生物质气化可持续发展面临的全球挑战:概述(二)

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1、摘要

研究证明,生物质是一种有效能源载体,能够满足不断增长的清洁能源和永久能源需求,为社会的可持续发展提供动力。在不同的生物质转化路线中,生物质气化是一种最有前景的热化学途径,用于将生物质能转化为气体燃料,既可以通过发酵产生生物燃料,也可以用于发电。但是我们不能将这些气体燃料直接作为家用和商业用途,这表明存在各种各样的不足之处,包括在这一领域所欠缺的研究。本文重点介绍了在生物质供应链管理、生物质预处理、常见缺点、气体调节和转化技术等方面遇到的各种技术壁垒。近期研究发现的最大挑战难题包括生物质气化、燃气调节、政府政策以及用于供热和发电的燃料气体的应用。尽管拥有不同的气化炉反应器,但为了成功运营和商业化发展,仍有待开发一种高效的反应器设计。因此,一种具有高效气体调节技术的先进气化系统能明显克服许多弊端。

2、文章内容

通过介绍生物质气化、合成气调节、气化发电、环境影响和危害以及气化常见壁垒。得出生物质气化是一种很有前景的生物能技术,可以将低价值的木质纤维素生物质原材料转化为高价值的燃料,尤其是用于热能和发电领域。通过气化技术获得的燃料也可用于生产高附加值产品,比如燃料电池燃料、沼气、乙醇和生物柴油等。然而与其他生物质转化路线相比,气化是一种复杂、不灵活且缺乏竞争力的过程,因此气化不是一项成熟技术,而且从生物质收集到终端用途的燃料利用,气化也面临着众多风险和挑战。目前研究探讨了与子过程相关的各种关键问题(技术和非技术问题),如生物质供应链管理、生物质预处理、气化技术、合成气调节、气化发电以及环境问题等常见壁垒。通过本项研究可得出以下结论:

  • 生物质特性是一项重要工具,用于确定各生物质类型的特征表现,并选择最佳生物质转化技术。因此通过说明每一种生物质的特征,确定最佳收获、收集、运输和存储技术,从而让供应链系统变得稳固。
  • 生物质预处理是一种能源和劳动密集型的过程,因此需要注意保持整体的经济可行性。干燥、致密化和磨削等子过程的能量要求,可通过选择机制从系统本身产生的能量或废热之中得到满足。
  • 气化是一个复杂过程,取决于诸多运行参数(反应温度、等效比和含水率等)。这些参数彼此相互关联,因此可以对这些参数采取最优监控,以确保发生炉煤气的质量。可通过预处理过程如烘焙或热解来控制生物质的水分含量,否则会降低气化效率,让整个系统不稳定。
  • 在控制合成气的焦油形成方面,经改良的反应器设计、运行参数的最优控制以及催化转化技术非常有效,尽管如此,合成气调节仍旧是气化可持续发展面临的主要壁垒之一。然而与此类措施相关的技术经济可行性综合研究非常欠缺。
  • 从不良粒子和灰烬之中净化合成气既困难且成本高。燃料制备、进料系统、气化炉、气体调节和气体利用等气化活动,产生的排放会造成环境污染并对人类有害。成本高效的净化技术或处于研究阶段,或在商业层面有待开发。
  • 通过气化技术产生的气体燃料,若用来发电则需要进行设备改造,使其更加环保且更具有技术可行性。然而这种设备改造可能会增加发电成本,在竞争激烈的汽车市场中似乎无法接受。同时通过气化系统获得的能量并不稳定,在运行过程中很波动,导致缺乏可靠性。
  • 除了技术壁垒之外,非技术壁垒如无法适用于社会、缺乏熟练的劳动力和政府政策以及缺乏市场流通,也是气化技术实行普遍商业化推广面临的主要障碍,尤其是在发展中国家。只有消除这些常见壁垒,才能增加气化技术的运用。

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