1.3 生物质能转化利用技术

通常把生物质能通过一定方法和手段转变成使用起来更为方便和干净的燃料物质或能源产品的技术统称为生物质能转化利用技术。生物质能主要转化利用技术如图1.6所示，不同的利用方式具有各自的技术特点。

1.成型燃料技术

生物质材料的力传导性极差，通过缩短力传导距离，给其一个剪切力，可使被木质素包裹的纤维素分子团错位、变形、延展，在较小压力和较低温度下，可使其相邻相嵌，并借助于木质素的黏结而重新组合成型。利用这一原理将经过粉碎后的农林废弃物采用机械加压方式压缩成具有一定形状、密度较大的固体燃料的技术，即为生物质成型燃料技术。

生物质成型燃料工艺根据是否向原料中添加黏结剂可以分为加黏结剂成型和不加黏结剂成型两种，根据原料热处理方式不同又可以分为常温压缩成型、热压成型和炭化成型三种。

压缩成型不仅提高了生物质的能量、密度，减小了生物质的体积，使之便于运输和存储，而且还解决了生物质直接燃烧效能低的问题，使之能够替代煤炭用作锅炉燃料，或作为居民采暖和炊事燃料使用。

2.直接燃烧技术

直接燃烧是最原始、最实用的生物质能利用方式。但传统的燃烧利用方式技术相对落后，热能转换效率较低。随着社会发展和科技进步，燃用生物质的设施和方法也在不断改进和提高。现代的生物质直接燃烧技术主要有生物质直接燃烧发电技术和生物质与煤混合燃烧技术两种。

3.热解技术

生物质通过热解可转化为三种能源产品，即生物油、生物质炭和可燃气。控制热解反应条件（如温度、压力和滞留时间等）可以改变三种产物的比例。根据反应温度和加热速率的不同，可将生物质热解工艺分成慢速、常规、快速热解等工艺。慢速热解主要用来生产木炭，低温和长期的慢速热解使得炭产量最大可达30%，约占50%的总能量；中等温度及中等反应速率的常规热解可制成相同比例的气体、液体和固体产品；快速热解是在传统热解基础上发展起来的一种技术，相对于传统热解，它采用超高加热速率、超短产物停留时间及适中的热解温度，使生物质中的有机高聚物分子在隔绝空气的条件下迅速断裂为短链分子，使焦炭和产物气降到最低限度，从而最大限度获得液体产品。

4.气化技术

气化是以O₂（空气、富氧或纯氧）、水蒸气或H₂等作为气化剂，在高温的条件下通过热化学反应将生物质中可燃部分转化为可燃气（主要为CO、H₂和CH₄等）的热化学反应。气化可将生物质转化为高品质的气态燃料，直接应用作为锅炉燃料或发电，产生所需的热量或电力，或作为合成气进行间接液化以生产甲醇、二甲醚等液体燃料或化工产品。目前主要开发了上吸式固定床气化炉，下吸式固定床气化炉和循环流化床气化炉。

5.液化技术

液化是把固体状态的生物质经过一系列化学加工过程，使其转化成液体燃料（主要是指汽油、柴油、液化石油气等液体烃类产品，有时也包括甲醇、乙醇等醇类燃料）的清洁利用技术，根据化学加工过程的不同技术路线，液化可分为直接液化和间接液化。直接液化就是把固体生物质在高压和一定温度下与H₂发生反应（加氢），直接转化为液体燃料的热化学反应过程。间接液化是指将由生物质气化得到的合成气（CO+H₂），经催化合成为液体燃料（甲醇或二甲醚等）。

6.生物乙醇技术

乙醇又称酒精，是由C、H、O三种元素组成的有机化合物，也是一种优质的液体燃料，不含硫及灰分，可以直接代替汽油、柴油等石油燃料，是最易工业化的一种民用燃料或内燃机燃料，也是最具发展潜力的一种石油替代燃料。

生物质可以通过生物转化的方法生产乙醇，由淀粉类或糖类生物质采用发酵方法生产燃料乙醇的技术已经相当成熟，但采用木质纤维素类生物质生产乙醇，则必须要解决大规模、低成本生产纤维素酶的瓶颈问题。

7.沼气技术

沼气是人畜粪便、工业有机废液和农作物秸秆等，在厌氧条件下经过微生物的发酵作用而生成的一种混合气体。由于这种气体最先是在沼泽中发现的，所以称为沼气。沼气一般含CH₄ 50%~70%，其余为CO₂和少量的N₂，H₂和H₂S等。

沼气发酵的过程，实质上是微生物的物质代谢和能量转化过程，这些微生物在分解代谢过程中获得能量和物质，以满足自身生长繁殖，同时大部分物质转化为CH₄和CO₂。

8.生物柴油技术

植物油虽然可以直接用作内燃机的燃料，但由于它的黏度高、挥发性差等缺点，为避免燃用设备出现故障和问题，需要对其进行酯化处理以生产生物柴油，使其在性质上更接近柴油，成为较理想的柴油代用燃料。目前，国内外生物柴油的生产技术主要以化学法为主，即采用植物油（或动物油）与甲醇或乙醇在酸性、碱性或生物酶等催化剂作用下进行交换反应，生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯燃料油。