能源是人類社會進(jìn)步最為重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，煤、石油、天然氣、核能是當(dāng)今社會主要利用的能源，這些能源在地球上的貯存量是有限的。據(jù)有關(guān)專家估計(jì)，地球上煤炭的貯藏量可使用220年，石油可使用40年，天然氣可使用60年，核能可使用260年。2005年4月10日“生物能源和生物化工產(chǎn)品科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研討會”，閔恩澤、石元春、曹湘洪、歐陽平凱等4位院士的報(bào)告介紹，2004年中國進(jìn)口石油為1. 436億噸，自產(chǎn)石油1.605億噸，中國已探明的石油貯藏量62億噸，按中國目前發(fā)展對石油的需求，中國的石油資源僅夠開采17年左右。中國探明的煤炭資源為1000億噸，也只夠開采80—100年。這些能源在使用過程中有害物的排放也使全球生態(tài)環(huán)境惡化，僅CO2的排放，全世界為150萬噸／天，除此之外還有大量的其它有害物質(zhì)和氣體如CO、碳?xì)浠衔?HC)、氮氧化合物(NOx)、二氧化硫( SO2)等的排放，造成全球溫室效應(yīng)、局部地區(qū)酸雨、河流污染、大面積森林毀滅等災(zāi)害。
在非再生礦物能源即將面臨枯竭的今天，世界各國在開發(fā)太陽能、風(fēng)能、潮汐能、生物能等方面投入了大量的人力和物力，尤其是生物能源具有可以再生、開發(fā)經(jīng)濟(jì)、使用無公害等優(yōu)點(diǎn)，被普遍認(rèn)為是未來能源開發(fā)的熱門領(lǐng)域。據(jù)世界能源統(tǒng)計(jì)，地球上，每年綠色生物量的增加約為1170億噸，相當(dāng)于400億噸石油，其中800億噸分布在森林中，其余分有在草原、荒原、田野、沼澤及荒漠中。據(jù)有關(guān)專家估計(jì)，地球上植物生物量的儲量為18000多億噸，相當(dāng)于6400億噸的石油。研究、開發(fā)生物質(zhì)能源，用以替代面臨枯竭的化石能源是解決地球能源危機(jī)，實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展和改善生態(tài)環(huán)境的出路之一，具有相當(dāng)重要的意義和巨大的發(fā)展前景。
2、我國林木生物質(zhì)資源狀況
在生物質(zhì)資源方面，我國除每年7億噸左右的農(nóng)作物秸稈以外，國家林業(yè)局在2005年1—6月受世界自然基金會中國分會( WWF)、全球環(huán)境基金(GEF) OP12項(xiàng)目辦的委托，組織北京林業(yè)大學(xué)、國家林業(yè)局調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院等關(guān)單位的專家進(jìn)行了“中國林木生物質(zhì)培育和開發(fā)利用可行性研究”的調(diào)研工作。其結(jié)果顯示，目前我國陸地林木生物質(zhì)資源總量在180億噸以上，林業(yè)“三剩物”（采伐剩余物、造材剩余物、加工剩余物）等的總量在8—10億噸。除此而外，全國還有5700萬公頃的宜林地和荒沙、荒地，還有1億公頃不適宜發(fā)展農(nóng)業(yè)的邊際性土地，發(fā)展林木生物質(zhì)能源潛力巨大。
3、生物質(zhì)成型燃料成型技術(shù)的現(xiàn)狀
生物質(zhì)成型燃料的原料主要是生長徑級細(xì)小、密度低或松散的生物質(zhì)進(jìn)行重組以后，致密成具有一定的密度和形狀作為燃料使用。在不添加任何膠黏劑和添加劑的條件下，生物質(zhì)成型的方式主要有加熱成型和常溫成型兩種方式，木屑顆粒機(jī)、秸稈顆粒機(jī)專業(yè)壓制生物質(zhì)成型燃料。
3.1 生物質(zhì)加熱成型
生物質(zhì)加熱成型的機(jī)理是利用生物質(zhì)中的木質(zhì)素在高溫下（110~200℃不等）軟化、產(chǎn)生膠黏作用再擠壓成型。以這種成型機(jī)理開發(fā)的生物質(zhì)成型燃料加工技術(shù)主要有顆粒燃料、棒狀燧料和塊狀燃料成型等幾種。
3.1.1顆粒燃料的應(yīng)用 瑞典在應(yīng)用生物質(zhì)顆粒燃料方面有比較成熟的技術(shù)，包括生物質(zhì)顆粒燃料的成型技術(shù)和以生物質(zhì)成型顆粒為燃料的各種灶具和供暖、發(fā)電鍋爐等。顆粒燃料的加注有可以像加注燃油一樣方便。據(jù)瑞典國家能源局對外公布的資料顯示，用生物質(zhì)顆粒燃料集中供熱每產(chǎn)生1000 kWh熱量的費(fèi)用是燃燒輕油供熱的42%，燃燒重油供熱的58%；以家庭為單位的小型鍋爐供熱產(chǎn)生每1000 kWh熱量的費(fèi)用是電熱的62%，燃燒燃油供熱的57%。由于生物質(zhì)能源的使用，礦物質(zhì)能源的總消耗量由1970年的80%降低到1998年的33%，在此期間，生物質(zhì)能源的使用比例從9%增加到15%，并且呈快速增長的趨勢。
