摘要：生物質合成航空生物燃料接近于航空煤化石燃料，可以直接替代航空煤化石燃料，而無需開發(fā)新的燃料運輸系統(tǒng)。這是降低航空工業(yè)碳排放和燃料成本的重要措施之一。因此，生物質氣化合成技術將是今后發(fā)展的主要方向，也適應我國發(fā)展的主方向

關鍵詞：新型航空；生物燃料；研究；前景

伴隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，航空業(yè)的發(fā)展步伐也非常迅速，因此航空業(yè)對航空燃料的需求量也在不斷加大。石油作為航空的主要燃料，航空業(yè)對石油的需求正在增加。石油是一種不可再生資源，長期開采，導致航空能源短缺。如何減少航空工業(yè)的二氧化碳排放，對新型物質燃料的研究是一個重要課題。

1航空生物燃料的原料來源

航空生物燃料具有廣泛的原材料，包括藻類，麻風樹，油籽作物，廢油和農業(yè)廢物。目前，民用航空測試中使用的航空生物燃料的典型材料是海藻，亞麻籽和麻風樹種子。藻類是世界上最原始的生物之一。海藻光合作用固定的二氧化碳占世界固定二氧化碳總量的40％以上，海藻本身富含60％以上的油，光合效率高，單位面積產量高。而且生長周期短。此外，藻類的自養(yǎng)過程會消耗不適合在廢水中降解的氮和磷，這不僅降低了水體的富營養(yǎng)化程度，而且降低了藻類的養(yǎng)殖成本。盡管具有上述優(yōu)點，但有必要降低建設和生產的成本，并優(yōu)化藻類育種的培養(yǎng)，以便在航空燃料的生產中大規(guī)模應用藻類。亞麻板栗是一種季節(jié)性快速生長的油料作物，種子油含量為35％~38％（w）。它通常在3月份種植，7月份收獲。它可以與小麥和其他谷物交替種植。它主要生長在溫和的氣候條件下，每平方公里可以在水量很少的地區(qū)生產120噸種子。目前，亞麻作為航空燃料的油料種子發(fā)展的瓶頸在于輪作的種植方法將限制種植規(guī)模。麻瘋樹（Jatrophacurcas）是一種生長在半干旱地區(qū)的果實灌木，具有耐旱，抗蟲和抗病能力。生產周期僅1-2年，種子含油量約為30％-35％（w），平均每平方公里產量約為500噸。然而，麻瘋樹種子對人類和動物都有毒，必須人工收集，限制其使用。

2新型航空生物燃料的開發(fā)

為什么要發(fā)展生物質液體燃料？

石油安全驅動了生物液體燃料產業(yè)

世界不少國家已經(jīng)開始發(fā)展生物燃油產業(yè)（包括生物燃油加工業(yè)以及其相關產業(yè)，如能源農業(yè)和能源林業(yè)），其中共同的目的在于保障石油安全。巴西生物燃油產業(yè)利用蔗糖發(fā)酵制取生物乙醇，2002年消費量達到了104億公升，替代率接近40％。

2004年中國石油凈進口量為1.2億噸，消費量為3.1億噸，進口依存度達到了38.7％；國際能源署（IEA）預測中國到2010年、2020年石油進口依存度將達到61.0％和76.9％。石油進口量和進口依存度的迅速攀升給中國石油安全帶來了日益嚴重的影響；中國的石油安全問題也引起了一些國家的顧慮。

國產的石油和石油替代燃料能否“養(yǎng)活中國”呢？與資源有限的煤炭液化和國內油氣資源開發(fā)等手段相比，資源可再生而且潛力巨大的生物燃油技術也受到了越來越多的關注。

生物燃油產業(yè)將帶來顯著的環(huán)境效益

微生物燃料電池（MFCs）提供了從可生物降解的、還原的化合物中維持能量產生的新機會。MFCs可以利用不同的碳水化合物，同時也可以利用廢水中含有的各種復雜物質。關于它所涉及的能量代謝過程，以及細菌利用陽極作為電子受體的本質，目前都只有極其有限的信息；還沒有建立關于其中電子傳遞機制的清晰理論。倘若要優(yōu)化并完整的發(fā)展MFCs的產能理論，這些知識都是必須的。依據(jù)MFC工作的參數(shù)，細菌使用著不同的代謝通路。這也決定了如何選擇特定的微生物及其對應的不同的性能。在此，我們將討論細菌是如何使用陽極作為電子傳遞的受體，以及它們產能輸出的能力。對MFC技術的評價是在與目前其它的產能途徑比較下作出的。

微生物燃料電池并不是新興的東西，利用微生物作為電池中的催化劑這一概念從上個世紀70年代就已存在，并且使用微生物燃料電池處理家庭污水的設想也于1991年實現(xiàn)。但是，經(jīng)過提升能量輸出的微生物燃料電池則是新生的，為這一事物的實際應用提供了可能的機會。

