生物燃料研究范文10篇

生物燃料研究范文篇1

关键词：新型航空；生物燃料；研究；前景

伴随着我国经济的发展，航空业的发展步伐也非常迅速，因此航空业对航空燃料的需求量也在不断加大。石油作为航空的主要燃料，航空业对石油的需求正在增加。石油是一种不可再生资源，长期开采，导致航空能源短缺。如何减少航空工业的二氧化碳排放，对新型物质燃料的研究是一个重要课题。

1航空生物燃料的原料来源

航空生物燃料具有广泛的原材料，包括藻类，麻风树，油籽作物，废油和农业废物。目前，民用航空测试中使用的航空生物燃料的典型材料是海藻，亚麻籽和麻风树种子。藻类是世界上最原始的生物之一。海藻光合作用固定的二氧化碳占世界固定二氧化碳总量的40％以上，海藻本身富含60％以上的油，光合效率高，单位面积产量高。而且生长周期短。此外，藻类的自养过程会消耗不适合在废水中降解的氮和磷，这不仅降低了水体的富营养化程度，而且降低了藻类的养殖成本。尽管具有上述优点，但有必要降低建设和生产的成本，并优化藻类育种的培养，以便在航空燃料的生产中大规模应用藻类。亚麻板栗是一种季节性快速生长的油料作物，种子油含量为35％~38％（w）。它通常在3月份种植，7月份收获。它可以与小麦和其他谷物交替种植。它主要生长在温和的气候条件下，每平方公里可以在水量很少的地区生产120吨种子。目前，亚麻作为航空燃料的油料种子发展的瓶颈在于轮作的种植方法将限制种植规模。麻疯树（Jatrophacurcas）是一种生长在半干旱地区的果实灌木，具有耐旱，抗虫和抗病能力。生产周期仅1-2年，种子含油量约为30％-35％（w），平均每平方公里产量约为500吨。然而，麻疯树种子对人类和动物都有毒，必须人工收集，限制其使用。

2新型航空生物燃料的开发

随着国家对环保日益重视，航空业也越来越重视二氧化碳的排放。在2012年，从中国石油化工股份有限公司首次进行航空煤实验的申请，表示这中国航空生物燃料迈出了极其重要的一步。

（1）2012年8月，中国石化与空中客车签署中国东方航空生物燃料开发协议，开始研究新型生物燃料的开发。2006年，中石化石油和化学科学研究所开始探索棕榈油和菜籽油生产航空燃料。2012年成功开展了以棕榈油和菜籽油等原料为基础的航空油生产。

（2）中国石油天然气集团公司与波音，UOP和中国国际航空公司合作开发航空生物燃料。2009年，CNPC和UOP开始探索基于生物质的柴油和航空燃料的生产技术。航空生物燃料在2011年首次进行了测试。2012年，美国波音公司(Boeing)和北京航空航天研究所的(中国商飞)使用废弃食用油作为燃料开发航空生物燃料和二氧化碳减排技术。如果新的飞机燃料跟不上时展，而现代飞机对燃料的用量是巨大的，会产生很大的二氧化碳排放。而废弃食用油作为生物航空燃料发展的原料，既经济又节能，又为环境治理提供了良好的途径。

(3)其他:生物油植物催化裂解方法具有良好的应用前景，但仍存在焦化率高，产率低，催化剂活性差等缺点，如果温度过高，会导致生物油的聚合。因此，需要进一步研究。目前，最成熟的技术是石油和石油的两段加氢，它属于第二代生物柴油生产技术。第一阶段为NiMo/Al2O，在200~500℃，2~15MPa的条件下，可加氢脱氢，加氢脱羧，形成直链烷烃，丙烷等。在第二阶段中，使用Pt/SAPO-11/Al_2O_3作为催化剂，并且将直链烷烃在200-500摄氏度异构化以形成航空生物材料。在第二阶段，使用Pt/SAPO-11/Al_2O_3作为催化剂。

3新型航空生物燃料应用前景

维珍航空在2008年2月成功测试了第一批航空生物燃料，现在有新西兰、美国、中国、日本、法国、德国、荷兰、巴西、泰国、阿联酋、墨西哥、智利、澳大利亚等国家和地区。掌握了安全飞行，极大地促进了航空生物燃料产业的快速发展。目前，虽然航空生物燃料的推广和应用受到限制，但在高原油价格和日益严苛的环境要求的压力下，许多国家已制定了自己的温室气体减排计划和可再生能源发展计划。根据国际航空运输协会的最新报告，到2015年，航空生物燃料将占航空航空燃料的1％，到2020年，航空生物燃料将占到航空总燃料的10%，而到2040年，它所占的总比重为40%-50%。因此，新型航空燃料所拥有的市场前景是很可观的。

4结语

加强自主技术的研发是航空生物燃料产业发展的核心。进口技术控制，购买最新最好的技术;第二，我国航空生物燃料的发展具有良好的人力资本和社会需求。我们应该利用国外生产和研究的结合。工业研究和开发集成经验,对现有资源进行整合,提高技术和产业服务体系,增强创新和建设核心生物能源技术,关键技术和自主知识产权的发展,加强国际交流与合作,促进航空生物燃料的技术和产业的发展,加强技术培训，促进航空生物燃料产业的健康和可持续发展。

参考文献：

[1]齐泮仑,张国静,曹亦农,等.中国生物柴油大规模发展应首先解决的问题[J].化工中间体，2009(7)：6-11.

生物燃料研究范文篇2

石油安全驱动了生物液体燃料产业

世界不少国家已经开始发展生物燃油产业（包括生物燃油加工业以及其相关产业，如能源农业和能源林业），其中共同的目的在于保障石油安全。巴西生物燃油产业利用蔗糖发酵制取生物乙醇，2002年消费量达到了104亿公升，替代率接近40％。

2004年中国石油净进口量为1.2亿吨，消费量为3.1亿吨，进口依存度达到了38.7％；国际能源署（IEA）预测中国到2010年、2020年石油进口依存度将达到61.0％和76.9％。石油进口量和进口依存度的迅速攀升给中国石油安全带来了日益严重的影响；中国的石油安全问题也引起了一些国家的顾虑。

国产的石油和石油替代燃料能否“养活中国”呢？与资源有限的煤炭液化和国内油气资源开发等手段相比，资源可再生而且潜力巨大的生物燃油技术也受到了越来越多的关注。

生物燃油产业将带来显著的环境效益

能源农林业的大规模发展可以有效地绿化荒山荒地、减轻土壤侵蚀和水土流失。大量使用生物燃油对中国大气环境的保护和改善也有着突出的意义：与化石燃料相比，生物燃油的使用很少产生NOx和SOx等大气污染物；生物质能源利用导致的CO2排放远低于常规能源。

到2050年生物燃油开发量如果能达到1.05亿吨（这一数据是基于能源研究所2005年“中国能源中长期开发利用前景分析”研究项目的生物质能部分的情景分析），则可绿化约3000万公顷荒山荒地，减排约3.1亿吨CO2。

发展生物燃油产业将为中国“三农”问题的解决做出相当的贡献

建设从能源农林业到生物燃油加工业的产业链将：

——带动农业经济和林业经济。

2020年生物燃油开发量预计为1900万吨左右，初步估算可给国家和地方创产值1000亿元。到2050年生物燃油开发量如果能达到1.05亿吨，将创造5000亿元左右的年产值、吸纳1000万个以上的劳动力、带动农村经济发展将：

——创造大量就业特别是农村地区的就业。

可以吸纳1000万个以上的劳动力，主要是农村劳动力将：

——为中国的城镇化建设提供有力支持。

一方面，中国的城镇化建设提高了人均能源需求量，特别是人均燃油需求量；另一方面，城镇化建设需要与之相伴的产业建设和就业机会的创造：能源农林业（和生物燃油加工业）在这两方面都可以发挥重要作用。

中国生物液体燃料的潜力

土地资源是生物燃油的矿床：

——有土地就有了生物燃油的原料地

——不能与农作物争土地

——应培育与开发粮、能兼收的能源作物，既产粮，又产油，实现土地的高效利用

生物燃油土地资源开发潜力：1.8亿公顷

1）农业用地

现有耕地1.3亿公顷，其中可粮能兼收的耕地0.043亿公顷

现有宜农荒地1亿公顷

扣除后备耕地0.0947亿公顷后，可作生物燃油的荒地0.26亿公顷

盐碱地0.1亿公顷

田坎地0.1亿公顷

沼泽地0.04亿公顷

可用于生物燃油的农业土地资源潜力0.54亿公顷

2）林业用地

林地面积2.63亿公顷

其中：有林地1.26亿公顷

无林地0.57亿公顷

宜林荒地0.54亿公顷

退耕还林地0.15亿公顷

可用于生物燃油的林地资源潜力1.26亿公顷

可用于生物燃油的土地资源潜力1.8亿公顷

土地资源分布

宜农荒地：主要在新疆、内蒙等2000万公顷

盐碱地：青海、新疆各自超过400万公顷

沼泽地：黑龙江、内蒙等大于200万公顷

田坎地：甘肃、四川、重庆等

宜林荒地：东北三省、内蒙、、西南

西北：新疆、甘肃、陕西

西南：云南、四川、贵州

大规模集约化种植和开发地区：新疆、内蒙、青海、黑龙江等

分散式种植和开发地区：东北、西南、西北等

中国生物液体燃料发展战略讨论

“以国家先期投入为主导，以企业、科研机构为主力”的技术研发战略

技术的成熟性和经济性对新兴的可再生能源产业来说是至关重要的，不少国家在可再生能源技术研发方面都有丰富的经验，特别是美国。美国可再生能源技术发展的核心战略是一贯的、明确的：以国家先期投入为引导，吸引产业界参与研制和开发长期（20年乃至50年后）可以发挥重大作用的关键技术，加速其商业化并形成相应的装备制造体系。

为确保生物质能研发及推广工作的开展，美国能源部计划在4年内投入500万美元研究经费，吸引相关单位对其拟定的项目进行申请。目前在美国已掀起新一轮的生物质能研发利用高潮，有大量的机构参与到该项目中。

中国借鉴美国经验、强化国家先期投入的引导作用是十分重要的（特别是考虑到中国政府对能源部门、农业部门的高度控制）：关键技术的发展可以得到足够的资金；各种相互支持或相互竞争的技术可以在一个系统性的框架中得到公平的筛选和发展。

“以政策扶植为必要辅助，以市场机制为根本基础”的产业发展战略

能源农林业和生物燃油加工业是有显著的能源、社会、环境效益的产业，应当得到一定的政策支持，比如税收优惠、贴息贷款等。这对于起步中的新兴产业尤为重要。中国已出台《可再生能源法》，但和之前的《大气污染防止法》、《节约能源法》、《清洁生产促进法》等相关法律一样，在对生物质能等可再生、清洁能源的支持上基本上都属于原则性而非操作性的法律；尚待具体、明确的规章出台。此外，中国常规燃油行业尚存在相当程度的垄断，制约了生物质液体燃料产业尽快进入市场。这类问题的解决也有赖于国家政策。

美国的生物柴油产业之所以落后于欧盟，主要原因就在于它相关激励政策的滞后。2004年底，美国总统布什签署的联邦公司税收法案中包含了对生物柴油的优惠政策，生物柴油的预期产量随之大增。

从长远来看，市场竞争机制是成本下降、竞争力提升的根本保证。

“少占、不占粮食耕地，充分利用林地、荒地”的土地利用战略

虽然中国耕地生产力还有较大提高空间，但大规模的能源农林业还是更依赖于中国面积巨大的无林地（属于林业用地）和宜林荒山荒地。

把林业生产和能源供给结合起来的思路对带动林业发展和增加燃油供给有着重要意义。值得一提的是，印度在发展能源林业上显示了巨大的决心。印度总理称：“如果我们能启动从植物中生产生物柴油的麻疯果计划，那么就可能为3600万人提供就业，3300万公顷贫瘠干旱的土地就可以开垦成油田。”

目前，中国国家林业局已经开始重视能源林业的发展可能，并组织了能源林业相关的一些基础调研工作。

发展建议

开展深入的资源潜力研究

作为未来生物燃油加工业的主要原料供给者的能源农业、能源林业，其潜力和意义仍未得到充分重视，目前在这方面的数据极为缺乏，建议国家有关部门部尽快开展如下工作：

开展土地可利用性的调研工作，包括可利用的土地资源的种类、面积和分布；

各类可能的能源植物的适宜性，及可能的发展潜力和分布；

将能源农业、能源林业纳入农业、林业发展战略研究的范畴，制定切实的发展战略和规划，加强技术研发；

高产、高含油且环境适应性强的能源植物（作物）新品种的选育；

能源作物收获、储存、运输等相关技术和设备，高效加工转换工艺和设备的研发；

产品生产、质量和使用的标准化研究；

作为后备生物燃油技术的BTL技术的研究等

扩大产业示范

中国初步实现了以粮食为原料燃料乙醇的规模化生产，从发展的观点看，为来生物燃油必须以非粮食的农业和林业作物为主要原料，因此，必须加快扩大产业示范，建设各种原料的从能源植物种植到生产液体燃料的完整产业链的示范工程，为规模化生产奠定基础。

扩大政策扶持范围

能源农林业和生物燃油加工业是有显著的社会和环境效益的产业，应当得到一定的政策支持。近年来，为推动生物燃油产业发展，出台了针对生物乙醇的补贴政策（对生物柴油还没有经济激励政策出台），但它属于随项目而定，缺乏连续性，还没有一套由国家主管部门出台的系统性的激励政策体系。

生物燃料研究范文篇3

微生物燃料电池并不是新兴的东西，利用微生物作为电池中的催化剂这一概念从上个世纪70年代就已存在，并且使用微生物燃料电池处理家庭污水的设想也于1991年实现。但是，经过提升能量输出的微生物燃料电池则是新生的，为这一事物的实际应用提供了可能的机会。

