¿Cuál es el desarrollo y utilización de la energía de biomasa en China?

1. Mi país es rico en recursos energéticos de biomasa.

Mi país es rico en recursos energéticos de biomasa. Se estima que la cantidad teórica de recursos energéticos de biomasa en mi país es de aproximadamente. 50×108t, que es el consumo de energía actual en mi país 4 veces el total. Los recursos energéticos de la biomasa se dividen según las propiedades químicas de las materias primas, principalmente azúcar, almidón y lignocelulosa. Según el origen de las materias primas, incluye principalmente las siguientes categorías: (1) Residuos de producción agrícola, principalmente paja de cultivos. (2) Leña, leña y leña. (3) Residuos de transformación agrícola y forestal, astillas de madera, paja y paja. (4) Heces humanas y animales y residuos orgánicos domésticos. (5) Residuos orgánicos industriales, aguas residuales orgánicas y residuos residuales, etc. (6) Plantas energéticas, incluidos todos los cultivos, bosques y recursos vegetales acuáticos que puedan utilizarse como energía. Entre ellas, la biomasa agrícola y la biomasa forestal son las dos categorías con mayores fuentes, mayores reservas y mayores perspectivas de utilización.

1) Biomasa agrícola

Los recursos de biomasa agrícola incluyen residuos de procesamiento de productos agrícolas y paja de cultivos, como se muestra en la Figura 7.13. Los residuos del procesamiento de productos agrícolas incluyen cáscaras de maní, mazorcas de maíz, cáscaras de arroz, bagazo, etc.; la paja de cultivos incluye paja de arroz, paja de trigo, tallos de maíz, etc. Según las estadísticas, la cantidad total de biomasa agrícola principal disponible en varias regiones de mi país es de aproximadamente 5,6 × 108 toneladas. Las tres principales regiones son Shandong, Henan y Hebei. La principal dirección de utilización de los recursos de biomasa agrícola de paja es el forraje. %, el retorno a tierras de cultivo representa el 15%, el uso industrial representa el 2,3% y el 60% restante aproximadamente se utiliza para quema a cielo abierto o leña. Por lo tanto, el potencial de aplicación de los recursos de biomasa agrícola de China es muy grande.

Figura 7.13 Biomasa agrícola

2) Biomasa forestal

La superficie forestal existente en mi país es de aproximadamente 1,95 × 108 hm2, y la biomasa forestal total supera las 180 × 108 t. entre los cuales existen tres tipos de recursos de biomasa forestal disponibles: uno son los recursos leñosos amiláceos, como robles, frutos, bellotas, etc. La segunda categoría son los recursos leñosos, como el aceite de tung, la camelia oleífera, el té amarillo, la avena, la jatrofa, etc.; la tercera categoría son los recursos leñosos, como los bosques de arbustos, los bosques para leña, los "tres restos" forestales, etc. Además, nuestro país cuenta con cerca de 4000×104hm2 de colinas áridas y terrenos baldíos aptos para la forestación que pueden utilizarse para plantar bosques energéticos, así como cerca de 600×104hm2 de bosque ralo y 5000×104hm2 de bosque de bajo rendimiento con densidad de dosel. (el grado en que la copa del bosque cubre el suelo) de menos de 0,4 que se puede utilizar para plantar bosques energéticos.

Actualmente, más de 20 países en el mundo están plantando "árboles del diésel". El municipio de Majiazhuang, ciudad de Wu'an, provincia de Hebei, China, tiene colinas verdes y las montañas están cubiertas de exuberantes árboles de cotinus. Los frutos de estos árboles se pueden utilizar para refinar el diésel, por lo que los lugareños los llaman "árboles de diésel". Actualmente, en la ciudad de Wu'an hay 100.000 acres de estos "árboles de diésel" y la producción anual de diésel refinado puede alcanzar los 1.000 × 104 kilogramos. Según los informes, para 2012, la ciudad de Wu'an planea desarrollar "árboles de diésel" en 200.000 acres, y la producción anual de diésel alcanzará

2. Utilización de recursos energéticos de biomasa

. Se utiliza principalmente para biomasa, etanol, biodiesel, combustible de pellets sólidos de biomasa y generación de energía de biomasa y otras industrias.

1) Aplicación del bioetanol

El bioetanol se refiere a la conversión de diversas biomasas en alcohol combustible mediante fermentación microbiana. Puede usarse solo o mezclado con gasolina para producir gasolina con etanol como combustible para vehículos. Las materias primas para la producción de bioetanol en mi país incluyen la caña de azúcar, el sorgo dulce, la mandioca y otras variedades de alto contenido energético, y se ha establecido un dispositivo de demostración industrial con una producción anual de 5.000 toneladas de tallos de sorgo dulce para la producción de etanol. Dado que la producción tradicional de etanol de grano es costosa, para reducir los costos de producción, mi país ha recurrido al desarrollo de métodos de fermentación mixta microbiana. La Comisión Nacional de Desarrollo y Reforma dijo que para 2020, el 15% del combustible de biomasa de China se utilizará en las industrias del automóvil y la construcción naval.

