒子彼此平行地分層流動(dòng)，互不干擾與混雜；而湍流流動(dòng)時(shí)，各流體系統(tǒng)的流體粒子間強(qiáng)烈的混合與摻雜，不僅有沿著主流方向的運(yùn)動(dòng)，還有垂直于主流方向的運(yùn)動(dòng)，兩者的流動(dòng)特征如圖1所示。另外，佩克萊數(shù)（PecletNumber，Pe）也是反映流體流動(dòng)狀態(tài)的參數(shù)，其可以表征對(duì)流和擴(kuò)散的相對(duì)大小，反映了流體返混的程度，Pe越大，表示返混程度越小，Pe越小，則表示返混程度越大。由于微流體通道的空間有限（直徑為5~250μm），流速較低（1~1000μL/min），導(dǎo)致微流體的Re非常小（1~100），而Pe比較大（>103），微流體表現(xiàn)為層流特征而非湍流，其中的流體粒子彼此平行地分層流動(dòng)，互不干擾可再生能源RenewableEnergyResources與混雜，兩個(gè)或多個(gè)流體系統(tǒng)中的粒子除了擴(kuò)散之外不能混合，這意味著其中粒子的速度和位置是可以預(yù)測(cè)到的[3]。在微觀水平上，表面張力和毛細(xì)管力在流體中的作用非常突出，這對(duì)生物柴油合成過程中脂質(zhì)提取和酯交換非常有利。同時(shí)，由于尺度的減小，微流體的比表面積變得很大，當(dāng)兩種不混溶的液體（油和甲醇)同軸混合時(shí)，兩相界面之間的物料傳遞增強(qiáng)，這不僅有利于正向反應(yīng)（脂肪酸甲酯的形成），還能提高底物轉(zhuǎn)化率[4]。此外，由于微流體比表面積的增大，脂質(zhì)提取時(shí)的收率也明顯提高[5]。

2微流體技術(shù)在生物柴油生產(chǎn)中的應(yīng)用

[摘要]目前，中國(guó)的生物質(zhì)能源生產(chǎn)已經(jīng)形成一定規(guī)模，國(guó)家也通過制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范生物質(zhì)能源生產(chǎn)，出臺(tái)法律法規(guī)為其提供保障，并運(yùn)用財(cái)稅政策推進(jìn)生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展。但是，中國(guó)生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展還面臨原料資源短缺、生物質(zhì)能源工業(yè)體系不完備、研究開發(fā)能力不足、產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)薄弱以及產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力不高等問題。展望未來(lái)，中國(guó)生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間廣闊，技術(shù)將不斷完善，它將改變中國(guó)現(xiàn)有的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，凈化環(huán)境，并推動(dòng)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

一、中國(guó)生物質(zhì)能源開發(fā)利用現(xiàn)狀

20世紀(jì)70年代，國(guó)際上第一次石油危機(jī)使發(fā)達(dá)國(guó)家和貧油國(guó)家重視石油替代，開始大規(guī)模發(fā)展生物質(zhì)能源。生物質(zhì)能源是以農(nóng)林等有機(jī)廢棄物以及利用邊際土地種植的能源植物為主要原料進(jìn)行能源生產(chǎn)的一種新興能源。生物質(zhì)能源按照生物質(zhì)的特點(diǎn)及轉(zhuǎn)化方式可分為固體生物質(zhì)燃料、液體生物質(zhì)燃料、氣體生物質(zhì)燃料。中國(guó)生物質(zhì)能源的發(fā)展一直是在“改善農(nóng)村能源”的觀念和框架下運(yùn)作，較早地起步于農(nóng)村戶用沼氣，以后在秸稈氣化上部署了試點(diǎn)。近兩年，生物質(zhì)能源在中國(guó)受到越來(lái)越多的關(guān)注，生物質(zhì)能源利用取得了很大的成績(jī)。沼氣工程建設(shè)初見成效。截至2005年底，全國(guó)共建成3764座大中型沼氣池，形成了每年約3.4l億立方米沼氣的生產(chǎn)能力，年處理有機(jī)廢棄物和污水1.2億噸，沼氣利用量達(dá)到80億立方米。到2006年底，建設(shè)農(nóng)村戶用沼氣池的農(nóng)戶達(dá)2260萬(wàn)戶，占總農(nóng)戶的9.2%，占適宜農(nóng)戶的15.3%，年產(chǎn)沼氣87.0億立方米，使7500多萬(wàn)農(nóng)民受益，直接為農(nóng)民增收約180億元。生物質(zhì)能源發(fā)電邁出了重要步伐，發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到200萬(wàn)千瓦。液體生物質(zhì)燃料生產(chǎn)取得明顯進(jìn)展，全國(guó)燃料乙醇生產(chǎn)能力達(dá)到：102萬(wàn)噸，已在河南等9個(gè)省的車用燃料中推廣使用乙醇汽油。

