生物能源的发展和对社会经济的影响省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

生物能源发展及对社会经济影响第1页国家政策国家政策生物能源概述生物能源概述生物能源发展现实状况生物能源发展现实状况生物质能与可连续发展生物质能与可连续发展新能源产业对环境生态与新能源产业对环境生态与社会经济发展影响社会经济发展影响第2页中国与世界一次能源消费结构比较第3页I生物质能源科技发展“十二五”重点专题规划第4页II、生物能源概述又称生物质能，就是太阳能以化学能形式贮存在生物中能量形式，即以生物为载体能量。它直接或间接地起源于绿色植物光合作用，可转化为常规固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一个可再生能源，同时也是唯一一个可再生碳源。生物质能原始能量起源于太阳，所以从广义上讲，生物质能是太阳能一个表现形式。第5页森林能源森林能源 森林能源是森林生长和林业生产过程提供生物质能源，主要是薪材，也包含森林工业一些残留物等。森林薪材起源于树木生长过程中修剪枝桠、木材加工边角余料以及专门提供薪材薪炭林。农作物秸秆农作物秸秆 农作物秸秆是农业生产副产品，也是我国农村传统燃料。秸秆资源与农业种植业生产关系十分亲密。禽畜粪便禽畜粪便 禽畜粪便也是一个主要生物质能源。除在牧区有少许直接燃烧外，禽畜粪便主要是作为沼气发酵原料。中国主要禽畜是鸡、猪和牛。生活垃圾生活垃圾 城镇生活垃圾主要是由居民生活垃圾、商业和服务业垃圾、少许建筑垃圾等废弃物所组成混合物，成份比较复杂，其组成主要受居民生活水平、能源结构、城市建设、绿化面积以及季节改变影响。能源植物能源植物 能源植物种类较多，比如制糖作物、油料植物等。当前国内外正在研究和已经研究利用植物主要有三角戟、三叶橡胶树、麻疯树、汉加树、白乳木、油桐、小桐子、光皮树、油楠、油橄榄等。水生植物水生植物 一些水生藻类，主要包含海洋生马尾藻、巨藻、海带等，淡水生布袋草、浮萍、小球藻等，水生植物转化成燃料，也是增加能源供给方法之一。生物质资源按生物质资源按照起源可分为照起源可分为六大类六大类二、生物能源种类第6页第7页III、生物能源发展现实状况一、国外生物质能源产业发展现实状况，欧盟生物质能源消费量超出1.43亿吨标准煤，约占欧盟能源消费总量6%；美国生物质能源利用达1.36亿吨标准煤，占全国能源消费总量4%；一些国家生物质能源利用已到达较高百分比，如瑞典为32%，沼气“固体成型燃料”粮食乙醇等产业技术比较成熟，已经形成了较大产业规模。第8页全球燃料乙醇产量达5859万吨，相当于8378.4万吨标准煤，其中巴西甘蔗超出二分之一用于燃料乙醇生产，乙醇产量大约为2367万吨，替换了全国56%汽油。部分生物质能源，如生物柴油等已经实现了一定突破，进入产业化早期，产业得到了快速发展。而比较新型技术，如纤维素乙醇等，则处于关键技术突破或中试阶段，是近期发展重点和热点。第9页二、国内生物质能源产业发展现实状况在国家各级政府部门推进下，我国生物质能源产业也取得了较快发展：户用沼气沼气发展较快，应用较广，大中型沼气技术近年发展快速，建成大中型沼气厂4700多处，形成了产业雏形；燃料乙醇产量已靠近172172万吨，折合246万吨标煤；生物柴油产能140万吨，产量40万吨；我国生物质成型燃料生产厂约200家，总产量到达200万吨，产品主要用于环境保护要求较高城镇锅炉替换燃料。