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關(guān)鍵詞：微生物燃料電池 產(chǎn)電 新能源
中圖分類號：X703.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（c）-0003-02
微生物燃料電池（Microbial fuel cells， MFCs）是一種新興的高效的生物質(zhì)能利用方式，它利用細(xì)菌分解生物質(zhì)產(chǎn)生生物電能，具有無污染、能量轉(zhuǎn)化效率高、適用范圍廣泛等優(yōu)點。因此MFCs逐漸成為現(xiàn)今社會的研究熱點之一。
1 微生物燃料電池的工作原理
圖1是典型的雙室結(jié)構(gòu)MFCs工作原理示意圖，系統(tǒng)主要由陽極、陰極和將陰陽極分開的質(zhì)子交換膜構(gòu)成。陽極室中的產(chǎn)電菌催化氧化有機(jī)物，使其直接生成質(zhì)子、電子和代謝產(chǎn)物，氧化過程中產(chǎn)生的電子通過載體傳送到電極表面。根據(jù)微生物的性質(zhì)，電子傳送的載體可以為外源、與呼吸鏈有關(guān)的NADH和色素分子以及微生物代謝的還原性物質(zhì)。陽極產(chǎn)生的H+透過質(zhì)子交換膜擴(kuò)散到陰極，而陽極產(chǎn)生的電子流經(jīng)外電路循環(huán)到達(dá)電池的陰極，電子在流過外電阻時輸出電能。電子在陰極催化劑作用下，與陰極室中的電子接受體結(jié)合，并發(fā)生還原反應(yīng)[1]。
下面以典型的葡萄糖為底物的反應(yīng)為例說明MFCs的工作原理，反應(yīng)中氧氣為電子受體，反應(yīng)完成后葡萄糖完全被氧化[2]。
2 微生物燃料電池的分類
目前為止，MFCs的分類方法沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，通常有以下幾種分類方法。
（1）基于產(chǎn)電原理進(jìn)行分類，包括氫MFCs、光能自養(yǎng)MFCs和化能異養(yǎng)MFCs。氫MFCs的原理是利用微生物制氫，同時利用涂有化學(xué)催化劑的電極氧化氫氣發(fā)電；光能自養(yǎng)MFCs是利用藻青菌或其他感光微生物的光合作用直接將光能轉(zhuǎn)化為電能；而化能異養(yǎng)MFCs則是在厭氧或兼性微生物的作用下，從有機(jī)底物中提取電子并轉(zhuǎn)移到電極上，實現(xiàn)電力輸出[3]。
（2）基于電池構(gòu)型進(jìn)行分類，包括單極室微生物燃料電池、雙極室微生物燃料電池和多級串聯(lián)MFCs。圖1中的微生物燃料電池即為雙極室結(jié)構(gòu)，電池通過質(zhì)子交換膜分為陽極室和陰極室兩個極室。單極室MFCs則以空氣陰極MFCs為主，將陰極與質(zhì)子交換膜合為一體，甚至是去除質(zhì)子交換膜。為了提高產(chǎn)電量，將多個獨(dú)立的燃料電池串聯(lián)，就形成了多級串聯(lián)MFCs[4]。
（3）基于電子轉(zhuǎn)移方式分類，包括直接微生物燃料電池和間接微生物燃料電池兩類。直接微生物燃料電池是指底物直接在電極上被氧化，電子直接由底物分子轉(zhuǎn)移到電極，生物催化劑的作用是催化在電極表面上的反應(yīng)。間接微生物燃料電池的底物不在電極上氧化，而是在電解液中或其它地方發(fā)生氧化后，產(chǎn)生的電子由電子介體運(yùn)載到電極上去[5]。
（4）基于電子從細(xì)菌到電極轉(zhuǎn)移方式進(jìn)行分類，可分為有介體MFCs和無介體MFCs兩類。電子需要借助外加的電子中介體才能從呼吸鏈及內(nèi)部代謝物中轉(zhuǎn)移到陽極，這類為有介體MFCs。某些微生物可在無電子傳遞中間體存在的條件下，吸附并生長在電極的表面，并將電子直接傳遞給電極，這稱為無介體MFCs。
3 電池性能的制約因素[6～7]
迄今為止，MFCs的性能遠(yuǎn)低于理想狀態(tài)。制約MFC性能的因素包括動力學(xué)因素、內(nèi)阻因素和傳遞因素等。
動力學(xué)制約的主要表現(xiàn)為活化電勢較高，致使在陽極或者陰極上的表面反應(yīng)速率較低，難以獲得較高的輸出功率[8]。內(nèi)電阻具有提高電池的輸出功率的作用，主要取決于電極間電解液的阻力和質(zhì)子交換膜的阻力。縮短電極間距、增加離子濃度均可降低內(nèi)阻。不用質(zhì)子交換膜也可以大大降低MFC的內(nèi)阻，這時得到的最大功率密度為有質(zhì)子交換膜的5倍，但必須注意氧氣擴(kuò)散的問題[9]。另一個重要制約因素為電子傳遞過程中的反應(yīng)物到微生物活性位間的傳質(zhì)阻力和陰極區(qū)電子最終受體的擴(kuò)散速率。最終電子受體采用鐵氰酸鹽或陰極介體使用鐵氰化物均可以獲得更大的輸出功率和電流。