（一）固體生物質(zhì)燃料

固體生物質(zhì)燃料分生物質(zhì)直接燃燒或壓縮成型燃料及生物質(zhì)與煤混合燃燒為原料的燃料。生物質(zhì)燃燒技術(shù)是傳統(tǒng)的能源轉(zhuǎn)化形式，截止到2004年底，中國(guó)農(nóng)村地區(qū)已累計(jì)推廣省柴節(jié)煤爐灶1.89億戶，普及率達(dá)到70%以上。省柴節(jié)煤爐灶比普通爐灶的熱效率提高一倍以上，極大緩解了農(nóng)村能源短缺的局面。生物質(zhì)成型燃料是把生物質(zhì)固化成型后采用略加改進(jìn)后的傳統(tǒng)設(shè)備燃用，這種燃料可提高能源密度，但由于壓縮技術(shù)環(huán)節(jié)的問題，成型燃料的壓縮成本較高。目前，中國(guó)（清華大學(xué)、河南省能源研究所、北京美農(nóng)達(dá)科技有限公司）和意大利（比薩大學(xué)）兩國(guó)分別開發(fā)出生物質(zhì)直接成型技術(shù)，降低了生物質(zhì)成型燃料的成本，為生物質(zhì)成型燃料的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。此外，中國(guó)生物質(zhì)燃料發(fā)電也具有了一定的規(guī)模，主要集中在南方地區(qū)的許多糖廠利用甘蔗渣發(fā)電。廣東和廣西兩?。▍^(qū)）共有小型發(fā)電機(jī)組300余臺(tái)，總裝機(jī)容量800兆瓦，云南也有一些甘蔗渣電廠。中國(guó)第一批農(nóng)作物秸稈燃燒發(fā)電廠將在河北石家莊晉州市和山東菏澤市單縣建設(shè)，裝機(jī)容量分別為2×12兆瓦和25兆瓦，發(fā)電量分別為1.2億千瓦時(shí)和1.56億千瓦時(shí)，年消耗秸稈20萬(wàn)噸。

（二）氣體生物質(zhì)燃料

摘要：生物質(zhì)合成航空生物燃料接近于航空煤化石燃料，可以直接替代航空煤化石燃料，而無(wú)需開發(fā)新的燃料運(yùn)輸系統(tǒng)。這是降低航空工業(yè)碳排放和燃料成本的重要措施之一。因此，生物質(zhì)氣化合成技術(shù)將是今后發(fā)展的主要方向，也適應(yīng)我國(guó)發(fā)展的主方向

關(guān)鍵詞：新型航空；生物燃料；研究；前景

伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，航空業(yè)的發(fā)展步伐也非常迅速，因此航空業(yè)對(duì)航空燃料的需求量也在不斷加大。石油作為航空的主要燃料，航空業(yè)對(duì)石油的需求正在增加。石油是一種不可再生資源，長(zhǎng)期開采，導(dǎo)致航空能源短缺。如何減少航空工業(yè)的二氧化碳排放，對(duì)新型物質(zhì)燃料的研究是一個(gè)重要課題。

1航空生物燃料的原料來(lái)源

航空生物燃料具有廣泛的原材料，包括藻類，麻風(fēng)樹，油籽作物，廢油和農(nóng)業(yè)廢物。目前，民用航空測(cè)試中使用的航空生物燃料的典型材料是海藻，亞麻籽和麻風(fēng)樹種子。藻類是世界上最原始的生物之一。海藻光合作用固定的二氧化碳占世界固定二氧化碳總量的40％以上，海藻本身富含60％以上的油，光合效率高，單位面積產(chǎn)量高。而且生長(zhǎng)周期短。此外，藻類的自養(yǎng)過程會(huì)消耗不適合在廢水中降解的氮和磷，這不僅降低了水體的富營(yíng)養(yǎng)化程度，而且降低了藻類的養(yǎng)殖成本。盡管具有上述優(yōu)點(diǎn)，但有必要降低建設(shè)和生產(chǎn)的成本，并優(yōu)化藻類育種的培養(yǎng)，以便在航空燃料的生產(chǎn)中大規(guī)模應(yīng)用藻類。亞麻板栗是一種季節(jié)性快速生長(zhǎng)的油料作物，種子油含量為35％~38％（w）。它通常在3月份種植，7月份收獲。它可以與小麥和其他谷物交替種植。它主要生長(zhǎng)在溫和的氣候條件下，每平方公里可以在水量很少的地區(qū)生產(chǎn)120噸種子。目前，亞麻作為航空燃料的油料種子發(fā)展的瓶頸在于輪作的種植方法將限制種植規(guī)模。麻瘋樹（Jatrophacurcas）是一種生長(zhǎng)在半干旱地區(qū)的果實(shí)灌木，具有耐旱，抗蟲和抗病能力。生產(chǎn)周期僅1-2年，種子含油量約為30％-35％（w），平均每平方公里產(chǎn)量約為500噸。然而，麻瘋樹種子對(duì)人類和動(dòng)物都有毒，必須人工收集，限制其使用。