另外，还有许多新兴生物质能技术正处于技术研发与示范阶段，主要是以木质纤维素生物质为原料生物液体燃料，如纤维素燃料乙醇、生物质合成燃料和裂解油，还有能源藻类技术等。第10页三、现有生物技术1、生物质液化燃料乙醇开发生物质生产燃料乙醇原料主要有剩下粮食、能源作物和农作物秸秆等。利用粮食等淀粉质原料生产乙醇是工艺很成熟传统技术。我国政府于制订了以陈化粮生产燃料乙醇政策，将燃料乙醇按一定百分比加到汽油中作为汽车燃料，已在河南和吉林两省示范。然而我国伴随中国人口连续增加，粮食极难出现大量剩下。所以，陈化粮是一个不可靠能源。第11页从原料供给及社会经济环境效益来看，用含纤维含纤维素较高素较高农林废弃物生产乙醇是比较理想工艺路线。生物质制燃料乙醇即把木质纤维素水解制取葡萄糖，然后将葡萄糖发酵生成燃料乙醇技术。纤维素水解只有在催化剂存在情况下才能显著地进行。惯用催化剂是无机酸和纤维素酶，由此分别形成了酸水解工艺和酶水解工艺。我国在这方面开展了许多研究工作，比如华东理工大学开展了以稀盐酸和氯化亚铁为催化剂水解工艺及水解产物葡萄糖与木糖同时发酵研究，转化率在70以上。中国科学院工程研究所在国家攻关项目标支持下，开展了纤维素生物酶分解固态发酵糖化乙醇研究，为纤维素乙醇技术开发奠定了基础。第12页以美国国家可再生能源试验室(NREL)为代表研究者，近年来也进行了大量研究工作，如经过转基因技术得到了能发酵五碳糖酵母菌种，开发了同时糖化发酵工艺，并建成了几个含有一定规模中试工厂，但因为关键技术未有突破，生产成本一直居高不下。纤维素制乙醇纤维素制乙醇技术假如能够取得技术突破，在未来几十年将有很好发展前景。第13页2、生物质液化生物柴油开发生物质液化技术较为主要方式之一是快速热解生快速热解生产液体燃料技术产液体燃料技术，其主产品就是各种生物油。这种技术始于20世纪70年代末，迄今，为降低快速热解法生产成本，各国已经对各种反应器和工艺进行了研究，尤其是欧美等发达国家，在进行全方面理论研究基础上，已建立了对应试验装置。快速热解法生产液体燃料能够替换许多锅炉、发动机及透平机所用燃油，而且还能够从中萃取或衍生出一系列化学物质，如食品添加剂、树脂、药剂等。第14页第15页3、生物制氢生物制氢课题最先由Lewis于1966年提出，20世纪70年代能源危机引发了人们对生物制氢广泛关注，并开始进行研究。生物质资源丰富，是主要可再生能源。生物质可经过气化和微生物催化脱氢方法制氢。当前以葡萄糖，污水，纤维素为底物并不停改进操作条件和工艺流程研究较多。中国在此方面研中国在此方面研究也取得了一些进展究也取得了一些进展，任南形琪等1990年就开始开展生物制氢技术研究，并于1994年提出了以厌氧活性污泥为氢气原料有机废水发酵法制氢技术，利用碳水化合物为原料发酵法生物制氢技术。第16页第17页4、厌氧发酵技术厌氧发酵是指在隔绝氧气情况下，经过细菌作用进行生物质分解。将有机废水（如制药厂废水、人畜粪便等）置于厌氧发酵罐（反应器、沼气池）内，先由厌氧发酵细菌将复杂有机物水解并发酵为有机酸、醇、H2和CO2等产物，然后由产氢产乙酸菌将有机酸和醇类代谢为乙酸和氢，最终由产CH4菌利用已产生乙酸和H2、CO2等形成CH4，可产生CH4（体积分数为5565）和CO2（体积分数为3040）气体混合物。第18页5、生物质燃烧技术生物质燃烧方面，主要集中于提升燃烧效率。着力改进锅炉设计，提升单一生物质燃料或与煤混合燃烧锅炉热效率，以降低乡村、小镇生物质发电和供热成本。