生物质气化技术及其在西部地区的应用浅析

生物质气化技术作为环保、高效地利用生物质资源的重要方式,正受到广泛关注。文章围绕生物质气化的原理、气化炉的分类和特点展开论述;分析了影响生物质气化过程的若干关键因素,并综述了生物质气化技术在国内外的研究与应用现状;最后结合西部地区实际生物质资源状况,展望了生物质气化技术在西部地区的应用前景。     

生物质催化气化制氢技术研究

在人类面临严重的能源危机与环境污染的背景下,世界各国都在致力于对洁净能源氢的开发和研究,并取得了一定的研究成果。生物质气化制氢是一项富有前景的制氢技术,已引起了世界各国研究者的普遍关注。文章首先介绍了生物质气化制氢技术的国内外研究及应用现状,然后介绍了一种一体式生物质气化炉水蒸汽催化气化制氢的工艺流程,氢气体积的含量可达到50%以上。最后总结了这种工艺在各种制氢方法中,具有技术成熟、工艺简单,效率高等优点,有广阔的应用前景。     

生物质转化能源技术的发展现状及趋势探讨

能源短缺问题已成为制约经济社会发展的瓶颈,研究开发新的能源代替传统不可再生能源成为急需要解决的焦点问题。生物质能是由植物的光合作用固定于地球上的太阳能,通过生物质能转换技术可以高效地利用生物质能源,生产各种清洁燃料,替代煤炭、石油和天然气等燃料。对近些年生物质能源技术的发展现状进行了简要讨论,指出了生物质能的利用具有广阔的发展前景,在不久的将来,生物质能源必将成为能源结构中重要一部分,实现能源结构良好可持续发展。     

生物质慢速热解工艺的新探讨

慢速热解作为生物质气流床气化的前处理工艺在国内为首创。慢速热解方法不仅可以脱除生物质内的氧元素提高能量密度,而且可以改变生物质的物性有效解决生物质气流床气化过程的输送问题。文章分析了不同生物质种类热解后固体产物、液体产物和气体产物的特性,并且粗略衡算了热解过程的吸热量。结果表明:在热解温度<500℃时,液体产物和气体产物的热值随着热解温度的升高而增加;为得到高固体产率和能量产率的半焦作为气化原料,热解温度不宜>500℃;从能量衡算角度分析而得,热解过程的吸热量很少。     

农业生物质废弃物转化功能材料的研究进展

农业生物质废弃物的数量正在迅速增加,导致许多环境和治理问题. 因此,将农业生物质废弃物回收利用并增值应用越来越受到关注. 近些年农业生物质废弃物利用和衍生功能材料的研究进展主要包括以下两个方面：①提取天然聚合物并增值应用;②直接制备新型碳基材料,包括吸附、催化、储能电极和复合功能材料等. 农业生物质废弃物转化功能材料已逐步实现且应用范围广泛;未来的研究需要评估农业生物质废弃物衍生产品的质量和安全性,并开发高度可行且具有成本效益的生物质废弃物转化方法,以期实现规模化工业生产.     

城市生物质废物厌氧消化处理可行性分析

城市废物传统的处理方式主要包括卫生填埋、焚烧和堆肥,而近年来,随着城市生活垃圾中生物质废物的增加以及世界能源短缺现象的加剧,具有废物处理和资源回收双重效益的生物质废物厌氧消化技术日益受到世界各国的广泛关注。文章分析了我国城市生物质废物的种类和性质,指出了采用目前的三种传统废物处理方式处理我国城市生物质废物的弊端,并提出了利用厌氧消化技术处理城市生物质废物的适用性,对比分析了上述四种废物处理方式的优缺点,并从政策方向性、技术工艺可靠性、原料和市场稳定性,以及环境、经济和社会效益优良性等多方面对城市生物质废物厌氧消化技术的可行性进行了分析,说明厌氧消化技术必将成为未来生物质废物资源化处理的发展趋势。     