另外，微生物對底物的親和力、微生物的最大生長率、生物量負(fù)荷、反應(yīng)器攪拌情況、操作溫度和酸堿度均對微生物燃料電池內(nèi)的物質(zhì)傳遞有影響[10]。
4 微生物燃料電池的應(yīng)用
（1）廢水處理與環(huán)境污染治理。
微生物燃料電池可以同步廢水處理和產(chǎn)電，是一種廢水資源化技術(shù)。把MFC用于廢水處理是其最有前景的一個應(yīng)用方向，也是當(dāng)前微生物燃料電池的研究熱點之一。同時，在生物脫氮、脫硫、重金屬污染的生物治理等方面MFCs也具有不可忽視的作用。
（2）海水淡化。
普通的海水淡化處理技術(shù)條件苛刻，需要高壓、高效能的轉(zhuǎn)化膜，有的還要消耗大量的電能，故不能大規(guī)模的處理，并且成本較高，難以有效地解決海水淡化問題。如果找到一種高效的產(chǎn)電微生物和特殊的PEM交換膜，那么MFC，就可以達(dá)到海水淡化的目的，而且具有能耗低，環(huán)保和可持續(xù)的優(yōu)點。利用MFC淡化海水也將成為具有發(fā)展?jié)摿Φ难芯糠较騕11]。
（3）便攜式電源。
微生物燃料電池能夠利用環(huán)境中自然產(chǎn)生的燃料和氧化劑變?yōu)殡娔?，用于替代常?guī)能源?？梢詾樗聼o人駕駛運(yùn)輸工具、環(huán)境監(jiān)測設(shè)備的長期自主操作提供電源。
（4）植物MFCs。
通過光合作用，植根在陽極室的綠色植物將二氧化碳轉(zhuǎn)換為碳水化合物，在根部形成根瘤沉積物；植物根系中的根瘤沉積物被具有電化學(xué)活性的微生物轉(zhuǎn)化為二氧化碳，同時產(chǎn)生電子。這種植物MFCs能夠原位將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能[12]。
（5）人造器官的動力源[13]。
微生物燃料電池可以利用人體內(nèi)的葡萄糖和氧氣產(chǎn)生能量。作為人造器官的動力源，需要長期穩(wěn)定的能量供給，而人體內(nèi)源源不斷的葡萄糖攝入恰好可以滿足MFC作為這種動力源的燃料需要。
5 微生物燃料電池技術(shù)研究展望
MFCs技術(shù)正在不斷成長并且已經(jīng)在許多方面取得了重大突破。但是，由于其功率偏低，該技術(shù)還沒有實現(xiàn)真正的大規(guī)模實際應(yīng)用?；谄洚a(chǎn)電性能的制約因素，今后的研究方向主要可歸納為以下幾點。
（1）深入研究并完善MFCs的產(chǎn)電理論。MFCs產(chǎn)電理論研究處于起步階段，電池輸出功率較低，嚴(yán)重制約了MFCs的實際應(yīng)用。MFCs中產(chǎn)電微生物的生長代謝過程，產(chǎn)電呼吸代謝過程以及利用陽極作為電子受體的本質(zhì)是今后的研究重點[14]。
（2）篩選與培育高活性微生物。目前大多數(shù)微生物燃料電池所用微生物品種單一。要達(dá)到實際應(yīng)用的目的，需要尋找自身可產(chǎn)生氧化還原介體的高活性微生物和具有膜結(jié)合電子傳遞化合物質(zhì)的微生物。今后的研究應(yīng)致力于發(fā)現(xiàn)和選擇這種高活性微生。
（3）優(yōu)化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)。研究與開發(fā)單室結(jié)構(gòu)和多級串聯(lián)微生物燃料電池。利用微生物固定化技術(shù)、貴金屬修飾技術(shù)等改善電極的結(jié)構(gòu)和性能。選擇吸附性能好、導(dǎo)電性好的材料作為陽極，選擇吸氧電位高且易于撲捉質(zhì)子的材料作為陰極[15]。
（4）改進(jìn)或替代質(zhì)子交換膜。質(zhì)子交換膜的質(zhì)量與性質(zhì)直接關(guān)系到微生物燃料電池的工作效率及產(chǎn)電能力。另外，目前所用的質(zhì)子交換膜成本過高，不利于實現(xiàn)工業(yè)化。今后應(yīng)設(shè)法提高質(zhì)子交換膜的穿透性以及建立非間隔化的生物電池[16]。
6 結(jié)語
MFCs作為一種可再生的清潔能源技術(shù)正在迅速興起，并已逐步顯現(xiàn)出它獨(dú)有的社會價值和市場潛力。隨著研究的不斷深入以及生物電化學(xué)的不斷進(jìn)步，MFCs必將得到不斷地推廣和應(yīng)用[17]。
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關(guān)鍵詞：資源環(huán)境科學(xué)；文獻(xiàn)計量學(xué)；發(fā)展態(tài)勢；
作者簡介：王雪梅(1976-)，女，重慶永川人，副研究員，主要從事科學(xué)計量學(xué)、GIS與文獻(xiàn)計量學(xué)集成研究.