2新型航空生物燃料的開發(fā)

1、能源農(nóng)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的國(guó)際比較

（一）美國(guó)的“能源農(nóng)場(chǎng)”策略

為了控制中東地區(qū)的石油資源，美國(guó)在軍備支出方面付出巨大代價(jià)，美國(guó)政府逐漸認(rèn)識(shí)到把資金投給動(dòng)蕩不安的中東還不如投給國(guó)內(nèi)的農(nóng)場(chǎng)主。美國(guó)的能源農(nóng)業(yè)是以燃料酒精為突破口發(fā)展起來(lái)的。在上世紀(jì)70年代初，美國(guó)開始利用玉米為原料生產(chǎn)燃料酒精，80年代后期，由于石油價(jià)格走低，燃料酒精產(chǎn)業(yè)的發(fā)展一度處于停頓狀態(tài)。近年來(lái)，受石油價(jià)格大幅上漲的影響，燃料酒精再次得到重視，生產(chǎn)規(guī)模迅速增大。美國(guó)人少地多，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)達(dá)，玉米等農(nóng)產(chǎn)品過剩，以糧食為原料生產(chǎn)燃料酒精具有良好的產(chǎn)業(yè)化條件和基礎(chǔ)。目前，美國(guó)玉米酒精年產(chǎn)量已達(dá)1000萬(wàn)噸，其中，912萬(wàn)噸被添加到汽油中，替代了運(yùn)輸用能源的3%，在中西部12個(gè)州這一比例甚至達(dá)到了5%～10%。

為了推動(dòng)能源農(nóng)業(yè)的發(fā)展，美國(guó)在總體部署、市場(chǎng)供應(yīng)、稅收優(yōu)惠、資金支持、技術(shù)開發(fā)等方面做出了系統(tǒng)的安排。

1.總體部署。1990年以來(lái)，美國(guó)出臺(tái)了一系列的法令法規(guī)推動(dòng)生物質(zhì)能源的使用。例如，1994年，美國(guó)環(huán)境保護(hù)委員會(huì)（EPA）規(guī)定，以燃料酒精為主的可再生清潔燃料在大城市必須全年供應(yīng)：1998年，國(guó)會(huì)通過《汽車替代燃料法》，鼓勵(lì)使用燃料酒精作為替代能源。1999年，美國(guó)總統(tǒng)簽署的一項(xiàng)國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃提出，到2020年，生物質(zhì)燃油將取代石化類燃油消費(fèi)量的10%。2005年實(shí)施的《國(guó)家能源政策法》規(guī)定，銷售的汽油中必須包含一定比例（將逐年遞增）的生物質(zhì)能源燃料，在未來(lái)的5年內(nèi)，燃料酒精的產(chǎn)量將增加一倍，到2012年，汽油中添加酒精的數(shù)量要達(dá)到80億加侖（2430萬(wàn)噸），2013年，可再生能源要占全部能源的7.5%以上。2005年，美國(guó)農(nóng)業(yè)部（USDA）宣布實(shí)施綜合能源戰(zhàn)略，支持燃料酒精、生物柴油等可再生能源的開發(fā)、生產(chǎn)和使用，成立能源理事會(huì)，協(xié)調(diào)與美國(guó)能源部、環(huán)保局等部門的合作，監(jiān)督綜合能源戰(zhàn)略的實(shí)施。

美國(guó)通過以上法令法規(guī)，從總體上對(duì)生物質(zhì)能源的開發(fā)利用進(jìn)行了規(guī)劃，以法律手段為能源農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了保障。

1、能源農(nóng)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的國(guó)際比較

（一）美國(guó)的“能源農(nóng)場(chǎng)”策略

為了控制中東地區(qū)的石油資源，美國(guó)在軍備支出方面付出巨大代價(jià)，美國(guó)政府逐漸認(rèn)識(shí)到把資金投給動(dòng)蕩不安的中東還不如投給國(guó)內(nèi)的農(nóng)場(chǎng)主。美國(guó)的能源農(nóng)業(yè)是以燃料酒精為突破口發(fā)展起來(lái)的。在上世紀(jì)70年代初，美國(guó)開始利用玉米為原料生產(chǎn)燃料酒精，80年代后期，由于石油價(jià)格走低，燃料酒精產(chǎn)業(yè)的發(fā)展一度處于停頓狀態(tài)。近年來(lái)，受石油價(jià)格大幅上漲的影響，燃料酒精再次得到重視，生產(chǎn)規(guī)模迅速增大。美國(guó)人少地多，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)達(dá)，玉米等農(nóng)產(chǎn)品過剩，以糧食為原料生產(chǎn)燃料酒精具有良好的產(chǎn)業(yè)化條件和基礎(chǔ)。目前，美國(guó)玉米酒精年產(chǎn)量已達(dá)1000萬(wàn)噸，其中，912萬(wàn)噸被添加到汽油中，替代了運(yùn)輸用能源的3%，在中西部12個(gè)州這一比例甚至達(dá)到了5%～10%。

