3. 氣體生物燃料

　　氣體生物燃料包括沼氣、生物質(zhì)氣化、生物質(zhì)制氫等技術(shù)，以及沼氣凈化后作為運(yùn)輸燃料GtL（Gas to Liquid Fuel）。

　　1)沼氣與GtL

　　沼氣是指有機(jī)物質(zhì)（如作物秸桿、雜草、人畜糞便、垃圾、污泥及城市生活污水和工業(yè)有機(jī)廢水等）在厭氧條件下，通過種類繁多、數(shù)量巨大、功能不同的各類微生物的分解代謝，最終產(chǎn)生的以甲烷（CH4）為主要成分的氣體，此外還有少量其它氣體，如水蒸氣、硫化氫、一氧化碳、氮?dú)獾?。沼氣發(fā)酵過程一般可分為三個(gè)階段，即水解液化階段、酸化階段和產(chǎn)甲烷階段。沼氣發(fā)酵包括小型用戶沼氣池技術(shù)和大中型厭氧消化技術(shù)。

　　瑞典在沼氣開發(fā)與利用方面獨(dú)具特色，利用動(dòng)物加工副產(chǎn)品、動(dòng)物糞便、食物廢棄物生產(chǎn)沼氣，還專門培育了用于產(chǎn)沼氣的麥類植物，產(chǎn)氣率達(dá)300升/公斤底物，沼氣中含甲烷64%以上。瑞典由麥類植物生產(chǎn)沼氣，麥類植物用于生產(chǎn)沼氣，除沼氣被用做運(yùn)輸燃料外，所產(chǎn)生的沼肥又被用于種植。瑞典Lund大學(xué)開發(fā)了“二步法”秸桿類生物質(zhì)制沼氣技術(shù)，并已進(jìn)行中間試驗(yàn)；還開發(fā)了低溫高產(chǎn)沼氣技術(shù)，可于10°C條件下產(chǎn)氣，產(chǎn)氣率大于200L/Kg 底物。因瑞典沒有天然氣資源，就用沼氣替代天然氣。斯德哥爾摩市居民使用的煤氣就是厭氧消化處理有機(jī)廢棄物后得到的沼氣。將沼氣凈化去除CO2等雜質(zhì)后，甲烷純度達(dá)到97-98%，再經(jīng)壓縮（Gas to Liquid， GtL）得到車用甲烷供甲烷汽車使用，還有1列斯德哥爾摩至海濱的火車使用沼氣燃料。

　　目前，全球有410萬輛壓縮天然氣汽車，8300座加油（氣）站。同時(shí)沼氣正在悄悄取代天然氣而成為運(yùn)輸燃料，到2005年底，瑞典全國有5000多輛沼氣汽車，加油（氣）站逐年成倍增加，已達(dá)70余座。2008年奧運(yùn)會(huì)是我國發(fā)展GtL產(chǎn)業(yè)的良好機(jī)遇，把有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化成清潔燃料技術(shù)成熟、基礎(chǔ)設(shè)施具備、市場需求巨大，可以使“綠色奧運(yùn)”的口號(hào)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

　　2)生物質(zhì)氣化技術(shù)

　　生物質(zhì)氣化技術(shù)已有一百多年的歷史。1883年誕生了最早的氣化反應(yīng)器，它以木炭為原料，氣化后的燃?xì)怛?qū)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)，推動(dòng)早期的汽車和農(nóng)業(yè)排灌機(jī)械產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。歐美等發(fā)達(dá)國家自70年代以來相繼開展了生物質(zhì)氣化技術(shù)的研究，達(dá)到了較高的水平。近期的研究主要集中于將生物質(zhì)轉(zhuǎn)換為高氫燃?xì)?、裂解油等高品質(zhì)燃料，并結(jié)合燃?xì)廨啓C(jī)，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)、燃料電池等轉(zhuǎn)換方式，轉(zhuǎn)換為電能，為21世紀(jì)的電力供應(yīng)作技術(shù)儲(chǔ)備。

　　我國對(duì)農(nóng)林業(yè)廢棄物等生物質(zhì)資源的氣化技術(shù)的深入研究是在七十年代末、八十年代初才廣泛開展起來的。其中具有代表性技術(shù)有中科院廣州能源所開發(fā)的上吸式生物質(zhì)氣化爐和循環(huán)流化床氣化爐、中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院研制的ND系列生物質(zhì)氣化爐、山東省能源研究所研制的XFL系列秸桿氣化爐、大連環(huán)境科學(xué)院開發(fā)的木柴干餾工藝以及商業(yè)部紅巖機(jī)械廠開發(fā)的稻殼氣化發(fā)電技術(shù)等。目前已建立了500多座秸桿氣化站，為農(nóng)民提供燃?xì)猓?60kW稻殼氣化發(fā)電系統(tǒng)已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，該氣化發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)氣量約為785Nm3/h。