第19页IV生物质能与可连续发展中国是经济发展快而能源资源紧缺大国。当前能源资源情况决定了我国以煤为主能源供给格局不可能改变，而且我国石油石油供需矛盾日益突出、石油供给安全形势严峻。我国石油进口依存度当前已达50%左右，对国家能源安全十分不利。而且，煤炭、石油等化石矿物能源，是不可再生宝贵资源，过分地破坏性地开采，实质上是在“抢子孙饭，断子孙路”。属于可再生能源水能、风能、太阳能、生物质能、地热能，是取之不尽用之不竭。更主要是它们都存在于本国土地上，不会受制于人。其中，生物质能总量十分丰富，是仅次于煤炭、石油和天然气第四大能源。第20页1、生物质能含有以下特点：(1)储量丰富和可再生性。(2)低污染性。(3)生物质能源含有普遍性、易取性，生产过程较为简单。(4)生物质能是唯一能够储存与运输能源。(5)生物质能含有分布分散、能量密度小、热值和热效率 低和成份复杂等缺点。第21页2、生物质能利用方式生物质能开发利用就要求人们恢复植被，最终形成二氧化碳收支平衡，使用这种能源几乎不会产生二氧化硫污染，这种技术有利于回收利用有机废弃物、处理废水和治理污染。生物能源开发包括到包含农业、化工、生物、环境、能源等多个领域。生物质能源开发与利用是把各种生物质原料经过不一样路径转化为高附加值生物质能源、生物材料、石油产品替换品及副产品等环境友好产品全过程。生物质能源转化利用路径包含燃烧、热化学法、生化法、化学法和物理化学法等，可转化为二次能源。第22页3、国内外生物质能开发觉实状况与发展趋势我国生物质资源丰富。据统计，全国近年秸杆年产量约6亿吨，薪柴年产量（包含木材砍伐废弃物）为2亿吨左右，还有大量人畜粪便及工业排放有机废料、废渣，每年生物质资源总量折合成标准煤2-4亿吨。当前除少许生物质被用于农村家庭燃料或饲料外，绝大多数生物质被露天焚烧、填埋，或直接丢弃在田间地头进行生物降解。所以很有必很有必要加强对生物质利用研究要加强对生物质利用研究。第23页当前，国内外已经有生物质能利用技术归纳起来有五种，即直接燃烧技术、热化学转换技术、生物转换技术、液化技术和有机垃圾处理技术。中国生物质能利用技术技术发展方向，一是沼气利用技术，二是生物质热转化技术；发达国家生物质能利用技术主要定位于把生物质转化为电力和运输或燃烧燃料。第24页因为生物质能原材料单纯性生产生物柴油、燃料乙醇和生物质燃气比煤、石油、天然气等价格高价格高，无法被市场接收。假如像发达国家一样采取免税和补助给予支持，这对国家经济压力太大，所以我国生物质能开发只能经过以下路径:依靠科技进步依靠科技进步，将生物质能资源进行精细化工产品深度利用，综合开发，使之增值，反哺生物柴油、燃料乙醇及生物质燃气等能源产品开发；利用当代转基因转基因技术培育能源植物新品种，提升出油率，降低原料成本；创新创新生物质能转化技术，提升生物质能产品产量、降低生产成本。第25页V新能源产业对环境生态与社会经济发展影响化石能源一直是近当代经济社会发展基石，然而当前正面临着日益枯竭困境。所以，开发新型可再生能源成为处理能源安全问题必经之路。生物能源是一个主要可再生能源，不过生物能源对于促进新能源产业发展及其对生态环境改变、粮食安全和经济发展等方面潜在影响，一直也是争论热点，而世界各国又不得不对生物能源发展做出抉择抉择。在这一抉择过程中，必须充分且客观地认识生物能源前景、挑战与风险，准确地把握其发展方向。