為了推動(dòng)能源農(nóng)業(yè)的發(fā)展，美國(guó)在總體部署、市場(chǎng)供應(yīng)、稅收優(yōu)惠、資金支持、技術(shù)開發(fā)等方面做出了系統(tǒng)的安排。

1.總體部署。1990年以來(lái)，美國(guó)出臺(tái)了一系列的法令法規(guī)推動(dòng)生物質(zhì)能源的使用。例如，1994年，美國(guó)環(huán)境保護(hù)委員會(huì)（EPA）規(guī)定，以燃料酒精為主的可再生清潔燃料在大城市必須全年供應(yīng)：1998年，國(guó)會(huì)通過《汽車替代燃料法》，鼓勵(lì)使用燃料酒精作為替代能源。1999年，美國(guó)總統(tǒng)簽署的一項(xiàng)國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃提出，到2020年，生物質(zhì)燃油將取代石化類燃油消費(fèi)量的10%。2005年實(shí)施的《國(guó)家能源政策法》規(guī)定，銷售的汽油中必須包含一定比例（將逐年遞增）的生物質(zhì)能源燃料，在未來(lái)的5年內(nèi)，燃料酒精的產(chǎn)量將增加一倍，到2012年，汽油中添加酒精的數(shù)量要達(dá)到80億加侖（2430萬(wàn)噸），2013年，可再生能源要占全部能源的7.5%以上。2005年，美國(guó)農(nóng)業(yè)部（USDA）宣布實(shí)施綜合能源戰(zhàn)略，支持燃料酒精、生物柴油等可再生能源的開發(fā)、生產(chǎn)和使用，成立能源理事會(huì)，協(xié)調(diào)與美國(guó)能源部、環(huán)保局等部門的合作，監(jiān)督綜合能源戰(zhàn)略的實(shí)施。

美國(guó)通過以上法令法規(guī)，從總體上對(duì)生物質(zhì)能源的開發(fā)利用進(jìn)行了規(guī)劃，以法律手段為能源農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了保障。

摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，國(guó)家對(duì)節(jié)能減排以及可持續(xù)發(fā)展的重視性逐漸上升，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，生物質(zhì)鍋爐的應(yīng)用帶動(dòng)了工業(yè)綠色新能源改革，生物質(zhì)鍋爐相比傳統(tǒng)鍋爐，其優(yōu)勢(shì)就是綠色、節(jié)能、環(huán)保。本文就生物質(zhì)鍋爐節(jié)能減排方面進(jìn)行簡(jiǎn)要概述，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)工作提供參考和幫助。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)鍋爐；節(jié)能減排；探究

