生物能源专题教育课件省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

曹毅曹毅四川大学四川大学生物能源生物能源第1页主要内容第一节 生物质和生物能源第二节 生物柴油第三节 燃料乙醇第四节 其它生物能源第五节 我国生物能源现实状况和未来发展第2页第一节 生物质和生物能源第3页1.1 世界能源概况世界能源消耗趋势世界能源消耗趋势1970-2025化石能源是主流，但仅能支撑3大规模开采第4页能源安全成为各国关注问题伊拉克战火炸伊拉克战火炸毁了输油管毁了输油管第5页6使用化石能源造成全球气候改变Hurricane Katrina,late August 有8个台风登陆我国，海棠、麦莎、泰利、卡努、达维和龙王均在12级以上 第6页世界各国二氧化碳排放量：1950 年至今总排放量7第7页8可再生能源是未来发展重点依赖自然依赖自然依赖自然依赖自然条件条件条件条件高技术、危高技术、危高技术、危高技术、危险系数高险系数高险系数高险系数高可再生、环可再生、环可再生、环可再生、环境保护、地境保护、地境保护、地境保护、地域限制小域限制小域限制小域限制小第8页1.2 生物质和生物能生物质是指由光合作用而产生各种有机体，人们常将生物质所含有能量简称为生物能。生物质是以C、H为基本组成有机化合物，生物能属于化学能。能源特征：洁净性、低能源品位、分散性第9页生物能源主要形式薪柴：直接燃烧，热效率低生物质发电燃料乙醇：粮食或纤维素发酵生物柴油：生物油脂进行酯交换反应生物油和合成气：生物质热化学转化生物制氢：微生物发酵生物质制氢气沼气：微生物发酵农作物秸秆、禽畜粪便等有机物，主产物是甲烷第10页世界生物能源现实状况巴西和美国在燃料乙醇上处于领先：巴西（甘蔗）和美国（谷物）年燃料乙醇产量分别为165和162亿升。欧盟在生物柴油上处于领先：德国、法国、意大利等国已经在公交车领域使用生物柴油。欧盟以油菜为原料，生物柴油产量超出100万吨，计划到20最少生产600万吨，占欧盟全部燃料2。第11页美国当前能源结构第12页美国把生物能源摆在主要位置美国美国美国美国能源部和农业能源部和农业能源部和农业能源部和农业部联合提出部联合提出部联合提出部联合提出生物生物生物生物质技术路线图质技术路线图质技术路线图质技术路线图第13页美国生物质计划任务第14页美国生物质计划体系第15页美国生物能源发展目标Biopower：到2030年之间每年增加2%。年到达总能源4%，20到达5%。Biobased Transportation Fuels：从占总消耗能源0.5%，到年增加到4%，2010%，2030年20%。Biobased Products：从12.5 billion pounds，总量5%，到年增加到12%，2018%，2030年25%。第16页1.3 生物炼制biorefinery生物炼制是指将生物质转化为含有附加值产品过程。这些产品主要包含生物材料、乙醇、燃气、化工和其它材料生产关键中间体等。生物炼制基于机械、化学和生物化学过程技术平台。第17页生物炼制生物质转化第18页第二节 生物柴油生物柴油（Biodiesel），又称脂肪酸甲酯，是以植物油、动物脂肪、或废弃食用油等作原料，与低碳醇类（甲醇、乙醇）经酯交换反应取得。第19页2.1 生物柴油生产路线第20页脂交换法菜籽油菜籽油麻风树油麻风树油豆油豆油棕榈油棕榈油废油废油微微藻，微藻，微生物生物价格低价格低产率高产率高可循环利用可循环利用第21页各种生物柴油原料组成Perfect第22页生物柴油产业链脂肪酸甲酯脂肪酸甲酯生物柴油（生物柴油（20%）表面活性剂表面活性剂增塑剂增塑剂润滑剂润滑剂等等甘油甘油1，2丙二醇丙二醇聚酯聚酯丁二酸丁二酸等等第23页2.2 