全球生物质利用技术开发活跃

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为减轻人类社会对化石燃料如石油、煤炭和天然气的依赖，进入新世纪以来，全球开发生物质利用技术日趋活跃，成果纷呈。   　　位于比利时布鲁塞尔的欧洲生物质工业协会将生物质转化分成4大类：直接燃烧、热化学转化工艺（包括热解和气化）、生物化学工艺（包括厌氧消化和发酵）以及物理化学加工（生产生物柴油的路线）。生物质利用选用何种方式和何种技术，与原材料品种和下游产品的化学成分密切相关。   
' [3 }4 ^3 e: R- z& N9 |- ~- X　　目前全球利用生物质生产燃料已有相当规模。乙醇是当今使用最多的生物燃料，世界乙醇产量的40%以上所用原料为甘蔗，此方面以巴西为主。谷物原料乙醇排在第二位，美国主要以谷物生产乙醇。有专家计算，如果将美国所有的谷物和大豆以100%植物油形式来生产生物柴油，只能满足美国目前需求量的15%。而以废弃生物质为原料可避免发生与人争粮问题。据悉，BP公司已接受美国印第安那州能源和资源协会资助，投资940万美元在该州建设以不可食用的含油作物Jatropha  Curcas生产生物柴油的项目。目标是10年内种植这种含油作物8000公顷，届时每年可生产生物柴油900万升。   
　　以生物质为原料生产化学品是可持续发展的重要课题。长远来看，生物炼油厂可生产许多下游化学品、燃料和其他产品。据催化剂集团资源公司（CGR）分析，在美国，利用生物质制取的化学品已占化学品总销售额的5%，预计这一比例到2010年将提高到10%～20%。目前利用发酵工艺制取的化学品已多达200个产品，其中产量最大的4种产品分别是乙醇、柠檬酸、葡糖酸和乳酸。   
* c1 J2 x) ?& e. m$ C　　化学产品量大面广，决定了此方面的研究课题和成果的异彩纷呈。德固赛公司正在研究以生物基原材料生产3-羟基丙酸和3-羟基异丁酸的工艺路线，以此进一步制取脂肪族有机物。法国Metabolic  Explorer公司开发的E.coli菌种为从可再生资源制取丙二醇提供了具有成本竞争力的方法，该过程可联产丙酮产品。目前全球丙二醇市场为150万吨/年，主要用来生产不饱和聚酯、液体洗涤剂、防冻液和冷却剂等。   
% h* t( y! I5 B/ [6 J0 x) r　　美国乔治亚技术研究院正着眼于实施纤维素乙醇生物炼油厂以弥补经济上的损失。该院化学与生物分子工程学校的研究人员正在开发三种环境友好的溶剂和分离体系：气体扩张液体、超临界流体和近临界水，以便以乙醇为原料生产特种化学品、医药中间体和香料。这些绿色工艺过程可生产价值高达25美元/磅的化学品。   
  v/ M8 W4 G# n; {% D　　酶是关键的生物催化剂。美国Mascoma公司与达特茅斯学院正在开发将纤维素生物质转化为乙醇的酶催化剂。英国工业生物技术公司（IBC）与Isis创新公司推出Cytochrome  P-450技术。Cytochrome  P-450技术是以特种酶作为生物催化剂实现分子变换，使价值相对较低的物质通常只需一步就可转化为高价值化学品。初步的市场分析表明，该技术可制取超过1.5万种包括醇类、醛类、酮类和羧酸类的各种工业用化学品。   
　　生物质的另一关键应用是生物发酵。美国首诺公司在美国环保局资助下开展了新化学品污染预防计划，推出了可生物降解产品Dequest  PB，这种由菊苣根制取的产品可用于水质和工艺过程处理。

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目前对生物质转化利用方式的研究主要集中在以下方面:
, v1 M2 X( p! s. s& D: E(1) 热解技术。该项技术是生物质在反应器中完全缺氧或只提供有限氧和不加催化剂条件下, 高温分解为生物炭、生物油和可燃气的热化学反应过程。
, ?3 ?3 k1 t/ p; _( f(2) 物质液化技术。
8 h9 p5 O  A7 n2 g, N该技术是以生物质为原料,制取液体燃料的工艺。将生物质转化为液体燃料使用, 是有效利用生物质能的最佳途径, 其转换方法可分为热化法(气化、高温分解、液化)、生化法(水解、发酵)、机械法(压榨、提取) 和化学法(甲醇合成、脂化) , 生物质液化的主要产品是甲醇、乙醇和生物柴油。
(3) 生物质气化技术。
# ^0 \( {! C( [1 w+ `& ?  生物质气化技术主要有热解气化技术和厌氧发酵生产沼气技术等。其中热解气化技术主要用于生物质发电, 而沼气生产技术主要用于农村家庭用燃气。沼气发酵利用的是有机废弃物, 如农作物秸秆、粪便、有机废水等转化为气体燃料。沼气发酵装置在处理高含水有机废弃物方面是非常有用的, 是其它处理技术无法替代的有效处理途径。
* Q; _  h# ^% S* v" I$ R6 M(4) 生物质固化成型技术。
5 G# s# F& d2 m2 w, x' w% W$ r  固化成型技术是将经过粉碎、具有一定粒度的生物质(如秸秆、果壳、木屑、稻草等) , 放入挤压成型机中, 在一定压力和温度的作用下制成棒状、块状或粒状物的加工工艺[ 8 ]。压制成型后的燃料容重可达1 200kgöm, 热值约16MJökg, 含水率在12% 以下, 体积缩小为1ö8～ 1ö6。成型燃料热性能优于木材, 与中质混煤相当, 而且点火容易, 便于运输和贮存, 可作为生物质气化炉、高效燃烧炉和小型锅炉的燃料。(5) 生物质直接燃烧技术。
生物质的直接燃烧技术由于其成本低, 利用量大, 一直为各国所重视。但是受生物质原料供应影响, 生产规模较小, 效率较低。同时由于生物质特性差异较大, 必须为不同生物质设计专用的锅炉设备。单燃生物质发电的经济性比较差, 目前主要在有稳定生物质原料来源的制糖厂和林木加工企业使用较多。为了克服单燃生物质发电的缺点, 目前使用较多的是利用大型电厂的设备, 将生物质与煤混燃发电。