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美国的生物质能计划

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2014年06月15日    作者:    来源:山西能源与节能

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  作为世界上开发利用生物质能最早的国家之一,美国早在1983 年就编制了地区性生物质能计划( RBEP) , 该计划是由美国政府资助、能源部管理, 设立了生物质能技术推广网络。2000 年, 为了促进美国生物能源工业的发展, 美国国会通过了生物质能研究和开发法案, 要求增进生物质能研究的合作; 而且还成立了生物质能技术咨询委员会。现在生物质能已经成为美国最大的可再生能源供应来源。


  为了加强生物质能的研发工作, 美国能源部在能源效率和可再生能源(EERE) 部门专门成立了生物质能计划管理办公室, 以执行生物质能计划(OBP) 。生物质能计划由联邦政府提供资金, 重点研究可持续性的将生物质能转化为燃料、热能、动力、化学品和材料的科学技术。生物质能计划的目标就是要迅速地降低, 甚至结束美国对国外石油的依赖, 并且在美国建立新兴的生物能源工业。


  2003 年5 月美国能源部组织生物质能计划管理办公室、金土地办公室及其能源部所属的5 个国家实验室, 与同美国农业部(USDA) 共同拟定了生物质能发展。2004 年~ 2008 多年度技术计划( MYTP) , 为美国生物质能研究战略、目标及技术发展路线提供了详尽的指导性方针。


  这个多年技术计划( MYT P) 阐述了美国生物质能发展的详细策略、计划和未来5 年的活动以及所要获得的目标, 是第一个包括整个生物质能计划的多年规划文本。为了适应能源部的需求以及研究与发展活动的进展, 能源部每年都将对该计划进行修正。


  1 技术规划


  美国的生物质能计划是几个独立研究计划的综合, 包括以下3 个方面:


  生物燃料计划( BFP) , 生物能源计划( BPP) , 工业技术办公室( OIT) 发起的与生物能相关的研究, 集中于增值的化学制品和生物材料的开发。


  美国生物质能计划分为两大方向, a) 用于生物提炼技术的核心研究与开发( R& D) ; b) 将特定的商业生物提炼环节各个技术组合起来形成完整的生物提炼设施的发展活动。计划分为五大研究领域, 生物质原料供给R& D、糖平台核心R& D、热化学平台核心R& D、产品核心R& D, 以及集成化工业生物提炼。


  1. 1 生物质原料供给R& D


  原料研究有相当大的范围, 从农作物开发到理想能源农作物的生产与收获。新生物质能计划将着眼点放在资源的原料层面范围内, 主要关注原料的收获、储存和运输技术, 因为这些技术能够用来将生物质转化为能源和产品。


  OBP 目前的重点是开发收获、存储和运输技术, 降低生物质传输过程中的转运成本, 确保有效的协调美国能源部和农业部之间的研究进度。


  生物质能的成功发展依赖于大量廉价、高品质的木质化纤维的原料供应。原料R& D 范围首要的任务是与糖和合成气转化平台密切合作, 满足它们的原料需求。要持续地满足生物提炼的长期需求, 从根本上改变农业系统和原料结构系统, 而目前的技术和农业实践还不能满足这个目标。原料供给研究范围侧重于发展原料结构范围内的新技术和方法, 以可持续的方式生产10 @ 108 t/ a 的纤维质, 成本控制在35 美元/ t 或者更低。这就要求与农业部、生产者、原料设备生产商以及加工者共同工作, 在农业系统中引入必要的变革,形成完整的合作需求以支持生物提炼工业化设施的发展。


  1. 2 糖平台核心R& D


  糖平台的技术目标是开发使用木质纤维素生物质, 生产便宜的, 能够用于生产燃料、化学制品和材料的糖。2010 年目标是降低适合发酵成酒精的混合糖与稀释糖的成本。木质纤维素( Lignocellulosic) 本质是由相互连接的半纤维素、纤维素和木质素聚合体等不同种类组合形成的。纤维素) 葡萄糖的晶体聚合物和半纤维素) 非水晶聚合物的hexoses D 葡萄糖、D- 半乳糖、D 甘露糖和D 木糖以及L- 树胶醛醣( 以及酸和uronic 酸的较小水平) 共同构成生物质的碳水化合物部分, 占生物质干重的大约2/ 3。木质素, 1 个连结烷基的酚单位的高能聚合物, 占剩下的绝大部分。其他微小成分包括蛋白质、油类和蜡质。


  1. 3 热化学平台核心R& D


  生物质和造纸黑液气化技术的发展已经到达大规模示范阶段。生物质气化会产生许多低热值的燃气,对应的处理技术已经发展成熟。造纸黑液气化技术的发展得到了公立和私立机构的广泛参与, 一小部分技术已经得到或即将得到验证, 气化技术的发展方向是充分认识催化剂对提高气化效率的潜在价值。


  热化学平台的研发活动目的在于提高技术的可靠性。研究重点是保证生物质气化技术和其他的先进技术相互协调。包括氢能、燃料电池和其他基础技术。


  为了实现上述发展目标, OBP 把研究重点放在尽可能除去杂质, 提高CH4 和H2 的纯度, 并合理调整配比, 以利于后续合成。对应的研发活动主要致力于解决原料供应和处理、热化学处理、净化、传感器研发和自动控制等4 个方面的关键技术。从2003 财政年度开展的热化学平台技术研究是1 个多年项目计划的一部分。项目重点由电力系统转移到燃料和化工产品系统。因为相关工作刚刚开始1 年, 所以对应的研究计划包含在能源部国家实验室, NETL, GO 以及现有转包商的现有发展计划之中。

 

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