MFCs将可以被生物降解的物质中可利用的能量直接转化成为电能。要达到这一目的，只需要使细菌从利用它的天然电子传递受体，例如氧或者氮，转化为利用不溶性的受体，比如MFC的阳极。这一转换可以通过使用膜联组分或者可溶性电子穿梭体来实现。然后电子经由一个电阻器流向阴极，在那里电子受体被还原。与厌氧性消化作用相比，MFC能产生电流，并且生成了以二氧化碳为主的废气。

与现有的其它利用有机物产能的技术相比，MFCs具有操作上和功能上的优势。首先它将底物直接转化为电能，保证了具有高的能量转化效率。其次，不同于现有的所有生物能处理，MFCs在常温，甚至是低温的环境条件下都能够有效运作。第三，MFC不需要进行废气处理，因为它所产生的废气的主要组分是二氧化碳，一般条件下不具有可再利用的能量。第四，MFCs不需要能量输入，因为仅需通风就可以被动的补充阴极气体。第五，在缺乏电力基础设施的局部地区，MFCs具有广泛应用的潜力，同时也扩大了用来满足我们对能源需求的燃料的多样性。

微生物燃料电池中的代谢

为了衡量细菌的发电能力，控制微生物电子和质子流的代谢途径必须要确定下来。除去底物的影响之外，电池阳极的势能也将决定细菌的代谢。增加MFC的电流会降低阳极电势，导致细菌将电子传递给更具还原性的复合物。因此阳极电势将决定细菌最终电子穿梭的氧化还原电势，同时也决定了代谢的类型。根据阳极势能的不同能够区分一些不同的代谢途径：高氧化还原氧化代谢，中氧化还原到低氧化还原的代谢，以及发酵。因此，目前报道过的MFCs中的生物从好氧型、兼性厌氧型到严格厌氧型的都有分布。

在高阳极电势的情况下，细菌在氧化代谢时能够使用呼吸链。电子及其相伴随的质子传递需要通过NADH脱氢酶、泛醌、辅酶Q或细胞色素。Kim等研究了这条通路的利用情况。他们观察到MFC中电流的产生能够被多种电子呼吸链的抑制剂所阻断。在他们所使用的MFC中，电子传递系统利用NADH脱氢酶，Fe/S（铁/硫）蛋白以及醌作为电子载体，而不使用电子传递链的2号位点或者末端氧化酶。通常观察到，在MFCs的传递过程中需要利用氧化磷酸化作用，导致其能量转化效率高达65%。常见的实例包括假单胞菌（Pseudomonasaeruginosa），微肠球菌（Enterococcusfaecium）以及Rhodoferaxferrireducens。

如果存在其它可替代的电子受体，如硫酸盐，会导致阳极电势降低，电子则易于沉积在这些组分上。当使用厌氧淤泥作为接种体时，可以重复性的观察到沼气的产生，提示在这种情况下细菌并未使用阳极。如果没有硫酸盐、硝酸盐或者其它电子受体的存在，如果阳极持续维持低电势则发酵就成为此时的主要代谢过程。例如，在葡萄糖的发酵过程中，涉及到的可能的反应是：C6H12O6+2H2O=4H2+2CO2+2C2H4O2或6H12O6=2H2+2CO2+C4H8O2。它表明，从理论上说，六碳底物中最多有三分之一的电子能够用来产生电流，而其它三分之二的电子则保存在产生的发酵产物中，如乙酸和丁酸盐。总电子量的三分之一用来发电的原因在于氢化酶的性质，它通常使用这些电子产生氢气，氢化酶一般位于膜的表面以便于与膜外的可活动的电子穿梭体相接触，或者直接接触在电极上。同重复观察到的现象一致，这一代谢类型也预示着高的乙酸和丁酸盐的产生。一些已知的制造发酵产物的微生物分属于以下几类：梭菌属（Clostridium），产碱菌（Alcaligenes），肠球菌（Enterococcus），都已经从MFCs中分离出来。此外，在独立发酵实验中，观察到在无氧条件下MFC富集培养时，有丰富的氢气产生，这一现象也进一步的支持和验证这一通路。

发酵的产物，如乙酸，在低阳极电势的情况下也能够被诸如泥菌属等厌氧菌氧化，它们能够在MFC的环境中夺取乙酸中的电子。

代谢途径的差异与已观测到的氧化还原电势的数据一起，为我们一窥微生物电动力学提供了一个深入的窗口。一个在外部电阻很低的情况下运转的MFC，在刚开始在生物量积累时期只产生很低的电流，因此具有高的阳极电势（即低的MFC电池电势）。这是对于兼性好氧菌和厌氧菌的选择的结果。经过培养生长，它的代谢转换率，体现为电流水平，将升高。所产生的这种适中的阳极电势水平将有利于那些适应低氧化的兼性厌氧微生物生长。然而此时，专性厌氧型微生物仍然会受到阳极仓内存在的氧化电势，同时也可能受到跨膜渗透过来的氧气影响，而处于生长受抑的状态。如果外部使用高电阻时，阳极电势将会变低，甚至只维持微弱的电流水平。在那种情况下，将只能选择适应低氧化的兼性厌氧微生物以及专性厌氧微生物，使对细菌种类的选择的可能性被局限了。

MFC中的阳极电子传递机制

电子向电极的传递需要一个物理性的传递系统以完成电池外部的电子转移。这一目的既可以通过使用可溶性的电子穿梭体，也可以通过膜结合的电子穿梭复合体。

氧化性的、膜结合的电子传递被认为是通过组成呼吸链的复合体完成的。已知细菌利用这一通路的例子有Geobactermetallireducens、嗜水气单胞菌（Aeromonashydrophila）以及Rhodoferaxferrireducens。决定一个组分是否能发挥类似电子门控通道的主要要求在于，它的原子空间结构相位的易接近性（即物理上能与电子供体和受体发生相互作用）。门控的势能与阳极的高低关系则将决定实际上是否能够使用这一门控（电子不能传递给一个更还原的电极）。

MFCs中鉴定出的许多发酵性的微生物都具有某一种氢化酶，例如布氏梭菌和微肠球菌。氢化酶可能直接参加了电子向电极的转移过程。最近，这一关于电子传递方法的设想由McKinlay和Zeikus提出，但是它必须结合可移动的氧化穿梭体。它们展示了氢化酶在还原细菌表面的中性红的过程中扮演了某一角色。

细菌可以使用可溶性的组分将电子从一个细胞（内）的化合物转移到电极的表面，同时伴随着这一化合物的氧化。在很多研究中，都向反应器中添加氧化型中间体比如中性红，劳氏紫（thionin）和甲基紫萝碱（viologen）。经验表明这些中间体的添加通常都是很关键的。但是，细菌也能够自己制造这些氧化中间体，通过两种途径：通过制造有机的、可以被可逆的还原化合物（次级代谢物），和通过制造可以被氧化的代谢中间物（初级代谢物）。

第一种途径体现在很多种类的细菌中，例如腐败谢瓦纳拉菌（Shewanellaputrefaciens）以及铜绿假单胞菌（Pseudomonasaeruginosa）。近期的研究表明这些微生物的代谢中间物影响着MFCs的性能，甚至普遍干扰了胞外电子的传递过程。失活铜绿假单胞菌的MFC中的这些与代谢中间体产生相关的基因，可以将产生的电流单独降低到原来的二十分之一。由一种细菌制造的氧化型代谢中间体也能够被其他种类的细菌在向电极传递电子的过程中所利用。

通过第二种途径细菌能够制造还原型的代谢中间体——但还是需要利用初级代谢中间物——使用代谢中间物如Ha或者HgS作为媒介。Schroder等利用E.coliK12产生氢气，并将浸泡在生物反应器中的由聚苯胺保护的铂催化电极处进行再氧化。通过这种方法他们获得了高达1.5mA/cm2（A，安培）的电流密度，这在之前是做不到。相似的，Straub和Schink发表了利用Sulfurospirillumdeleyianum将硫还原至硫化物，然后再由铁重氧化为氧化程度更高的中间物。

评价MFCs性能的参数

使用微生物燃料电池产生的功率大小依赖于生物和电化学这两方面的过程。

底物转化的速率

受到如下因素的影响，包括细菌细胞的总量，反应器中混合和质量传递的现象，细菌的动力学（p-max——细菌的种属特异性最大生长速率，Ks——细菌对于底物的亲和常数），生物量的有机负荷速率（每天每克生物量中的底物克数），质子转运中的质子跨膜效率，以及MFC的总电势。

阳极的超极化

一般而言，测量MFCs的开放电路电势（OCP）的值从750mV~798mV。影响超极化的参数包括电极表面，电极的电化学性质，电极电势，电极动力学以及MFC中电子传递和电流的机制。

阴极的超极化

与在阳极观测到的现象相似，阴极也具有显著的电势损失。为了纠正这一点，一些研究者们使用了赤血盐（hexacyanoferrate）溶液。但是，赤血盐并不是被空气中的氧气完全重氧化的，所以应该认为它是一个电子受体更甚于作为媒介。如果要达到可持续状态，MFC阴极最好是开放性的阴极。

质子跨膜转运的性能

目前大部分的MFCs研究都使用Nafion—质子转换膜（PEMs）。然而，Nafion—膜对于（生物）污染是很敏感的，例如铵。而目前最好的结果来自于使用Ultrex阳离子交换膜。Liu等不用使用膜，而转用碳纸作为隔离物。虽然这样做显著降低了MFC的内在电阻，但是，在有阳极电解液组分存在的情况下，这一类型的隔离物会刺激阴极电极的生长，并且对于阴极的催化剂具有毒性。而且目前尚没有可信的，关于这些碳纸-阴极系统在一段时期而不是短短几天内的稳定性方面的数据。

MFC的内在电阻

这一参数既依赖于电极之间的电解液的电阻值，也决定于膜电阻的阻值（Nafion—具有最低的电阻）。对于最优化的运转条件，阳极和阴极需要尽可能的相互接近。虽然质子的迁移会显著的影响与电阻相关的损失，但是充分的混合将使这些损失最小化。

性能的相关数据

在平均阳极表面的功率和平均MFC反应器容积单位的功率之间，存在着明显的差异。表2提供了目前为止报道过的与MFCs相关的最重要的的结果。大部分的研究结果都以电极表面的mA/m以及mW/m2两种形式表示功率输出的值，是根据传统的催化燃料电池的描述格式衍生而来的。其中后一种格式对于描述化学燃料电池而言可能已经是充分的，但是MFCs与化学燃料电池具有本质上的差异，因为它所使用的催化剂（细菌）具有特殊的条件要求，并且占据了反应器中特定的体积，因此减少了其中的自由空间和孔隙的大小。每一个研究都参照了以下参数的特定的组合：包括反应器容积、质子交换膜、电解液、有机负荷速率以及阳极表面。但仅从这一点出发要对这些数据作出横向比较很困难。从技术的角度来看，以阳极仓内容积（液体）所产生的瓦特/立方米（Watts/m3）为单位的形式，作为反应器的性能比较的一个基准还是有帮助的。这一单位使我们能够横向比较所有测试过的反应器，而且不仅仅局限于已有的研究，还可以拓展到其它已知的生物转化技术。

此外，在反应器的库仑效率和能量效率之间也存在着显著的差异。库仑效率是基于底物实际传递的电子的总量与理论上底物应该传递的电子的总量之间的比值来计算。能量效率也是电子传递的能量的提示，并结合考虑了电压和电流。如表2中所见，MFC中的电流和功率之间的关系并非总是明确的。需要强调的是在特定电势的条件下电子的传递速率，以及操作参数，譬如电阻的调整。如果综合考虑这些参数的问题的话，必须要确定是最大库仑效率（如对于废水处理）还是最大能量效率（如对于小型电池）才是最终目标。目前观测到的电极表面功率输出从mW/m2~w/m2都有分布。

优化

生物优化提示我们应该选择合适的细菌组合，以及促使细菌适应反应器内优化过的环境条件。虽然对细菌种子的选择将很大程度上决定细菌增殖的速率，但是它并不决定这一过程产生的最终结构。使用混合的厌氧-好氧型淤泥接种，并以葡萄糖作为营养源，可以观察到经过三个月的微生物适应和选择之后，细菌在将底物转换为电流的速率上有7倍的增长。如果提供更大的阳极表面供细菌生长的话，增长会更快。

批处理系统使能够制造可溶性的氧化型中间体的微生物的积累成为了可能。持续的系统性选择能形成生物被膜的种类，它们或者能够直接的生长在电极上，或者能够通过生物被膜的基质使用可移动的穿梭分子来传递电子。

通过向批次处理的阳极中加入可溶性的氧化中间体也能达到技术上的优化：MFCs中加入氧化型代谢中间体能够持续的改善电子传递。对这些代谢中间体的选择到目前为止还仅仅是出于经验性的，而且通常只有低的中间体电势，在数值约为300mV或者还原性更高的时候，才认为是值得考虑的。应该选择那些具有足够高的电势的氧化中间体，才能够使细菌对于电极而言具有足够高的流通速率，同时还需参考是以高库仑效率还是以高能量效率为主要目标。

一些研究工作者们已经开发了改进型的阳极材料，是通过将化学催化剂渗透进原始材料制成的。Park和Zeikus使用锰修饰过的高岭土电极，产生了高达788mW/m2的输出功率。而增加阳极的特殊表面将导致产生更低的电流密度（因此反过来降低了活化超极化）和更多的生物薄膜表面。然而，这种方法存在一个明显的局限，微小的孔洞很容易被被细菌迅速堵塞。被切断食物供应的细菌会死亡，因此在它溶解前反而降低了电极的活化表面。总之，降低活化超极化和内源性电阻值将是影响功率输出的最主要因素。

IVIFC：支柱性核心技术

污物驱动的应用在于能够显著的移除废弃的底物。目前，使用传统的好氧处理时，氧化每千克碳水化合物就需要消耗1kWh的能量。例如，生活污水的处理每立方米需要消耗0.5kWh的能量，折算后在这一项上每人每年需要消耗的能源约为30kWh。为了解决这一问题，需要开发一些技术，特别是针对高强度的废水。在这一领域中常用的是UpflowAnaerobicSludgeBlanket反应器，它产生沼气，特别是在处理浓缩的工业废水时。UASB反应器通常以每立方米反应器每天10~20kg化学需氧量的负荷速率处理高度可降解性的废水，并且具有（带有一个燃烧引擎作为转换器）35%的总电力效率，意味着反应器功率输出为0.5~1kW/m3。它的效率主要决定于燃烧沼气时损失的能量。未来如果发展了比现有的能更有效的氧化沼气的化学染料电池的话，很可能能够获得更高的效率。