MFCs將可以被生物降解的物質中可利用的能量直接轉化成為電能。要達到這一目的，只需要使細菌從利用它的天然電子傳遞受體，例如氧或者氮，轉化為利用不溶性的受體，比如MFC的陽極。這一轉換可以通過使用膜聯(lián)組分或者可溶性電子穿梭體來實現(xiàn)。然后電子經(jīng)由一個電阻器流向陰極，在那里電子受體被還原。與厭氧性消化作用相比，MFC能產生電流，并且生成了以二氧化碳為主的廢氣。

與現(xiàn)有的其它利用有機物產能的技術相比，MFCs具有操作上和功能上的優(yōu)勢。首先它將底物直接轉化為電能，保證了具有高的能量轉化效率。其次，不同于現(xiàn)有的所有生物能處理，MFCs在常溫，甚至是低溫的環(huán)境條件下都能夠有效運作。第三，MFC不需要進行廢氣處理，因為它所產生的廢氣的主要組分是二氧化碳，一般條件下不具有可再利用的能量。第四，MFCs不需要能量輸入，因為僅需通風就可以被動的補充陰極氣體。第五，在缺乏電力基礎設施的局部地區(qū)，MFCs具有廣泛應用的潛力，同時也擴大了用來滿足我們對能源需求的燃料的多樣性。

微生物燃料電池中的代謝

為了衡量細菌的發(fā)電能力，控制微生物電子和質子流的代謝途徑必須要確定下來。除去底物的影響之外，電池陽極的勢能也將決定細菌的代謝。增加MFC的電流會降低陽極電勢，導致細菌將電子傳遞給更具還原性的復合物。因此陽極電勢將決定細菌最終電子穿梭的氧化還原電勢，同時也決定了代謝的類型。根據(jù)陽極勢能的不同能夠區(qū)分一些不同的代謝途徑：高氧化還原氧化代謝，中氧化還原到低氧化還原的代謝，以及發(fā)酵。因此，目前報道過的MFCs中的生物從好氧型、兼性厭氧型到嚴格厭氧型的都有分布。

摘要:對比研究生物陰極微生物燃料電池與一般微生物燃料電池的廢水處理與同步發(fā)電能力。以學校食堂餐飲廢水為微生物燃料電池的底物，首先通過實驗為微生物燃料電池選擇合適的電子受體；其次，在采用較適宜電子受體的同等條件下，對生物陰極微生物燃料電池與一般微生物燃料電池處理餐飲廢水的COD去除率及產電電流密度進行對比。實驗結果表明，生物陰極微生物燃料電池處理餐飲廢水的廢水處理效果和發(fā)電能力均優(yōu)于一般微生物燃料電池。

關鍵詞:生物陰極;微生物燃料電池;餐飲廢水;發(fā)電;廢水處理

0引言

微生物燃料電池（MicrobialFuelCell，MFC）是1種利用微生物代謝活動將儲存在有機物中的化學能直接轉化為電能的生物反應裝置。微生物燃料電池利用廢棄物進行發(fā)電，在處理廢水的同時產生電能，而且發(fā)電過程不會產生任何污染環(huán)境的有害氣體，被視作1種高效益、低能耗、清潔環(huán)保的新型廢水處理及綠色發(fā)電工藝［1-4］。微生物燃料電池屬于復雜的生物電化學系統(tǒng)，諸多因素影響其運行性能。目前，由于其發(fā)電性能與廢水處理效果較差，利用微生物燃料電池處理各類廢水的研究工作大多數(shù)仍停留在實驗室研究階段［5-10］。在大量投入實際應用前，需要進一步提高其發(fā)電效率及廢水處理性能。陰極是制約微生物燃料電池產電性能的主要原因之一［11］。為了提高產電性能，一般需要在陰極添加催化劑。根據(jù)陰極催化劑的類型，可以把微生物燃料電池的陰極分為生物陰極和非生物陰極。一般微生物燃料電池采用非生物型陰極，其常用催化劑一般為鉑等貴金屬，極大地增加了微生物燃料電池的成本，且容易造成催化劑污染，不適于微生物燃料電池的規(guī)模化應用。生物陰極MFC以微生物作為催化劑，這些微生物能夠簡單地從好氧污泥中獲得，造價低廉，極大地提高了MFC在實際中的可應用性和可持續(xù)性［12］。根據(jù)陰極電子受體的不同，可將MFC的生物陰極可分為好氧型生物陰極和厭氧型生物陰極。好氧型生物陰極微生物燃料電池直接或間接以氧氣作為電子受體。厭氧型生物陰極微生物燃料電池則以過渡金屬修飾生物陰極或者添加化合物作為電子受體以代替氧氣作為電子受體，目前研究比較廣泛的主要有硝酸鹽、硫酸鹽等。本實驗首先對一般常用的電子受體進行比較，以選取性能較好的電子受體，然后從電流密度和污水COD去除率方面，對比生物陰極型微生物燃料電池與一般微生物燃料電池處理餐飲廢水的整體性能。