資源與環(huán)境科學(xué)以人類生存和發(fā)展所依賴的地球系統(tǒng)特別是地球表層系統(tǒng)的特征和變化規(guī)律為主要研究對象，研究內(nèi)容涉及地球科學(xué)及其分支學(xué)科，以及生命科學(xué)、化學(xué)、工程與材料科學(xué)、信息科學(xué)及管理科學(xué)的諸多分支學(xué)科領(lǐng)域。經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展對資源環(huán)境科學(xué)提出了巨大需求，中國科學(xué)院圍繞我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重大問題及其相關(guān)的資源環(huán)境與地球科學(xué)問題，在資源環(huán)境和地球科學(xué)領(lǐng)域取得了一系列研究成果［1～3］。利用WebofKnowledge平臺SCI-E數(shù)據(jù)庫，對2009—2014年中國科學(xué)院SCI論文及地球科學(xué)與資源環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域論文產(chǎn)出進(jìn)行統(tǒng)計，并與全球及中國論文產(chǎn)出相比較，了解中國科學(xué)院在地球科學(xué)與資源環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的研究產(chǎn)出及其發(fā)展?fàn)顩r。
1數(shù)據(jù)來源與分析方法
從WebofScience的251個學(xué)科分類中遴選出與地球科學(xué)、環(huán)境/生態(tài)學(xué)相關(guān)的學(xué)科，根據(jù)學(xué)科分類在ScienceCitationIndexExpanded(SCI-E)數(shù)據(jù)庫檢索資源環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)論文，應(yīng)用美國湯森路透公司的ThomsonDataAnalyzer文本挖掘軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和制圖，對全球和中國的資源環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)出進(jìn)行統(tǒng)計分析。
地球科學(xué)(Geosicence)領(lǐng)域包括：能源與燃料(Energy&Fuels)、地質(zhì)工程(Engineering，Geological)、石油工程(Engineering，Petroleum)、地球化學(xué)與地球物理學(xué)(Geochemistry&Geophysics)、地理學(xué)(Geography)、地質(zhì)學(xué)(Geology)、地球科學(xué)多學(xué)科(Geosciences，Multidisciplinary)、湖泊學(xué)(Limnology)、氣象與大氣科學(xué)(Meteorology&AtmosphericSciences)、礦物學(xué)(Mineralogy)、礦產(chǎn)與礦物加工(Mining&MineralProcessing)、海洋學(xué)(Oceanography)、古生物學(xué)(Paleontology)、遙感(RemoteSensing)、水資源(WaterResources)；環(huán)境/生態(tài)學(xué)(Environment/Ecology)領(lǐng)域包括：土壤科學(xué)(SoilScience)、生態(tài)學(xué)(Ecology)、海洋工程(Engineering，Marine)、環(huán)境科學(xué)(EnvironmentalSciences)。
2015年2~3月在SCI-E數(shù)據(jù)庫對全球、中國、中國科學(xué)院的SCI論文產(chǎn)出進(jìn)行檢索和統(tǒng)計，中國科學(xué)院檢索范圍包括署名中有“中國科學(xué)院”的論文，包括中國科學(xué)院各研究所及中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院研究生院)，不包括未署名“中國科學(xué)院”的中國科技大學(xué)論文。
2中國科學(xué)院論文產(chǎn)出總體態(tài)勢
2009—2014年期間，SCI-E共收錄論文955.6萬篇，其中署名中國的論文有113萬篇，署名中國科學(xué)院的論文有15萬篇。圖1反映了全球、中國、中國科學(xué)院2009—2014年年度論文產(chǎn)出量變化。全球、中國、中國科學(xué)院的SCI論文分別以年均2%，14%和10%的速度增長。2014年與2009年相比，全球SCI論文增長近11%，中國增長約為93%，而中國科學(xué)院增長了62%，由圖2可見中國SCI論文增長速度遠(yuǎn)高于全球論文增長速度。
圖3統(tǒng)計了中國SCI論文占全球百分比和中國科學(xué)院SCI論文占中國百分比，表明中國論文占全球的份額持續(xù)上升，而中國科學(xué)院論文占中國的份額則逐步有所下降，但中國科學(xué)院資源環(huán)境類研究所發(fā)表的SCI論文數(shù)量占中國科學(xué)院的份額穩(wěn)中有升。從圖2也可見，中國科學(xué)院資源環(huán)境類研究所2014年與2009年相比，SCI論文增長了約92%，與中國SCI論文的增速很接近，高于中國科學(xué)院整體的論文增長速度。
將2009—2014年環(huán)境/生態(tài)學(xué)和地球科學(xué)領(lǐng)域各年論文按照被引頻次高低統(tǒng)計TOP1%，TOP10%，TOP20%和TOP50%論文的數(shù)量，以及中國和中國科學(xué)院相應(yīng)級次TOP論文的數(shù)量，并統(tǒng)計中國占全球的比例和中國科學(xué)院占中國的比例(圖4)。