能够转化具有积极市场价值的某种定性底物的电池，譬如葡萄糖，将以具有高能量效率作为首要目标。虽然MFCs的功率密度与诸如甲醇驱动的FCs相比是相当低的，但是对于这项技术而言，以底物安全性为代表的多功能性是它的一个重要优势。

生物燃料研究范文篇4

关键词:生物阴极;微生物燃料电池;餐饮废水;发电;废水处理

0引言

微生物燃料电池（MicrobialFuelCell，MFC）是1种利用微生物代谢活动将储存在有机物中的化学能直接转化为电能的生物反应装置。微生物燃料电池利用废弃物进行发电，在处理废水的同时产生电能，而且发电过程不会产生任何污染环境的有害气体，被视作1种高效益、低能耗、清洁环保的新型废水处理及绿色发电工艺［1-4］。微生物燃料电池属于复杂的生物电化学系统，诸多因素影响其运行性能。目前，由于其发电性能与废水处理效果较差，利用微生物燃料电池处理各类废水的研究工作大多数仍停留在实验室研究阶段［5-10］。在大量投入实际应用前，需要进一步提高其发电效率及废水处理性能。阴极是制约微生物燃料电池产电性能的主要原因之一［11］。为了提高产电性能，一般需要在阴极添加催化剂。根据阴极催化剂的类型，可以把微生物燃料电池的阴极分为生物阴极和非生物阴极。一般微生物燃料电池采用非生物型阴极，其常用催化剂一般为铂等贵金属，极大地增加了微生物燃料电池的成本，且容易造成催化剂污染，不适于微生物燃料电池的规模化应用。生物阴极MFC以微生物作为催化剂，这些微生物能够简单地从好氧污泥中获得，造价低廉，极大地提高了MFC在实际中的可应用性和可持续性［12］。根据阴极电子受体的不同，可将MFC的生物阴极可分为好氧型生物阴极和厌氧型生物阴极。好氧型生物阴极微生物燃料电池直接或间接以氧气作为电子受体。厌氧型生物阴极微生物燃料电池则以过渡金属修饰生物阴极或者添加化合物作为电子受体以代替氧气作为电子受体，目前研究比较广泛的主要有硝酸盐、硫酸盐等。本实验首先对一般常用的电子受体进行比较，以选取性能较好的电子受体，然后从电流密度和污水COD去除率方面，对比生物阴极型微生物燃料电池与一般微生物燃料电池处理餐饮废水的整体性能。

1实验准备

1.1系统构成

本实验采用双室型无介体混菌微生物燃料电池反应器。反应器材质为有机玻璃，主要由阴极室、阳极室、质子交换膜及阴极和阳极构成。阳极室和阴极室同等大小，容积为500mL，阴阳极之间通过质子交换膜（杜邦Nafion117）分隔开。阴阳2极都以碳布（台湾碳能WOS1002）为电极材料，厚度为0.36mm，表面积为6cm×7cm。碳布通过铜线连接外电阻，形成完整的闭合电路。微生物燃料电池产生的实时输出电压通过与负载并联的16通道多功能USB数据采集卡（MPS-010602）进行在线采集与传输，每60s记录1次，并通过电脑终端进行显示、存储与处理。实验系统构成如图1所示。

1.2阴极微生物的选

取与驯化培养生物阴极微生物燃料电池的研究最初是在海底沉积物中发现的，生物阴极微生物种类复杂，微生物是影响其运行性能的关键因素。目前被发现的微生物大多数属于变形菌，还有其他的一些混合菌群落。本实验选用混合菌群落，其适应性好、易于培养、菌种培养周期短，可以大大的节省装置启动时间。自学校湖底取适量污泥，把污泥与少量湖水混合放置于容器中，以保证污泥中微生物由于长时间呼吸代谢所需要的水分。室温下，向容器中持续通入氧气，培养5～6d，使污泥中微生物活性处于最活跃期。培养后的污泥作为阴极好氧微生物菌种投入后期实验。

1.3电子受体选取

生物阴极微生物燃料电池中常用O2、K3［Fe（CN）6］等作为电子受体。电子受体主要是接收阳极端产生的电子，从而完成整个电路的电子传递。电子受体对于整个微生物燃料电池装置性能运行的成果起着非常重要的作用。本着提高微生物燃料电池装置运行性能的原则，本实验选用对提高产电效率有较好效果的电子受体O2、K3［Fe（CN）6］作对比研究，以选取最佳的电子受体，保证生物阴极微生物燃料电池的产电率。图5生物阴极MFC和常规MFC的COD去除率图3底物稀释条件下不同阴极电子受体电流密度图42种微生物燃料电池发电电流密度对比图2底物不稀释条件下不同阴极电子受体电流密度本实验设计了2种对比实验装置，第1种是以O2作为电子受体时，以NaCl溶液作为阴极溶液；第2种是以K3［Fe（CN）6］和NaCl的混合液作为阴极溶液，在厌氧状态下运行，保证实验中仅有K3［Fe（CN）6］作为电子受体，以进行单一条件下对比实验研究。

2种电子受体情况下的微生物燃料电池产电电流密度

曲线如图2、图3所示，其中图2为以食堂原废水为底物的微生物燃料电池在不同阴极电子受体作用下的电流密度曲线图；图3为以稀释食堂废水为底物的微生物燃料电池在不同阴极电子受体作用下的发电电流密度曲线图。在底物为餐饮原废水时，当以O2为阴极电子受体时，电流密度刚开始上升很快；反应14h后，电流密度急剧下降。分析原因，是由于O2活化损失严重，造成电压不能维持在一个高的水平，电流密度最终稳定在6.5mA/m2左右。而以铁氰化钾作为电子受体时，电流密度起始值较小，但曲线呈上升趋势。这是由于Fe3+参与电子传递被还原成Fe2+，而后又被阴极液中溶解的少量O2氧化成Fe3+，使Fe3+浓度升高，从而使发电电流密度升高。当采用稀释食堂废水作为微生物燃料电池底物时，2种不同阴极电子受体作用下的发电电流密度在起始阶段差别不大，但是以铁氰化钾作为阴极电子受体时，电流密度一直呈下降趋势，这是因为铁氰化钾在电子传递过程中有损耗，使铁氰化钾浓度下降，影响了产电性能。对比2种电子受体的作用效果，以氧气作为电子受体时的发电电流密度要高于以铁氰化钾作为电子受体时的电流密度。另一方面，以铁氰化钾作为电子受体会对阳极微生物活性造成危害［13］，且需要在进展过程中不断添加，进而影响产电效果。因此，氧气比铁氰化钾更适合做微生物燃料电池的电子受体。2生物阴极燃料电池处理餐饮废水以稀释餐饮废水为微生物燃料电池底物、氧气为电子受体，对比测试生物阴极MFC和一般MFC的发电能力和水处理能力。一般非生物阴极微生物燃料电池以NaCl溶液为阴极液，生物阴极微生物燃料电池以富含微生物的活性污泥湖水混合液作为阴极液。2种MFC的阴极均处于曝气运行状态，以提供充足的氧气作为电子受体。实验运行15d，2种微生物燃料电池的发电电流密度变化曲线如图4所示。由图4可见，生物阴极微生物燃料电池在运行的前6d，电流密度保持在12mA/m2稳定运行，分析原因是阴极的微生物正处于生长期，微生物含量较稳定；随后，电流密度又呈上升趋势，电流密度可达到21.5mA/m2，继而在这个电流密度范围内波动。这个时期测得阴极电导率为468us/cm，相比刚开始运行时的阴极电导率284us/cm有所提高，分析是由于这个时期的微生物已经大量积累并进入生长期，微生物参与电极反应，使产电性能大大提高。而以NaCl溶液作为阴极液的一般微生物燃料电池，其电流密度在起始运行时为7.9mA/m2，随后下降并基本稳定在6.0mA/m2。以化学介质为阴极液的一般微生物燃料电池，由于作为电子受体氧的溶解度的限制，在溶氧达到饱和后，产电性能只能维持在较低值。生物阴极微生物燃料电池产电性能明显优于以化学介体为阴极液的一般微生物燃料电池的产电性能。生物阴极微生物燃料电池和一般微生物燃料电池处理餐饮废水时的COD去除率指标如图5所示。由图5所示COD去除率情况可见，生物阴极微生物燃料电池处理稀释餐饮废水时的COD去除率可高达89.3%，而以NaCl溶液为阴极液的非生物阴极微生物燃料电池处理同样水质的餐饮废水时的COD去除率为53.4%。二者从污水净化效果方面来看，差距很大。生物阴极微生物燃料电池的废水处理效果明显优于一般非生物阴极微生物燃料电池。

3结论

生物阴极微生物燃料电池具有运行稳定、产电量高等优点，而且对环境不会造成污染，污水净化效果也较好。生物阴极微生物燃料电池和传统的非生物阴极微生物燃料电池相比，不论是产电能力还是污水处理效果，生物阴极微生物燃料电池均具有明显优势。

作者:樊立萍 郑钰姣 单位:沈阳化工大学环境与安全工程学院

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生物燃料研究范文篇5

航空喷气燃料应具有的性能

航空喷气燃料的主要功能是推进飞机前进，所以能量含量和燃烧性质是最核心的燃料性能。其它相关性能指标还有稳定性、润滑性、流动性、汽化特性、抗腐蚀性、洁净性、材料相容性及安全特性等，飞机的安全和经济运行要求燃料在使用前足够清洁、无水和不含任何污染物。除了提供能量，燃料还作为发动机控制系统的压力液和特定燃料系统部件的冷却剂。航空喷气燃料性能能否达到使用要求，通过质量指标来控制与体现。表1列出了航空喷气燃料性能及与之相关的分析测试项目[4]。（1）热安定（稳定）性在飞机飞行中，航空喷气燃料还作为发动机和机体的热交换介质。工作环境温度较地面环境温度高，因此油品的热安定性是喷气燃料最重要的性质之一。在机体内，喷气燃料用来给发动机油、压力液和空调设备换热，燃料吸收的热量加速了生成胶质和颗粒物的化学反应。商用喷气燃料应在燃料温度高达163℃时保持热稳定，认为这样的燃料具备良好的储存安定性。（2）燃烧性通过把液体燃料注入快速流动的热空气流中，燃料在燃烧室中连续燃烧。在初始区域中，燃料在接近理想配比条件下汽化并燃烧，所产生的热气持续被过剩空气稀释，以便把温度降低到适合发动机安全运行的温度。通过目前规格中的试验方法测试与生烟相关的燃料的燃烧性质。通常，烷烃提供了最为理想的喷气燃料燃烧洁净性，环烷烃是次理想烃类，芳烃是飞机涡轮燃料燃烧性的最不理想烃类。在飞机涡轮中芳烃易于呈有烟的火焰燃烧，且比其它烃类释放出更大比例的不理想热辐射的化学能。萘或双环芳烃比单环芳烃产生更多的烟灰、烟尘和热辐射，是飞机喷气燃料使用的最不理想烃类。烟点提供了一个喷气燃料相对生烟性的指示，且与该燃料的烃类组成有关，无烟火焰的高度值大，表明芳烃含量低，燃烧的清洁性好。（3）燃料的计量和飞机航程当密度与诸如苯胺点或蒸馏等其它参数结合使用时，密度低预示单位体积热值低，预示给定体积燃料的航程降低。飞机和发动机的设计是建立在把热能转化为机械能的基础上。燃烧净热值提供了从给定燃料中获得的进行有效工作的能量数量，热值减少到该最小限值以下将伴随着燃料消耗增加和相应的航程减少。（4）燃料的雾化通过蒸馏测定在不同温度下燃料的挥发性和是否易于蒸发，规定10%蒸馏温度是为了确保易于启动，规定终馏点是为了排除难以蒸发的重馏分。燃料的黏度与其在整个温度范围的泵送能力和喷嘴雾化状态的一致性密切相关，燃料对泵的润滑能力与黏度也有关系。（5）低温流动性冰点是燃料非常重要的性能，而且应足够低，以排除在高海拔处的普遍温度下燃料通过滤网向发动机流动时受到的干扰。飞机油箱中燃料的温度随着外界温度的降低而降低。飞行过程中燃料所经历的最低温度主要取决于外界空气温度、飞行时间和飞机速度。例如，长时间飞行要求燃料的冰点比短时间飞行的低。（6）与燃料系统和涡轮中的橡胶和金属的相容性已知硫醇硫可以与某些橡胶反应，规定硫醇含量限值以避免这类反应并减少令人不快的硫醇气味。对于喷气燃料控制硫含量很重要，因为在燃烧过程形成的硫氧化物会腐蚀涡轮的金属部件。喷气燃料铜片腐蚀试验合格的要求，确保了燃料中不含任何会腐蚀燃料系统各部分的铜或铜合金的物质。某些石油产品使用了矿物酸或苛性碱或两者进行处理，不希望有任何残留的矿物酸或苛性碱，也不希望含有杂质。当检验新生产的或未使用过的燃料时，测定酸值可以对此进行确认。（7）燃料的储存安定性实际胶质是燃料蒸发后所留下来的非挥发性残余物。如果存在大量的胶质，则表明燃料受到高沸点油品或颗粒物质的污染。（8）燃料的润滑性飞机/发动机燃料系统的组件和燃料控制部件依靠燃料润滑其滑动的部分。喷气燃料在此类设备中作为润滑剂的作用称为燃料的润滑性。喷气燃料润滑性不好，可导致泵的流量下降或出现机械故障，严重时导致发动机空中停车。