1概述生物質(zhì)與生物質(zhì)鍋爐的特性

1.1生物質(zhì)的定義。研究生物質(zhì)鍋爐首先要清楚生物質(zhì)的定義，生物質(zhì)的定義較為廣泛，通過光合作用形成的各種有機(jī)物都被稱為生物質(zhì)，不僅包括動(dòng)植物，還包括微生物。作為綠色新能源的生物質(zhì)能，則是指將生物質(zhì)體內(nèi)蘊(yùn)藏的能量（將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能）轉(zhuǎn)化為實(shí)際意義上的固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)燃料。作為目前新能源領(lǐng)域唯一一種可再生的碳源能量，研究其節(jié)能減排性質(zhì)十分關(guān)鍵。目前，作為主要的生物質(zhì)來(lái)源的有農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物、工業(yè)生產(chǎn)廢棄物等，例如，農(nóng)作物中的秸稈、淀粉類作物、油料作物、工業(yè)廢氣有機(jī)物、煙梗、動(dòng)物排泄物等。1.2生物質(zhì)鍋爐的特性。作為使用生物質(zhì)為能量來(lái)源的鍋爐，生物質(zhì)的性質(zhì)直接決定了生物質(zhì)鍋爐的綠色、環(huán)保，具有強(qiáng)大的生命力。分析現(xiàn)階段的生物質(zhì)鍋爐，一般由五個(gè)部分組成：給料系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、吹灰系統(tǒng)、煙風(fēng)系統(tǒng)、自控系統(tǒng)。主要種類分為生物質(zhì)熱能鍋爐與生物質(zhì)電能鍋爐，其工作原理相同，只是第一種類型鍋爐是直接獲取熱能，第二種是將熱能轉(zhuǎn)化為電能。現(xiàn)階段生物質(zhì)熱能鍋爐使用較為廣泛。生物質(zhì)鍋爐在實(shí)際使用中，原料成本低、整體價(jià)格低、運(yùn)行流程簡(jiǎn)單，在我國(guó)正在大規(guī)模的推廣使用中。其原料使用的是清潔能源，且燃燒時(shí)間長(zhǎng)，效益較高，對(duì)環(huán)境基本屬于零污染。相比傳統(tǒng)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐在實(shí)際使用中，因生物質(zhì)原料的含硫量大都小于0.2%，所以在工藝生產(chǎn)中不需要安裝氣體脫硫裝置，成本較低。分析生物質(zhì)鍋爐的原料來(lái)源，以秸稈、煙梗為例，若處理不當(dāng)，會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，但如果充當(dāng)燃料，既可以做到資源的優(yōu)質(zhì)應(yīng)用，還可以降低成本，提高生產(chǎn)效益。生物質(zhì)鍋爐因?yàn)槿剂系脑?，燃料中含氮量高，所以在燃燒過程中產(chǎn)生的一氧化氮多，導(dǎo)致氮氧化物排放濃度高。1.3解決氮氧化物排放濃度高的方案。采用SNCR技術(shù)，即選擇性非催化還原技術(shù)，它是目前主要的煙氣脫硝技術(shù)之一。在選擇性非催化還原（SNCR）的氮氧化物去除的過程中，還原劑是以液態(tài)（氨水、尿素溶液）或氣態(tài)的形式（氨氣）噴射到850～1050℃的高溫?zé)煔獯翱谥?，通過還原反應(yīng)后最終形成氮?dú)?、水和二氧化碳，從而降低煙氣中的氮氧化物?/p>

2生物質(zhì)鍋爐對(duì)節(jié)能減排的應(yīng)用意義

2.1減少溫室氣體排放，遏制溫室效應(yīng)。分析傳統(tǒng)燃料燃燒現(xiàn)狀不難發(fā)現(xiàn)，其中有害物質(zhì)在其排放物中占比較高，雖然進(jìn)行脫硫、脫氮環(huán)保工藝的應(yīng)用，但其硫化物與氮化物的比例仍較高，對(duì)環(huán)境造成污染的同時(shí)，加重了地球的溫室效應(yīng)，不利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。而利用生物質(zhì)新能源，其燃燒二氧化碳等溫室氣體的排放，與生物質(zhì)原料生長(zhǎng)進(jìn)行的二氧化碳的吸收，整體構(gòu)成了自然碳循環(huán)，在理論上實(shí)現(xiàn)了二氧化碳的零排放，可以有效降低溫室氣體對(duì)環(huán)境的污染，且利用生物質(zhì)燃料與煤炭等傳統(tǒng)燃料結(jié)合的使用方法，可以有效降低二氧化硫等有害氣體的排放，對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)有著重要作用。2.2利于改善生態(tài)環(huán)境，保護(hù)人們生活健康。在數(shù)年前的農(nóng)村，處理秸稈等廢棄農(nóng)作物的方式大都是囤積燃燒，不僅造成了資源浪費(fèi)，還對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的影響，而利用生物質(zhì)鍋爐可以將農(nóng)業(yè)、林業(yè)、工業(yè)廢棄物進(jìn)行二次利用，既保護(hù)了環(huán)境，還有利于企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高。再者對(duì)比生物質(zhì)新能源與傳統(tǒng)能源，生物質(zhì)能源的排放污染較小，對(duì)環(huán)境基本為零污染，全面推廣生物質(zhì)鍋爐有利于改善生態(tài)環(huán)境，保護(hù)人們的生活健康，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展理念的貫徹。2.3符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求。生物質(zhì)鍋爐自問世以來(lái)，得到了國(guó)家的大力推廣，因其符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，響應(yīng)了發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的號(hào)召。農(nóng)作物中的秸稈、淀粉類作物、油料作物、工業(yè)廢氣有機(jī)物、煙梗、動(dòng)物排泄物等都可以作為生物鍋爐的燃料。工農(nóng)業(yè)中的生產(chǎn)廢棄物的再利用是國(guó)家循環(huán)經(jīng)濟(jì)的核心，發(fā)展生物質(zhì)能源，推廣生物質(zhì)鍋爐的使用就是對(duì)工農(nóng)業(yè)廢棄物進(jìn)行再生產(chǎn)利用，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心要求。2.4促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，節(jié)約資源。分析生物質(zhì)鍋爐的能量來(lái)源，上文中提高，只要是經(jīng)過光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物都可以代入生產(chǎn)使用。利用生物質(zhì)鍋爐可以有效促進(jìn)國(guó)家能源結(jié)構(gòu)使用調(diào)整，節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境，分析生物質(zhì)鍋爐的熄滅設(shè)備，可以快速、有效地進(jìn)行大規(guī)模的資源化應(yīng)用，且成本較低，熄滅產(chǎn)生二氧化碳等溫室氣體的排放，與生物質(zhì)原料生長(zhǎng)進(jìn)行的二氧化碳的吸收，整體構(gòu)成了自然碳循環(huán)，在理論上實(shí)現(xiàn)了二氧化碳的零排放，可以有效降低溫室氣體對(duì)環(huán)境的污染。

