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循环经济与林木生物质能源
循环经济与林木生物质能源
发布日期:2020-05-16
林木生物质能源是一种可再生能源,由于其资源产量丰富、无污染、二氧化碳零排放,它又是一种清洁性能源。生物质能源依据是否可以大规模代替常规化石能源,可分为传统生物质能源和现代生物质能源。事实上现代生物质能源是通过对传统生物质能资源的深度开发和利用,使其减少对环境中的碳排放,实现多级重复利用,属于传统生物质能源应用的进一步深化和发展。它的开发利用符合循环经济“减量化、再利用、资源化”的“3R原则”,它以清洁环保性、可再生性、技术可行性,特别是对常规化石能源的有效替代性等特点,备受世界各国重视。但是,在林木生物质能源开发利用中,仍然会有副产物的产生,如果对这些副产物不通过合理的措施进行控制,任其排放,将会造成资源的二次浪费和环境污染,不符合循环经济的要求。因此,在对林木质资源、能源植物等原料的选择时,必须结合我国特殊的国情,选择适宜的林木质原料,以突破原料资源对林木生物质产业发展的瓶颈制约。
(1)林木生物质固体成型燃料与循环经济
第一,经济效益和社会效益。林木生物质固体成型燃料是以林木质资源、林木加工废弃物(锯末、刨花等)为原料,在高温高压或常温高压条件下将粉碎的林木质颗粒压缩成高密度、高热值、储存方便的燃料。它作为清洁性的可再生能源,完全可以应用到工业和日常生活用能中去,尤其适合于广大农村地区的农民生活和生产用能,因为薪柴、秸杆和煤炭仍然是农民生活中最为常用的燃料。而林木生物质固体成型燃料与农村常规能源(薪柴、秸杆、煤炭)相比,不论是在燃烧热值、燃烧效率上,还是在储运便利程度、燃烧污染程度上都要略胜一筹,同创新能源生产销售的秸秆颗粒机、木屑颗粒机专业压制固体生物质成型燃料。
从燃烧热值上看,林木质固体成型燃料热值与薪柴相同,均保持在3500-5000大卡/kg,但由于薪柴来源树种不同使得具体热值有所差异。农村生活用煤热值一般保持在3000-5000大卡/kg,秸杆热值最低;从燃烧效率上看,由于目前在广大农村地区仍然以传统方式对秸杆和薪柴直燃做饭和取暖,这使得燃料效率较低,通常不会高于20%(王莹,2007)。相对而言,林木质固体燃料的燃料效率可以超过90%,比生活用煤的燃烧效率还要高;从储存便利程度上看,林木质固体燃料是通过物理的转化方式将较为松散的、能量密度较低的原料加工形成的高能量密度的块状固体燃料,它具有能量密度高、体积小、储存方便的特点,如比较常见的木质煤和木质炭产品,可以像常规煤炭产品一样在不同区域间进行市场交易,它们对农村地区的秸杆、生活用煤能够形成强有力的替代。秸杆、薪柴等传统生物质资源分布较为松散、运输困难、储存也需要占用较大空间;从燃料污染程度上看,林木质固体燃料属于可再生能源,燃料效率高,几乎不会产生S02,污染程度较低。农村生活能源消费中50%以上的来源于秸秆、薪柴的低效率直接燃烧,还有部分依靠煤炭提供,它们已经成为农村C02、S02等污染物排放的主要来源,直接影响农民的生活质量安全。
因此,林木生物质固体燃料的推广与使用,一方面可以节约农村劳动力为收集薪柴而付出的时间,优化农村劳动力结构;另一方面又可以节约农民的能源消费支出,间接增加农民收入。随着林木生物质能源开发利用规模的加大,将会延伸林业产业链,带动二、三产业的发展,加速农村产业结构的调整,增加农民就业机会和致富渠道。待林木生物质能源终端产品成熟走向市场之后,必然像沼气一样给农民带来实实在在的效益。以沼气为例,目前推广的“猪一沼一菜”、“猪一沼一鱼”、“猪一沼一稻”等循环农业生态模式,就带动了生产水泥、砂石、密封涂料建筑建材业等行业的发展。户用沼气池在广大农村的推广与应用,使生产沼气用具和沼气设备的工业企业、农副产品深加工、物流、科技服务等行业都迅速发展起来。目前,户用新型沼气池全年可节省2000kg薪柴或节煤100kg,可节支300元,节电200KW.h,电费节支I50元;在生产投资方面,户用沼气池一年生产的沼肥相当于50kg硫酸铵、40kg过磷酸钙和15kg氯化钾,化肥节支300元;沼液预防和防治病虫害,农药节支50元。仅农民的生活、生产的开支,使用沼气的农户每年可节省开支800元左右,相当于农民的纯收入,这笔资金又可以用于扩大再生产(张颖,2009)。