我國的生物質(zhì)顆粒燃料成型技術(shù)開始于“七五”期間，在引進(jìn)瑞典技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)了一些生物質(zhì)顆粒燃料成型設(shè)備和以生物質(zhì)顆粒為燃料的灶具和供暖壁爐等。了內(nèi)壓滾筒式顆粒成型機(jī)，生產(chǎn)能力為250~ 300 kg/h，生產(chǎn)的顆粒成型燃料尤其適用于家庭或暖房取暖使用；同年南京市平亞取暖器材有限公司從美國引進(jìn)適用于家庭使用的取暖爐，通過國內(nèi)消化吸收，形成工業(yè)化生產(chǎn)，并從美國引進(jìn)了一套生產(chǎn)能力為1.5 t/h的顆粒成型燃料生產(chǎn)線，1999年開始正式生產(chǎn)；老萬生物質(zhì)能科技有限公司成立于2002年，其公司的董事長從2000年就開始研發(fā)農(nóng)作物秸稈類生物質(zhì)顆粒燃料及其燃燒供暖設(shè)備。目前主要生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒燃料和各種用于燃燒顆粒燃料的燃燒器具，有暖風(fēng)壁爐、水暖爐、炊事爐等系列爐具，這些爐具的熱效率可達(dá)到86.07%，各項(xiàng)排放指標(biāo)均達(dá)到了國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和歐洲現(xiàn)行的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。在濟(jì)南、大同、西安、蘭州設(shè)有分公司和生產(chǎn)基地。
中國林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所于1998年研制成功了生物質(zhì)顆粒燃料成型制造機(jī)。顆粒燃料成型機(jī)由旋風(fēng)干燥裝置、木質(zhì)素加熱軟化裝置和顆粒成型裝置3大部分組成。總裝機(jī)功率29 kW，其中旋風(fēng)干燥5 kW，木質(zhì)素加熱軟化7 kW，顆粒擠壓成型17 kW。粉碎后的原料先經(jīng)旋風(fēng)干燥器干燥到顆粒成型要求的含水率后進(jìn)入加熱裝置，物料在加熱裝置中如熱到木質(zhì)素軟化的狀態(tài)( 110~180℃)，在螺旋輸送裝置的作用下進(jìn)入顆粒成型擠壓裝置，由于被軟化的木質(zhì)素具有一定的膠黏作用，在擠壓下成型顆粒狀并排出機(jī)器外。該機(jī)的生產(chǎn)率為120~ 240 kg/h，能耗應(yīng)為120.8~241.7 kWh/t。配合顆粒燃料成型機(jī)的研發(fā)，研制的一種用于燃燒顆粒燃料的暖風(fēng)爐，具有清潔、燃燒效率高的特點(diǎn)。
中南林學(xué)院從2002年起，在引進(jìn)國外（瑞典）技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)了生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)和使用顆粒燃料的環(huán)保節(jié)能灶和取暖爐。生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)(圖6)是在國產(chǎn)飼料制粒機(jī)的基礎(chǔ)上結(jié)合瑞典生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)的技術(shù)研制而成。在吸收國外燃燒爐技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國實(shí)際情況開發(fā)的一種兼炊事與供熱水相結(jié)合的顆粒生物質(zhì)燃料燃燒灶，該灶的燃燒室采用二次供氧，使燃料的燃燒更充分，提高熱能的利用率；環(huán)保節(jié)能取暖爐是在引進(jìn)國外環(huán)保節(jié)能壁爐的基礎(chǔ)上，結(jié)合中國的實(shí)際情況，通過改變外觀尺寸、改進(jìn)顆粒燃料供料系統(tǒng)、增加換熱管面積等措施開發(fā)出了適合中國家庭使用的取暖爐。
