生物质能：21世纪解决能源问题的希望——访山东大学机械工程学院董玉平教授

    山东大学机械学院教授，博士生导师，山东省生物质能源工程技术研究中心主任，中国生物质能研究中心理事，中国农村能源行业协会副会长……作为山东百川同创能源有限公司董事长，董玉平不太像一个企业家，他更多的时候是以生物质能专家的身份出现在人们的视野中。
董玉平教授做生物质能研究，缘于一个偶然的机会。1997年，临沂市临沭县有一个生物质气化项目，需要机械设备。作为机械专家的董玉平教授主持了这一个项目，由此开始其生物质能研究的历程。但是，在谈他的研究之前，董教授先给我们上了一堂课。
    据董玉平教授介绍，所谓生物质能，是指太阳能以化学能形式贮存在生物质（生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物）中的能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。
    生物质能的开发，大有可为。因为，生物质能有着诸多的优点：首先，它是与风能、太阳能等同属可再生能源,资源丰富,可保证能源的永续利用；其次，生物质能污染性弱，其硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SOX、NOX较少，由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量，因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零，可有效地减轻温室效应；更重要的是，生物质能广泛分布性，总量十分丰富。就目前来看，生物质能是世界上仅次于煤炭、石油和天然气的第四大能源。根据生物学家估算, 地球每年仅经光合作用产生的物质就有1730亿吨，其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10-20倍。就我国来说，2010年可开发为能源的生物质资源达3亿吨，而且还会越来越多。目前，生物质能的利用率不到3%。
    因此，开发可再生、污染轻、产量大的生物质能，成为解决世界能源危机的重要途径，对于处于发展中国家的中国，其意义更是重大。2011年3月16日，我国发布的“十二五”规划明确指出，“大力发展沼气、作物秸秆及林业废弃物利用等生物质能”。具体来说，“十二五”期间，我国将通过合理布局生物质发电项目、推广应用生物质成型燃料、稳步发展非粮生物液体燃料、积极推进生物质气化工程。预计到2015年我国生物质发电装机将达到1300万千瓦。　