根據(jù)論文全部著者統(tǒng)計的結(jié)果表明，中國在全球資源環(huán)境科學(xué)研究領(lǐng)域各級次TOP論文中的比例基本為15%~20%，中國地球科學(xué)領(lǐng)域TOP論文數(shù)占全球的比例高于環(huán)境生態(tài)學(xué)領(lǐng)域，并且地球科學(xué)領(lǐng)域TOP1%的高水平論文比例很高。中國科學(xué)院在中國資源環(huán)境科學(xué)研究領(lǐng)域各級次TOP論文中的比例為26%~32%，中國科學(xué)院環(huán)境/生態(tài)學(xué)領(lǐng)域TOP論文數(shù)占中國的比例高于地球科學(xué)領(lǐng)域。
3資源環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的重點研究方向
基于SCI學(xué)科分類，分別對2009—2014年全球SCI論文最多的20個學(xué)科領(lǐng)域的論文數(shù)占全球SCI論文總數(shù)的比例、中國SCI論文最多的20個學(xué)科領(lǐng)域的論文數(shù)占中國SCI論文總數(shù)的比例，以及中國科學(xué)院SCI論文最多的20個學(xué)科領(lǐng)域的論文數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計。結(jié)果顯示，全球各學(xué)科領(lǐng)域中，生物學(xué)與生物化學(xué)發(fā)文最多，發(fā)文最多的20個學(xué)科領(lǐng)域主要側(cè)重于醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)等，相比之下，中國產(chǎn)出偏重于材料科學(xué)以及化學(xué)、物理等相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域，中國科學(xué)院在環(huán)境科學(xué)方面論文產(chǎn)出數(shù)量比例較高。
資源環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域論文產(chǎn)出占全球自然科學(xué)領(lǐng)域論文產(chǎn)出的8%左右，中國該領(lǐng)域論文產(chǎn)出占中國SCI論文比例接近10%，中國科學(xué)院該領(lǐng)域論文產(chǎn)出占中國科學(xué)院SCI論文比例約為20%(圖5)。
2009—2014年，中國SCI論文占全球比例約為12%，而資源環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域中國SCI論文占全球份額超過14%。其中，環(huán)境科學(xué)是全球、中國和中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域論文產(chǎn)出的最主要的領(lǐng)域。此外，中國在能源與燃料、遙感、地質(zhì)學(xué)等方面論文產(chǎn)出占全球比例相對較高，而在生態(tài)學(xué)、古生物學(xué)等方面所占比例較低。中國科學(xué)院關(guān)于古生物學(xué)方面的SCI論文在中國資源環(huán)境領(lǐng)域論文中的比例最高，達(dá)到54%；此外，在土壤科學(xué)、地理學(xué)、湖泊學(xué)、生態(tài)學(xué)、氣象與大氣科學(xué)等方面的論文占中國的比例也較高，但在石油工程、海洋工程等方面所占比例較低，不足10%(圖6)。
圖7中，氣泡的大小表征資源環(huán)境各子領(lǐng)域占全球資源環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域論文產(chǎn)出份額的大小，即點越大，該子領(lǐng)域論文數(shù)在全球資源環(huán)境領(lǐng)域中的比例越高；X軸表示資源環(huán)境子領(lǐng)域中國占全球論文的百分比，值越高表明該子領(lǐng)域中國占全球的比例越高；Y軸表示資源環(huán)境子領(lǐng)域中國科學(xué)院占中國論文的百分比，值越高表明該子領(lǐng)域中國科學(xué)院占中國的比例越高。氣泡大的那些子領(lǐng)域(如環(huán)境科學(xué)等)是全球資源環(huán)境科學(xué)研究比較多的熱點方向；右下角的那些子領(lǐng)域(如能源與燃料等)是中國資源環(huán)境科學(xué)相對比較有優(yōu)勢的研究方向；左上角那些子領(lǐng)域(如古生物學(xué)等)是中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)相對比較有優(yōu)勢的研究方向。
中國科學(xué)院資源環(huán)境類研究所2009—2014年發(fā)表的SCI論文主要涉及的學(xué)科領(lǐng)域包括：環(huán)境科學(xué)、生態(tài)學(xué)、地質(zhì)學(xué)、工程學(xué)、氣象與大氣科學(xué)、農(nóng)學(xué)、地球化學(xué)與地球物理學(xué)、化學(xué)、水資源、科學(xué)與技術(shù)、海洋與淡水生物學(xué)、地理學(xué)、植物學(xué)、海洋學(xué)等。
4主要研究機(jī)構(gòu)的科學(xué)貢獻(xiàn)
