生物質氣
生物質氣
生物質氣(biosyngas)是以農作物秸稈、林木廢棄物、食用菌渣、禽畜糞便、污水污泥等含有生物質體的物質為原料,在高溫下,生物質體熱解或者氣化分解產生的一種可燃性氣體。資源性氣體組分為氫氣、一氧化碳和少量低分子碳氫氣等,其他成分為氮氣、二氧化碳、水分、焦油和顆粒物等,生物質受熱剛產生時的生物質氣還含有一定熱量。生物質熱解或氣化產生粗燃氣,經凈化、組分調變獲得高質量的合成氣。
生物質氣形成過程可分為生物質氣化和熱解,生物質氣化是高溫下(通常1000℃),在氣化爐中通入合適的空氣、氧氣或者水蒸汽同生物質發生熱分解反應產生氣體,而生物質熱解是在高溫無氧或者厭氧條件下進行產氣的過程,具體可參見氣化和熱解部分。熱作用下,含有大分子的生物質體分解產生小分子氣體,例如氫氣、甲烷、乙烷等氣體,一氧化碳的則是由水氣和碳高溫的水碳反應產生,其他組分也是熱分解產生。
因是高溫產出氣體,在高溫下該氣體攜帶了部分熱量,富含氫氣和一氧化碳,混有水分和揮髮油類和粉塵等。冷卻后,氫氣和一氧化碳濃度進一步提高,經過處理后可用於燃燒或者用於化工合成等。
生物質氣化或者熱解如果運營得當,產生的生物質氣則是一種取之不竭的燃料,不僅可再生,也達到了清理牲畜糞便和垃圾的目的。生物質氣同樣為農戶提供了新的收入來源,減少了處理牲畜糞便的成本,如果將能源類作物當成飼料的話,會比生物乙醇和生物柴油有更高的能源產出。
事實上,生物質氣也有著更好的降低溫室氣體排放的功效。如果任由那些糞便放著不管的話,它們會在降解的過程中緩慢地釋放甲烷到大氣裡面。如果通過生物質氣的轉化讓甲烷成為燃料,那麼最終只會排放出令溫室效應更小的二氧化碳。
除了減少排放以外,生物質氣還有著多種多樣的用途。除了家庭的供暖和做飯外,也可以將其中的甲烷提純出來注入天然氣管網中,與從地下獲取的天然氣一起使用;另外,為天然氣汽車提供原料也是一個不錯的利用方式。每噸生物質氣相比等重的燃料乙醇和燃料柴油,可以支持汽車跑得更遠。這種厭氧消化方式生產生物質氣的技術適用於各種規模——從幾噸原料的農戶到成萬噸規模的大型工廠。
生物質氣作為工業,還處在方興未艾的階段,但並非是一個新鮮的東西。世界上第一個處理並利用糞便的作坊建於1859年的印度孟買;英國的西南地區則在1895年利用生物質氣為街道的路燈供電;而在3000多年前的古亞述帝國也發現了利用厭氧消化過程為澡堂燒熱水的考古證據。
現在,出於控制溫室氣體排放和減低化石能源消耗的目的,增加可再生能源的使用變得迫在眉睫,這為生物質氣提供了大規模發展的機遇,不斷增加的規模經濟性也在幫助生物質氣工業的成長。當然,此前只有那些不需要原料運輸的小型厭氧消化設施得到了發展,不過現在隨著一些糞便處理樞紐的建立,更大型的工廠建設成為可能。
目前,這方面的榜樣主要是歐洲,其中主要的推動力量來自歐盟的可再生能源消費目標:到2020年歐盟20%的終端能源消費要來自可再生能源。
生物質氣目前國內應用不是很廣泛,可能有幾個生物質氣化示範基地,作為生活燃氣使用等。國內外對生物質氣的使用研究較多,比如目前最前端的就是生物質氣通入固體氧化物燃料電池產電的研究等。
生物質氣同發生爐煤氣最大的區別在於:前者是各類生物質在生物質裂解爐(氣化爐或者熱解爐)高溫作用下產生,後者則是煤炭在煤氣發生爐中受熱產生,生物質裂解爐是有別於煤氣發生爐的。