陸孝燕，曾 旭

（1.嘉興市固體廢物處置有限責(zé)任公司，浙江 嘉興 314000；2.同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200092）

隨著我國社會(huì)的不斷發(fā)展，化石能源需求不斷增加。在未來的很長時(shí)間內(nèi)，城市化和工業(yè)化的進(jìn)一步發(fā)展必然會(huì)導(dǎo)致化石能源的日益短缺，因此開發(fā)和利用可再生能源具有十分重要的意義[1]。最近幾十年來，生物質(zhì)能的利用受到了廣泛的關(guān)注。生物質(zhì)能具有利用轉(zhuǎn)化成本較低、易普及、儲(chǔ)量巨大、分布廣泛的特點(diǎn)，同時(shí)其能源化利用不產(chǎn)生溫室氣體，可以作為一種碳平衡的能源來源加以利用。因此，采用合適的技術(shù)手段將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為高附加值的能源來加以利用，有可能用于替代或者減輕對化石能源的過分依賴，對于有效降低溫室氣體排放、保障國家能源安全和可持續(xù)發(fā)展都具有重要意義。

1 生物質(zhì)有機(jī)廢物的轉(zhuǎn)化技術(shù)

生物質(zhì)是指利用綠色植物光合作用而形成的可再生的有機(jī)物質(zhì)，一般包括農(nóng)作物秸稈、樹木等木質(zhì)纖維素、農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)下腳料和農(nóng)林廢棄物等[2]。目前，生物質(zhì)有機(jī)廢物的轉(zhuǎn)化技術(shù)主要包括：直接氧化利用獲得熱氣流、高壓氣流及用于發(fā)電的原料；物理轉(zhuǎn)化獲得固體成型燃料；化學(xué)轉(zhuǎn)化（熱解、液化和氣化等）轉(zhuǎn)化成木炭、焦油、燃油和燃料等；生物轉(zhuǎn)化（羧基溶解、水解與發(fā)酵）制備高附加產(chǎn)物，如生物乙醇、沼氣、生物柴油等生物燃料[3-5]。

我國的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)起步較晚，目前年生產(chǎn)生物燃料為20萬t，相比于發(fā)達(dá)國家，在規(guī)?；褪袌龌矫孢€需進(jìn)一步發(fā)展。生物質(zhì)厭氧發(fā)酵技術(shù)主要以農(nóng)作物為原料，使用微生物將其降解的技術(shù)；燃料乙醇多以糧食為原料，阻礙了其大規(guī)模的生產(chǎn)。

2 生物質(zhì)有機(jī)廢物的能源化利用

近年來，化學(xué)轉(zhuǎn)化法由于具有轉(zhuǎn)化效率高、選擇性好的特點(diǎn)，日益受到重視。從目標(biāo)產(chǎn)物的形態(tài)上看，其可以分為生物質(zhì)液化技術(shù)和生物質(zhì)氣化技術(shù)。

液化技術(shù)是通過超臨界萃取、高壓液化和HTU技術(shù)，將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為能量密度較高的液體燃料。γ-戊內(nèi)酯（GVL）可以作為能源來利用，與汽油相比，具有更高的安全系數(shù)和能量密度和更低的飽和蒸氣壓[6]。GVL和汽油按照一定比例混合后，能大幅度降低汽車尾氣中CO等物質(zhì)的指標(biāo)[7]。利用生物質(zhì)制備GVL的方法主要為：生物質(zhì)衍生物-LA及其酯類加氫制備GVL[8]。

近年來，利用纖維素、半纖維素及其降解產(chǎn)物來制備GVL的研究日益受到重視。Ding等人使用Al摻雜的磷酸鈮作為催化劑來水解纖維素，酸解液直接使用催化劑（Ru/C）將其完全轉(zhuǎn)化為GVL[9]。Yang等人分別使用果糖、糠醇和5-羥甲基糠醛作為原料，首先酸解酯化制得LA乙酯，然后使用R-Ni為催化劑，異丙醇作為氫源，在室溫條件下反應(yīng)9 h催化制得的GVL，獲得的產(chǎn)率分別為50%、86%和66%[10]。另外，其還可作為綠色反應(yīng)溶劑，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定且無毒無害，日益受到廣泛關(guān)注。劉念等利用GVL代替?zhèn)鹘y(tǒng)的二甲基亞砜作為反應(yīng)介質(zhì)，研究果糖催化轉(zhuǎn)化為5-羥甲基糠醛（5-HMF）的綠色過程與離子液體溶劑相比，同樣高效且更加綠色友好[11]。

氣化技術(shù)是將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高壓氫、燃料乙醇、甲醇和二甲醚等[12]。目前，中國是全世界氣化技術(shù)發(fā)展最快的國家。自2013年起，中國己經(jīng)新建了超過45座氣化技術(shù)工廠[13]。我國目前的生物質(zhì)氣化多以木屑、秸稈、稻殼等為原料進(jìn)行。中糧集團(tuán)曾在廣西北海投資建設(shè)了木薯燃料乙醇試點(diǎn)項(xiàng)目。諸葛店村氣化集中供氣站投產(chǎn)，為300多戶農(nóng)村家庭供氣，運(yùn)行過程負(fù)荷率也達(dá)到了60%[14]。

Gordillo G等以上吸式固定床為氣化反應(yīng)器，研究了空氣與水蒸氣比例和空氣配比在空氣和空氣-水蒸氣兩種氣化方式下對畜牧糞便氣化特性的影響[15]。Srinath S等研究了稻殼在流化床內(nèi)氣化特性，分析了不同的反應(yīng)條件對最終產(chǎn)氣熱值的影響[16]。在生物質(zhì)氣化方面，目前的研究主要集中在如何提高氣化效率和產(chǎn)氣熱值等，系統(tǒng)性的詳細(xì)研究有利于更好地發(fā)揮氣化技術(shù)的優(yōu)勢和推廣應(yīng)用。

3 結(jié)語

面對化石資源的巨大消耗和溫室效應(yīng)的日益加劇，生物質(zhì)有機(jī)廢物作為豐富的可再生資源，其能源化利用已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。在生物質(zhì)液化和氣化方面，采用熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的方法將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成能夠利用的能源化產(chǎn)品，符合生物質(zhì)能源化利用的方向，具有重要的研究價(jià)值和應(yīng)用前景。