第二,生态效益。首先,加工林木生物质固体成型燃料需要大量的原料资源,为了保证持续的原料供给,各地区将会根据立地条件和气候条件适当发展薪炭林、能源林,特别是利用我国荒山荒地、沙区、盐碱地等宜林地区培育具有较好外部性经济性的能源林、薪炭林,这在无形中加快了这些地区造林绿化的速度,提高了森林资源覆盖率,有效地促进了植被恢复,促进了生态系统的修复与改善。其次,林木质固体成型燃料在广大农村地区的推广与使用,能够减少秸杆、薪柴等资源的消耗,间接降低了农民上山砍伐薪柴的次数,保护了植被,减少了水土流失。使得农作物秸杆等传统生物质资源能够有更大的空间进行循环再利用,经济系统可以更加和谐的融入到自然生态系统的物质循环过程中,因为秸杆中含有丰富的氮、磷、钾等元素和有机质,顺利还田可以增强土壤肥力。最后,经过固化成型的林木质燃料可以继续进行深加工,如可以加工生产机制木炭,它可以对天然木炭形成有效的替代;炭中不含致癌物质,适合食品熏烤;通过对木质炭进行二次活化加工,可以生产出合格的工业活性炭,用于冶金还原物和渗碳剂:作为吸附剂可以在环保工业发挥效用;炭粉一方面可以施田来提高地温、地力和防病虫害,一方面可以生产各种型炭,成本较低,具有很强的市场竞争力。
(2)生物质液态燃料与循环经济
生物质液态燃料主要包括生物燃料乙醇和生物柴油,目前它们是对常规化石能源实现有效替代的可再生能源产品。它作为可再生能源的重要组成部分,在其生产开发利用过程中,它并非是完全不污染环境的,它同样面临许多难题。
在燃料乙醇生产过程中,受获取信息的限制这里以红薯制乙醇为例进行分析。如用红薯制取燃料乙醇,由于红薯自身有果胶含量,在给后续的“三废”处理带来一定的难度。此外,在其生产过程中还会产生废渣酒糟,如果不及时加以处理的话,就会腐败变质,既浪费了资源,又严重污染了周围的环境。酒糟具有极高的营养价值,它不仅含有丰富的蛋白质和18种氨基酸,还含有丰富的磷、钾等无机元素及戊糖、总糖和脂肪等成分。利用酒糟能生产有机肥料,发酵有机肥的含氮量达3%,含磷量1%,有机质含量超过70%,各项指标均符(如薯类、高粱等)合国家标准。酒糟与无机氮磷肥联合施用可提高土壤的肥力,增加土壤的保蓄水分的能力,可以增加小麦的产量。利用酒糟还可以进行厌氧发酵生产沼气,酒糟中营养物质含量丰富,只是pH偏低,对其进行适当的处理,则可避害兴利,如可进行厌氧发酵,进行资源化处置,实现循环经济。
生物柴油是一种优质的石化柴油替代品,在其生产过程中会产生副产物丙三醇(甘油),随着生物柴油的规模化发展,甘油的合理利用成为生物柴油产业发展的关键问题之一,因为少量的溶解于生物柴油中的甘油将会使与之接触的橡胶零件如橡胶膜、密封圈、燃油管等逐渐降解。但对粗甘油的有效再利用则有利于降低生物柴油的生产成本和解决环境污染问题。粗甘油可以通过相应工艺路线转化为1,3丙二醇、环氧氯丙烷、乳酸、聚羟基脂肪酸脂、氢、二羟基丙酮和1,2.丙二醇等具有市场前景的高附加值产品。经过磷酸中和得到甘油半成品,再经过乙醇结晶、分子间蒸馏得到高纯度的医药级甘油产品。副产物通过合理利用,市场前景发展广阔,既节约了资源,又避免了环境污染。
在循环经济理论指导下进行的林木生物质能源开发利用,将有效避免其生产过程中由于工艺设备条件等原因造成的再污染,能够充分利用有限的资源,降低工农业的生产成本,符合我国可持续发展的要求,是人与自然和谐共生的生态经济模式的重要体现。
同创新能源不但生产销售压制生物质成型燃料的木屑颗粒机、锯末制粒机设备,而且还大量销售杨木木屑生物质颗粒燃料。
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