航空生物燃料的特性与调合要求

从中长期全球航空工业技术经济角度分析，传统化石航空喷气燃料仍将占据航空燃料主导地位，这就要求替代燃料的性质必须与现有的传统燃料性质相近，可与其完全互溶、可以任何比例进行混合和共同运输。煤液化喷气燃料（CTL）、天然气合成喷气燃料（GTL）和航空生物燃料（Bio-SPK）这三种产品在能量密度、流动性等方面的性质与现有传统燃料基本相近，所以目前国际上航空替代燃料主要是这三种。与化石航空喷气燃料相比，航空生物燃料具有优异的热安定性、燃烧性和良好的材料相容性，除产品密度偏低外，其它性能指标均与化石航空喷气燃料要求一致。表2列出了航空生物燃料与化石航空喷气燃料性能指标的对比情况。由于航空生物燃料不含芳烃，实测的航空生物燃料净热值为44.14MJ/kg，烟点大于40mm；而化石航空喷气燃料的实测净热值为43.44MJ/kg，烟点实测为23mm（萘系烃含量为0.4%）。所以，航空生物燃料具有优异的燃烧性能和较高的热稳定性。但是，为确保避免长时间使用后飞机燃料系统橡胶密封圈收缩和相应的燃料泄漏，调合后的航空涡轮生物燃料规定了芳烃含量（体积）的下限不小于8%，上限不大于25%，而化石航空喷气燃料只规定了芳烃含量上限，因此其最低芳烃含量根据已有的经验来确定，实际指标目前仍在进一步研究之中。在燃料雾化（挥发性）方面，为保证涡轮燃料雾化性能和燃烧稳定性，航空涡轮生物燃料增加了蒸馏斜率T50-T10不小于15℃和T90-T10不小于40℃的要求。为满足航空涡轮生物燃料的蒸馏斜率要求，作为调合组分的航空生物燃料T90-T10要求不小于22℃。蒸馏斜率限制是根据目前对认可的合成燃料的经验确定的，目前正在进行蒸馏斜率实际需求的研究。另外，目前作为调合组分的航空生物燃料密度相对较低，15℃密度为730～770kg/m3，调合航空涡轮生物燃料选择时，需注意化石航空喷气燃料的实际密度值。化石航空喷气燃料的芳烃含量一般在10%～20%，密度（15℃）一般为780～820kg/m3。为了同时满足航空喷气燃料规格对芳烃最低含量8%和密度不低于775kg/m3（15℃）的要求，应选择芳烃含量大于16%、密度不低于805kg/m3（15℃）的化石航空喷气燃料调合航空涡轮生物燃料，航空生物燃料的含量不超过50%。

航空生物燃料标准

生物燃料研究范文篇6

一、中国生物质能源开发利用现状

20世纪70年代，国际上第一次石油危机使发达国家和贫油国家重视石油替代，开始大规模发展生物质能源。生物质能源是以农林等有机废弃物以及利用边际土地种植的能源植物为主要原料进行能源生产的一种新兴能源。生物质能源按照生物质的特点及转化方式可分为固体生物质燃料、液体生物质燃料、气体生物质燃料。中国生物质能源的发展一直是在“改善农村能源”的观念和框架下运作，较早地起步于农村户用沼气，以后在秸秆气化上部署了试点。近两年，生物质能源在中国受到越来越多的关注，生物质能源利用取得了很大的成绩。沼气工程建设初见成效。截至2005年底，全国共建成3764座大中型沼气池，形成了每年约3.4l亿立方米沼气的生产能力，年处理有机废弃物和污水1.2亿吨，沼气利用量达到80亿立方米。到2006年底，建设农村户用沼气池的农户达2260万户，占总农户的9.2%，占适宜农户的15.3%，年产沼气87.0亿立方米，使7500多万农民受益，直接为农民增收约180亿元。生物质能源发电迈出了重要步伐，发电装机容量达到200万千瓦。液体生物质燃料生产取得明显进展，全国燃料乙醇生产能力达到：102万吨，已在河南等9个省的车用燃料中推广使用乙醇汽油。

（一）固体生物质燃料

固体生物质燃料分生物质直接燃烧或压缩成型燃料及生物质与煤混合燃烧为原料的燃料。生物质燃烧技术是传统的能源转化形式，截止到2004年底，中国农村地区已累计推广省柴节煤炉灶1.89亿户，普及率达到70%以上。省柴节煤炉灶比普通炉灶的热效率提高一倍以上，极大缓解了农村能源短缺的局面。生物质成型燃料是把生物质固化成型后采用略加改进后的传统设备燃用，这种燃料可提高能源密度，但由于压缩技术环节的问题，成型燃料的压缩成本较高。目前，中国（清华大学、河南省能源研究所、北京美农达科技有限公司）和意大利（比萨大学）两国分别开发出生物质直接成型技术，降低了生物质成型燃料的成本，为生物质成型燃料的广泛应用奠定了基础。此外，中国生物质燃料发电也具有了一定的规模，主要集中在南方地区的许多糖厂利用甘蔗渣发电。广东和广西两省（区）共有小型发电机组300余台，总装机容量800兆瓦，云南也有一些甘蔗渣电厂。中国第一批农作物秸秆燃烧发电厂将在河北石家庄晋州市和山东菏泽市单县建设，装机容量分别为2×12兆瓦和25兆瓦，发电量分别为1.2亿千瓦时和1.56亿千瓦时，年消耗秸秆20万吨。

（二）气体生物质燃料

气体生物质燃料包括沼气、生物质气化制气等。中国沼气开发历史悠久，但大中型沼气工程发展较慢，还停留在几十年前的个体小厌氧消化池的水平，2004年，中国农户用沼气池年末累计1500万户，北方能源生态模式应用农户达43.42万户，南方能源生态模式应用农户达391.27万户，总产气量45.80亿立方米，相当于300多万吨标准煤。到2004年底，中国共建成2500座工业废水和畜禽粪便沼气池，总池容达到了88.29万立方米，形成了每年约1.84亿立方米沼气的生产能力，年处理有机废物污水5801万吨，年发电量63万千瓦时，可向13.09万户供气。

在生物质气化技术开发方面，中国对农林业废弃物等生物质资源的气化技术的深入研究始于20世纪70年代末、80年代初。截至2006年底，中国生物质气化集中供气系统的秸秆气化站保有量539处，年产生物质燃气1.5亿立方米；年发电量160千瓦时稻壳气化发电系统已进入产业化阶段。

（三）液体生物质燃料

液体生物质燃料是指通过生物质资源生产的燃料乙醇和生物柴油，可以替代由石油制取的汽油和柴油，是可再生能源开发利用的重要方向。近年来，中国的生物质燃料发展取得了很大的成绩，特别是以粮食为原料的燃料乙醇生产已初步形成规模。“十五”期间，在河南、安徽、吉林和黑龙江分别建设了以陈化粮为原料的燃料乙醇生产厂，总产能达到每年102万吨，现已在9个省（5个省全部，4个省的27个地（市））开展车用乙醇汽油销售。到2005年，这些地方除军队特需和国家特种储备外实现了车用乙醇汽油替代汽油。

但是，受粮食产量和生产成本制约，以粮食作物为原料生产生物质燃料大规模替代石油燃料时，也会产生如同当今面临的石油问题一样的原料短缺，因此，中国近期不再扩大以粮食为原料的燃料乙醇生产，转而开发非粮食原料乙醇生产技术。目前开发的以木薯为代表的非食用薯类、甜高粱、木质纤维素等为原料的生物质燃料，既不与粮油竞争，又能降低乙醇成本。广西是木薯的主要产地，种植面积和总产量均占全国总量的80%，2005年，木薯乙醇产量30万吨。从生产潜力看，目前，木薯是替代粮食生产乙醇最现实可行的原料，全国具有年产500万吨燃料乙醇的潜力。

此外，为了扩大生物质燃料来源，中国已自主开发了以甜高粱茎秆为原料生产燃料乙醇的技术（称为甜高粱乙醇），目前，已经达到年产5000吨燃料乙醇的生产规模。国内已经在黑龙江、内蒙古、新疆、辽宁和山东等地，建立了甜高粱种植、甜高梁茎秆制取燃料乙醇的基地。生产1吨燃料乙醇所需原料－－甜高粱茎秆收购成本2000元，加上加工费，燃料乙醇生产成本低于3500元，吨。由于现阶段国家对燃料乙醇实行定点生产，这些甜高粱乙醇无法进入交通燃料市场，大多数掺入了低质白酒中。另外，中国也在开展纤维素制取燃料乙醇技术的研究开发，现已在安徽丰原生化股份有限公司等企业形成年产600吨的试验生产能力。目前，中国燃料乙醇使用量已居世界第三位。生物柴油是燃料乙醇以外的另一种液体生物质燃料。生物柴油的原料来源既可以是各种废弃或回收的动植物油，也可以是含油量高的油料植物，例如麻风树（学名小桐子）、黄连木等。中国生物柴油产业的发展率先在民营企业实现，海南正和生物能源公司、四川古杉油脂化工公司、福建卓越新能源发展公司等都建成了年生产能力l万～2万吨的生产装置，主要以餐饮业废油和皂化油下脚料为原料。此外，国外公司也进军中国，奥地利一家公司在山东威海市建设年生产能力25万吨的生物柴油厂，意大利一家公司在黑龙江佳木斯市建设年生产能力20万吨的生物柴油厂。预计中国生物柴油产量2010年前约可达每年100万吨。

二、中国生物质能源发展政策

为了确保生物质能源产业的稳步发展，中国政府出台了一系列法律法规和政策措施，积极推动了生物质能源的开发和利用。

（一）行业标准规范生产，法律法规提供保障

本世纪初，为解决大量库存粮积压带来的财政重负和发展石化替代能源，中国开始生产以陈化粮为主要原料的燃料乙醇。2001年，国家计划委员会了示范推行车用汽油中添加燃料乙醇的通告。随后，相关部委联合出台了试点方案与工作实施细则。2002年3月，国家经济贸易委员会等8部委联合制定颁布了《车用乙醇汽油使用试点方案》和《车用乙醇汽油使用试点工作实施细则》，明确试点范围和方式，并制定试点期间的财政、税收、价格等方面的相关方针政策和基本原则，对燃料乙醇的生产及使用实行优惠和补贴的财政及价格政策。在初步试点的基础上，2004年2月，国家发展和改革委员会等8部委联合《车用乙醇汽油扩大试点方案》和《车用乙醇汽油扩大试点工作实施细则》，在中国部分地区开展车用乙醇汽油扩大试点工作。同时，为了规范燃料乙醇的生产，国家质量技术监督局于2001年4月和2004.年4月，分别GBl8350－2001《变性燃料乙醇》和GBl8351－2001《车用乙醇汽油》两个国家标准及新车用乙醇汽油强制性国家标准（GBl835l一2004）。在国家出台相关政策措施的同时，试点区域的省份均制定和颁布了地方性法规，地方各级政府机构依照有关规定，加强组织领导和协调，严格市场准入，加大市场监管力度，对中国生物质燃料乙醇产业发展和车用生物乙醇汽油推广使用起到了重大作用。

此外，国家相关的法律法规也为生物质能源的发展提供保障。2005年，《中华人民共和国可再生能源法》提出，“国家鼓励清洁、高效地开发利用生物质燃料、鼓励发展能源作物，将符合国家标准的生物液体燃料纳入其燃料销售体系”。国家“十一五”规划纲要也提出，“加快开发生物质能源，支持发展秸秆、垃圾焚烧和垃圾填埋发电，建设一批秸秆发电站和林木质发电站，扩大生物质固体成型燃料、燃料乙醇和生物柴油生产能力”。

（二）运用经济手段和财政扶持政策推动产业发展

除制定相应法律法规和标准外，2002年以来，中央财政也积极支持燃料乙醇的试点及推广工作，主要措施包括投入国债资金、实施税收优惠政策、建立并优化财政补贴机制等。一是投入国债资金4.8亿元用于河南、安徽、吉林3省燃料乙醇企业建设；二是对国家批准的黑龙江华润酒精有限公司、吉林燃料乙醇有限公司、河南天冠燃料乙醇有限公司、安徽丰原生化股份有限公司4家试点单位，免征燃料乙醇5%的消费税，对生产燃料乙醇实现的增值税实行先征后返；三是在试点初期，对生产企业按保本微利的原则据实补贴，在扩大试点规模阶段，为促进企业降低生产成本，改为按照平均先进的原则定额补贴，补贴逐年递减。

为进一步推动生物质能源的稳步发展，2006年9月，财政部、国家发展和改革委员会、农业部、国家税务总局、国家林业局联合出台了《关于发展生物质能源和生物化工财税扶持政策的实施意见》，在风险规避与补偿、原料基地补助、示范补助、税收减免等方面对于发展生物质能源和生物化工制定了具体的财税扶持政策。此外，自2006年1月1日《可再生能源法》正式生效后，酝酿中与之配套的各项行政法规和规章也开始陆续出台。财政部2006年10月4日出台了《可再生能源发展专项资金管理暂行办法》，该办法对专项资金的扶持重点、申报及审批、财务管理、考核监督等方面做出全面规定。该《办法》规定：发展专项资金由国务院财政部门依法设立，发展专项资金的使用方式包括无偿资助和贷款贴息，通过中央财政预算安排。

三、中国生物质能源发展中存在的主要问题

尽管中国在生物质能源等可再生能源的开发利用方面取得了一些成效，但由于中国生物质能源发展还处于起步阶段，面临许多困难和问题，归纳起来主要有以下几个方面。

（一）原料资源短缺限制了生物质能源的大规模生产

由于粮食资源不足的制约，目前，以粮食为原料的生物质燃料生产已不具备再扩大规模的资源条件。今后，生物质燃料乙醇生产应转为以甜高粱、木薯、红薯等为原料，特别是以适宜在盐碱地、荒地等劣质地和气候干旱地区种植的甜高粱为主要原料。虽然中国有大量的盐碱地、荒地等劣质土地可种植甜高粱，有大量荒山、荒坡可以种植麻风树和黄连木等油料植物，但目前缺乏对这些土地利用的合理评价和科学规划。目前，虽然在西南地区已种植了一定数量的麻风树等油料植物，但不足以支撑生物柴油的规模化生产。因此，生物质燃料资源不落实是制约生物质燃料规模化发展的重要因素。