Global Biomass Energy Potential

The intensive use of renewable energy is one of the options to stabilize CO₂atmospheric concentration at levels of 350 to 550ppm. A recent evaluation of the global potential of primary renewable energy carried out by Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) sets a value of at least 2800EJ/yr, which is more than the most energy-intensive SRES scenario forecast for the world energy requirement up to the year 2100. Nevertheless, what is really important to quantify is the amount of final energy since the use of renewable sources may involve conversion efficiencies, from primary to final energy, different from the ones of conventional energy sources. In reality, IPCC does not provide a complete account of the final energy from renewables, but the text claims that using several available options to mitigate climate change, and renewables is only one of them, it is possible to stabilize atmospheric carbon dioxide (CO₂) concentration at a low level. In this paper, we evaluate in detail biomass primary and final energy using sugarcane crop as a proxy, since it is one of the highest energy density forms of biomass, and through afforestation/reforestation using a model presented in IPCC Second Assessment Report (SAR). The conclusion is that the primary-energy potential for biomass has been under-evaluated by many authors and by IPCC, and this under-evaluation is even larger for final energy since sugarcane allows co-production of electricity and liquid fuel. Regarding forests we reproduce IPCC results for primary energy and calculate final energy. Sugarcane is a tropical crop and cannot be grown in all the land area forecasted for biomass energy plantation in the IPCC/TAR evaluation (i.e. 1280Mha). Nevertheless, there are large expanses of unexploited land, mainly in Latin America and Africa that are subject to warm weather and convenient rainfall. With the use of 143Mha of these lands it is possible to produce 164EJ/yr (1147GJ/hayr or 3.6W/m²on average) of primary energy and 90EJ/yr of final energy in the form of liquid fuel (alcohol) and electricity, using agricultural productivities near the best ones already achievable and biomass gasification technology. More remarkable is that these results can be obtained with the operation of 4,000 production units with unitary capacity similar to the largest currently in operation. These units should be spread over the tropical land area yielding a plantation density similar to the one presently observed in the state of São Paulo, Brazil, where alcohol and electricity have been commercialized in a cost-effective way for several years. Such an amount of final energy would be sufficiently large to fulfill all the expected global increase in oil demand, as well as in electricity consumption by 2030, assuming the energy demand of such sources continues to grow at the same pace observed over the last two decades. When sugarcane crops are combined with afforestation/reforestation it is possible to show that carbon emissions decline for some IPCC SRES scenarios by 2030, 2040 and 2050. Such energy alternatives significantly reduce CO₂emissions by displacing fossil fuels and promote sustainable development through the creation of millions of direct and indirect jobs. Also, it opens an opportunity for negative CO₂emissions when coupled with carbon dioxide capture and storage.     

生物质粉体燃烧炉实验研究

利用生物质微米燃料进行了粉体燃烧炉实验研究。在实验工况下,该燃烧炉能够稳定燃烧;当燃料/风量为250g/m3时,主燃室温度稳定在1150℃左右,最高可达1249℃,燃料燃烧充分,燃烧效果最佳;在最佳工况下,炉膛的温度场适宜,能够满足其工业化应用需要。     

生物质能利用技术-厌氧消化技术的研究新进展

厌氧消化技术是最重要的生物质能利用技术之一。厌氧消化技术是实现废物污染防治和能源回收利用的有效方法。本文综述了厌氧消化技术利用生物质废物回收利用生物质能的最新研究进展,分别介绍了生物质废物厌氧发酵产乳酸,氢气和甲烷的机理,研究现状和存在的问题,并对其进一步发展和未来的应用前景进行了分析和展望,为寻找适合中国的垃圾处理技术提供一些参考。     

生物质气化洗焦废水的预处理和微生物降解

为了对生物质气化洗焦废水进行深度处理,达到废水排放标准,采用物理过滤和微生物降解相结合的方法,对洗焦废水的原液进行处理。实验结果表明,用木屑、颗粒活性碳、微生物降解的连续步骤处理生物质气化洗焦废水,可达到理想的生物质气化洗焦废水COD的去除效果。     