1實驗準備

1.1系統(tǒng)構成

本文作者：齊泮侖何皓胡徐騰付興國孫洪磊李頂杰工作單位：中國石油天然氣股份有限公司石油化工研究院

航空噴氣燃料應具有的性能

航空噴氣燃料的主要功能是推進飛機前進，所以能量含量和燃燒性質是最核心的燃料性能。其它相關性能指標還有穩(wěn)定性、潤滑性、流動性、汽化特性、抗腐蝕性、潔凈性、材料相容性及安全特性等，飛機的安全和經(jīng)濟運行要求燃料在使用前足夠清潔、無水和不含任何污染物。除了提供能量，燃料還作為發(fā)動機控制系統(tǒng)的壓力液和特定燃料系統(tǒng)部件的冷卻劑。航空噴氣燃料性能能否達到使用要求，通過質量指標來控制與體現(xiàn)。表1列出了航空噴氣燃料性能及與之相關的分析測試項目[4]。（1）熱安定（穩(wěn)定）性在飛機飛行中，航空噴氣燃料還作為發(fā)動機和機體的熱交換介質。工作環(huán)境溫度較地面環(huán)境溫度高，因此油品的熱安定性是噴氣燃料最重要的性質之一。在機體內，噴氣燃料用來給發(fā)動機油、壓力液和空調設備換熱，燃料吸收的熱量加速了生成膠質和顆粒物的化學反應。商用噴氣燃料應在燃料溫度高達163℃時保持熱穩(wěn)定，認為這樣的燃料具備良好的儲存安定性。（2）燃燒性通過把液體燃料注入快速流動的熱空氣流中，燃料在燃燒室中連續(xù)燃燒。在初始區(qū)域中，燃料在接近理想配比條件下汽化并燃燒，所產生的熱氣持續(xù)被過剩空氣稀釋，以便把溫度降低到適合發(fā)動機安全運行的溫度。通過目前規(guī)格中的試驗方法測試與生煙相關的燃料的燃燒性質。通常，烷烴提供了最為理想的噴氣燃料燃燒潔凈性，環(huán)烷烴是次理想烴類，芳烴是飛機渦輪燃料燃燒性的最不理想烴類。在飛機渦輪中芳烴易于呈有煙的火焰燃燒，且比其它烴類釋放出更大比例的不理想熱輻射的化學能。萘或雙環(huán)芳烴比單環(huán)芳烴產生更多的煙灰、煙塵和熱輻射，是飛機噴氣燃料使用的最不理想烴類。煙點提供了一個噴氣燃料相對生煙性的指示，且與該燃料的烴類組成有關，無煙火焰的高度值大，表明芳烴含量低，燃燒的清潔性好。（3）燃料的計量和飛機航程當密度與諸如苯胺點或蒸餾等其它參數(shù)結合使用時，密度低預示單位體積熱值低，預示給定體積燃料的航程降低。飛機和發(fā)動機的設計是建立在把熱能轉化為機械能的基礎上。燃燒凈熱值提供了從給定燃料中獲得的進行有效工作的能量數(shù)量，熱值減少到該最小限值以下將伴隨著燃料消耗增加和相應的航程減少。（4）燃料的霧化通過蒸餾測定在不同溫度下燃料的揮發(fā)性和是否易于蒸發(fā)，規(guī)定10%蒸餾溫度是為了確保易于啟動，規(guī)定終餾點是為了排除難以蒸發(fā)的重餾分。燃料的黏度與其在整個溫度范圍的泵送能力和噴嘴霧化狀態(tài)的一致性密切相關，燃料對泵的潤滑能力與黏度也有關系。（5）低溫流動性冰點是燃料非常重要的性能，而且應足夠低，以排除在高海拔處的普遍溫度下燃料通過濾網(wǎng)向發(fā)動機流動時受到的干擾。飛機油箱中燃料的溫度隨著外界溫度的降低而降低。飛行過程中燃料所經(jīng)歷的最低溫度主要取決于外界空氣溫度、飛行時間和飛機速度。例如，長時間飛行要求燃料的冰點比短時間飛行的低。（6）與燃料系統(tǒng)和渦輪中的橡膠和金屬的相容性已知硫醇硫可以與某些橡膠反應，規(guī)定硫醇含量限值以避免這類反應并減少令人不快的硫醇氣味。對于噴氣燃料控制硫含量很重要，因為在燃燒過程形成的硫氧化物會腐蝕渦輪的金屬部件。噴氣燃料銅片腐蝕試驗合格的要求，確保了燃料中不含任何會腐蝕燃料系統(tǒng)各部分的銅或銅合金的物質。某些石油產品使用了礦物酸或苛性堿或兩者進行處理，不希望有任何殘留的礦物酸或苛性堿，也不希望含有雜質。當檢驗新生產的或未使用過的燃料時，測定酸值可以對此進行確認。（7）燃料的儲存安定性實際膠質是燃料蒸發(fā)后所留下來的非揮發(fā)性殘余物。如果存在大量的膠質，則表明燃料受到高沸點油品或顆粒物質的污染。（8）燃料的潤滑性飛機/發(fā)動機燃料系統(tǒng)的組件和燃料控制部件依靠燃料潤滑其滑動的部分。噴氣燃料在此類設備中作為潤滑劑的作用稱為燃料的潤滑性。噴氣燃料潤滑性不好，可導致泵的流量下降或出現(xiàn)機械故障，嚴重時導致發(fā)動機空中停車。