（二）还没有建立起完备的生物质能源工业体系，研究开发能力弱，技术产业化基础薄弱

虽然中国已实现以粮食为原料的燃料乙醇的产业化生产，但以其他能源作物为原料生产生物质燃料尚处于技术试验阶段，要实现大规模生产，还需要在生产工艺和产业组织等方面做大量工作。以废动植物油生产生物柴油的技术较为成熟，但发展潜力有限。后备资源潜力大的纤维素生物质燃料乙醇和生物合成柴油的生产技术还处于研究阶段，一些相对成熟的技术尚缺乏标准体系和服务体系的保障，产业化程度低，大规模生物质能源生产产业化的格局尚未形成。

（三）生物燃油产品市场竞争力较弱

巴西以甘蔗生产燃料乙醇1980年每吨价格为849美元，1998年降到300美元以下。中国受原料来源、生产技术和产业组织等多方面因素的影响，燃料乙醇的生产成本比较高，目前，以陈化粮为原料生产的燃料乙醇的成本约为每吨3500元左右，以甜高粱、木薯等为原料生产的燃料乙醇的成本约为每吨4000元。按等效热值与汽油比较，汽油价格达到每升6元以上时，燃料乙醇才可能赢利。目前，国家每年对102万吨燃料乙醇的财政补贴约为15亿元，在目前的技术和市场条件下，扩大燃料乙醇生产需要大量的资金补贴。以甜高粱和麻风树等非粮食作物为原料的燃料乙醇和生物柴油的生产技术才刚刚开始产业化试点，产业化程度还很低，近期在成本方面的竞争力还比较弱。因此，生物质燃料成本和石油价格是制约生物质燃料发展的重要因素。

（四）政策和市场环境不完善，缺乏足够的经济鼓励政策和激励机制

生物质能源产业是具有环境效益的弱势产业。从国外的经验看，政府支持是生物质能源市场发育初期的原始动力。不论是发达国家还是发展中国家，生物质能源的发展均离不开政府的支持，例如投融资、税收、补贴、市场开拓等一系列的优惠政策。2000年以来，国家组织了燃料乙醇的试点生产和销售，建立了包括燃料乙醇的技术标准、生产基地、销售渠道、财政补贴和税收优惠等在内的政策体系，积累了生产和推广燃料乙醇的初步经验。但是，由于以粮食为原料的燃料乙醇发展潜力有限，为避免对粮食安全造成负面影响，国家对燃料乙醇的生产和销售采取了严格的管制。近年来，虽有许多企业和个人试图生产或销售燃料乙醇，但由于受到现行政策的限制，不能普遍享受到财政补贴，也难以进入汽油现有的销售渠道。对于生物柴油的生产，国家还没有制定相关的政策，特别是还没有生物柴油的国家标准，更没有生物柴油正常的销售渠道。此外，生物质资源的其它利用项目，例如燃烧发电、气化发电、规模化畜禽养殖场大中型沼气工程项目等，初始投资高，需要稳定的投融资渠道给予支持，并通过优惠的投融资政策降低成本。中国缺乏行之有效的投融资机制，在一定程度上制约了生物质资源的开发利用。

四、中国生物质能源未来的发展特点和趋势

（一）逐步改善现有的能源消费结构，降低石油的进口依存度

中国经济的高速发展，必须构筑在能源安全和有效供给的基础之上。目前，中国能源的基本状况是：资源短缺，消费结构单一，石油的进口依存度高，形势十分严峻。2004年，中国一次能源消费结构中，煤炭占67.7%，石油占22.7%，天然气占2.6%，水电等占7.0%；一次能源生产总量中，煤炭占75.6%，石油占13.5%，天然气占3.O%，水电等占7.9%。这种能源结构导致对环境的严重污染和不可持续性。中国石油储量仅占世界总量的2%，消费量却是世界第二，且需求持续高速增长，1990年的消费量刚突破1亿吨，2000年达到2.3亿吨，2004年达到3.2亿吨。中国自1993年成为石油净进口国后，2005年进口原油及成品油约1.3亿吨，估计2010年将进口石油2.5亿吨，进口依存度将超过50%。进口依存度越高，能源安全度就越低。中国进口石油的80%来自中东，且需经马六甲海峡，受国际形势影响很大。

因此，今后在厉行能源节约和加强常规能源开发的同时，改变目前的能源消费结构，向能源多元化和可再生清洁能源时代过渡，已是大势所趋，而在众多的可再生能源和新能源中，生物质能源的规模化开发无疑是一项现实可行的选择。

（二）生物质产业的多功能性进一步推动农村经济发展

生物质产业是以农林产品及其加工生产的有机废弃物，以及利用边际土地种植的能源植物为原料进行生物能源和生物基产品生产的产业。中国是农业大国，生物质原料生产是农业生产的一部分，生物质能源的蕴藏量很大，每年可用总量折合约5亿吨标准煤，仅农业生产中每年产生的农作物秸秆，就折合1.5亿吨标准煤。中国有不宜种植粮食作物、但可以种植能源植物的土地约l亿公顷，可人工造林土地有311万公顷。按这些土地20%的利用率计算，每年约可生产10亿吨生物质，再加上木薯、甜高粱等能源作物，据专家测算，每年至少可生产燃料乙醇和生物柴油约5000万吨，农村可再生能源开发利用潜力巨大。生物基产品和生物能源产品不仅附加值高，而且市场容量几近无限，这为农民增收提供了一条重要的途径；生物质能源生产可以使有机废弃物和污染源无害化和资源化，从而有利于环保和资源的循环利用，可以显著改善农村能源的消费水平和质量，净化农村的生产和生活环境。生物质产业的这种多功能性使它在众多的可再生能源和新能源中脱颖而出和不可替代，这种多功能性对拥有8亿农村人口的中国和其他发展中国家具有特殊的重要性。

（三）净化环境，进一步为环境“减压”

随着中国经济的高速增长，以石化能源为主的能源消费量剧增，在过去的20多年里，中国能源消费总量增长了2.6倍，对环境的压力越来越大。2003年，中国二氧化碳排放量达到8.23亿吨，居世界第二位。2025年前后，中国二氧化碳排放量可能超过美国而居首位。2003年，中国二氧化硫的排放量也超过了2000万吨，居世界第一位，酸雨区已经占到国土面积的30%以上。中国二氧化碳排放量的70%、二氧化硫排放量的90%、氮氧化物排放量的2／3均来自燃煤。预计到2020年，氧化硫和氮氧化物的排放量将分别超过中国环境容量30%和46%。《京都议定书》已对发达国家分配了2012年前二氧化碳减排8%的指标，中国是《京都议定书》的签约国，承担此项任务只是时间早晚的问题。此外，农业生产和废弃物排放也对生态环境带来严重伤害。因此，发展生物质能源，以生物质燃料直接或成型燃烧发电替代煤炭以减少二氧化碳排放，以生物燃油替代石化燃油以减少碳氢化物、氮氧化物等对大气的污染，将对于改善能源结构、提高能源利用效率、减轻环境压力贡献巨大。

（四）技术逐步完善，产业化空间广阔

从生物质能源的发展前景看，第一，生物乙醇是可以大规模替代石化液体燃料的最现实选择；第二，对石油的替代，将由E85（在乙醇中添加15%的汽油）取代E10（汽油中添加10%的乙醇）；第三，FFVs（灵活燃料汽车）促进了生物燃油生产和对石化燃料的替代，生物燃油的发展带动了传统汽车产业的更新改造；第四，沼气将规模化生产，用于供热发电、（经纯化压缩）车用燃料或罐装管输；第五，生物质成型燃料的原料充足，技术成熟，投资少、见效快，可广泛用于替代中小锅炉用煤，热电联产（CHP）能效在90%以上，是生物质能源家族中的重要成员；第六，以木质纤维素生产的液体生物质燃料（Bff。）被认为是第二代生物质燃料，包括纤维素乙醇、气化后经费托合成生物柴油（FT柴油），以及经热裂解（TDP）或催化裂解（CDP）得到的生物柴油。此外，通过技术研发还将开拓新的资源空间。工程藻类的生物量巨大，如果能将现代生物技术和传统育种技术相结合，优化育种条件，就有可能实现大规模养殖高产油藻。一旦高产油藻开发成功并实现产业化，由藻类制取生物柴油的规模可以达到数千万吨。

据专家预测估计，到2010年，中国年生产生物燃油约为600万吨，其中，生物乙醇500万吨、生物柴油100万吨：到2020年，年生产生物燃油将达到1900万吨，其中，生物乙醇1000万吨，生物柴油900万吨。

生物燃料研究范文篇7

关键词：生物质锅炉；节能减排；探究

1概述生物质与生物质锅炉的特性

1.1生物质的定义。研究生物质锅炉首先要清楚生物质的定义，生物质的定义较为广泛，通过光合作用形成的各种有机物都被称为生物质，不仅包括动植物，还包括微生物。作为绿色新能源的生物质能，则是指将生物质体内蕴藏的能量（将太阳能转化为化学能）转化为实际意义上的固态、液态、气态燃料。作为目前新能源领域唯一一种可再生的碳源能量，研究其节能减排性质十分关键。目前，作为主要的生物质来源的有农业废弃物、林业废弃物、工业生产废弃物等，例如，农作物中的秸秆、淀粉类作物、油料作物、工业废气有机物、烟梗、动物排泄物等。1.2生物质锅炉的特性。作为使用生物质为能量来源的锅炉，生物质的性质直接决定了生物质锅炉的绿色、环保，具有强大的生命力。分析现阶段的生物质锅炉，一般由五个部分组成：给料系统、燃烧系统、吹灰系统、烟风系统、自控系统。主要种类分为生物质热能锅炉与生物质电能锅炉，其工作原理相同，只是第一种类型锅炉是直接获取热能，第二种是将热能转化为电能。现阶段生物质热能锅炉使用较为广泛。生物质锅炉在实际使用中，原料成本低、整体价格低、运行流程简单，在我国正在大规模的推广使用中。其原料使用的是清洁能源，且燃烧时间长，效益较高，对环境基本属于零污染。相比传统锅炉，生物质锅炉在实际使用中，因生物质原料的含硫量大都小于0.2%，所以在工艺生产中不需要安装气体脱硫装置，成本较低。分析生物质锅炉的原料来源，以秸秆、烟梗为例，若处理不当，会对环境造成污染，但如果充当燃料，既可以做到资源的优质应用，还可以降低成本，提高生产效益。生物质锅炉因为燃料的原因，燃料中含氮量高，所以在燃烧过程中产生的一氧化氮多，导致氮氧化物排放浓度高。1.3解决氮氧化物排放浓度高的方案。采用SNCR技术，即选择性非催化还原技术，它是目前主要的烟气脱硝技术之一。在选择性非催化还原（SNCR）的氮氧化物去除的过程中，还原剂是以液态（氨水、尿素溶液）或气态的形式（氨气）喷射到850～1050℃的高温烟气窗口中，通过还原反应后最终形成氮气、水和二氧化碳，从而降低烟气中的氮氧化物。

2生物质锅炉对节能减排的应用意义

2.1减少温室气体排放，遏制温室效应。分析传统燃料燃烧现状不难发现，其中有害物质在其排放物中占比较高，虽然进行脱硫、脱氮环保工艺的应用，但其硫化物与氮化物的比例仍较高，对环境造成污染的同时，加重了地球的温室效应，不利于生态环境的保护。而利用生物质新能源，其燃烧二氧化碳等温室气体的排放，与生物质原料生长进行的二氧化碳的吸收，整体构成了自然碳循环，在理论上实现了二氧化碳的零排放，可以有效降低温室气体对环境的污染，且利用生物质燃料与煤炭等传统燃料结合的使用方法，可以有效降低二氧化硫等有害气体的排放，对生态环境保护有着重要作用。2.2利于改善生态环境，保护人们生活健康。在数年前的农村，处理秸秆等废弃农作物的方式大都是囤积燃烧，不仅造成了资源浪费，还对生态环境造成了严重的影响，而利用生物质锅炉可以将农业、林业、工业废弃物进行二次利用，既保护了环境，还有利于企业经济效益的提高。再者对比生物质新能源与传统能源，生物质能源的排放污染较小，对环境基本为零污染，全面推广生物质锅炉有利于改善生态环境，保护人们的生活健康，促进可持续发展理念的贯彻。2.3符合国家可持续发展战略要求。生物质锅炉自问世以来，得到了国家的大力推广，因其符合国家可持续发展战略，响应了发展循环经济的号召。农作物中的秸秆、淀粉类作物、油料作物、工业废气有机物、烟梗、动物排泄物等都可以作为生物锅炉的燃料。工农业中的生产废弃物的再利用是国家循环经济的核心，发展生物质能源，推广生物质锅炉的使用就是对工农业废弃物进行再生产利用，符合循环经济发展的核心要求。2.4促进能源结构调整，节约资源。分析生物质锅炉的能量来源，上文中提高，只要是经过光合作用产生的有机物都可以代入生产使用。利用生物质锅炉可以有效促进国家能源结构使用调整，节约资源，保护环境，分析生物质锅炉的熄灭设备，可以快速、有效地进行大规模的资源化应用，且成本较低，熄灭产生二氧化碳等温室气体的排放，与生物质原料生长进行的二氧化碳的吸收，整体构成了自然碳循环，在理论上实现了二氧化碳的零排放，可以有效降低温室气体对环境的污染。