生物柴油性质生物柴油与生物柴油与NO.2柴油性质比较柴油性质比较第24页生物柴油优点原料起源广泛可再生性可作为柴油代用具可用于现有石化柴油设备（或仅做微调）可降低温室气体释放可降低车辆尾气释放，减小环境污染可得到经济价值较高副产品甘油贮存、运输和使用都很安全第25页使用生物柴油可显著降低尾气排放particulate matterhydrocarbon第26页生物柴油缺点热值比石化柴油低低温流动性差增加了NOx释放可降解或软化一些橡胶化合物与一些金属（铜、铅、锡、锌）和塑料（聚乙烯、聚丙烯）不兼容第27页2.3 世界生物柴油发展1991-世界生物柴油产量改变第28页生物柴油生产前五强国家产量（亿升）德国19.2法国5.11美国2.9意大利2.27澳大利亚0.83第29页美国生物柴油加工厂分布第30页生物柴油发展瓶颈是原料成本生物柴油与石化柴油价格对比第31页选择适当原料是关键不一样原料生物燃料产量不一样原料生物燃料产量第32页第三节 燃料乙醇乙醇是一个主要工业原料能源特点：燃烧值较高，清洁，环境保护，安全，可再生，适合用于汽油发动机等19，福特制造出世界上第一台燃烧纯乙醇发动机第33页3.1 谷物发酵法生产燃料乙醇技术工艺已经成熟：原料前处理，菌种培育，发酵，乙醇浓缩。粮食供给和降低原料成本是关键34第34页湿磨增效路径图第35页干磨增效路径图第36页3.2 纤维素法是未来趋势第37页纤维素法制乙醇主要过程第38页木质纤维素原料起源丰富价格低廉速生草速生草甘蔗甘蔗秸秆秸秆木屑木屑废纸废纸第39页木质纤维素组成和结构酚类酚类15-25%6C糖均聚物糖均聚物38-50%5C、6C糖聚合物糖聚合物23-32%第40页木质纤维素组成和结构第41页生物质从田间到生物炼制厂第42页纤维素法制乙醇关键问题原料起源和价格木质纤维素水解纤维素酶水解效率低、价格高纤维素酶水解效率低、价格高半纤维素酶制剂开发落后半纤维素酶制剂开发落后5C糖发酵第43页第44页第45页第46页第47页3.3 世界燃料乙醇发展1975-世界燃料乙醇产量改变 第48页49燃料乙醇生产前五强国家国家国家国家产量（亿升）产量（亿升）产量（亿升）产量（亿升）巴西巴西巴西巴西165165美国美国美国美国162162中国中国中国中国2020欧盟欧盟欧盟欧盟9.59.5印度印度印度印度3.03.0第49页美国乙醇工厂分布第50页燃料乙醇与汽油价格比第51页不一样原料乙醇产量第52页第四节 其它生物能源4.1 氢能源氢是一个理想清洁能源，“零排放”以水形式存在，储量十分丰富氢气热值高，约是汽油2.68 倍氢能制备工艺：矿石燃料制氢（96%）、电解制氢（4%）、热解制氢、光化制氢、放射能水解制氢、等离子电化学法制氢和生物制氢等。第53页生物制氢生物制氢指得是在有机质发酵降解和微生物利用太阳能光解水过程中，释放出氢气过程。产氢微生物：1）光合生物厌氧光合细菌、蓝细菌和绿藻2）非光合生物严格厌氧细菌、兼性厌氧细菌和好氧细菌3）古细菌类群 第54页生物制氢路线光驱动制氢：利用光合细菌和微藻直接将太阳能转化为氢气，是一个非常理想过程。但光利用效率很低，光反应器设计困难，近期极难推广应用。厌氧发酵制氢：利用产氢菌厌氧发酵，优点是产氢速度快，反应器设计简单，能够利用可再生资源和废弃有机物进行生产。第55页4.2 生物质热化学转化第56页生物质液化及其产物生物质液化技术可将生物质转化为高端当代能源产品，即易于存贮、运输、能量密度高燃料油，从而实现生物质广泛利用。生物质液化产物：（1）气体：H2、CO、CO2、CH4及C2-4烃（2）固体：焦炭（3）液体：生物油，酸性较强，组成复杂第57页生物质液化技术快速热解液化：采取超高加热速率（102104 K/s）、超短产物停留时间（0.23s）及适中裂解温度。循环流化床工艺 高压液化：较高压力下热转化过程，温度普通低于快速热解。新技术：超临界萃取和水热提升等。关键技术问题：生物油热值低，腐蚀性强。