中國科學(xué)院幾乎所有的研究機(jī)構(gòu)都在SCI資源環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域期刊發(fā)表過論文，2009—2014年根據(jù)全部著者統(tǒng)計超過100篇的研究所有50多個，在資源環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域發(fā)表SCI論文較多的前10個研究所見表1，這些較多的研究所都屬于中國科學(xué)院資源環(huán)境類研究機(jī)構(gòu)。
2009—2014年中國科學(xué)院27個資源環(huán)境類研究所以第一著者發(fā)表的SCI論文共有22032篇，其中，生態(tài)環(huán)境研究中心、地質(zhì)與地球物理研究所、海洋研究所、地理科學(xué)與資源研究所、大氣物理研究所、廣州地球化學(xué)研究所、南海海洋研究所、寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所等較多，第一著者的SCI論文數(shù)都在1000篇以上(表2)。
中國科學(xué)院資源環(huán)境類研究所論文的篇均被引次數(shù)為6.03次/篇，表2中的“表現(xiàn)不俗的論文篇數(shù)”統(tǒng)計的是這些研究所高于基準(zhǔn)值的論文篇數(shù)，即當(dāng)前總被引次數(shù)除以從年至2014年的累積年得到的年均被引6次及以上的論文［4］。生態(tài)環(huán)境研究中心、地質(zhì)與地球物理研究所、廣州地球化學(xué)研究所的表現(xiàn)不俗論文都在150~200篇。
中國科學(xué)院資源環(huán)境類研究所被引頻次位于前10%的論文篇數(shù)，即研究所2009—2014年被引16次及以上的論文篇數(shù)，也是生態(tài)環(huán)境研究中心、地質(zhì)與地球物理研究所、廣州地球化學(xué)研究所最多，都在260篇以上。
參考中國科學(xué)院文獻(xiàn)情報中心科學(xué)前沿分析中心設(shè)計科學(xué)貢獻(xiàn)指數(shù)［5］，定義：
式中：Ci為中國科學(xué)院資源環(huán)境類第i個研究所科學(xué)貢獻(xiàn)指數(shù)，P10%i為第i個研究所被引前10%論文數(shù)量，Citedi為第i個研究所論文被引總頻次，n為中國科學(xué)院資源環(huán)境類研究所的數(shù)量。結(jié)果顯示，生態(tài)環(huán)境研究中心、地質(zhì)與地球物理研究所、廣州地球化學(xué)研究所、海洋研究所、大氣物理研究所、地理科學(xué)與資源研究所的科學(xué)貢獻(xiàn)指數(shù)較高，都在0.1以上。
5結(jié)論與建議
通過以上分析可以看出：
(1)2009—2014年，中國科學(xué)院SCI論文增長了62%，高于全球11%的增長率，低于中國93%的增長率，但中國科學(xué)院資源環(huán)境類研究所的SCI論文增長了約92%，與中國論文增速相接近。
(2)中國在全球資源環(huán)境科學(xué)研究領(lǐng)域各級次TOP論文中的比例基本為15%~20%，中國科學(xué)院在中國資源環(huán)境科學(xué)研究領(lǐng)域各級次TOP論文中的比例為26%~32%，中國科學(xué)院環(huán)境/生態(tài)學(xué)領(lǐng)域TOP論文數(shù)占中國的比例高于地球科學(xué)領(lǐng)域。
(3)中國SCI論文占全球比例約為12%，在資源環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域中國SCI論文占全球份額超過14%。中國科學(xué)院關(guān)于古生物學(xué)、土壤科學(xué)、地理學(xué)、湖泊學(xué)、生態(tài)學(xué)、氣象與大氣科學(xué)等方面的SCI論文在中國資源環(huán)境領(lǐng)域論文中的比例較高。
劉疏桐的名字和地溝油仿佛被捆綁成一個關(guān)鍵詞，很多人管他叫“地溝油哥”，他完全不介意，還笑說：“大家提到地溝油都想到我，說明他們知道我在做什么?！?/p>
2011年，“地溝油事件”將“食品安全”炒上熱搜榜時，道蘭環(huán)能的創(chuàng)始人劉疏桐正在“自行車比人多”的國家―荷蘭念書。
他本科在荷蘭讀商業(yè)物流專業(yè)，大三實習(xí)去了全球四大快遞公司之一TNT，被分到電動車項目組。在這里，他順理成章地接觸到綠色交通、新能源，并對此產(chǎn)生了興趣。
讀研究生時，他便選擇了能源管理專業(yè)。準(zhǔn)備畢業(yè)論文期間，他看到了一則報道：SkyNRG―位于荷蘭的全球第一個商業(yè)生物航空燃料公司，正在將餐廚廢油加工為生物燃料用行。
“報道上說，SkyNRG到中國去采集地溝油，運(yùn)到歐洲來，給生物航空燃料做原料?！睘槭裁匆獜闹袊召彶蛷N廢油呢？他帶著疑惑直接找到SkyNRG的相關(guān)負(fù)責(zé)人。剛好SkyNRG對中國市場很感興趣，劉疏桐便以“生物航空燃料原材料、廢棄物在中國的潛力”為題幫SkyNRG做調(diào)研，同時完成相關(guān)方向的研究生畢業(yè)論文。
畢業(yè)后，劉疏桐留在了這家由荷蘭航空和荷蘭另外一家能源公司合資的企業(yè)，專門做生物能源方面的工作。
其實SkyNRG更關(guān)注的是空氣污染問題，研發(fā)生物燃料供應(yīng)航空等交通領(lǐng)域也是為了降低普通航油等化石燃料對大氣造成的污染。劉疏桐了解到，歐洲幾乎每一輛車都加了生物燃料，“生物燃料本身在歐洲是非常普遍和廣泛應(yīng)用的一個方案，使用廢棄物比如地溝油所制作的生物燃料單位減排效率可以高達(dá)90%，也是最環(huán)保的生物燃料之一?！?/p>
傳統(tǒng)生物燃料使用普通油脂比如棕櫚油、菜籽油、大豆油等食用油脂來生產(chǎn)，但直接使用糧食做燃料，在國際上一直受到詬病，所以生物燃料的原料更傾向于使用餐廚廢油等廢棄物，這樣做既可以廢物利用，又能夠達(dá)到節(jié)能減排的效果。