1973~2013年黑龙江省森林碳储量及其动态变化

基于1973~2013年8次省森林清查数据以及实测数据改进的生物量蓄积量转换参数,利用生物量转换因子连续函数法,研究了近40a黑龙江省森林碳储量及其动态变化.结果表明：黑龙江省森林碳储量从1973~1976年的1159.35 TgC下降到2009~2013年的833.99 TgC,其中天然林减少387.51 TgC,人工林增加62.15 TgC;森林总体表现为碳源（-10.88 TgC/a）,主要归因于天然林面积的减少.不同森林类型的碳储量存在较大差异,桦木、落叶松和阔叶混是碳储量的主要贡献者;大多数森林类型的碳密度呈上升趋势.森林以中、幼龄林为主,中龄林碳储量占同期全省总量的27.9%~46.6%,其他龄组的碳储量均呈减少趋势,以成熟林最为明显（201.17 TgC）;幼龄林、中龄林和近熟林的碳密度分别增加2.20、3.21和3.43MgC/hm²,成熟林和过熟林则有所下降;不同龄组森林面积和碳密度的变化是导致其碳储量变化的主要原因.     

Carbon Sequestration by Carbonization of Biomass and Forestation: Three Case Studies

We proposed the carbon sink project called “Carbon Sequestration by Forestation and Carbonization (CFC),” which involves biomass utilization and land conservation by incorporating the products of biomass carbonization into the agents for soil improvement, water purification, etc. Our purpose was to demonstrate the potential of the CFC scheme for carbon sequestration, particularly carbon storage in soil. Case studies were conducted in both developing and developed countries. 1. In southern Sumatra, Indonesia, 88,369 Mg-C year⁻¹ of wood residue from a plantation forest and excess bark from a pulp mill would be converted into 15,571 Mg-C year⁻¹ of the net carbon sink by biochar for soil improvement. The fixed carbon recovery of the system is 21.0%. 2. In a semiarid region in western Australia, the carbonization of wood residue was incorporated with multipurpose projects of a mallee eucalyptus plantation that involved the function of salinity prevention. During the project period of 35 years, the total carbon sink would reach 1,035,450 Mg-C with 14.0% by aboveground biomass, 33.1% by belowground biomass and 52.8% by biochar in soil. 3. In southern Kyushu, Japan, the study was focused on the effective use of surplus heat from a garbage incinerator for carbonizing woody materials. Sawdust of 936.0 Mg-C year⁻¹ would be converted into the net carbon sink of 298.5 Mg-C year⁻¹ by carbonization, with the fixed carbon recovery of the system being 31.9%. Consequently, the CFC project could encourage the creation of a carbon sink in soil. However, we recognize that the quality standard of biochar, the stability of biochar in soil, and the methods for monitoring biochar utilization must be clarified before incorporating biochar carbon into the carbon credit system. Throughout this article (except for diagrams and in citation details) carbonized biomass is, with the authors'agreement, called ‘biochar’ in lieu of the commonly used but misleading word ‘charcoal’ (Editor).     

碳捕捉与封存研究进展浅析

碳捕捉与封存技术(Carbon capture and storage,CCS)是利用技术手段将CO2捕集,运输,最后永久封存,使其与大气隔离的技术。其主要目的在于降低碳排放,延缓气候变化。文章介绍了碳捕捉与封存技术的原理及概念,阐述了碳捕捉与封存的技术方法,并介绍了当前的研究进展。最后对该项技术的发展进行了展望,指出高昂的成本将成为CCS技术广泛应用的阻碍;燃烧前捕集可能成为今后CCS技术发展的一个方向。     

生物质活性炭辅助微波处理氨氮废水研究

以花生壳为原料,分别使用程序控温法和微波法制备生物质活性炭.采用高分辨电子扫描电镜(SEM)和氮吸脱附曲线对花生壳活性炭进行了表征.结果表明,微波法制备的花生壳活性炭比表面积大于程序控温法制备的花生壳活性炭比表面积,且微波法制备活性炭成本远低于程序控温法.将制得的两种活性炭和商用活性炭分别辅助微波处理氨氮废水,确定了生物质活性炭辅助微波处理氨氮废水的最佳条件.初步讨论了活性炭辅助微波处理氨氮废水的机理.     