　　生物質(zhì)氣化過程簡單、對(duì)設(shè)備要求不高，但是能量轉(zhuǎn)化率低（所產(chǎn)生氣體的能量一般為生物質(zhì)所含能量的60-70%左右，最高為75%）、燃?xì)鉄嶂档停▋H為4-6MJ/Nm3）、焦油含量高且燃?xì)獗唤褂秃皖w粒污染，亦缺乏有效的凈化技術(shù)、不能靈活使用熱值不同的多樣化生物質(zhì)原料，并且氣化過程還需要能量。所以隨著生物質(zhì)（或成型）直燃技術(shù)的提高，國外主要采用生物質(zhì)直接燃燒供熱/發(fā)電或成型后燃燒供熱/發(fā)電，如丹麥建了130家秸桿直燃發(fā)電廠，瑞典直接燃燒生物質(zhì)發(fā)電量已接近國內(nèi)總發(fā)電量的20%。國際上在生物質(zhì)氣化方面的發(fā)展趨勢則是在氣化得到合成氣（syngas）的基礎(chǔ)上，再經(jīng)FT（Fischer-Tropsch）合成得到生物柴油或化工產(chǎn)品，僅利用FT合成過程的廢氣驅(qū)動(dòng)燃?xì)馔钙桨l(fā)電，而不是專門把氣化氣用于發(fā)電。

　　3)生物質(zhì)制氫

　　氫氣是一種可再生、高熱值的清潔能源，在燃燒時(shí)只產(chǎn)生水作為產(chǎn)物，而不產(chǎn)生氮氧化物、硫化物和顆粒等大氣污染物或二氧化碳等溫室氣體。近年來隨著氫氣貯存技術(shù)（如氫化物合金）和燃料電池技術(shù)的迅速發(fā)展，氫氣的制取和利用日益受到重視，被認(rèn)為是一種最有潛力的替代能源。美國總統(tǒng)布什在2005年的新年演說中專門提到發(fā)展氫燃料汽車。目前，世界上幾乎所有大的汽車制造商都研制推出了以氫為動(dòng)力的汽車。

　　通常的制氫方法如水電解法、水煤氣轉(zhuǎn)化法、甲烷裂解法都需大量的能耗，而生物法制氫相對(duì)成本低廉，克服了其他制氫方法高能耗的弊端，還能以污染物為原料進(jìn)行生產(chǎn)，去除污染。世界各國都對(duì)生物制氫研究有較大的投入，日本通產(chǎn)省和科技廳于1995年開始了一個(gè)長達(dá)28年的生物產(chǎn)氫計(jì)劃；美國能源部于1997年開始資助微生物產(chǎn)氫的研究工作；歐洲共同體委員會(huì)和國際能源組織也分別于1999和1996年提出了生物產(chǎn)氫的大規(guī)模研究計(jì)劃。這些研究基本上都集中在利用光合細(xì)菌制取氫氣，與光合細(xì)菌相比，厭氧發(fā)酵細(xì)菌將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為氫氣、二氧化碳和有機(jī)酸，由于不需要光源和生長條件要求簡單而使成本更低，但存在著產(chǎn)氫效率低、可控性差的缺點(diǎn)。國外對(duì)利用厭氧發(fā)酵細(xì)菌產(chǎn)氫主要集中在純種產(chǎn)氫細(xì)菌的固定化技術(shù)、純種產(chǎn)氫細(xì)菌及包埋劑的選擇，可是由于制氫原料（如廢棄物）本身的復(fù)雜性，使用純種細(xì)菌無法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模的生物制氫。另外需要考慮的是葡萄糖轉(zhuǎn)化為氫的生物合成反應(yīng)，目前1摩爾葡萄糖最多可產(chǎn)6摩爾氫氣，但是如果按質(zhì)量計(jì)算，160g葡萄糖僅產(chǎn)了12g氫，確實(shí)存在經(jīng)濟(jì)可行性問題。

　　生物產(chǎn)氫的重要發(fā)展方向是以生物質(zhì)為原料制取氫氣。該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用將不僅局限于產(chǎn)生高濃度有機(jī)廢水的食品加工、發(fā)酵等行業(yè)，而且還可以用城市污水處理廠的剩余污泥、生活垃圾等其他有機(jī)廢棄物為原料生產(chǎn)氫氣。歐洲開發(fā)了生物質(zhì)直接氣化制氫技術(shù)，過程簡單、產(chǎn)氫速度快，顯示出巨大潛力，成本顯著低于生物質(zhì)發(fā)電再電解制氫、乙醇制氫，歐洲正在積極開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)。