航空生物燃料的特性與調合要求

從中長期全球航空工業(yè)技術經(jīng)濟角度分析，傳統(tǒng)化石航空噴氣燃料仍將占據(jù)航空燃料主導地位，這就要求替代燃料的性質必須與現(xiàn)有的傳統(tǒng)燃料性質相近，可與其完全互溶、可以任何比例進行混合和共同運輸。煤液化噴氣燃料（CTL）、天然氣合成噴氣燃料（GTL）和航空生物燃料（Bio-SPK）這三種產品在能量密度、流動性等方面的性質與現(xiàn)有傳統(tǒng)燃料基本相近，所以目前國際上航空替代燃料主要是這三種。與化石航空噴氣燃料相比，航空生物燃料具有優(yōu)異的熱安定性、燃燒性和良好的材料相容性，除產品密度偏低外，其它性能指標均與化石航空噴氣燃料要求一致。表2列出了航空生物燃料與化石航空噴氣燃料性能指標的對比情況。由于航空生物燃料不含芳烴，實測的航空生物燃料凈熱值為44.14MJ/kg，煙點大于40mm；而化石航空噴氣燃料的實測凈熱值為43.44MJ/kg，煙點實測為23mm（萘系烴含量為0.4%）。所以，航空生物燃料具有優(yōu)異的燃燒性能和較高的熱穩(wěn)定性。但是，為確保避免長時間使用后飛機燃料系統(tǒng)橡膠密封圈收縮和相應的燃料泄漏，調合后的航空渦輪生物燃料規(guī)定了芳烴含量（體積）的下限不小于8%，上限不大于25%，而化石航空噴氣燃料只規(guī)定了芳烴含量上限，因此其最低芳烴含量根據(jù)已有的經(jīng)驗來確定，實際指標目前仍在進一步研究之中。在燃料霧化（揮發(fā)性）方面，為保證渦輪燃料霧化性能和燃燒穩(wěn)定性，航空渦輪生物燃料增加了蒸餾斜率T50-T10不小于15℃和T90-T10不小于40℃的要求。為滿足航空渦輪生物燃料的蒸餾斜率要求，作為調合組分的航空生物燃料T90-T10要求不小于22℃。蒸餾斜率限制是根據(jù)目前對認可的合成燃料的經(jīng)驗確定的，目前正在進行蒸餾斜率實際需求的研究。另外，目前作為調合組分的航空生物燃料密度相對較低，15℃密度為730～770kg/m3，調合航空渦輪生物燃料選擇時，需注意化石航空噴氣燃料的實際密度值?；娇諊姎馊剂系姆紵N含量一般在10%～20%，密度（15℃）一般為780～820kg/m3。為了同時滿足航空噴氣燃料規(guī)格對芳烴最低含量8%和密度不低于775kg/m3（15℃）的要求，應選擇芳烴含量大于16%、密度不低于805kg/m3（15℃）的化石航空噴氣燃料調合航空渦輪生物燃料，航空生物燃料的含量不超過50%。

航空生物燃料標準

[摘要]目前，中國的生物質能源生產已經(jīng)形成一定規(guī)模，國家也通過制定行業(yè)標準規(guī)范生物質能源生產，出臺法律法規(guī)為其提供保障，并運用財稅政策推進生物質能源產業(yè)發(fā)展。但是，中國生物質能源產業(yè)發(fā)展還面臨原料資源短缺、生物質能源工業(yè)體系不完備、研究開發(fā)能力不足、產業(yè)化基礎薄弱以及產品市場競爭力不高等問題。展望未來，中國生物質能源產業(yè)的發(fā)展空間廣闊，技術將不斷完善，它將改變中國現(xiàn)有的能源消費結構，凈化環(huán)境，并推動農村經(jīng)濟發(fā)展。