第58页生物质气化技术生物质气化：是指在高温下经过热化学反应将生物质转化为CO、H2、CH4和CnHm等可燃气体技术。影响生物质气化关键问题之一是气体热值偏低。新生物质气化技术：催化气化、气化制氢、超临界气化、焦油气化等。第59页4.3 沼气沼气是厌氧微生物发酵农作物秸秆、禽畜粪便和工业有机废物等产生一个混合气体。主要成份：CH4 55-65%；CO2 30-40；少许H2S，CO，H2，O2等。第60页19.719.7亿吨标准煤，增长亿吨标准煤，增长亿吨标准煤，增长亿吨标准煤，增长15.2%15.2%煤炭煤炭18.7亿吨，增长亿吨，增长14.4%原油原油2.9亿吨，增长亿吨，增长16.8%天然气天然气415亿亿m3，增长，增长18.5%水电水电3280亿亿kW.h，增长，增长15.6%核电核电501亿亿kW.h，增长，增长15.6%第五节 中国生物能源现实状况和未来发展中国能源消费结构第61页中国与世界能源消费比较项目项目项目项目世界世界世界世界中国中国中国中国消费总量（消费总量（消费总量（消费总量（亿吨标准油）亿吨标准油）亿吨标准油）亿吨标准油）10210213.913.9煤炭（亿吨）煤炭（亿吨）煤炭（亿吨）煤炭（亿吨）555518.718.7石油（亿吨）石油（亿吨）石油（亿吨）石油（亿吨）38382.92.9天然气（万亿天然气（万亿天然气（万亿天然气（万亿mm3 3）2.72.70.420.42发电量（万亿发电量（万亿发电量（万亿发电量（万亿kW.hkW.h）17172.12.1人均消费（吨标准油）人均消费（吨标准油）人均消费（吨标准油）人均消费（吨标准油）1.61.61.071.07第62页中国石油储量和开采年限中国当前探明油、气储量占世界总量3.7和1.96，人均拥有量只有12和4。假如按石油最终可采储量为140亿吨计算，最终开采年限将可达70年。天然气可采储量为1.58万亿m3，可开采79年。第63页中国对进口石油依赖程度，进口量到达1亿吨。年，进口量将到达2.5亿吨，可能超出日本成为世界第一大油品进口国。石油安全问题对我国成为了一个日益紧迫问题。第64页中国能源主要问题和处理方案1、主要问题：（1）能源资源不足（2）能源供给主要依赖煤炭，环境污染严重（3）能源利用率低，浪费严重2、处理方案：加大清洁能源能源结构比重，尤其是可再生能源开发利用第65页5.1 中国生物能源现实状况资源量1、农作物秸秆7亿吨/年2、林业及木材加工废弃物9亿吨/年3、畜禽养殖和工业废水产沼气800亿m3/年4、城市垃圾1.2亿吨/年利用量1、沼气55亿m3/年2、发电200万kW/年3、燃料乙醇100万吨/年4、利用能源作物生产燃料乙醇和生物柴油在进行试点和示范第66页现有粮食燃料乙醇企业产量产量产量产量/万吨万吨万吨万吨河南天冠河南天冠河南天冠河南天冠3030吉林省吉林吉林省吉林吉林省吉林吉林省吉林3030安徽丰原安徽丰原安徽丰原安徽丰原3232黑龙江金玉黑龙江金玉黑龙江金玉黑龙江金玉1010第67页各地拟建粮食燃料乙醇项目粮食路线粮食路线粮食路线粮食路线产品产品产品产品产量产量产量产量/万吨万吨万吨万吨状态状态状态状态河南天冠二期河南天冠二期河南天冠二期河南天冠二期乙醇乙醇乙醇乙醇3030在建在建在建在建丰原生化白城项目丰原生化白城项目丰原生化白城项目丰原生化白城项目乙烯乙烯乙烯乙烯2020开启丰原定向增发丰原定向增发丰原定向增发丰原定向增发乙醇乙醇乙醇乙醇3030即将开启黑龙江肇东黑龙江肇东黑龙江肇东黑龙江肇东乙醇乙醇乙醇乙醇2020发改委未批发改委未批发改委未批发改委未批山东华信山东华信山东华信山东华信乙醇乙醇乙醇乙醇5050发改委未批发改委未批发改委未批发改委未批第68页非粮乙醇项目是未来发展方向非粮食路线非粮食路线非粮食路线非粮食路线产品产品产品产品产量产量产量产量/万吨万吨万吨万吨状态状态状态状态中石化新疆甜高梁中石化新疆甜高梁中石化新疆甜高梁中石化新疆甜高梁