气化的连续化和减焦：攻克两大关键技术

　　“目前，国内生物质能应用主要有直接燃烧、热化学转换和生物化学转换等3种途径。其中，除直接燃烧外，利用秸秆产生沼气、一氧化碳等可燃气体，以及在此基础上供热、发电等相关技术的研究比较多、成果比较成熟、应用也比较广泛。”董玉平教授说。
山东百川同创能源有限公司在这方面的研究走在了全国的前列。据董玉平教授介绍，自2002年山东百川同创能源有限公司成立以来，作为省级科技型高新技术企业、国家级引智示范单位、中国生物质能行业骨干企业，公司已累计承担20余项国家及省部级课题，其中国家级科研项目14项，包含“863”项目“基于热电冷联供的分布式生物质能源系统研究”、“十一五”支撑计划项目、火炬计划产业化项目、中小型企业创新基金等。
    其中，与河南省宛西制药股份有限公司及哈尔滨工业大学共同承担的“十一五”国家科技支撑计划项目“低焦油热解气化中小规模生产生物质燃气设备研发与示范”项目，已经顺利通过专家可行性论证，正式启动建设。在这一项目中，主要以轻工业生产过程中高含水量纤维类生物质为原料，通过热解气化转化为能源，完成工业生物质向清洁燃气、热能、电能转化的装备系统开发。这一项目的实施，将完成系列化、标准化、规范化的生物质制备清洁燃气技术装备系统的研发和设计制造，完工后将满足万吨级工业生物质的气化转化的需求。项目建成后，将依托宛西制药的生产需求，建成我国第一条年处理2万吨的中药渣能源化转化生产示范线，年产清洁燃气1000万立方米。
    “该项目的实施，将为我国2亿吨的工业生物质资源化治理和能源化转化，提供技术和装备支撑，具有重要的环保价值和能源战略意义。”董玉平教授说，“据统计，我国轻工行业每年产生的中药渣、酒糟、醋糟等典型工业生物质废弃物达2亿吨，其含水量高、纤维素含量高，目前缺乏有效的利用途径，造成了环境污染和资源的浪费。通过实施生物质燃气重大项目，可消纳其中的70%，折合减排二氧化碳1.6亿吨，可利用生物质燃气达200亿立方米。”
    在此之前，董玉平教授就已经解决了秸秆气化过程中的焦油问题。据介绍，2008年12月，董玉平教授在北京市通州区建成了全国首座无水除焦秸秆燃气示范工程，该项目采用可再生循环溶剂作为焦油去除工质，集成冷凝、萃取、吸收和吹脱气提等工艺技术，实现对生物质焦油净化收集，避免了水洗二次污染的产生，解决了生物质气化存在的黑水坑问题。依托该工艺的先进性和优越的环保性能，无水除焦技术迅速在北京军区、沈阳军区、山东和江苏等地推广了30余处，实现了秸秆气化工程的清洁运行，成为生物质燃气净化技术发展的典范。“十二五”期间，山东百川同创能源公司将在全国范围内推广无水除焦无污染秸秆气化技术，着力建设基于焦油、污水“零”残留的生物质燃气工程。
    山东百川同创能源有限公司和山东大学共同承担的国家高技术研究发展计划（863 计划）“基于热电冷联供的分布式生物质能源系统研究”也取得了成功。据董玉平教授介绍，“基于热电冷联供的分布式生物质能源系统研究”课题组围绕分布式系统节能的总体目标，结合我国分布式能源燃料的清洁化、系统微型化、排放环保化的发展趋势和技术特点，将生物质气化、发电、余热强化吸收等单项技术进行集成，构建了分布式生物质冷热电联供成套技术和装备，提出并建立了基于生物质热化学反应的冷热电联供系统能量梯级利用的基础理论体系，形成了生物质气化反应炉、燃气无污染净化技术、开发了秸秆气燃气内燃机快速点火与低氮燃烧技术多项核心技术。该项目在分布式生物质能源系统的理论及应用方面取得了一系列国内领先、国际上有重要影响的研究成果。目前，该项目研究成果已在北京、沈阳军区、江苏和山东等地进行应用，取得了显著的社会、经济效益，具有广阔的市场前景。

    董玉平教授说，就目前来看，我国生物质能的利用还处于低水平阶段，整体利用率不高。关键技术的研发和推广不到位，相关配套设备不足等因素制约着生物质能利用的发展：“比如，要利用秸秆进行气化发电，首先你就要把分散在农户手中的秸秆收集起来，而小麦杆和玉米杆的物理性能、热能不同，在一定区域内，单一品种的秸秆本身也有很大的差别，这就使得气化、发电都存在诸多不稳定性，这也影响了生物质能开发和推广。为此，我们还研发了生物质压缩成型技术和设备。”
    为此，董玉平教授带领山东百川同创的研发人员，依托与中科院、山东大学联合建设的山东省生物质清洁转化工程实验室，凭借自身强大的研发与实施能力，相继研制开发了中热值低焦油生物质气化机组及配套设备、生物质气化直燃供热技术、生物质气化内燃机发电机组、生物质型煤技术、生物质生产甲醇技术、生物质生产化肥技术、快速产沼技术等技术设备，共涉及生物质压缩成型、生物质气化集中供气、生物质气化发电、大中型沼气发电、生物质直燃供热、生物质气化供热等10余个领域近30项技术，为客户提供农林废弃物高质处理与能源化利用定制业务。目前，已先后在全国13个省市推广生物质气化集中供气、生物质气化发电、秸秆压缩成型、大中型沼气等示范点300余处，服务网络覆盖东北、华北、西北和华东四个地区。该公司的科研成果及装备多次获科技进步奖励及“高新技术产品”、“中国生物质能行业优秀产品”等称号，其中生物质气化系列产品连续六年被国家科技部、商务部、质监总局、环保总局共同认定为“国家重点新产品”。
    董玉平教授表示，“作为山东省首批节能100项重大节能装备生产企业，山东百川同创能源有限公司在以后以引领行业发展为己任，将‘大能源’理念贯穿在探索生物质能利用领域的始终，突出生物质能源在生产中低碳、环保的特点，强化生物质能的综合性应用，发挥出其应有的社会经济效益。”