3生物质锅炉节能减排技术实例分析

3.1生物质烟梗热解与燃烧特性分析。上文中提到，生物质锅炉燃料的来源较广，在烟叶企业，利用烟叶生产过程中的副产物烟梗，同样可以作为生物质锅炉的燃料，利用烟梗等废弃物进行二次利用，可以为烟叶复烤企业提高经营效益，降低生产成本，还可以解决烟梗等废弃物的排放问题，符合我国对企业“节能减排”的要求。本文就简要概述生物质锅炉利用烟梗做燃料进行复烤工艺的再利用。通过生物质热能锅炉，可以做到烟梗的充分、直接燃烧，将其生物质转化为蒸汽热能，作为烟叶复烤的能量来源。生物质锅炉的燃效效率取决于燃料性质、生物质锅炉结构与技术要求，首先，分析烟梗的基础性质不难得出，当烟梗作为生物质锅炉的主燃料时，容易出现积灰和结渣的现象，且烟梗的不完全燃烧会产生焦油，不利于生产流程的进行。所以在实际应用过程中，相关技术人员要注重烟梗热解参数和影响因素，控制着火温度与反应条件，采用氮氧混合为反应环境，可以有效地提高燃料反应效率，降低固体残渣的比例。这提高了生物质锅炉的可靠性，实现了资源的循环利用性。3.2生物质颗粒层燃锅炉工艺。生物质颗粒层燃锅炉技术是指是生物质颗粒作为燃料，主要包括给料系统、燃烧系统、吹灰系统、烟风系统、自控系统，是较为常见的生物质锅炉系统，原先将生物质原材料如农业废弃物秸秆等进行初步粉碎，然后进行烘干、混合、挤压等，制作成颗粒状的燃料，锅炉在实际生产中采用卧式水火管设计，采用往复炉排层燃的方式，锅炉整体呈一体化设置，具有一定操作上的便捷性，且成本低，经济效益较高，热能转换系统较强，启动传热温度较低，传热速度较快。经过实际数据分析可以得出，该生物质锅炉在实际生产过程中具有高效的产热效率和低污染排放率，且造价较低，既保证了锅炉燃效的经济效益，还可以保护生态环境。且生物质锅炉可以有效降低PM2.5的排放，利于人民生活健康。生物质排放标准具体可见《锅炉大气污染物排放标准》，经数据统计分析，完全符合国家标准。

4结语

据有关数据统计，全世界可使用天然气与石油资源的剩余使用年限为50年，煤炭资源的可使用年限为90年，传统化石能源的不可再生性与污染性，探究新能源使用工作迫在眉睫，相比较风能、水能发电，生物质能具有效率更高的特点。目前，我国对于生物质锅炉的研究方面重视程度极高，相信在未来阶段，生物质锅炉的发展会更加光明，生物质锅炉的应用完全符合国家节能环保政策，且成本低，经济效益较高，热能转换系统较强，启动传热温度较低，传热速度较快。生物质新能源作为优秀的再生替代新能源，值得相关工作人员进行不断研究、改进，为我国走可持续发展道路，为生态环保、节能减排理念的贯彻做出贡献。

参考文献：

[1]张金文,李梅,成春雷,程鹏,白莉,刘军,周洋,黄渤.生物质锅炉排放细颗粒物质谱特征研究[J].环境污染与防治,2018,40(10):1167-1174.

[2]张宁,王超平,徐继华,罗本国,程远强.烟梗-煤双燃料流化床锅炉设计和运行研究[J].科技创新与应用,2016(20):148-149.

[3]江晓峰.生物质锅炉供热项目碳减排量化方法研究[D].河北工程大学,2016.

[4]王准.生物质燃烧过程中受热面高温腐蚀特性研究[D].浙江大学,2015.

生物燃料研究范文篇8

关键词：微流体技术；生物燃料；生物柴油；生物乙醇；微流体反应器

随着经济的迅速增长，传统化石燃料日益枯竭，温室效应逐渐加剧，生物燃料的重要性日益凸显。作为液体生物燃料，生物柴油和生物乙醇具有原料来源广泛、清洁可再生、生产规模不断扩大等特点，在一定程度上能够满足目前紧迫的能源需求[1]。然而，两者生产过程中的一些消极因素限制了它们的进一步发展，如土地面积需求过大、生产成本过高、产品产率过低以及产品质量欠佳等[2]。这些消极因素的存在阻碍了生物燃料的规模化进程，为了尽早实现生物燃料的规模化和商业化，纳米技术、基因工程技术和微流体技术等不断被引入到生物燃料的研究和生产之中。其中，微流体技术在改善生物柴油和生物乙醇的产量和质量方面效果显著。微流体技术是基于微流控芯片在微观尺度下控制、操作和检测复杂流体的技术，它能在较小的试剂体积和较短的反应时间等条件下进行工作。微流控芯片的尺寸仅为十几平方厘米甚至几平方厘米，且其上通常会内置有检测、分析及样品制备等诸如生物或化学实验室的各种功能，因此，其又被称为芯片实验室。作为一门新兴技术，其被广泛应用于化学、医药、生命科学等多个领域，由于其小型化、高精度、短周期和低能耗等独特的优点，其在生物燃料领域也表现出了巨大的潜力。微流体技术不仅能快速进行微藻等产油微生物的高通量筛选和培养条件的优化，还能通过增大生物柴油酯交换过程两相界面的接触面积而改善其转化率，另外，在生物燃料的生产过程中，将这种技术与相应的功能原件集成后，除了能够在线分析和监测产品质量，还能完成生产环境的实时控制从而提高产品质量。

1微流体的特性

要想深入了解微流体技术在生物燃料领域的应用，首先需要了解微观尺度下的流体特性。微流体是一种借助亚毫米至亚微米微通道产生的流体，这种微尺度下的流体学行为与宏观尺度下的流体学行为差异很大。在流体力学中，流体流动特性通常采用雷诺数（ReynoldsNumber，Re）进行表征。一般情况下，当Re<2000时，流体表现为层流状态；当Re>4000时，流体则表现为湍流状态。层流流动时，不同流体系统的流体粒子彼此平行地分层流动，互不干扰与混杂；而湍流流动时，各流体系统的流体粒子间强烈的混合与掺杂，不仅有沿着主流方向的运动，还有垂直于主流方向的运动，两者的流动特征如图1所示。另外，佩克莱数（PecletNumber，Pe）也是反映流体流动状态的参数，其可以表征对流和扩散的相对大小，反映了流体返混的程度，Pe越大，表示返混程度越小，Pe越小，则表示返混程度越大。由于微流体通道的空间有限（直径为5~250μm），流速较低（1~1000μL/min），导致微流体的Re非常小（1~100），而Pe比较大（>103），微流体表现为层流特征而非湍流，其中的流体粒子彼此平行地分层流动，互不干扰可再生能源RenewableEnergyResources与混杂，两个或多个流体系统中的粒子除了扩散之外不能混合，这意味着其中粒子的速度和位置是可以预测到的[3]。在微观水平上，表面张力和毛细管力在流体中的作用非常突出，这对生物柴油合成过程中脂质提取和酯交换非常有利。同时，由于尺度的减小，微流体的比表面积变得很大，当两种不混溶的液体（油和甲醇)同轴混合时，两相界面之间的物料传递增强，这不仅有利于正向反应（脂肪酸甲酯的形成），还能提高底物转化率[4]。此外，由于微流体比表面积的增大，脂质提取时的收率也明显提高[5]。

2微流体技术在生物柴油生产中的应用

2.1微藻脂质生产。微生物油脂是生产生物柴油的有效基质，胁迫条件可有效促进微藻细胞内油脂的合成和积累，利用胁迫条件培养微藻已成为调控微藻油脂积累的主要手段，但通常情况下，营养和培养条件（pH值、光照等）等胁迫条件的优化过程非常复杂和耗时。ShihSC[6]开发了一种数字微流体（DMF）装置，并利用该装置研究了光照对C.cryptica脂质含量的影响，研究结果表明：在黄光下，C.cryptica能合成更多的脂质，但是不利于C.cryptica的生长；为了能够同时促进C.cryptica的生长和脂质积累，ShihSC将C.cryptica分别暴露于蓝光15h和黄光9h，结果在蓝光下，C.cryptica迅速增殖，大量增殖的C.cryptica在黄光下又合成了更多的中性脂质。除了能对光照条件进行优化，微流体也被用于研究一些物理因素和营养限制对脂质合成的影响[7]。2.2微流体装置在基于微藻的生物柴油生产中的应用。由于藻类可以在不同的生长条件下快速增殖，且具有极强的固碳能力，因此，在生物柴油的生产过程中，藻类脂质成为了植物油的重要替代品。为了获得更多的藻类脂质，微藻的纯种培养非常关键，否则，其他藻类的污染会造成培养基营养素的竞争性流失，最终导致藻类脂质产量和质量的下降[8]。Tetraselmissuecica是一种性能优良的产脂质藻类，但它很容易被Phaeodactylumtric-ornutum污染。SyedSM[9]发明了一种低成本的螺旋微通道微流体装置，用于从污染物中分离和纯化Tetraselmissuecica。该装置所使用的螺旋微通道包括8个圆形环、1个入口和2个位于微芯片中心的出口，微通道的横截面为直角梯形，宽度为600μm，内外高度分别为80μm和130μm。工作时，使用注射泵将污染物从入口处注入微通道，并以0.5~2mL/min的速度稳定流动；污染物中不同粒径的微藻细胞经过一段时间的环形流动后，会分别汇集至各自的流层中，粒径小的细胞聚集在通道的外半部分，粒径大的细胞聚集在通道的内半部分；最后在通道分叉处收集培养物。研究结果表明，在最佳流速下（1mL/min），当微藻细胞的浓度为3×106~6×107细胞/mL时，95％的Tetraselmissuecica可被分离出来，并且细胞活力也未受到影响。该研究证实了微流体技术可以从污染物中分离出所需的菌株，从而确保更高的微藻脂质生产能力。在基于藻类脂质的生物柴油生产工艺中，微藻的培养、收集、脱水、油脂提取和酯交换都是重要且复杂的工作，其中，收集和脱水部分的成本相对较高，虽然离心、絮凝等传统方法能够完成这部分工作，但设备成本和产品回收率限制了它们的应用。为了解决这个问题，H覬nsvallBK[10]开发了一种基于三叶虫结构的微流控芯片，该芯片的尺寸为30mm×60mm，芯片内主通道的尺寸为10mm×30mm，分离单元区域位于主通道的中间，面积为10mm×10mm。该区域包含分布在九行中的113个三叶虫分离单元，每个分离单元中的叶片之间的间隙为5μm，其工作原理类似于分子筛，当待浓缩液体流经工作区域时，大部分液体和较小颗粒经单元叶片间的5μm间隙流入单元内部并沿孔向下，在底层的出口处收集；大于5μm的颗粒则在单元之间流动，最终于芯片末端的出口处被收集。此装置可用于浓缩Chaetocerossp.，Rhodomonasbaltica和Thalassiosiraweissflogii。该芯片能根据细胞大小对藻类微生物进行分类整理，对符合要求的藻类进行收集，并将尺寸较小的藻类再循环到反应器中。该芯片不但能够高效准确地收集目标藻类，还减少了对离心机等昂贵仪器的需求，在生物柴油的生产中表现出了很大的潜力。虽然由于芯片生产成本过高，其规模化应用受到了限制，但是随着制造技术的提高和廉价材料的应用，它的潜力必将得到应有的发挥。2.3微流体装置在酯交换中的应用。酯交换反应是生物柴油生产过程中的重要步骤，它决定着生物柴油的质量。在该反应中，脂肪酸在催化剂（酸、碱或酶）的作用下与甲醇反应，形成脂肪酸甲酯和甘油。由于油/脂质和甲醇的不混溶性，使得整个反应进程非常缓慢，另外，为了促进反应的正向进行，通常需要额外增加甲醇用量。BeebeDJ[4]开发了一种具有大比表面积的微滴微流体装置，该装置能够通过增大反应界面而加快反应的进行，使用大豆油和甲醇在该装置中进行酯交换反应，当甲醇同轴通过大豆油池时，前者被后者包围并降低甲醇与油的比例（3∶1），当温度为23℃时，酯交换反应在9min内完成，大豆油的转化率为80％；当甲醇与油的比例分别为1∶1，1∶2和1∶3时，大豆油的转化率分别为100％，99.5％和98.6％。上述研究表明，微流体装置增加了试剂之间的接触面积，促进了酯交换反应，同时降低了能耗和成本。2.4用于生物柴油生产的微流体装置。传统的生物柴油生产过程中，酯交换反应主要是在搅拌釜中进行，反应属于间歇式反应，反应过程须要解决两相反应的难题，反应时间较长，后续还要进行废水处理。为了解决这些问题以及进一步提高生物柴油的产率，不同通道形状（Ω形、T形和T-形）的连续式微反应器被开发出来（图2）[11]。在温度为50°C，乙醇与油的混合比例为25∶1，通道停留时间为10min，催化剂为1％的NaOH的条件下，T形、Ω形和T-形微反应器的脂肪酸乙酯（FAEE）产率分别为96.7％，95.3％和93.5％。从结果来看，在相同的反应条件下，不同形状的微通道内部，流体流动状态略有不同，通过内部形状的改变，可以改善两相界面的接触，增强分子扩散，提高反应底物的混合效率，从而获得较高的FAEE产率。这说明在微流体装置中，微反应器通道的几何形状是除了温度、醇油比、停留时间和催化剂用量外的另一重要参数。SantanaHS[12]通过研究发现，微反应器的酯交换效率与传统间歇式反应器相似，但达到相同产率所需时间，前者比后者要少的多。此外，为了实时监测FAEE的生产，近红外光谱（NIR）技术被集成在了连续式微反应器中，由于该技术价格低廉、样品需求量少、对产品无毒害且高效快速，使得FAEE的生产成本得以降低，生物柴油的质量得以提高[13]。然而，受限于微流体装置的尺寸和其内较低的流速，微流体装置的商业开发还未完全达到市场规模。不过，BilloRE[14]报道了生产流量为2.47L/min，年产能为120万L的完整微反应器生物柴油厂的规模参数，它含有14000个由聚乙烯制成的微器件单元，每个单元内的微通道尺寸为500μm×500μm（深度×宽度），每50个微器件单元为一个模块，每8个模块为一组，共35组，每组有各自的入口和出口。可以预见，随着运行流速更大的微器件的开发和反应单元的放大，微流体装置在生物柴油生产过程中的应用必将更加深入和广泛。2.5用于混合生物柴油质量评估的微流体装置。由于生物柴油存在热值略低、高黏度和高成本等缺点，它的单独使用仍然受到一定限制，但是，生物柴油和石化柴油的混合燃料的应用前景却非常广泛，因此，混合燃料的质量评估就显得非常重要。一般情况下，混合生物柴油的质量状况可以通过密度、粘度、热值和十六烷值等多项指标来评估[15]。研发人员将这些指标的检测和分析技术集成于微流控芯片上，开发出了基于微机电系统（MEMS）的传感器微流体装置，用以检测汽油、柴油、生物柴油、乙醇、丁醇、水和空气等各种混合物的质量。与类似的传感器相比，微流体装置更小且更灵敏，可用于实时监控燃料质量，并通过检测和控制系统中流速、温度、pH值和氧气等参数，有助于生物柴油等生物燃料的生产过程的优化[16]。