一、中國生物質能源開發(fā)利用現(xiàn)狀

20世紀70年代，國際上第一次石油危機使發(fā)達國家和貧油國家重視石油替代，開始大規(guī)模發(fā)展生物質能源。生物質能源是以農林等有機廢棄物以及利用邊際土地種植的能源植物為主要原料進行能源生產的一種新興能源。生物質能源按照生物質的特點及轉化方式可分為固體生物質燃料、液體生物質燃料、氣體生物質燃料。中國生物質能源的發(fā)展一直是在“改善農村能源”的觀念和框架下運作，較早地起步于農村戶用沼氣，以后在秸稈氣化上部署了試點。近兩年，生物質能源在中國受到越來越多的關注，生物質能源利用取得了很大的成績。沼氣工程建設初見成效。截至2005年底，全國共建成3764座大中型沼氣池，形成了每年約3.4l億立方米沼氣的生產能力，年處理有機廢棄物和污水1.2億噸，沼氣利用量達到80億立方米。到2006年底，建設農村戶用沼氣池的農戶達2260萬戶，占總農戶的9.2%，占適宜農戶的15.3%，年產沼氣87.0億立方米，使7500多萬農民受益，直接為農民增收約180億元。生物質能源發(fā)電邁出了重要步伐，發(fā)電裝機容量達到200萬千瓦。液體生物質燃料生產取得明顯進展，全國燃料乙醇生產能力達到：102萬噸，已在河南等9個省的車用燃料中推廣使用乙醇汽油。

（一）固體生物質燃料

固體生物質燃料分生物質直接燃燒或壓縮成型燃料及生物質與煤混合燃燒為原料的燃料。生物質燃燒技術是傳統(tǒng)的能源轉化形式，截止到2004年底，中國農村地區(qū)已累計推廣省柴節(jié)煤爐灶1.89億戶，普及率達到70%以上。省柴節(jié)煤爐灶比普通爐灶的熱效率提高一倍以上，極大緩解了農村能源短缺的局面。生物質成型燃料是把生物質固化成型后采用略加改進后的傳統(tǒng)設備燃用，這種燃料可提高能源密度，但由于壓縮技術環(huán)節(jié)的問題，成型燃料的壓縮成本較高。目前，中國（清華大學、河南省能源研究所、北京美農達科技有限公司）和意大利（比薩大學）兩國分別開發(fā)出生物質直接成型技術，降低了生物質成型燃料的成本，為生物質成型燃料的廣泛應用奠定了基礎。此外，中國生物質燃料發(fā)電也具有了一定的規(guī)模，主要集中在南方地區(qū)的許多糖廠利用甘蔗渣發(fā)電。廣東和廣西兩?。▍^(qū)）共有小型發(fā)電機組300余臺，總裝機容量800兆瓦，云南也有一些甘蔗渣電廠。中國第一批農作物秸稈燃燒發(fā)電廠將在河北石家莊晉州市和山東菏澤市單縣建設，裝機容量分別為2×12兆瓦和25兆瓦，發(fā)電量分別為1.2億千瓦時和1.56億千瓦時，年消耗秸稈20萬噸。

（二）氣體生物質燃料

摘要：為了加快生物燃料產業(yè)的發(fā)展速度，提高生物燃料的產量和質量，微流體技術被引入到了生物燃料領域。文章聚焦于微流體技術在生物燃料領域的應用，重點介紹了微流體技術及裝置在生物柴油和生物乙醇生產中的應用，討論了影響生物燃料微流體反應器性能的相關因素，最后，提出了微流體技術在生物燃料領域的應用過程中所面臨的問題并展望了其應用前景。

關鍵詞：微流體技術；生物燃料；生物柴油；生物乙醇；微流體反應器

隨著經(jīng)濟的迅速增長，傳統(tǒng)化石燃料日益枯竭，溫室效應逐漸加劇，生物燃料的重要性日益凸顯。作為液體生物燃料，生物柴油和生物乙醇具有原料來源廣泛、清潔可再生、生產規(guī)模不斷擴大等特點，在一定程度上能夠滿足目前緊迫的能源需求[1]。然而，兩者生產過程中的一些消極因素限制了它們的進一步發(fā)展，如土地面積需求過大、生產成本過高、產品產率過低以及產品質量欠佳等[2]。這些消極因素的存在阻礙了生物燃料的規(guī)模化進程，為了盡早實現(xiàn)生物燃料的規(guī)模化和商業(yè)化，納米技術、基因工程技術和微流體技術等不斷被引入到生物燃料的研究和生產之中。其中，微流體技術在改善生物柴油和生物乙醇的產量和質量方面效果顯著。微流體技術是基于微流控芯片在微觀尺度下控制、操作和檢測復雜流體的技術，它能在較小的試劑體積和較短的反應時間等條件下進行工作。微流控芯片的尺寸僅為十幾平方厘米甚至幾平方厘米，且其上通常會內置有檢測、分析及樣品制備等諸如生物或化學實驗室的各種功能，因此，其又被稱為芯片實驗室。作為一門新興技術，其被廣泛應用于化學、醫(yī)藥、生命科學等多個領域，由于其小型化、高精度、短周期和低能耗等獨特的優(yōu)點，其在生物燃料領域也表現(xiàn)出了巨大的潛力。微流體技術不僅能快速進行微藻等產油微生物的高通量篩選和培養(yǎng)條件的優(yōu)化，還能通過增大生物柴油酯交換過程兩相界面的接觸面積而改善其轉化率，另外，在生物燃料的生產過程中，將這種技術與相應的功能原件集成后，除了能夠在線分析和監(jiān)測產品質量，還能完成生產環(huán)境的實時控制從而提高產品質量。