贵州省生物质燃烧源大气污染物排放清单

为准确掌握贵州省生物质燃烧源大气污染物的排放状况,基于收集资料和实地调查结合的方式获取活动水平,引用文献和本地实测数据结合的方式选取排放系数,采用排放系数法结合GIS技术,建立了贵州省2019年3 km×3 km生物质燃烧源9种大气污染物排放清单.结果表明：(1)全省生物质燃烧源CO、 NO_x、 SO₂、 NH₃、 VOCs、 PM_2.5、 PM₁₀、 BC和OC的排放量分别为：293 505.53、 14 781.19、 4 146.11、 8 501.07、 45 025.70、 39 463.58、 41 879.31、 6 832.33和15 134.74 t.户用生物质炉具CO、 SO₂、 NH₃和BC的排放量贡献率最大,秸秆露天焚烧NO_x、 VOCs、 PM_2.5、 PM₁₀和OC的排放量贡献率最大.(2)各市(州)生物质燃烧源排放的大气污染物分布不均衡,主...     

采伐林窗对马尾松人工林土壤微生物生物量的初期影响

为了解人为采伐活动形成的林窗对马尾松低效人工林土壤微生物生物量的影响,以39 a生的马尾松人工林7 种不同大小林窗(G1:100 m²、G2:225 m²、G3:400 m²、G4:625 m²、G5:900m²、G6:1 225 m²、G7:1 600 m²)以及林下为研究对象,分析了林窗中央和林窗边缘土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)、微生物生物量磷(MBP)的季节变化。结果显示:①林窗大小显著影响了林窗内各位置土壤MBC和MBP,对MBN影响不显著;MBN与MBC变化趋势相同,均随林窗增大呈先升后降的单峰型变化,但MBN变化幅度较小,MBP仅在林窗中央具有单峰型变化。MBC、MBN和MBP分别在面积为400~900 m²、225~625 m²和625~900 m²的林窗较高。总体来看,中型林窗更有利于微生物生物量的增值。②季节变化对土壤MBC、MBN、MBP均有极显著影响,MBC为夏高春低,MBN夏高冬低;MBP的变化较复杂,秋季相对较高。③林窗中央与边缘间MBC、MBN、MBP差异不显著,但MBC、MBN显著高于林下。说明较之马尾松纯林,林窗内土壤微生物活性有较大提高。④土壤温度对MBC、MBN有显著影响,土壤含水量对MBN、MBP有显著影响,土壤温度和水分是林窗形成后影响土壤微生物生物量的重要环境因子。     

西宁市生物质燃烧源大气污染物排放清单

本研究根据调查的西宁市生物质燃烧源活动水平数据,采用排放因子方法,建立了 2018年西宁市生物质燃烧源9种大气污染物的排放清单,并分析了清单的时空分布特征和不确定性.结果表明,西宁市2018年生物质燃烧源CO、NOx、SO2、NH3、VOCs、PM2.5、PM10、BC 和OC 的排放量分别为 11 718.34、604.41、167.80、209.72、1 617.97、2 054.04、2 135.04、281.07和 1 224.78 t.秸秆露天焚烧 CO、NOx、VOCs、PM2.5、PM10、BC 和OC 的排放对生物质燃烧源的排放贡献率最高;其中,秸秆露天焚烧NOx、VOCs和CO的贡献率分别为72.35％、63.94％和53.18％.户用生物质炉NH3和SO2的排放对生物质燃烧源的贡献率最大,分别为41.49％和42.05％.生物质燃烧源大气污染物排放地区分布不均衡,主要集中于大通县和湟中区.生物质燃烧源9项污染物的排放量在1、2、3、10、11和12月较大,占比在5％～33％.蒙特卡罗模拟结果表明,在95％置信区间下,不确定度最高的是森林和草原火灾的PM2.5排放,不确定度为-26.71％～29.78％.     