然而歐洲的飲食相對清淡，想要在荷蘭本地或周邊收集大量的餐廚廢油比較困難。有兩三年的時間里，劉疏桐的工作便是做亞洲區(qū)的供應(yīng)鏈、商務(wù)開發(fā)，其中一個重要部分便是在中國找地溝油，然后運(yùn)到歐洲去。
在中國，地溝油不僅是餐廚廢油，更代表了一種對食品安全的威脅。地溝油本是對生活中各類劣質(zhì)油的泛稱，大部分是剩飯剩菜所提取的餐廚廢油，小部分據(jù)稱取自下水道。在煉制過程中地溝油經(jīng)過一系列化學(xué)變化，可能產(chǎn)生致癌物質(zhì)。食用“地溝油”會導(dǎo)致腹瀉、腹痛，長期食用可能會引發(fā)癌癥，對人體的危害極大。
地溝油在中國發(fā)展出了一條需求相扣的“完美”地下產(chǎn)業(yè)鏈。每天晚上，油販子拉著潲水車去餐廳收購廢油，這些廢油經(jīng)過黑工廠加工轉(zhuǎn)化為“食用油”，最終回到餐桌，有的甚至返回到出售潲水的餐廳。
據(jù)了解，這種“食用油”的“生產(chǎn)”成本一噸僅在300元人民幣左右，而利潤可以高達(dá)10倍。高利潤正是驅(qū)使這條地下產(chǎn)業(yè)鏈運(yùn)轉(zhuǎn)不息的根本原因。
在為生物燃料收集原料的過程中，劉疏桐越發(fā)意識到地溝油問題在國內(nèi)的嚴(yán)重性，“收集和轉(zhuǎn)化供應(yīng)方面都出了問題?！?/p>
如果成熟的解決方案在歐洲可以完美執(zhí)行，在中國何妨一試呢？把中國的地溝油全部做成生物燃料，運(yùn)用到交通能源體系，既不用把它們運(yùn)到歐洲，還可以幫助節(jié)能減排，最終還能解決其回流餐桌的問題，這不是個一舉多得的解決方案嗎？
2015年初，劉疏桐停下從國內(nèi)往歐洲“倒”油的手，回到國內(nèi)創(chuàng)業(yè)。
他想要做的這件事，涉及環(huán)保、新能源、食品健康等比較敏感的話題，“壁壘比較厚”，牽扯的利益相關(guān)方非常多。而且，想要打破地下地溝油產(chǎn)業(yè)這個鏈條，勢必要面臨多方面的阻礙及壓力。
一味地圍追堵截地溝油黑心工廠或者油販子，在劉疏桐看來并非最佳辦法，“光是政府的打壓，成本非常高，而且反彈很大，用可持續(xù)的商業(yè)模式從經(jīng)濟(jì)利益角度來推動，才能徹底解決問題?！?/p>
他有自己的一套邏輯：不跟油販子搶油，跟他們合作。
“我們付他們差不多的錢，把地溝油全都送去做成正規(guī)的生物燃料，首先廢油不會再回流餐桌，此外運(yùn)送過程需要物流參與，提升了物流供應(yīng)鏈的可持續(xù)性，物流車還可以使用地溝油制生物燃料進(jìn)而降低燃料成本。我們把大大小小的餐館和食用油的供應(yīng)商也拉進(jìn)來，因為普通民眾更注重食用油的安全性?！?/p>
如果他的想法得以實現(xiàn)，參與其中的每一方都能夠獲益：餐館將餐廚廢油賣出，降低了采購食用油的成本，同時廢油可以轉(zhuǎn)化成具有經(jīng)濟(jì)價值、環(huán)保價值的生物燃料；生物柴油廠得到了原材料，又得到了銷售的渠道；大型的集團(tuán)物流在不增加成本的情況下，保證了供應(yīng)鏈的可持續(xù)性；幾百萬噸的地溝油被“消化”掉，食用油企業(yè)多出了大片市場……
“這就形成了一個有機(jī)的體系，既保證了廢油的安全處理，又保證了食用油的安全供應(yīng)，我們暫且把這個體系叫做‘安全油聯(lián)盟’?！?/p>
劉疏桐認(rèn)為，把食品安全、能源、交通、環(huán)保等原本看似不相干的行業(yè)、公司都整合在一起，并且讓每一方都獲益，當(dāng)社會效益和環(huán)境效益轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)效益或經(jīng)濟(jì)效益附加值的時候，就會有更多人一起促進(jìn)社會的改變。
商業(yè)的理念已經(jīng)成型，接下來重點放在哪里呢？
“提高終端產(chǎn)品價值?！眲⑹柰┙忉?，“用地溝油做生物燃料，每單位溫室氣體會減排90%，包括二氧化硫等污染物的排放，都將大幅減少。”
雖然國內(nèi)的轉(zhuǎn)化技術(shù)已經(jīng)可以將地溝油制生物燃料安全用到汽車、飛機(jī)上，但是大眾對生物燃料的認(rèn)識不夠，“生物燃料質(zhì)量是否合格”一類的擔(dān)憂仍然存在。
劉疏桐從另一個方向去考慮這個問題。在他看來，正是因為大眾對生物燃料的認(rèn)知不夠，不敢去使用它，導(dǎo)致它的價格非常低，利潤不足以支撐前端收油的成本，這也是地溝油流向地下產(chǎn)業(yè)鏈的一個原因。
道蘭環(huán)能的客戶名單中有一些“世界五百強(qiáng)”企業(yè)，這些企業(yè)對自己的供應(yīng)鏈包括交通運(yùn)輸，在環(huán)保方面都有一定的要求，如果能夠幫助它們減少污染排放，提升環(huán)境社會價值，品牌競爭力便會相應(yīng)提升?！八阅壳拔覐纳虡I(yè)的角度，跟這些大的集團(tuán)公司合作，為它們提供生物燃料，幫助它們做節(jié)能減排，這些大企業(yè)做好了以后，有一定的示范效應(yīng)，就可以更大規(guī)模地在社會上進(jìn)行推動。”
劉疏桐曾在Ted演講中說道，歐洲不只是注重產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)價值，而且特別關(guān)注產(chǎn)品的環(huán)境和社會價值，他們有非常好的鼓勵機(jī)制把環(huán)境和社會價值都轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)價值，體現(xiàn)在產(chǎn)品上?！耙?，生物燃料在歐洲比普通柴油貴20%，為什么還有人去用？”