1微流體的特性

要想深入了解微流體技術在生物燃料領域的應用，首先需要了解微觀尺度下的流體特性。微流體是一種借助亞毫米至亞微米微通道產生的流體，這種微尺度下的流體學行為與宏觀尺度下的流體學行為差異很大。在流體力學中，流體流動特性通常采用雷諾數(shù)（ReynoldsNumber，Re）進行表征。一般情況下，當Re<2000時，流體表現(xiàn)為層流狀態(tài)；當Re>4000時，流體則表現(xiàn)為湍流狀態(tài)。層流流動時，不同流體系統(tǒng)的流體粒子彼此平行地分層流動，互不干擾與混雜；而湍流流動時，各流體系統(tǒng)的流體粒子間強烈的混合與摻雜，不僅有沿著主流方向的運動，還有垂直于主流方向的運動，兩者的流動特征如圖1所示。另外，佩克萊數(shù)（PecletNumber，Pe）也是反映流體流動狀態(tài)的參數(shù)，其可以表征對流和擴散的相對大小，反映了流體返混的程度，Pe越大，表示返混程度越小，Pe越小，則表示返混程度越大。由于微流體通道的空間有限（直徑為5~250μm），流速較低（1~1000μL/min），導致微流體的Re非常?。?~100），而Pe比較大（>103），微流體表現(xiàn)為層流特征而非湍流，其中的流體粒子彼此平行地分層流動，互不干擾可再生能源RenewableEnergyResources與混雜，兩個或多個流體系統(tǒng)中的粒子除了擴散之外不能混合，這意味著其中粒子的速度和位置是可以預測到的[3]。在微觀水平上，表面張力和毛細管力在流體中的作用非常突出，這對生物柴油合成過程中脂質提取和酯交換非常有利。同時，由于尺度的減小，微流體的比表面積變得很大，當兩種不混溶的液體（油和甲醇)同軸混合時，兩相界面之間的物料傳遞增強，這不僅有利于正向反應（脂肪酸甲酯的形成），還能提高底物轉化率[4]。此外，由于微流體比表面積的增大，脂質提取時的收率也明顯提高[5]。

2微流體技術在生物柴油生產中的應用

摘要：隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，國家對節(jié)能減排以及可持續(xù)發(fā)展的重視性逐漸上升，在工業(yè)生產領域，生物質鍋爐的應用帶動了工業(yè)綠色新能源改革，生物質鍋爐相比傳統(tǒng)鍋爐，其優(yōu)勢就是綠色、節(jié)能、環(huán)保。本文就生物質鍋爐節(jié)能減排方面進行簡要概述，希望能夠對相關工作提供參考和幫助。

