近年，石油、煤炭價格大幅上漲，能源短缺十分嚴(yán)重，能源形勢日益緊張，同時，大量使用化石能源引起了日益嚴(yán)重的環(huán)境問題，開發(fā)適用的可再生能源產(chǎn)品已成了當(dāng)務(wù)之急。生物質(zhì)能是指來源于木材、秸稈、動物糞便等生物質(zhì)的能源。與化石能源不同，它們來自新近生存過的生物，從生物圈循環(huán)角度來看，使用生物質(zhì)能是基本不產(chǎn)生污染物的。
可以通過直接燃燒來獲取能量，也可以轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)燃料，如生物柴油、沼氣、成型顆粒等。生物質(zhì)能是唯一可以儲存、運輸?shù)目稍偕茉?，是替代化石燃料的首選，具有清潔、可再生、含S很低、CO2零排放、分布廣的特點。但由于散碎的生物質(zhì)料不易于收藏、運輸、儲存和運輸，必須經(jīng)過一定的加工。
生物質(zhì)能由于其成型工藝不完善、設(shè)備磨損嚴(yán)重，人們環(huán)保意識差及生物質(zhì)能自身特點致使其沒有得到廣泛利用。馬昊認(rèn)為農(nóng)村生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有外部性、不確定性等因素，并從國家財稅政策的角度分析了我國生物質(zhì)能的發(fā)展和不足;劉祖軍等對生物質(zhì)成型燃料的產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景進(jìn)行了分析，提出了解決成型機生產(chǎn)技術(shù)瓶頸、用戶環(huán)保意識與產(chǎn)品認(rèn)知度薄弱、產(chǎn)業(yè)政策過于宏觀等問題的策略建議;閆昌國等研究了可移動生物質(zhì)顆粒燃料設(shè)備系統(tǒng)，并做了其經(jīng)濟技術(shù)性能分析。
生物質(zhì)在我國的發(fā)展優(yōu)勢
我國的農(nóng)業(yè)廢棄物資源分布廣泛，其中可用作能源使用的秸稈年產(chǎn)量折合約3億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，再加上農(nóng)產(chǎn)品加工、森林和林業(yè)剩余物、城市垃圾、沼氣等生物質(zhì)能資源，可開發(fā)利用生物質(zhì)能的資源量約5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。農(nóng)業(yè)方面，只是河南省全年的秸稈產(chǎn)量就達(dá)到6023萬噸，以前秸稈用來燒火做飯、飼養(yǎng)牲畜，現(xiàn)在秸稈一部分直接還田，一部分賣給造紙廠，其余的大部分秸稈作為廢棄物一焚了之。對此，各級政府都做了許多工作，禁止焚燒秸稈，雖說取得了一定成效，但收效卻非常有限，關(guān)鍵是要找到秸稈的出路。秸稈還田和作為能源利用看似矛盾，實際上保護(hù)性耕作的秸稈還田量在30%左右，大量的秸稈還是可以充分回收利用的，這樣秸稈不僅有了出路還創(chuàng)造了效益。林業(yè)方面，我國林木生物質(zhì)能資源也比較豐富，薪炭林、森林撫育間伐、苗木截桿、經(jīng)濟林和城市綠化修枝、油料樹種果實和林業(yè)三剩物等林木生物質(zhì)資源都是成型生物質(zhì)成型燃料很好的原材料。并且隨著科技的進(jìn)步與管理的改進(jìn)，單位面積的農(nóng)作物產(chǎn)出和林業(yè)蓄積都會增加;同時，我國還有大量的宜林荒山荒地、沼澤地、鹽堿地等可作為生物質(zhì)原料作物的培育基地，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展、壯大提供后備支撐，這些都說明了我國生物質(zhì)原料會越發(fā)豐富，為生物質(zhì)在我國的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
成型設(shè)備與工藝的改進(jìn)
設(shè)備方面。首先在我國得到廣泛應(yīng)用的是螺旋式擠壓成型機，由于其成型溫度高達(dá)220～280℃，并且有較高的擠壓力，造成螺旋桿和成型套筒磨損嚴(yán)重，使用壽命短;單位產(chǎn)品能耗高，并且生產(chǎn)率相對較低，成型過程對物料含水率、顆粒大小等有嚴(yán)格要求，造成成型成本較高。其次是活塞式成型機，它在較大程度上解決了螺旋擠壓式成型方式存在的成型件磨損嚴(yán)重、能耗高的問題，但機械驅(qū)動活塞成型機存在運行穩(wěn)定性差、噪音大和潤滑油污染較嚴(yán)重等問題;液壓驅(qū)動活塞成型機成型密度偏低，制品機械性能較低。目前，最常用的生物質(zhì)顆粒成型機是壓輥式成型機，模具磨損程度較低。
開發(fā)了高度集成的可移動式成型設(shè)備，可以實現(xiàn)在原料產(chǎn)地生產(chǎn)成型燃料，這對于生物質(zhì)原料產(chǎn)地過于分散的地區(qū)是一個很好的選擇，節(jié)省原料運輸成本，從而提高生物質(zhì)的經(jīng)濟效益。
工藝方面。生物質(zhì)固化成型工藝有多種形式，根據(jù)其主要工藝特性的差別，可分為濕壓成型、熱壓成型、冷壓成型和碳化成型4種基本類型。
(1)濕壓成型就是先對生物質(zhì)能原料進(jìn)行一定程度的腐化，即增加原料的熟化程度，然后擠壓成型，其成型性能會有一定的改善，但存在有能量損失、成型燃料密度低、成型模具磨損較快等缺陷，并且成型產(chǎn)品還要經(jīng)過干燥才能存放，致使成本升高。
(2)熱壓成型是目前普遍采用的成型工藝，壓縮過程中加熱，一方面可使原料中含有的木質(zhì)素軟化，起到黏結(jié)劑的作用，另一方面還可使原料本身變軟，容易壓縮，但加熱的同時也增加了其功率的損耗，并且只有加熱到220～260℃之間才能較快成型，這樣不但耗能大而且對設(shè)備損壞嚴(yán)重，成型顆粒還需要經(jīng)過專門的冷卻干燥設(shè)備處理，才能包裝儲存。
(3)冷壓成型是近年來研究利用的一種生物質(zhì)成型工藝，成型時原料和機器部件之間的摩擦作用能使原料加熱到100℃左右，也能起到軟化木質(zhì)素的作用，并且在一定程度上解決了以往成型設(shè)備對含水率和加熱溫度要求的限制，但其成型所需壓力偏高，達(dá)幾十個兆帕，也存在耗能大和設(shè)備損耗嚴(yán)重的問題。
(4)碳化成型主要是制得機制木炭，與本文使用方向不同，不做討論。
本課題組綜合考慮冷、熱壓縮成型工藝的特點，一定程度上降低熱壓溫度、提高壓力。通過改進(jìn)的熱壓成型試驗，考察了玉米秸稈、鋸末、棉桿3種典型原料的影響因素，找出的最佳成型范圍為：粒度0～2mm、含水率15%～23%、溫度130～150℃和長徑比5.28，并通過微觀角度探討了不同成型條件下顆粒的微觀型貌，其微觀特征與試驗結(jié)果相符。