3微流体技术在生物乙醇生产中的应用

除生物柴油外，生物乙醇是另一种清洁型替代燃料，它主要是通过微生物发酵糖（来自甘蔗、甜菜、甜高粱、糖蜜和水果等）、淀粉（来自玉米、木薯、马铃薯和块根作物等）或纤维素（来自木材、农业残余物、纸浆和造纸厂的废液等）等有机原料转化而成[17]。然而，基于可食用原料的生物乙醇工艺面临着一些挑战，如粮食威胁、戊糖利用率低、微生物对乙醇不耐受等[18]。为了克服这些问题，有研究人员尝试利用遗传和代谢工程开发能够利用纤维素和木糖原料，具有乙醇浓度高耐受性的新菌株。此外，微藻等第三代原料的开发和使用，也使生物乙醇的研究有了阶段性进展。为了进一步降低生物乙醇的生产成本，使之具有更高的竞争力，就必须筛选出性能更加优良的菌株。AbaldeCelaS[19]开发了一种新型的微流体液滴法来检测Synechocystissp.PCC6803的乙醇产率。在此项研究中，微流体液滴包含酶测定系统，该系统可以将乙醇转化为荧光产物，然后通过荧光强度检测乙醇含量。另外，作为一种独特的方法，微流体液滴有助于识别基因工程蓝藻，以区分乙醇工程菌株和野生型菌株。在另一项研究中，利用微流体液滴技术，可以通过醇氧化酶和辣根过氧化物酶测定Zymomonasmobilis发酵过程中的乙醇浓度。在分子氧存在的情况下，乙醇可通过醇氧化酶转化为乙醛和过氧化氢，过氧化氢反过来与色原反应，通过辣根过氧化物酶形成染料和水。与常规使用重铬酸钾法测定乙醇的方法不同，该方法显示出了更高的灵敏度和重现性（相对误差<5％），且试剂消耗量也较少[20]。

4生物燃料微流体反应器

微流体技术是一种快速发展的技术，它能够检测和操纵微米级通道内的液体流动，而微米级通道内的流体具有层流、表面效应、短扩散和小体积等特征，因此，该技术可以预测流体的流体行为、促进界面传输和反应、实现流量的精准控制[21]。由于微流体技术的独特优点，将微流体生物反应器用于生物燃料生产是一种很有前景的方法。微流体系统生物反应器与细胞和微生物的物理尺寸相当，是研究燃料生成的细胞行为和微环境的理想选择[22]。与传统的生物燃料生产系统相比，微流体生物反应器可高度集成、其内微环境（氧、温度、pH值等）易于控制、微生物初始种子浓度和样品需求量都非常低、工作周期短，处理效率高、使用成本也更低[23]。在微流体反应器设计过程中，主要考虑制造方法、功能元件和设计参数。微生物反应器的制备方法可以采用光刻、软光刻、热压花和注塑成型等，其中，注塑成型是大规模生产微流体生物反应器的最佳选择；对于高度集成的微流体生物反应器来说，它需要多种功能元件，主要包括流体元件（阀门，泵，混合器和喷射器等）、传感器（温度、pH值和O2等）、加热元件、气体交换装置和模拟元件等；此外，一些参数的选择对微流体反应器的影响非常大，如反应器材料的生物相容性、反应器的耐压程度、允许的溶剂类型以及微通道的尺度等。根据目的和工作方式的不同，研发人员发明了多种不同类型的微流体生物反应器，如微流体膜生物反应器、毫升级搅拌釜生物反应器、填充床生物反应器和光生物反应器等[24]。此外，还有多种新型高效的微流体生物反应器在研制之中，它们的出现能够给生物燃料的研究带来很大帮助，随着反应器制造技术的提升和生产成本的降低，如同上述的生物柴油一样，基于微流体反应器的各种产品也必将走进我们的生活。

5结论和前景

生物燃料研究范文篇9

（一）美国的“能源农场”策略

为了控制中东地区的石油资源，美国在军备支出方面付出巨大代价，美国政府逐渐认识到把资金投给动荡不安的中东还不如投给国内的农场主。美国的能源农业是以燃料酒精为突破口发展起来的。在上世纪70年代初，美国开始利用玉米为原料生产燃料酒精，80年代后期，由于石油价格走低，燃料酒精产业的发展一度处于停顿状态。近年来，受石油价格大幅上涨的影响，燃料酒精再次得到重视，生产规模迅速增大。美国人少地多，农业生产发达，玉米等农产品过剩，以粮食为原料生产燃料酒精具有良好的产业化条件和基础。目前，美国玉米酒精年产量已达1000万吨，其中，912万吨被添加到汽油中，替代了运输用能源的3%，在中西部12个州这一比例甚至达到了5%～10%。

为了推动能源农业的发展，美国在总体部署、市场供应、税收优惠、资金支持、技术开发等方面做出了系统的安排。

1.总体部署。1990年以来，美国出台了一系列的法令法规推动生物质能源的使用。例如，1994年，美国环境保护委员会（EPA）规定，以燃料酒精为主的可再生清洁燃料在大城市必须全年供应：1998年，国会通过《汽车替代燃料法》，鼓励使用燃料酒精作为替代能源。1999年，美国总统签署的一项国家战略计划提出，到2020年，生物质燃油将取代石化类燃油消费量的10%。2005年实施的《国家能源政策法》规定，销售的汽油中必须包含一定比例（将逐年递增）的生物质能源燃料，在未来的5年内，燃料酒精的产量将增加一倍，到2012年，汽油中添加酒精的数量要达到80亿加仑（2430万吨），2013年，可再生能源要占全部能源的7.5%以上。2005年，美国农业部（USDA）宣布实施综合能源战略，支持燃料酒精、生物柴油等可再生能源的开发、生产和使用，成立能源理事会，协调与美国能源部、环保局等部门的合作，监督综合能源战略的实施。

美国通过以上法令法规，从总体上对生物质能源的开发利用进行了规划，以法律手段为能源农业的发展提供了保障。

2.市场供应。2005年的《国家能源政策法》要求汽油中必须添加一定比例的燃料酒精，能源部门也通过政策规定，联邦、州和公共部门必须有一定比例的车辆使用生物柴油。为保证了燃料酒精的市场供应，美国加快了乙醇加油站的布点建设，2006年，乙醇加油站增加了近1／3，目前，境内的乙醇加油站已达到1000个左右。此外，美国的汽车制造商也十分配合生物燃料的推广使用，仅2006年一年，向市场投放的可变燃料汽车就达到100万辆左右。

3.税收优惠·为了推广燃料酒精的生产和销售，美国制定了十分具体的税收优惠政策，主要涉及两种税的减免：一是燃料货物税的减免，减免幅度根据燃料中酒精的含量确定，例如，对E85酒精（85%酒精与15%汽油混合）减免57美分／加仑；二是对生产、销售、使用燃料酒精的企业减免联邦所得税，减免幅度因企业类型不同而异，例如，对酒精生产商减免所得税10美分，加仑，对酒精汽油配制商减免所得税54美分/加仑，对酒精汽油零售商或不通过零售商直接使用酒精汽油的机构销售或使用E85酒精，减免所得税5.4美分，加仑。积极的税收优惠政策有效地刺激了生物燃料在美国的应用。

4.资金支持。据USDA统计，2001年以来，USDA的农村发展基金已经投放资金2.9亿美元，资助酒精生产工厂以及风能、太阳能等可再生能源项目。2005年的《国家能源政策法》规定，在未来的5年内政府将为可再生能源项目提供30亿美元以上的资金。2006年1月，在美国最大的农业组织－－美国农业社团联盟（AmericanFarmBureauFederation）年会上，USDA宣布将提供1900万美元作为无偿补助资金支持可再生能源生产计划，鼓励农场主和中小企业从事可再生能源的开发，并对可再生能源项目优先提供贷款。

5.技术开发。美国加大了能源农业的研发投入力度，并取得了一系列重大进展。在能源作物选育上，美国科学家利用甘蔗和热带草本植物杂交选育了能源甘蔗，其生物量比一般的糖料甘蔗高一倍左右，酒精发酵量高达23～26吨，年·公顷。在生物质能源生产工艺上，美国进行了技术创新，采用先进高效发酵工艺，使酒精生产的原材料成本在过去的15年中降低了2／3。考虑到粮食酒精生产本身需要消耗大量的石化类燃料，近期美国的生物质能源发展计划出现了战略性转移，粮食酒精开始向农林纤维素酒精过渡。由于纤维素酒精的原料――纤维素酶价格较高，燃料酒精生产在成本上不合算，近期美国在提高酶的生产活力方面重点攻关，利用生物工程技术有效控制生产成本。

（二）巴西的燃料酒精发展计划

目前，全球生物质能源占能源消费总量的平均比重为13.6%，其中，发达国家为6%，而巴西已经达到44%。巴西具有发展能源农业得天独厚的自然条件。该国国土面积851万平方公里，牧场2亿多公顷，农田6200多万公顷，这些土地都非常适宜种植甘蔗、玉米以及大豆、油棕榈、蓖麻、向日葵等能源作物。此外，巴西还有大量能够种植能源作物、但尚未开垦利用的土地。这些有利的自然条件为巴西能源农业的发展提供了充分的保障。

巴西是世界上最早实施燃料酒精计划的国家之一，也是最早实现生物质能源产业化的国家。在上世纪70年代中期，巴西利用本国榨糖业比较发达、甘蔗资源十分丰富的有利条件，开始利用甘蔗生产燃料酒精。经过30年的发展，已经形成完整的“甘蔗种植－燃料酒精－酒精汽车”产业链，产业规模不断增大，到2005年底，燃料酒精年产量已达1200万吨，出口燃料酒精21亿升，成为世界上最大的燃料酒精生产国、消费国和出口国。

燃料酒精的规模化生产降低了巴西能源的对外依存度，保障了能源安全，同时也调动了农民种植甘蔗的积极性，稳定了蔗糖生产，现在，燃料酒精产业已成为巴西的支柱产业。巴西能源农业从燃料酒精产业化发展开始，取得成功后又在生物柴油上加大了投资的力度，并且取得可喜的回报，每桶生物柴油的成本已经降低到26美元。1.总体规划。在不同的时期，巴西选择了不同的生物质能源发展战略。在生物质能源发展的初期，巴西选择了以传统产业－－榨糖业为支撑，以甘蔗酒精为突破口，实行燃料酒精产业化的发展战略，取得了能源农业发展的先机。在本国燃料酒精产业的规模稳定后，巴西及时提出酒精出口战略，特别是近年来在石油价格急剧上涨、双燃料动力汽车热销、全球对燃料酒精需求量增长的背景下，巴西加大了燃料酒精出口推广的力度，目前，巴西已经开始向委内瑞拉和尼日利亚出口燃料酒精，同日本建立燃料酒精合资企业的计划也在积极商讨之中。此外，巴西政府已经把中国、印度、印度尼西亚等能源匮乏国列入目标国，正在加强政府间的游说。借鉴燃料酒精产业发展的成功经验，巴西将生物柴油的开发利用和产业化列入下一步的发展重点，由总统府牵头、14个政府部门参与，成立了跨部门的委员会，负责制定生物柴油推广政策和措施。

2.市场供应。为了扩大燃料酒精的销售，增加对消费者的吸引力，巴西出台了一系列具体措施保证燃料酒精的市场销售，例如，一些州规定，政府所属的石油公司必须购买一定数量的燃料酒精，以低于汽油的价格销售燃料酒精，等等。在生物柴油的市场供应上，巴西政府也进行了系统的规划：从2008年起，全国市场上销售的柴油必须添加2%的生物柴油；到2013年，添加生物柴油的比例应提高到5%。

3.资金支持。长期以来，巴西出台了各种措施对生产燃料酒精的企业提供资金上的帮助，鼓励生物质能源的生产。例如，对燃料酒精生产企业提供低息贷款，国家的政策性银行设立了生物燃油专项信贷基金，提供最高可达90%的融资信贷。为了鼓励农民种植大豆、甘蔗、油棕榈、向日葵等作物，保证生物质能源生产的原料供应，对直接从事能源作物种植的农户，联邦政府设立了l亿雷亚尔（折合0.34亿美元）的信贷资金。

4.技术开发。在1975～1989年期间，巴西政府投资49.2亿美元，形成了蔗糖酒精生产技术和酒精汽车技术的研究体系，一些研究机构纷纷与企业寻求联合，共同致力于生物燃油技术的推广使用。在全国27个州中，已有23个州建立了开发生物燃油的技术网络。最近，巴西又开发出从甘蔗渣中提取酒精的新技术，进一步提高了甘蔗的酒精产出率。

（三）德国的生物柴油发展之路

由于生物柴油具有可再生、比传统柴油燃烧更彻底、排放尾气二氧化碳更低等优点，从而得到德国政府的大力推广，并且作为生物质能源的发展重点加以引导和扶持。目前，生物柴油已成为第一个在德国全国范围内销售的石油替代燃料，德国也成为世界最大的生物柴油生产国和消费国。