關鍵詞：生物質鍋爐；節(jié)能減排；探究

1概述生物質與生物質鍋爐的特性

1.1生物質的定義。研究生物質鍋爐首先要清楚生物質的定義，生物質的定義較為廣泛，通過光合作用形成的各種有機物都被稱為生物質，不僅包括動植物，還包括微生物。作為綠色新能源的生物質能，則是指將生物質體內蘊藏的能量（將太陽能轉化為化學能）轉化為實際意義上的固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)燃料。作為目前新能源領域唯一一種可再生的碳源能量，研究其節(jié)能減排性質十分關鍵。目前，作為主要的生物質來源的有農業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物、工業(yè)生產廢棄物等，例如，農作物中的秸稈、淀粉類作物、油料作物、工業(yè)廢氣有機物、煙梗、動物排泄物等。1.2生物質鍋爐的特性。作為使用生物質為能量來源的鍋爐，生物質的性質直接決定了生物質鍋爐的綠色、環(huán)保，具有強大的生命力。分析現(xiàn)階段的生物質鍋爐，一般由五個部分組成：給料系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、吹灰系統(tǒng)、煙風系統(tǒng)、自控系統(tǒng)。主要種類分為生物質熱能鍋爐與生物質電能鍋爐，其工作原理相同，只是第一種類型鍋爐是直接獲取熱能，第二種是將熱能轉化為電能。現(xiàn)階段生物質熱能鍋爐使用較為廣泛。生物質鍋爐在實際使用中，原料成本低、整體價格低、運行流程簡單，在我國正在大規(guī)模的推廣使用中。其原料使用的是清潔能源，且燃燒時間長，效益較高，對環(huán)境基本屬于零污染。相比傳統(tǒng)鍋爐，生物質鍋爐在實際使用中，因生物質原料的含硫量大都小于0.2%，所以在工藝生產中不需要安裝氣體脫硫裝置，成本較低。分析生物質鍋爐的原料來源，以秸稈、煙梗為例，若處理不當，會對環(huán)境造成污染，但如果充當燃料，既可以做到資源的優(yōu)質應用，還可以降低成本，提高生產效益。生物質鍋爐因為燃料的原因，燃料中含氮量高，所以在燃燒過程中產生的一氧化氮多，導致氮氧化物排放濃度高。1.3解決氮氧化物排放濃度高的方案。采用SNCR技術，即選擇性非催化還原技術，它是目前主要的煙氣脫硝技術之一。在選擇性非催化還原（SNCR）的氮氧化物去除的過程中，還原劑是以液態(tài)（氨水、尿素溶液）或氣態(tài)的形式（氨氣）噴射到850～1050℃的高溫煙氣窗口中，通過還原反應后最終形成氮氣、水和二氧化碳，從而降低煙氣中的氮氧化物。

2生物質鍋爐對節(jié)能減排的應用意義

2.1減少溫室氣體排放，遏制溫室效應。分析傳統(tǒng)燃料燃燒現(xiàn)狀不難發(fā)現(xiàn)，其中有害物質在其排放物中占比較高，雖然進行脫硫、脫氮環(huán)保工藝的應用，但其硫化物與氮化物的比例仍較高，對環(huán)境造成污染的同時，加重了地球的溫室效應，不利于生態(tài)環(huán)境的保護。而利用生物質新能源，其燃燒二氧化碳等溫室氣體的排放，與生物質原料生長進行的二氧化碳的吸收，整體構成了自然碳循環(huán)，在理論上實現(xiàn)了二氧化碳的零排放，可以有效降低溫室氣體對環(huán)境的污染，且利用生物質燃料與煤炭等傳統(tǒng)燃料結合的使用方法，可以有效降低二氧化硫等有害氣體的排放，對生態(tài)環(huán)境保護有著重要作用。2.2利于改善生態(tài)環(huán)境，保護人們生活健康。在數(shù)年前的農村，處理秸稈等廢棄農作物的方式大都是囤積燃燒，不僅造成了資源浪費，還對生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的影響，而利用生物質鍋爐可以將農業(yè)、林業(yè)、工業(yè)廢棄物進行二次利用，既保護了環(huán)境，還有利于企業(yè)經(jīng)濟效益的提高。再者對比生物質新能源與傳統(tǒng)能源，生物質能源的排放污染較小，對環(huán)境基本為零污染，全面推廣生物質鍋爐有利于改善生態(tài)環(huán)境，保護人們的生活健康，促進可持續(xù)發(fā)展理念的貫徹。2.3符合國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求。生物質鍋爐自問世以來，得到了國家的大力推廣，因其符合國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，響應了發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的號召。農作物中的秸稈、淀粉類作物、油料作物、工業(yè)廢氣有機物、煙梗、動物排泄物等都可以作為生物鍋爐的燃料。工農業(yè)中的生產廢棄物的再利用是國家循環(huán)經(jīng)濟的核心，發(fā)展生物質能源，推廣生物質鍋爐的使用就是對工農業(yè)廢棄物進行再生產利用，符合循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展的核心要求。2.4促進能源結構調整，節(jié)約資源。分析生物質鍋爐的能量來源，上文中提高，只要是經(jīng)過光合作用產生的有機物都可以代入生產使用。利用生物質鍋爐可以有效促進國家能源結構使用調整，節(jié)約資源，保護環(huán)境，分析生物質鍋爐的熄滅設備，可以快速、有效地進行大規(guī)模的資源化應用，且成本較低，熄滅產生二氧化碳等溫室氣體的排放，與生物質原料生長進行的二氧化碳的吸收，整體構成了自然碳循環(huán)，在理論上實現(xiàn)了二氧化碳的零排放，可以有效降低溫室氣體對環(huán)境的污染。