20世紀(jì)90年代以來(lái)。我國(guó)對(duì)石油進(jìn)口的依賴度越來(lái)越大，中國(guó)原油消費(fèi)量以年均5．77％的速度增加，而同期國(guó)內(nèi)原油供應(yīng)增速僅為1．67％，供需缺El逐年拉大。我國(guó)石油消費(fèi)增長(zhǎng)迅速。對(duì)石油進(jìn)口依賴度越來(lái)越大。這已成為我國(guó)的一個(gè)基本國(guó)情。鑒于化石能源資源的有限性和全球環(huán)境壓力的增加，世界上許多國(guó)家都認(rèn)識(shí)到了新能源與可再生能源的重要性．并從政治、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上采取行動(dòng)，出臺(tái)了一系列有利于加快新能源與可再生能源技術(shù)產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化的政策法規(guī)和措施。全球至少48個(gè)國(guó)家制定了促進(jìn)可再生能源利用的政策。

1多元化替代石油能源的技術(shù)開發(fā)現(xiàn)狀及應(yīng)用

目前．多元化能源替代技術(shù)開發(fā)主要集中在煤及天然氣合成油、生物柴油、燃料乙醇等領(lǐng)域。

1．1我國(guó)天然氣制油燃料技術(shù)開發(fā)情況

中國(guó)石化股份有限公司十分重視GTL技術(shù)開發(fā)．目標(biāo)是開發(fā)出具有中國(guó)石化自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成套GTL技術(shù)。目前在F_T合成催化劑上已取得了一定的進(jìn)展。11由中國(guó)石化股份有限公司立項(xiàng)安排中科院大連化物所開發(fā)的適用于列管式固定床反應(yīng)工藝的氧化硅負(fù)載的鈷基催化劑，具有合成直鏈高碳烴f蠟質(zhì)產(chǎn)品)的特點(diǎn)。目前開發(fā)的適用于漿態(tài)床反應(yīng)工藝的活性炭負(fù)載的鈷基催化劑，具有較好的制取柴油餾分的性能。液體產(chǎn)品中柴油組分較高，其中CIO～C20液體在產(chǎn)物中的比例為60％左右。21由中國(guó)石化股份有限公司石油化工科學(xué)研究院(RIPP)開發(fā)的，以氧化鋁為載體、金屬鈷為活性組分，一定程度上解決了F—T合成反應(yīng)過程中在提高CO轉(zhuǎn)化率時(shí)，C選擇性下降的問題，大大提高了反應(yīng)經(jīng)濟(jì)性和碳源利用效率。31由中科院山西煤化所先后開發(fā)的將傳統(tǒng)F—T合成與沸石分子篩相結(jié)合的固定床二段合成工藝和漿態(tài)床一固定床二段工藝，于2001年建成千噸級(jí)漿態(tài)床合成油試驗(yàn)裝置和催化劑制備裝置，已進(jìn)行了多次試驗(yàn)，并得到合格產(chǎn)品。目前正計(jì)劃建l0萬(wàn)噸級(jí)工業(yè)示范裝置。41山東兗礦集團(tuán)公司2004年建成了5000噸／年漿態(tài)床低溫F—T合成油裝置。連續(xù)運(yùn)行4706小時(shí)。目前已完成百萬(wàn)噸級(jí)煤制油工業(yè)示范裝置可行性研究報(bào)告。兗礦集團(tuán)在國(guó)內(nèi)合成油領(lǐng)域居領(lǐng)先地位。該集團(tuán)目前已擁有包括反應(yīng)器和催化劑技術(shù)的F—T合成核心技術(shù)。目前。我國(guó)以煤炭為原料，采用直接液化或經(jīng)F—T合成制取液體燃料的在建、擬建項(xiàng)目已近800萬(wàn)噸／年．一般在2010年左右建成。預(yù)計(jì)到2020年我國(guó)將完成總投資4000～5000億元，形成5000萬(wàn)噸／年的油品產(chǎn)能。中國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量相對(duì)豐富，在特定區(qū)域．有一定的天然氣資源。隨著石油資源的日趨緊張、原油價(jià)格的不斷攀升，以煤炭、天然氣為原料制合成氣，經(jīng)F—T反應(yīng)制液體燃料較有發(fā)展前途。