1988年，德国聂尔化工公司率先从油菜籽中提炼生物柴油。经过二十来年的发展，生物柴油的生产规模不断增大，到2005年，生产企业有23个，年生产能力达140多万吨，占整个欧盟15国总生产能力的一半以上。据报道，德国的Neckermann可再生资源公司已建成世界最大的生物柴油生产流水线，整个生产工艺从菜籽开始，经过菜籽加工、压榨、抽提、粗油加工几个过程，最后产出生物柴油。著名的壳牌公司也计划在德国北部投资4亿欧元，建设生物柴油提炼厂，预计2008年年产量将会达到2亿升。除了直接从油类植物中提炼生物柴油外，德国对废弃油脂的利用也十分重视，例如，饭馆的废弃食用油不能随意倾倒，必须向环保部门支付收集费，由环保部门统一处理加工成柴油替代品。

1.市场供应。德国政府规定，从2004.年1月起，必须在柴油中强制性地加入一定比例的生物燃油。为了推广生物柴油的使用，德国加强了生物柴油加油站的布点建设，形成密度大、供应快捷、服务完善的生物柴油供应网络。德国现有生物柴油加油站1700多个，平均每20-45公里公路上就能找到一个生物柴油加油站，并且还在以每年120家的速度增长。此外，为了保证生物柴油的质量，德国在生物柴油的质量管理方面做出严格规定，成立了生物柴油质量管理联盟，对生物柴油的原材料供应、生产、运输、销售等环节进行严密的质量监控。

2.配套产业的跟进。相关产业的技术跟进是德国发展生物柴油产业的重要保证。德国汽车业发达，为了配合生物柴油的推广使用，汽车厂家对发动机性能进行了改进。大众汽车公司和奔驰公司主动承诺，未来生产的私人轿车将不再需要改装，可以直接使用生物柴油。随着生物柴油发动机技术的成熟、轿车柴油化趋势的加快，预计生物柴油产业将会获得更大的发展空间。

3.资佥支持和税收优惠。为了鼓励生物柴油的生产和销售，德国每年向油菜种植户提供适当的经济补贴，对生物柴油的生产企业实行完全免税，并且提供一定的产品开发资金，对生物柴油的销售企业给予税收减免的优惠政策。

2、对中国能源农业发展的启示

从美国、巴西、德国生物质能源农业发展的经验来看，能源农业快速发展离不开政府在产业发展方向上的总体规划，在市场、技术、资金、税收政策等方面的全方位支持，这给中国能源农业的发展带来有益的启示：

生物燃料研究范文篇10

（一）美国的“能源农场”策略

为了控制中东地区的石油资源，美国在军备支出方面付出巨大代价，美国政府逐渐认识到把资金投给动荡不安的中东还不如投给国内的农场主。美国的能源农业是以燃料酒精为突破口发展起来的。在上世纪70年代初，美国开始利用玉米为原料生产燃料酒精，80年代后期，由于石油价格走低，燃料酒精产业的发展一度处于停顿状态。近年来，受石油价格大幅上涨的影响，燃料酒精再次得到重视，生产规模迅速增大。美国人少地多，农业生产发达，玉米等农产品过剩，以粮食为原料生产燃料酒精具有良好的产业化条件和基础。目前，美国玉米酒精年产量已达1000万吨，其中，912万吨被添加到汽油中，替代了运输用能源的3%，在中西部12个州这一比例甚至达到了5%～10%。

为了推动能源农业的发展，美国在总体部署、市场供应、税收优惠、资金支持、技术开发等方面做出了系统的安排。

1.总体部署。1990年以来，美国出台了一系列的法令法规推动生物质能源的使用。例如，1994年，美国环境保护委员会（EPA）规定，以燃料酒精为主的可再生清洁燃料在大城市必须全年供应：1998年，国会通过《汽车替代燃料法》，鼓励使用燃料酒精作为替代能源。1999年，美国总统签署的一项国家战略计划提出，到2020年，生物质燃油将取代石化类燃油消费量的10%。2005年实施的《国家能源政策法》规定，销售的汽油中必须包含一定比例（将逐年递增）的生物质能源燃料，在未来的5年内，燃料酒精的产量将增加一倍，到2012年，汽油中添加酒精的数量要达到80亿加仑（2430万吨），2013年，可再生能源要占全部能源的7.5%以上。2005年，美国农业部（USDA）宣布实施综合能源战略，支持燃料酒精、生物柴油等可再生能源的开发、生产和使用，成立能源理事会，协调与美国能源部、环保局等部门的合作，监督综合能源战略的实施。

美国通过以上法令法规，从总体上对生物质能源的开发利用进行了规划，以法律手段为能源农业的发展提供了保障。

2.市场供应。2005年的《国家能源政策法》要求汽油中必须添加一定比例的燃料酒精，能源部门也通过政策规定，联邦、州和公共部门必须有一定比例的车辆使用生物柴油。为保证了燃料酒精的市场供应，美国加快了乙醇加油站的布点建设，2006年，乙醇加油站增加了近1／3，目前，境内的乙醇加油站已达到1000个左右。此外，美国的汽车制造商也十分配合生物燃料的推广使用，仅2006年一年，向市场投放的可变燃料汽车就达到100万辆左右。

3.税收优惠·为了推广燃料酒精的生产和销售，美国制定了十分具体的税收优惠政策，主要涉及两种税的减免：一是燃料货物税的减免，减免幅度根据燃料中酒精的含量确定，例如，对E85酒精（85%酒精与15%汽油混合）减免57美分／加仑；二是对生产、销售、使用燃料酒精的企业减免联邦所得税，减免幅度因企业类型不同而异，例如，对酒精生产商减免所得税10美分，加仑，对酒精汽油配制商减免所得税54美分/加仑，对酒精汽油零售商或不通过零售商直接使用酒精汽油的机构销售或使用E85酒精，减免所得税5.4美分，加仑。积极的税收优惠政策有效地刺激了生物燃料在美国的应用。

4.资金支持。据USDA统计，2001年以来，USDA的农村发展基金已经投放资金2.9亿美元，资助酒精生产工厂以及风能、太阳能等可再生能源项目。2005年的《国家能源政策法》规定，在未来的5年内政府将为可再生能源项目提供30亿美元以上的资金。2006年1月，在美国最大的农业组织－－美国农业社团联盟（AmericanFarmBureauFederation）年会上，USDA宣布将提供1900万美元作为无偿补助资金支持可再生能源生产计划，鼓励农场主和中小企业从事可再生能源的开发，并对可再生能源项目优先提供贷款。

5.技术开发。美国加大了能源农业的研发投入力度，并取得了一系列重大进展。在能源作物选育上，美国科学家利用甘蔗和热带草本植物杂交选育了能源甘蔗，其生物量比一般的糖料甘蔗高一倍左右，酒精发酵量高达23～26吨，年·公顷。在生物质能源生产工艺上，美国进行了技术创新，采用先进高效发酵工艺，使酒精生产的原材料成本在过去的15年中降低了2／3。考虑到粮食酒精生产本身需要消耗大量的石化类燃料，近期美国的生物质能源发展计划出现了战略性转移，粮食酒精开始向农林纤维素酒精过渡。由于纤维素酒精的原料――纤维素酶价格较高，燃料酒精生产在成本上不合算，近期美国在提高酶的生产活力方面重点攻关，利用生物工程技术有效控制生产成本。

（二）巴西的燃料酒精发展计划

目前，全球生物质能源占能源消费总量的平均比重为13.6%，其中，发达国家为6%，而巴西已经达到44%。巴西具有发展能源农业得天独厚的自然条件。该国国土面积851万平方公里，牧场2亿多公顷，农田6200多万公顷，这些土地都非常适宜种植甘蔗、玉米以及大豆、油棕榈、蓖麻、向日葵等能源作物。此外，巴西还有大量能够种植能源作物、但尚未开垦利用的土地。这些有利的自然条件为巴西能源农业的发展提供了充分的保障。

巴西是世界上最早实施燃料酒精计划的国家之一，也是最早实现生物质能源产业化的国家。在上世纪70年代中期，巴西利用本国榨糖业比较发达、甘蔗资源十分丰富的有利条件，开始利用甘蔗生产燃料酒精。经过30年的发展，已经形成完整的“甘蔗种植－燃料酒精－酒精汽车”产业链，产业规模不断增大，到2005年底，燃料酒精年产量已达1200万吨，出口燃料酒精21亿升，成为世界上最大的燃料酒精生产国、消费国和出口国。

燃料酒精的规模化生产降低了巴西能源的对外依存度，保障了能源安全，同时也调动了农民种植甘蔗的积极性，稳定了蔗糖生产，现在，燃料酒精产业已成为巴西的支柱产业。巴西能源农业从燃料酒精产业化发展开始，取得成功后又在生物柴油上加大了投资的力度，并且取得可喜的回报，每桶生物柴油的成本已经降低到26美元。

1.总体规划。在不同的时期，巴西选择了不同的生物质能源发展战略。在生物质能源发展的初期，巴西选择了以传统产业－－榨糖业为支撑，以甘蔗酒精为突破口，实行燃料酒精产业化的发展战略，取得了能源农业发展的先机。在本国燃料酒精产业的规模稳定后，巴西及时提出酒精出口战略，特别是近年来在石油价格急剧上涨、双燃料动力汽车热销、全球对燃料酒精需求量增长的背景下，巴西加大了燃料酒精出口推广的力度，目前，巴西已经开始向委内瑞拉和尼日利亚出口燃料酒精，同日本建立燃料酒精合资企业的计划也在积极商讨之中。此外，巴西政府已经把中国、印度、印度尼西亚等能源匮乏国列入目标国，正在加强政府间的游说。借鉴燃料酒精产业发展的成功经验，巴西将生物柴油的开发利用和产业化列入下一步的发展重点，由总统府牵头、14个政府部门参与，成立了跨部门的委员会，负责制定生物柴油推广政策和措施。

2.市场供应。为了扩大燃料酒精的销售，增加对消费者的吸引力，巴西出台了一系列具体措施保证燃料酒精的市场销售，例如，一些州规定，政府所属的石油公司必须购买一定数量的燃料酒精，以低于汽油的价格销售燃料酒精，等等。在生物柴油的市场供应上，巴西政府也进行了系统的规划：从2008年起，全国市场上销售的柴油必须添加2%的生物柴油；到2013年，添加生物柴油的比例应提高到5%。

3.资金支持。长期以来，巴西出台了各种措施对生产燃料酒精的企业提供资金上的帮助，鼓励生物质能源的生产。例如，对燃料酒精生产企业提供低息贷款，国家的政策性银行设立了生物燃油专项信贷基金，提供最高可达90%的融资信贷。为了鼓励农民种植大豆、甘蔗、油棕榈、向日葵等作物，保证生物质能源生产的原料供应，对直接从事能源作物种植的农户，联邦政府设立了l亿雷亚尔（折合0.34亿美元）的信贷资金。

4.技术开发。在1975～1989年期间，巴西政府投资49.2亿美元，形成了蔗糖酒精生产技术和酒精汽车技术的研究体系，一些研究机构纷纷与企业寻求联合，共同致力于生物燃油技术的推广使用。在全国27个州中，已有23个州建立了开发生物燃油的技术网络。最近，巴西又开发出从甘蔗渣中提取酒精的新技术，进一步提高了甘蔗的酒精产出率。

（三）德国的生物柴油发展之路

由于生物柴油具有可再生、比传统柴油燃烧更彻底、排放尾气二氧化碳更低等优点，从而得到德国政府的大力推广，并且作为生物质能源的发展重点加以引导和扶持。目前，生物柴油已成为第一个在德国全国范围内销售的石油替代燃料，德国也成为世界最大的生物柴油生产国和消费国。

1988年，德国聂尔化工公司率先从油菜籽中提炼生物柴油。经过二十来年的发展，生物柴油的生产规模不断增大，到2005年，生产企业有23个，年生产能力达140多万吨，占整个欧盟15国总生产能力的一半以上。据报道，德国的Neckermann可再生资源公司已建成世界最大的生物柴油生产流水线，整个生产工艺从菜籽开始，经过菜籽加工、压榨、抽提、粗油加工几个过程，最后产出生物柴油。著名的壳牌公司也计划在德国北部投资4亿欧元，建设生物柴油提炼厂，预计2008年年产量将会达到2亿升。除了直接从油类植物中提炼生物柴油外，德国对废弃油脂的利用也十分重视，例如，饭馆的废弃食用油不能随意倾倒，必须向环保部门支付收集费，由环保部门统一处理加工成柴油替代品。

1.市场供应。德国政府规定，从2004.年1月起，必须在柴油中强制性地加入一定比例的生物燃油。为了推广生物柴油的使用，德国加强了生物柴油加油站的布点建设，形成密度大、供应快捷、服务完善的生物柴油供应网络。德国现有生物柴油加油站1700多个，平均每20-45公里公路上就能找到一个生物柴油加油站，并且还在以每年120家的速度增长。此外，为了保证生物柴油的质量，德国在生物柴油的质量管理方面做出严格规定，成立了生物柴油质量管理联盟，对生物柴油的原材料供应、生产、运输、销售等环节进行严密的质量监控。

2.配套产业的跟进。相关产业的技术跟进是德国发展生物柴油产业的重要保证。德国汽车业发达，为了配合生物柴油的推广使用，汽车厂家对发动机性能进行了改进。大众汽车公司和奔驰公司主动承诺，未来生产的私人轿车将不再需要改装，可以直接使用生物柴油。随着生物柴油发动机技术的成熟、轿车柴油化趋势的加快，预计生物柴油产业将会获得更大的发展空间。

3.资佥支持和税收优惠。为了鼓励生物柴油的生产和销售，德国每年向油菜种植户提供适当的经济补贴，对生物柴油的生产企业实行完全免税，并且提供一定的产品开发资金，对生物柴油的销售企业给予税收减免的优惠政策。

2、对中国能源农业发展的启示

从美国、巴西、德国生物质能源农业发展的经验来看，能源农业快速发展离不开政府在产业发展方向上的总体规划，在市场、技术、资金、税收政策等方面的全方位支持，这给中国能源农业的发展带来有益的启示：