1、能源農業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的國際比較

（一）美國的“能源農場”策略

為了控制中東地區(qū)的石油資源，美國在軍備支出方面付出巨大代價，美國政府逐漸認識到把資金投給動蕩不安的中東還不如投給國內的農場主。美國的能源農業(yè)是以燃料酒精為突破口發(fā)展起來的。在上世紀70年代初，美國開始利用玉米為原料生產燃料酒精，80年代后期，由于石油價格走低，燃料酒精產業(yè)的發(fā)展一度處于停頓狀態(tài)。近年來，受石油價格大幅上漲的影響，燃料酒精再次得到重視，生產規(guī)模迅速增大。美國人少地多，農業(yè)生產發(fā)達，玉米等農產品過剩，以糧食為原料生產燃料酒精具有良好的產業(yè)化條件和基礎。目前，美國玉米酒精年產量已達1000萬噸，其中，912萬噸被添加到汽油中，替代了運輸用能源的3%，在中西部12個州這一比例甚至達到了5%～10%。

為了推動能源農業(yè)的發(fā)展，美國在總體部署、市場供應、稅收優(yōu)惠、資金支持、技術開發(fā)等方面做出了系統(tǒng)的安排。

1.總體部署。1990年以來，美國出臺了一系列的法令法規(guī)推動生物質能源的使用。例如，1994年，美國環(huán)境保護委員會（EPA）規(guī)定，以燃料酒精為主的可再生清潔燃料在大城市必須全年供應：1998年，國會通過《汽車替代燃料法》，鼓勵使用燃料酒精作為替代能源。1999年，美國總統(tǒng)簽署的一項國家戰(zhàn)略計劃提出，到2020年，生物質燃油將取代石化類燃油消費量的10%。2005年實施的《國家能源政策法》規(guī)定，銷售的汽油中必須包含一定比例（將逐年遞增）的生物質能源燃料，在未來的5年內，燃料酒精的產量將增加一倍，到2012年，汽油中添加酒精的數(shù)量要達到80億加侖（2430萬噸），2013年，可再生能源要占全部能源的7.5%以上。2005年，美國農業(yè)部（USDA）宣布實施綜合能源戰(zhàn)略，支持燃料酒精、生物柴油等可再生能源的開發(fā)、生產和使用，成立能源理事會，協(xié)調與美國能源部、環(huán)保局等部門的合作，監(jiān)督綜合能源戰(zhàn)略的實施。

美國通過以上法令法規(guī)，從總體上對生物質能源的開發(fā)利用進行了規(guī)劃，以法律手段為能源農業(yè)的發(fā)展提供了保障。

1、能源農業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的國際比較

（一）美國的“能源農場”策略

為了控制中東地區(qū)的石油資源，美國在軍備支出方面付出巨大代價，美國政府逐漸認識到把資金投給動蕩不安的中東還不如投給國內的農場主。美國的能源農業(yè)是以燃料酒精為突破口發(fā)展起來的。在上世紀70年代初，美國開始利用玉米為原料生產燃料酒精，80年代后期，由于石油價格走低，燃料酒精產業(yè)的發(fā)展一度處于停頓狀態(tài)。近年來，受石油價格大幅上漲的影響，燃料酒精再次得到重視，生產規(guī)模迅速增大。美國人少地多，農業(yè)生產發(fā)達，玉米等農產品過剩，以糧食為原料生產燃料酒精具有良好的產業(yè)化條件和基礎。目前，美國玉米酒精年產量已達1000萬噸，其中，912萬噸被添加到汽油中，替代了運輸用能源的3%，在中西部12個州這一比例甚至達到了5%～10%。

為了推動能源農業(yè)的發(fā)展，美國在總體部署、市場供應、稅收優(yōu)惠、資金支持、技術開發(fā)等方面做出了系統(tǒng)的安排。

1.總體部署。1990年以來，美國出臺了一系列的法令法規(guī)推動生物質能源的使用。例如，1994年，美國環(huán)境保護委員會（EPA）規(guī)定，以燃料酒精為主的可再生清潔燃料在大城市必須全年供應：1998年，國會通過《汽車替代燃料法》，鼓勵使用燃料酒精作為替代能源。1999年，美國總統(tǒng)簽署的一項國家戰(zhàn)略計劃提出，到2020年，生物質燃油將取代石化類燃油消費量的10%。2005年實施的《國家能源政策法》規(guī)定，銷售的汽油中必須包含一定比例（將逐年遞增）的生物質能源燃料，在未來的5年內，燃料酒精的產量將增加一倍，到2012年，汽油中添加酒精的數(shù)量要達到80億加侖（2430萬噸），2013年，可再生能源要占全部能源的7.5%以上。2005年，美國農業(yè)部（USDA）宣布實施綜合能源戰(zhàn)略，支持燃料酒精、生物柴油等可再生能源的開發(fā)、生產和使用，成立能源理事會，協(xié)調與美國能源部、環(huán)保局等部門的合作，監(jiān)督綜合能源戰(zhàn)略的實施。

美國通過以上法令法規(guī)，從總體上對生物質能源的開發(fā)利用進行了規(guī)劃，以法律手段為能源農業(yè)的發(fā)展提供了保障。