2) Aplicación del biodiesel

El biodiesel se puede extraer de grasas animales y vegetales como soja, colza, grasas animales y residuos de cocina debido a su protección ambiental, lubricación y seguridad. Tiene buen rendimiento y se puede mezclar con diésel petroquímico como combustible. En junio de 2005, mi país utilizó un método de bioenzimas de desarrollo propio para producir biodiesel, y sus indicadores técnicos alcanzaron los estándares de biodiesel europeos y estadounidenses, lo que marcó un gran avance en la investigación del biodiesel en mi país. En 2010, la capacidad de producción de biodiesel de mi país alcanzó las 300×104 toneladas/año, utilizado principalmente en la industria del transporte.

Mi país ha propuesto el objetivo de que la capacidad de producción de biodiesel alcance las 200×104t para 2020. Actualmente, se ha construido una unidad de 6×104t/año en Hainan, cuya producción ocupa el primer lugar en el país.

3) Aplicación del combustible de briquetas sólidas de biomasa

El combustible de briquetas sólidas de biomasa es un material combustible que comprime los residuos sólidos urbanos o agrícolas y forestales mediante fuerza externa para aumentar su densidad, con. las ventajas de alta eficiencia, limpieza y ausencia de contaminación. La Figura 7.14 es un diagrama esquemático de la compresión de una viga de biomasa. Los equipos de producción de combustible para moldeo de biomasa de mi país incluyen el tipo de extrusión de tornillo, el tipo de estampado de pistón y el tipo de molienda con rodillo. Las formas de combustible incluyen principalmente bloques, varillas y granulados. El combustible de pellets sólidos de biomasa de Beijing Okruifeng tiene una producción anual de 60×104t, ocupando el primer lugar en el país. Se utiliza principalmente en calderas industriales y de calefacción de combustión directa.

Figura 7.14 Compresión de paquetes de biomasa

4) Aplicación de la generación de energía con biomasa

La generación de energía con biomasa es el uso de biomasa y energía de biomasa para generar energía renovable. generación de energía, incluida la combustión directa de desechos agrícolas y forestales para generación de energía, la gasificación de desechos agrícolas y forestales para generación de energía, la generación de energía por incineración de desechos, la generación de energía con gas de vertedero, la generación de energía con biogás, etc. Para promover el desarrollo de la tecnología de generación de energía a partir de biomasa, desde 2003, el Estado ha aprobado tres proyectos de demostración de generación de energía de paja en Jinzhou, Hebei, Shanxian, Shandong y Rudong, Jiangsu, y ha promulgado la Ley de Energías Renovables de la República Popular de China 》, e implementó políticas de apoyo relevantes, como precios preferenciales de electricidad en la red para la generación de energía con biomasa, lo que ha llevado al rápido desarrollo de la generación de energía con biomasa, especialmente la generación de energía de paja.

En 2008, Mengniu construyó la planta de energía de biogás de biomasa más grande del mundo y recibió un fuerte apoyo del Fondo de Protección Ambiental del Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo. La Figura 7.15 muestra la planta de energía de biogás de biomasa de Mengniu.

Figura 7.15 La central eléctrica de biogás de biomasa más grande del mundo en Mengniu

3. Principales tecnologías para el desarrollo y utilización de biomasa

Hay tres tecnologías principales para el desarrollo y utilización de biomasa en esta etapa. Especies: transformación física, transformación química y transformación biológica. Implica tecnologías específicas como moldeo por compresión, gasificación, licuefacción, pirólisis, fermentación e hidrólisis, como se muestra en la Figura 7.16.

1) Conversión física

La conversión física de biomasa se refiere al secado de residuos agrícolas y forestales, como paja, aserrín, cascarilla de arroz, bagazo de caña, etc., y su compresión bajo una cierta presión , formando combustible o pienso en forma de varillas, gránulos y bloques. Los residuos agrícolas y forestales se componen principalmente de celulosa, hemicelulosa y lignina. El moldeo por compresión de biomasa se basa principalmente en la cementación de lignina. La lignina es un polímero natural formado por la fotosíntesis. Tiene una estructura tridimensional compleja y es un material polimérico. Su contenido en las plantas es de aproximadamente 15% ~ 30%. Cuando la temperatura alcanza los 70 ~ 100 ℃, la lignina comienza a ablandarse y tiene una cierta viscosidad. Cuando la temperatura alcanza los 200 ~ 300 ℃, la lignina está en estado fundido y la viscosidad aumenta. En este momento, se puede aplicar una cierta presión. producen lignina y fibra La planta está unida con proteínas, lo que reduce en gran medida el volumen de la planta y aumenta significativamente la densidad, lo que contrarresta las fuerzas externas. Debido a que las moléculas de las fibras inelásticas están entrelazadas entre sí, aún mantienen una cierta forma. . La resistencia aumenta aún más después del enfriamiento, lo que reduce en gran medida el volumen de residuos agrícolas y forestales y facilita el transporte y almacenamiento.