一方面是環(huán)保意識，一方面是歐盟的倡導(dǎo)，“歐盟對使用生物燃料是有一定硬性要求的?！蹦壳埃瑖鴥?nèi)政府也正在做這件事，“但是它的落地非常差，” 劉疏桐說，“如果我們的方案被政府認(rèn)可了，由政府進(jìn)行引導(dǎo)，把地溝油交給我以及我的合作伙伴，就能確保地溝油被安全回收，做成生物燃料，用于比如市政交通或者商業(yè)物流中去。”
關(guān)鍵詞：水垢，危害，系統(tǒng)，保養(yǎng)
水垢是一種牢固附著在金屬表面上的沉積物，它對鍋爐的危害主要有以下幾點：①水垢能造成鍋爐受熱面損壞。水垢的導(dǎo)熱性能很差，1mm的水垢相當(dāng)于20mm后的鋼板，在有水垢時，要達(dá)到無水垢相同的爐水溫度，受熱面管壁的溫度必然要提高，當(dāng)溫度超過金屬所能承受的允許溫度時，就會引起鼓包和爆管事故。②鍋爐金屬表面覆蓋水垢時，破壞了正常的鍋爐水循環(huán)，容易引起爐管過熱，同時引起沉積物下的腐蝕。③浪費(fèi)燃料，由于水垢的導(dǎo)熱性很差，燃料燃燒放出的熱量不能有效地傳給水，造成排煙溫度升高，降低了鍋爐的熱效率，1mm的水垢浪費(fèi)燃料3%-10%，不利于節(jié)能和環(huán)保。論文大全。④降低了鍋爐的出力。⑤鍋爐結(jié)垢，須經(jīng)常洗爐，既影響正常的生產(chǎn)，游耗費(fèi)大量人力、物力、同時降低鍋爐使用壽命。水垢危害極大，但是熱水鍋爐的水垢與蒸汽鍋爐的水垢結(jié)生的機(jī)理不同，蒸汽鍋爐內(nèi)的水垢是由于鍋爐內(nèi)的水質(zhì)不合格造成的，而熱水鍋爐結(jié)生的水垢一方面來源于鍋爐水，另一方面來源于管網(wǎng)系統(tǒng)的腐蝕。熱水鍋爐采暖系統(tǒng)的水主要存在于管網(wǎng)和用戶這個大的循環(huán)系統(tǒng)中，因此，對于熱水鍋爐，在保證給水合格的條件下，加強(qiáng)停爐期間鍋爐系統(tǒng)的保養(yǎng)，能夠有效防止熱水鍋爐的結(jié)垢。
熱水鍋爐內(nèi)的沉積物主要是由水垢、淤泥、腐蝕產(chǎn)物、和生物沉積物構(gòu)成。人們通常把淤泥、腐蝕產(chǎn)物、和生物沉積物三者稱為污垢，它們的來源主要是系統(tǒng)內(nèi)的水循環(huán)到鍋爐內(nèi)造成的。論文大全。
污垢一般是由顆粒細(xì)小的泥沙、塵土、不溶性鹽類的泥狀物、膠狀的氫氧化物、雜質(zhì)碎屑、腐蝕產(chǎn)物、菌藻的尸體及粘性分泌物等組成。這些物質(zhì)本質(zhì)是不會形成硬垢的，但是，它們在水的循環(huán)過程中起到了CaCO3微結(jié)晶的晶核作用，這樣就加速了CaCO3析出結(jié)晶的過程。當(dāng)存有這些物質(zhì)的水流經(jīng)鍋爐受熱面時，容易形成污垢沉積物，特別是流速慢的部分（如水冷壁管）污垢沉積物更多，這種沉積物體積較大，質(zhì)地疏松稀軟，故稱軟垢。它們是引起垢下腐蝕的主要原因。當(dāng)防腐措施不當(dāng)時，鍋爐受熱面經(jīng)常會有銹瘤附著，其外殼堅硬，內(nèi)部疏松多孔，且分布不均。它們常與水垢、微生物、粘泥等一起沉積在受熱面上。這種銹瘤狀的腐蝕產(chǎn)物除了影響傳熱外，在水的循環(huán)過程中起到了CaCO3微結(jié)晶的晶核作用，加速了鍋爐水垢的生成。
熱水鍋爐的采暖系統(tǒng)主要是由金屬制造的，在非采暖期的大部分時間里，由于忽視保養(yǎng)或保養(yǎng)不當(dāng)，整個系統(tǒng)一直在進(jìn)行著以下幾種腐蝕：
?水中溶解氧和二氧化碳引起的腐蝕：鍋爐運(yùn)行時，地下水中的溶解氧的濃度一般小于0.1mg/l,通過加熱，熱水系統(tǒng)中氧的濃度幾乎為零，氧對于鍋爐的腐蝕非常小。停爐后，由于采暖系統(tǒng)內(nèi)缺水，整個系統(tǒng)內(nèi)部處于潮濕的環(huán)境中，金屬表面附著一層水，水中O2和CO2的濃度迅速增大，金屬本身受到O2和CO2的腐蝕加快，鐵的腐蝕產(chǎn)物增加。
?腐蝕產(chǎn)物引起的腐蝕：鐵銹和氧氣一樣，可以作為腐蝕反應(yīng)的去極化劑，其總的反應(yīng)如下：
3微生物引起的腐蝕：由于微生物排出的黏液與無機(jī)物和泥沙雜物等形成沉積物附著在金屬表面，形成氧的濃差電池，促使金屬腐蝕。此外，在金屬表面和沉積物之間缺乏氧，因此，一些厭氧菌（主要是硫酸鹽還原菌）得以繁殖，當(dāng)溫度為25―30oC時繁殖更快，它分解水中的硫酸鹽，產(chǎn)生H2S，引起碳鋼腐蝕：
鐵細(xì)菌是鋼鐵銹瘤產(chǎn)生的主要原因，它能使Fe2+氧化為Fe3+,釋放的能量供細(xì)菌生存需：
。
鐵細(xì)菌又稱沉積細(xì)菌，它能把水中的Fe2+轉(zhuǎn)化為不溶于水的Fe2O3的水合物，作為其代謝作用的一部分而在水中產(chǎn)生大量的氫氧化鐵。
鐵細(xì)菌還通過銹瘤建立氧的濃差電池，從而引起鋼鐵腐蝕。
產(chǎn)黏泥細(xì)菌是系統(tǒng)中數(shù)量最大的一類有害菌，它能產(chǎn)生一種膠狀的、黏性的或黏膠狀的、附著力很強(qiáng)的沉積物，這種沉積物很容易附著在金屬表面，并易引起垢下腐蝕。
藻類對采暖系統(tǒng)的危害也很大，藍(lán)藻適宜在32―40℃，pH值=6―8.9的環(huán)境中生長，在潤濕的條件下，繁殖特別快，藍(lán)藻死后形成污泥。硅藻喜歡生長在光線較暗，溫度較低的環(huán)境中，初春或者深秋大量繁殖，硅藻的細(xì)胞壁充滿聚合的白色二氧化硅，他的繁殖是產(chǎn)生硅污泥的原因。