第26页1新能源产业中生物能源煤、石油、天然气等化石能源是由上古时代动植物遗骸沉积于地下数百万年，经复杂物理化学改变而形成，它是当前全球消耗主要能源，每年占全球消耗能源80%80%以上以上。伴随社会经济快速发展，化石能源有限储量和人类日益增加能源需求之间矛盾正在不停凸显，开发愈加清洁可再生能源是世界能源产业必定趋势。在生物能、太阳能、风能、地热能、水能、氢能、核能等新能源中，生物能源比较特殊，它使用理论上不会净增温室气体排放，同时能在一定范围内维持甚至增加陆地土壤碳储量，从而可有效地处理化石能源枯竭和全球环境污染问题。第27页生物能源在新能源产业中角色相比于其它形式新能源，生物能源在原料起源、燃料形式和环境可连续性等方面表现出其特有优势：首先，生物能源不但取材自各种能源作物，还能够利用农业、畜牧业、林业加工剩下物、畜禽粪便以及工业副产品和废水废渣、城市生活垃圾等，因而含有广泛原料多广泛原料多样性。样性。其二，生物能源产品形式多样产品形式多样。既能够用于直接燃烧供热和发电，又能够用作交通运输燃料，还能够在提供能量同时联产生物塑料、生物纤维以及生物化工原料等产品，促进形成庞大生物制造产业体系。第28页其三，生物燃料燃烧后全部有机物质均能进入地球物质循环，所释放二氧化碳（CO2）也会重新被植物吸收再次作为生物质能源被固定，从而能够实现零碳循环。物质上永续性、资源上可循环性使得生物能源产业先天具备低碳低碳环境保护环境保护生产特征。另外，生物能源产业能够促进工农业联动工农业联动，创造更多农村就业机会，增加农民收入，带动农村经济发展；还能促进制造业、建筑业、汽车运输、航空航天等其它行业发展。生物能源在生物经济中将饰演主要角色。第29页2生物能源环境影响实际上，化石能源也是古老生物质能，但因为化石能源中所含碳元素已离开地球碳循环太久，燃烧化石能源相当于将地下碳元素以CO2形式释放到大气中，从而给环境造成了温室气体净增加。这种能量损耗以及空气污染都是不可逆。相比之下，各种植物和农作物在生长过程中经过光合作用直接将大气中CO2转化成有机物储存在生物质中，转化为生物能源燃烧后，会再以CO2形式回归大气。这种碳循环所需时间相对较短，所以，生物能源有时也被称作“碳中性”能源。使用生物能源替换化石能源最直接环境优势正是它能够降低温室气体和酸性气体排放，并在一定范围内维持大气与陆地中碳含量平衡。看图片！看图片！第30页煤煤co2co2生物质能源生物质能源第31页人们将一个生物燃料中所含有能量与其生产中消耗化石能量比值称为化石能量平衡化石能量平衡，用以衡量各种生物能源净能量高低。传统化石燃料化石能量平衡理论上应为1.0，但因为原油炼制和运输上部分能源消耗，该数值在实际汽油和柴油生产中仅为0.80.9。不一样作物原料在生产同种生物燃料时化石能量平衡差异很大。比如，生产燃料乙醇，玉米化石能量平衡为2.0，而甘蔗最高可到达8.0。所以，巴西利用甘蔗生物质残留物为原料生产乙醇是一个极为成功选择。以纤维素纤维素为原料化石能量平衡能够超出10.0，所以以木质纤维素为基础“第二代生物燃料”在能量平衡中优势也表明其很可能成为未来替换能源发展趋向。第32页3生物能源在生态可连续发展中利弊权衡生物能源产业是一个土地密集型能源生产形式。如前述分析，土地用途转变会对碳排放造成一定影响。除此之外，发展生物能源对土壤、水和生物资源等生态环境都会产生影响。据国际能源署预测，未来几十年内全球用于生物燃料及其副产品生产土地面积将增加到现在34倍。