乙醇乙醇乙醇乙醇7070开启河北薯类乙醇河北薯类乙醇河北薯类乙醇河北薯类乙醇乙烯乙烯乙烯乙烯4040论证论证论证论证重庆薯类乙醇重庆薯类乙醇重庆薯类乙醇重庆薯类乙醇乙醇乙醇乙醇乙醇10102020论证论证论证论证四川广元薯类乙醇四川广元薯类乙醇四川广元薯类乙醇四川广元薯类乙醇乙醇乙醇乙醇乙醇10102020论证论证论证论证广西木薯乙醇广西木薯乙醇广西木薯乙醇广西木薯乙醇乙醇乙醇乙醇乙醇1515论证论证论证论证第69页麻疯树生产生物柴油工程化模式中试基地规范化优质原料种植基地生物技术研究麻疯树优质原料生物柴油工艺常规育种分子育种栽培技术产量、品质控制机理研究遗传转化体系研究组织培养体系研究资源搜集分析综合利用研究提升综合效益抗肿瘤、抗病毒药品生物肥料生物农药其它化工产品第70页5.2 中国生物能源利用目标项目项目项目项目生物质发电（万生物质发电（万生物质发电（万生物质发电（万kW/kW/年）年）年）年）55055030003000固体成型燃料（万吨固体成型燃料（万吨固体成型燃料（万吨固体成型燃料（万吨/年）年）年）年）10010050005000农村户用沼气（亿农村户用沼气（亿农村户用沼气（亿农村户用沼气（亿mm3 3/年年年年 ）110110180180燃料乙醇（万吨燃料乙醇（万吨燃料乙醇（万吨燃料乙醇（万吨/年）年）年）年）10001000生物柴油（万吨生物柴油（万吨生物柴油（万吨生物柴油（万吨/年）年）年）年）100100第71页5.3 中国发展生物能源好处（1）再造绿色大庆，增加能源供给。（2）降低二氧化碳排放，改进生态环境。（3）创造就业岗位，增加农民收入。（4）发展生物化工，推进化工革命。第72页5.4 中国生物能源发展方向（1）高效直接燃烧技术和设备（2）集约化综合开发利用（3）生物质能创新高效开发利用（4）城市生活垃圾开发利用（5）能源植物开发 第73页发展生物能源要消除四大误区（1）消除与人争粮误区（2）消除与粮争地误区（3）消除生产成本高误区（4）消除技术不成熟误区第74页思索题1、什么是生物能源？生物能源主要包含哪些形式？2、未来生产生物乙醇方法是什么？当前妨碍其发展关键问题是什么？第75页延伸阅读美国能源部官方网站：http:/www.energy.gov/欧洲可再生能源委员会：http:/www.erec-renewables.org/中国国家发展和改革委员会能源局：http:/ for transformation-global potential and implications for sustainable agriculture and energy in the 21st century,Worldwatch institute,Washington D.C.,June 7,.2、袁权主编，能源化学进展，北京：化学工业出版社，.3、R.Gross,M.Leach,A.Bauen，Progress in renewable energy，Environment International,29()105 122.第77页延伸阅读4、P.McKendry,Energy production from biomass(part 1):overview of biomass,Bioresource Technology,83()3746.5、P.McKendry,Energy production from biomass(part 2):conversion technologies,Bioresource Technology,83()4754.6、P.McKendry,Energy production from biomass(part 3):gasification technologies,Bioresource Technology,83()5563.第78页谢谢!第79页