黄土丘陵区不同坡向对土壤微生物生物量和可溶性有机碳的影响

选取黄土高原丘陵沟壑区延河流域两个典型植被区(森林植被区、草原植被区)下相同植被不同坡向(阳坡、阴坡)的土样进行分析,研究了不同坡向土壤微生物生物量碳(SMBC)、微生物生物量氮(SMBN)、微生物生物量磷(SMBP)和可溶性有机碳(DOC)的含量及其相互关系.结果表明,森林植被区阳坡、阴坡0～10 cm土层SMBC分别为532.1～792.5 mg·kg-1、333.6～469.8 mg·kg-1,SMBN分别为53.66～87.31 mg·kg-1、47.58～61.38 mg·kg-1,两者均表现为阳坡高于阴坡,草原植被区SMBC分别为68.90～75.34 mg·kg-1、65.29～128.67 mg·kg-1,SMBN分别为13.94～18.61 mg·kg-1、13.00～20.10mg·kg-1,两者均表现为阴坡高于阳坡;两个植被区SMBP与SMBC、SMBN变化不一致;SMBC占SMBC与DOC之和(SMBC+DOC)的比例在森林植被区阳坡最高,达77.74%,在草原植被区按阴坡到阳坡、0～10 cm土层到10～30 cm土层的顺序依次递减.相同植被区不同坡向土壤水分、温度的差异对土壤微生物生物量产生重要影响,进而使SMBC占SMBC+DOC的比例不同,SMBC+DOC比SMBC更能反映土壤碳素有效性,森林植被区阴坡阳坡0～10 cm土层土壤微生物群落结构可能已发生明显改变.     

新疆阿尔泰山森林生态系统碳密度与碳储量估算

为科学评估新疆森林碳汇功能提供更准确的基础数据,论文基于在阿尔泰山布设的35个样地实测数据,参考2011年新疆森林资源清查资料,研究了我国境内阿尔泰山森林生态系统碳储量、碳密度及其空间分布特征。结果表明：1）阿尔泰山森林生态系统平均生物量为126.67 t·hm^-2,各组分生物量大小排序为：乔木层（120.84 t·hm^-2）>草本层（4.22 t·hm^-2）>凋落物层（1.61 t·hm^-2）,乔木各器官中,干、根、叶和枝分别占乔木生物量的50%、22%、16%和12%,干所占比例最大;林龄对植被生物量影响显著,生物量随林龄的增长而增加;2）生物量平均含碳率在0.40~0.53范围内,各组分、乔木各器官含碳率均不同,且林龄对含碳率影响显著;3）阿尔泰山森林生态系统碳密度为205.72 t·hm^-2,碳储量为131.35 Tg,其中土壤层、乔木层、草本层和凋落物层碳储量分别为86.67、43.09、1.03、0.56 Tg,土壤层和乔木层碳储量分别占阿尔泰山森林生态系统总碳储量的66%和33%,构成阿尔泰山森林生态系统的主要碳储存库;不同龄级的碳储量表现为成熟林最大,过熟林次之,两者合计占生态系统总碳储量的61%;4）阿尔泰山森林生态系统碳密度整体呈南高北低分布,是由西北—东南不同的环境因子影响所致。     

亚热带不同稻田土壤微生物生物量碳的剖面分布特征

土壤微生物生物量碳是稻田土壤有机质最具活性的组分之一,可有效地指示土壤质量状况.为探明亚热带地区不同类型稻田土壤微生物生物量碳的剖面分布特征及其与土壤有机碳及养分的关系,通过选取5种不同母质发育的稻田土壤,采集土壤发生层次分层样品,分析其有机碳、微生物生物量碳以及土壤养分的分布特点.结果表明,土壤有机碳和微生物生物量碳含量均随土壤深度的加深而急剧下降,分别介于2.45～26.19 g.kg-1和4.55～1 691.75 mg.kg-1,以耕作层和犁底层的含量最为丰富.不同母质发育的稻田表层土壤微生物生物量碳含量存在显著差异,以板岩风化物发育的黄泥田Ⅰ最高,河沙泥和红黄泥最低;而有机碳含量却以红黄泥和河沙泥最高,其余几种土壤之间并无明显差异.尽管如此,土壤微生物生物量碳依然受有机碳数量的限制,两者呈显著的正相关关系.土壤微生物商亦随土壤深度的增加而明显降低,不同类型土壤耕作层微生物商以河沙泥(2.11%)和红黄泥(1.37%)相对最低,而板岩风化物发育的黄泥田Ⅰ最高(8.24%),说明河沙泥和红黄泥的底物有效性明显低于黄泥田,这也是河沙泥和红黄泥有机碳含量最高而微生物生物量最低的原因之一.土壤微生物生物量碳含量与土壤全氮、碱解氮和有效磷呈显著的正相关关系,而与土壤速效钾的相关性不明显,说明稻田土壤微生物生物量碳除受有机碳的限制外,还与土壤养分存在较为复杂的关系.