生物能源产业深入发展可能会占用畜牧业草场及其它农作物用地甚至天然森林，还可能增加对未开垦土地压力。第33页相对于土壤资源压力，水资源短缺水资源短缺是一个更严重问题。伴随生活用水和工业用水增加，再加上气候改变，最终能够供农业利用水资源量越来越少。在生物能源产业中，不少主要能源作物（如玉米、甘蔗、棕榈等）都需要大量淡水浇灌才能到达商业化产量。以燃料乙醇为例，每生产1加仑则需要消耗大约4加仑水。若在干旱和半干旱地域发展种植能源作物则需要额外浇灌水供给。另外，在生产过程中洗涤、蒸馏、冷却等步骤也需要消耗大量水，这势必让业已匮乏淡水资源面临更大威胁。第34页土壤与水资源土壤与水资源质量也会受到生物燃料生产影响。施用化肥、杀虫剂和除草剂等可能会引发水污染，造成局部水域和土壤富营养化，水体含氧量严重降低，从而造成水生生物可能无法生存。北美最大河流密西西比河浇灌了美国境内40%土地，也恰恰因为密西西比河流域大范围玉米及其它农作物，因施用化肥而使大量氮与磷经由河流流入墨西哥湾，刺激水生藻类过分繁殖，大量藻类死亡后沉入海底分解，消耗了海水中过多氧气，使得其它海洋生物缺氧死亡。第35页4生物能源与社会经济发展生物能源快速发展，将农业与能源空前紧密地联系在一起。它们关系主要体现在生物能源在农业和贸易领域市场竞争力上。一方面，石油资源短缺和国际原油价格不停上涨，使得燃料乙醇、生物柴油等生物燃料与汽油、柴油等化石燃料在能源市场上形成直接竞争；其次，在农产品市场上生物燃料生产与粮食和饲料加工亦形成拮抗关系。第36页近年来，越来越多贸易往来也不再限于邻近国家和地区，生物燃料和原料国际贸易快速攀升。此时，放松或限制生物燃料产品贸易政策都有可能对未来产量和消费模式产生很大影响。如果有完善国际贸易体制，能源产品流通可同时为出口国和进口国建立互惠关系：一方面出口国可以借此增加额外收入并增加就业机会，其次进口国又可实现温室气体减排和复合燃料多样化。由此可见，国际贸易准则对于全球生物燃料发展至关重要。生物质能源贸易国际化生物质能源贸易国际化第37页据FAO数据，全球有超出9.25亿人存在严重营养不良问题，其中16%来自发展中国家。伴随生物能源产业发展，原本供给食用或饲料加工作物（如玉米、大豆等）被转而用于生产生物燃料，可能让一些国家和地域面临土地竞争和粮食安全威胁。生物燃料扩大生产将对贫困人口粮粮食食安全问题产生何种影响，是生物能源发展又一主要议题。生物能源生产并不是造成粮食危机主要原因，最根本原因是原油价格影响着生物燃料价格从而影响农产品价格。第38页全球能源和食品需求量仍会继续飞速增加，这必将深入加剧化石燃料使用。即使当前化石能源在世界能源领域内仍占主导地位，生物能源仅占能源市场中很小份额，而成品生物燃料（乙醇、生物柴油等）仅占全部生物能源总量1.9%1.9%，但生物能源在未来含有巨大发展潜力巨大发展潜力。据国际能源署预测，全球生物燃料使用将从现在1mb/d（百万桶/日）增加到2035年4.4 mb/d。同时，以第二代生物燃料为主新型生物能源也会在很快未来跻入生物能源主流。生物能源需要在理性分析和完善指导下走出一条可连续发展产业道路。第39页未来一个关键问题是怎样在协调环境影响和潜在利益同时满足全球能源和食品需求，进而打造出一个崭新生物能源时代。这是一个复杂问题，不能用简单处理方案来处理。未来生物能源是一个需要全球能源教授、生物学家、经济学家、环境保护人士、工程师与各地政府乃至社会公民一起合作努力共同事业。第40页谢谢大家！第41页