Figura 7.16 Principales tecnologías para el desarrollo y utilización de la energía de la biomasa

2) Conversión química

La conversión química de la biomasa incluye aspectos de gasificación, licuefacción y pirólisis. .

(1) Gasificación:

La gasificación de biomasa se refiere a la pirólisis, oxidación y oxidación de biomasa altamente polimerizada en ciertas condiciones de temperatura con la ayuda de oxígeno o vapor de agua. reducción y otras reacciones y, en última instancia, conversión en gases combustibles como CO, H2 e hidrocarburos de bajo peso molecular. En China, el campo más utilizado de la tecnología de gasificación de biomasa es la generación de energía por gasificación de biomasa (BGPG). El costo de la generación de energía con gasificación de biomasa es de aproximadamente 0,2 a 0,3 yuanes/(kW-h), lo que es cercano o mejor que la generación de energía convencional. Su inversión unitaria es de aproximadamente 3500 a 4000 yuanes/kW, lo que representa sólo entre el 60% y el 70%. % de la generación de energía con carbón. Tiene las condiciones para entrar en la competencia del mercado y tiene perspectivas de desarrollo muy amplias.

(2) Licuefacción:

La tecnología de licuefacción de biomasa se refiere al proceso de conversión termoquímica de biomasa a alta temperatura y presión. Mediante la licuefacción, la biomasa se puede convertir en productos líquidos con alto poder calorífico, es decir, la materia orgánica macromolecular sólida se convierte en materia orgánica líquida de moléculas pequeñas. El biodiesel es un combustible renovable producido mediante tecnología de licuefacción de biomasa.

Los cultivos oleaginosos como la soja, la colza y la palma se someten a reacciones de transesterificación bajo la acción de catalizadores ácidos o alcalinos y altas temperaturas para generar los correspondientes ésteres metílicos o etílicos de ácidos grasos, que luego se lavan y secan para obtener biodiesel. En comparación con la energía petroquímica tradicional, tiene bajo contenido de azufre y aromáticos, alto índice de cetano, alto punto de inflamación y buena lubricidad, y puede agregarse al diésel fósil.

(3) Pirólisis:

La pirólisis de biomasa se refiere al uso de calor para romper las macromoléculas de la biomasa, convirtiéndolas así en compuestos de bajo peso molecular que contienen una pequeña cantidad de átomos de carbono. Es decir, la biomasa se calienta o se quema de forma incompleta en condiciones de anoxia completa y finalmente se convierte en productos gaseosos, líquidos y sólidos con alta densidad energética. El carbón se produce mediante tecnología de pirólisis de biomasa. . Los productos de carbón incluyen cuatro categorías: carbón blanco, carbón negro, carbón activado y carbón vegetal elaborado a máquina, entre los cuales el carbón activado es el más utilizado. El carbón activado es un carbón con una serie de ventajas, como una estructura de poros desarrollada, una gran capacidad de adsorción y una gran superficie específica. En mi país, el carbón activado se utiliza ampliamente en la producción de glucosa, glutamato monosódico y en la industria farmacéutica.

3) Bioconversión

La tecnología de bioconversión se refiere a la tecnología que se basa en la fermentación microbiana o la hidrólisis enzimática para bioconvertir biomasa para producir etanol, hidrógeno, metano y otros combustibles líquidos o gaseosos. La bioconversión de materias primas de biomasa incluye dos categorías: almidón y lignocelulosa. Los cultivos alimentarios con almidón, como el maíz, la mandioca y el trigo, son las principales materias primas para la bioconversión. Sin embargo, el costo de los productos convertidos a partir de cultivos como materias primas es alto y se ven fácilmente restringidos por factores como la tierra, la población y la producción. no se puede aumentar significativamente. Por lo tanto, la tecnología de bioconversión de lignocelulosa que utiliza desechos de cultivos baratos como materia prima es una forma eficaz de resolver la crisis energética. Sin embargo, la estructura y composición de las materias primas de lignocelulosa y almidón son muy diferentes. Resolver el problema de la degradación eficiente y de bajo costo de las materias primas de lignocelulosa es la forma fundamental para que los productos de conversión de lignocelulosa reemplacen los combustibles fósiles.