1．2生物柴油技術(shù)

摘要:對(duì)比研究生物陰極微生物燃料電池與一般微生物燃料電池的廢水處理與同步發(fā)電能力。以學(xué)校食堂餐飲廢水為微生物燃料電池的底物，首先通過實(shí)驗(yàn)為微生物燃料電池選擇合適的電子受體；其次，在采用較適宜電子受體的同等條件下，對(duì)生物陰極微生物燃料電池與一般微生物燃料電池處理餐飲廢水的COD去除率及產(chǎn)電電流密度進(jìn)行對(duì)比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，生物陰極微生物燃料電池處理餐飲廢水的廢水處理效果和發(fā)電能力均優(yōu)于一般微生物燃料電池。

關(guān)鍵詞:生物陰極;微生物燃料電池;餐飲廢水;發(fā)電;廢水處理

0引言

微生物燃料電池（MicrobialFuelCell，MFC）是1種利用微生物代謝活動(dòng)將儲(chǔ)存在有機(jī)物中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的生物反應(yīng)裝置。微生物燃料電池利用廢棄物進(jìn)行發(fā)電，在處理廢水的同時(shí)產(chǎn)生電能，而且發(fā)電過程不會(huì)產(chǎn)生任何污染環(huán)境的有害氣體，被視作1種高效益、低能耗、清潔環(huán)保的新型廢水處理及綠色發(fā)電工藝［1-4］。微生物燃料電池屬于復(fù)雜的生物電化學(xué)系統(tǒng)，諸多因素影響其運(yùn)行性能。目前，由于其發(fā)電性能與廢水處理效果較差，利用微生物燃料電池處理各類廢水的研究工作大多數(shù)仍停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段［5-10］。在大量投入實(shí)際應(yīng)用前，需要進(jìn)一步提高其發(fā)電效率及廢水處理性能。陰極是制約微生物燃料電池產(chǎn)電性能的主要原因之一［11］。為了提高產(chǎn)電性能，一般需要在陰極添加催化劑。根據(jù)陰極催化劑的類型，可以把微生物燃料電池的陰極分為生物陰極和非生物陰極。一般微生物燃料電池采用非生物型陰極，其常用催化劑一般為鉑等貴金屬，極大地增加了微生物燃料電池的成本，且容易造成催化劑污染，不適于微生物燃料電池的規(guī)模化應(yīng)用。生物陰極MFC以微生物作為催化劑，這些微生物能夠簡(jiǎn)單地從好氧污泥中獲得，造價(jià)低廉，極大地提高了MFC在實(shí)際中的可應(yīng)用性和可持續(xù)性［12］。根據(jù)陰極電子受體的不同，可將MFC的生物陰極可分為好氧型生物陰極和厭氧型生物陰極。好氧型生物陰極微生物燃料電池直接或間接以氧氣作為電子受體。厭氧型生物陰極微生物燃料電池則以過渡金屬修飾生物陰極或者添加化合物作為電子受體以代替氧氣作為電子受體，目前研究比較廣泛的主要有硝酸鹽、硫酸鹽等。本實(shí)驗(yàn)首先對(duì)一般常用的電子受體進(jìn)行比較，以選取性能較好的電子受體，然后從電流密度和污水COD去除率方面，對(duì)比生物陰極型微生物燃料電池與一般微生物燃料電池處理餐飲廢水的整體性能。

1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1系統(tǒng)構(gòu)成

－－生物能源發(fā)展調(diào)查之一

國(guó)際市場(chǎng)油價(jià)的日高一日，日前超出每桶70美元，給我國(guó)高速發(fā)展的社會(huì)經(jīng)濟(jì)帶來(lái)越來(lái)越大的壓力。近一個(gè)多世紀(jì)來(lái)，石油是應(yīng)用最為廣泛的化石能源，有“現(xiàn)代社會(huì)血液”之稱。它不僅僅是能源之母，還是紡織、電子、化工、材料等現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的基礎(chǔ)原材料。油價(jià)高漲、資源短缺、環(huán)保壓力和高速增長(zhǎng)的需要，形成無(wú)法調(diào)和的矛盾，直接制約我國(guó)加速建設(shè)“全面小康”和國(guó)家安全。記者調(diào)查采訪了解到，我國(guó)有能力替代石油的生物能源和生物材料產(chǎn)業(yè)研究有數(shù)十年歷史，在生物質(zhì)能加工轉(zhuǎn)化及相關(guān)環(huán)保技術(shù)方面有了一定的積累。專家認(rèn)為，我國(guó)有條件進(jìn)行生物能源和生物材料規(guī)模工業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化，可以在2020年形成產(chǎn)值規(guī)模達(dá)萬(wàn)億元，在“石油枯竭拐點(diǎn)”形成部分替代能力。

石油消費(fèi)仍是我國(guó)國(guó)民消費(fèi)水平標(biāo)志，巨量進(jìn)口危及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)家安全

進(jìn)入本世紀(jì)，石油價(jià)格上漲已讓很多平常百姓感到壓力。以車用93號(hào)汽油為例，目前價(jià)格已經(jīng)從2000年前的1.8元左右上漲到現(xiàn)在的4.4元左右。中國(guó)工程院院士、清華大學(xué)原副校長(zhǎng)倪維斗教授日前接受記者采訪時(shí)介紹：據(jù)美國(guó)能源部和世界能源理事會(huì)預(yù)測(cè)，全球石化類能源的可開采年限分別為石油39年、天然氣60年、煤211年，而其分布主要在美國(guó)、加拿大、俄羅斯和中東地區(qū)。中國(guó)是石油資源相對(duì)貧乏的國(guó)家，專家測(cè)算石油穩(wěn)定供給不會(huì)超過20年，很可能我們實(shí)現(xiàn)“全面小康”的2020年就是石油供給喪失平衡的“拐點(diǎn)年”。

根據(jù)國(guó)家海關(guān)總署提供的資料，我國(guó)由1993年變?yōu)槭蛢暨M(jìn)口國(guó)。過去的10年中，我國(guó)石油需求量幾乎翻了一倍。2004年進(jìn)口原油1.2億噸，比上年增長(zhǎng)34.8%，占國(guó)家石油總供給量40%以上。今年石油進(jìn)口依存度將上升到57%。到2010年，我國(guó)石油消費(fèi)總量將達(dá)4億噸。而國(guó)內(nèi)生產(chǎn)能力僅為1.6億噸到1.7億噸。公務(wù)員之家版權(quán)所有!

另外，我國(guó)以石油為原料的能源、材料，如乙烯、醇類，需求量激升。2004年實(shí)際消費(fèi)量1600多萬(wàn)噸，進(jìn)口量占40%以上。專家預(yù)測(cè)，到2010年，此類產(chǎn)品的需要量將上升到3000萬(wàn)噸左右。這些是化工、電子、汽車、紡織、塑料、能源產(chǎn)品等的基礎(chǔ)原料。而且，目前這類石油加工品的成套設(shè)備均為國(guó)外大公司壟斷。

摘要：隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染問題日益突出，世界能源發(fā)展正步入一個(gè)嶄新的時(shí)期，即世界能源結(jié)構(gòu)正在經(jīng)歷由化石能源為主向可再生能源為主的變革。纖維素乙醇因被當(dāng)作最佳液體替代燃料并具有生態(tài)效益而成為工業(yè)生物技術(shù)的研究熱點(diǎn)。針對(duì)國(guó)內(nèi)外纖維素乙醇的研究現(xiàn)狀，分析了影響纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的因素以及纖維乙醇產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：纖維素乙醇；木質(zhì)纖維素；產(chǎn)業(yè)化；生物精煉；乙醇聯(lián)產(chǎn)

Abstrct：Withtheenergycrisisandenvironmentalproblems?becomingincreasinglyprominent，worldenergydevelopmentisenteringanewperiod.Thatis,theworldisexperiencingtherevolutionthattheenergy?isbeingrestructuredfromfossilenergyconsumptiontofocusingmainlyontherenewableenergyrevolution.Celluloseethanolisbeenthebestalternativeliquidfuelandindustrialbiotechnologyresearchfocusesonecologicalbenefits.Inthispaper,theauthorssummarizethestatusofcelluloseethanolathomeandabroad,andanalyztheimpact?factors?affectingcelluloseethanolindustrydevelopmentandthedevelopmenttrendofthecelluloseethanolindustry.

Keywords：Celluloseethanol;lignocellulose;industrialization;bio-refining;co-productionofethanol

0引言

能源問題是當(dāng)今世界各國(guó)都面臨的關(guān)系國(guó)家安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的中心議題，已經(jīng)成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。因此，人們開始把目光轉(zhuǎn)移到有利于社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的可再生能源體系。專家認(rèn)為，生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化體系是引領(lǐng)第三次世界能源革命的技術(shù)平臺(tái)。在此背景下，燃料乙醇已經(jīng)被視為替代和節(jié)約汽油的最佳燃料，其高效的轉(zhuǎn)換技術(shù)和潔凈利用日益受到全世界的重視，已經(jīng)被廣泛認(rèn)為是21世紀(jì)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的有效途徑。