在鍋爐運(yùn)行時，這些腐蝕產(chǎn)物隨著水的循環(huán)進(jìn)入到鍋爐內(nèi)部，鍋爐水中鐵的化合物濃度和微生物產(chǎn)生的污泥濃度增加。鍋爐水中鐵的化合物的形態(tài)主要是膠態(tài)的氧化鐵，也有少量較大顆粒的氧化鐵和溶解狀態(tài)的氧化鐵，膠態(tài)氧化鐵帶正電荷，當(dāng)鍋爐本體局部地區(qū)的熱負(fù)荷過高時，該部位的金屬表面與其他部分的金屬表面之間產(chǎn)生電位差。熱負(fù)荷很高的區(qū)域，金屬表面因電子集中而帶負(fù)電荷，這樣帶正電荷的氧化鐵微粒就向帶負(fù)電荷的金屬表面聚集，結(jié)果形成氧化鐵垢，由于氧化鐵垢的導(dǎo)熱性很差，致使鍋爐受熱面的熱負(fù)荷增大，產(chǎn)生的電位差增大，加快了氧化鐵垢的形成。當(dāng)金屬氧化物達(dá)到一定的厚度時，由于爐膛的溫度不能及時傳遞給鍋爐水，結(jié)果就引起水冷壁管的爆破。微生物產(chǎn)生的污泥，一方面在鍋爐內(nèi)部形成泥垢，另一方面，也起到晶核的作用，加速水垢的生成。論文大全。因此，在非采暖期，加強(qiáng)采暖系統(tǒng)的保養(yǎng)，防止這些腐蝕產(chǎn)物的形成，能夠有效防止熱水鍋爐結(jié)垢，對于鍋爐的安全運(yùn)行非常重要。
參考文獻(xiàn)：⑴陳潔、楊東方編《鍋爐水處理技術(shù)問答》，北京，化學(xué)工業(yè)出版社出版發(fā)行，2003年印刷。⑵中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局頒布《鍋爐水處理檢驗規(guī)則》、《鍋爐水處理監(jiān)督管理規(guī)則》，北京，新華出版社出版發(fā)行，2008年。⑶張兆杰、桑清蓮主編《鍋爐水處理技術(shù)》，鄭州，黃河水利出版社出版，2006年。 ⑷梁治齊主編《實用清洗技術(shù)手冊》，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2005年第二版。
技術(shù)功底雄厚
生物醇油性能優(yōu)越
西安老科技教育工作者協(xié)會(簡稱西安老科協(xié))，成立于1983年是經(jīng)西安市民政局核準(zhǔn)登記的社團(tuán)法人單位。其下屬的西安老科協(xié)專利技術(shù)開發(fā)中心主要從事專利申請、技術(shù)轉(zhuǎn)讓、技術(shù)交流、技術(shù)開發(fā)、新技術(shù)新產(chǎn)品的推廣與培訓(xùn)。中心科研實力強(qiáng)大，信譽(yù)有保障，擁有西北最大國內(nèi)一流的專利技術(shù)文獻(xiàn)、科技學(xué)術(shù)論文數(shù)據(jù)庫和完善的技術(shù)開發(fā)服務(wù)體系。
新型生物醇油是一種新型節(jié)能環(huán)保燃料，耗量低，熱量足，且無黑煙、無泄漏、無毒、無殘液、無積碳，無安全隱患，使用方便，成本僅為傳統(tǒng)燃料的1/3左右，讓接產(chǎn)客戶享有足夠的利潤空間。該燃料用途廣，尤其適合銷往飯店、學(xué)校食堂、工廠食堂、工業(yè)窯爐或鍋爐等場所，市場十分廣闊。生產(chǎn)生物醇油成本低廉，配制原料在各地化工廠、化肥廠和化工市場均可購置。新型生物醇油性能優(yōu)越，熱值可高達(dá)8600到10000大卡/千克，與石油液化氣的熱值相當(dāng)，可以替代傳統(tǒng)燃料，滿足廚房烹飪需求，節(jié)省飯店、食堂、家庭的開支。
生物醇油包括醇水型、醇烴型、醇醚型各類技術(shù)配方。車用甲醇汽油技術(shù)包括低甲醇含量，不需要改車的M15和高甲醇含量的M85，以及配套車用甲醇汽油雙燃料轉(zhuǎn)換器和最新研發(fā)的甲醇柴油等多種節(jié)能技術(shù)。該系列技術(shù)產(chǎn)品大大節(jié)省了車輛出行、運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用。
新型灶具高效節(jié)能
令生物醇油如虎添翼
西安老科協(xié)專利技術(shù)開發(fā)中心不但技術(shù)力量雄厚，并且運(yùn)用專業(yè)技術(shù)打造出一系列硬件設(shè)備。中心針對當(dāng)前市面上傳統(tǒng)灶具的問題，研發(fā)出一系列節(jié)能、高效能的生物醇油灶具，包括家用灶、猛火灶、無風(fēng)機(jī)家用商用灶及鍋爐、燃燒機(jī)等十幾種類型的產(chǎn)品，好車有好油才能跑得快，燃料好，灶具好，才能更節(jié)能！
當(dāng)前，市場上普遍使用的都是傳統(tǒng)的醇油灶具，其原理是把醇油經(jīng)油管送入灶芯，采用高壓風(fēng)機(jī)把醇油分散霧化燃燒，這種燃燒方式，由于有一部分醇油被吹離灶芯，造成浪費(fèi)，再加上強(qiáng)冷風(fēng)氣流，降低了火焰溫度，消耗了部分能量，所以火力疲軟。要想提高溫度，只有增加油耗量。氣化灶則是把醇油先通過自身系統(tǒng)氣化為氣體，高溫氣體在高壓狀態(tài)下，經(jīng)多個噴嘴噴射燃燒，沒有油損耗，沒有熱損耗，燃燒溫度更高，所以節(jié)能效果更顯著，可節(jié)約燃料30%到50%，且不用風(fēng)機(jī)。西安老科協(xié)專利技術(shù)開發(fā)中心開發(fā)研制的生物醇油即時氣化技術(shù)可實現(xiàn)液體生物醇油持續(xù)、穩(wěn)定、充分氣化后，氣態(tài)燃燒。使用該技術(shù)生產(chǎn)的大灶、小灶、民用灶具，均不用鼓風(fēng)機(jī)，和鼓風(fēng)機(jī)爐灶相比，同樣配方的生物醇油采用即時氣化技術(shù)燃燒，可節(jié)能50%以上。無風(fēng)機(jī)，不用電，氣化燃燒更節(jié)能。
周到細(xì)致的指導(dǎo)方案
讓接產(chǎn)客戶運(yùn)作無憂
一個好項目需要有成熟的運(yùn)作方案來支持，嚴(yán)謹(jǐn)周密的后期運(yùn)作指導(dǎo)不但能夠杜絕生產(chǎn)使用中的各種問題、隱患的出現(xiàn)，同時也會為接產(chǎn)客戶減少不必要的精力、財力、時間的浪費(fèi)。西安老科協(xié)專利技術(shù)開發(fā)中心不但致力于能源技術(shù)的研發(fā)，更是結(jié)合了多年燃料市場的實戰(zhàn)經(jīng)驗，總結(jié)出一系列規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)作方案。生物醇油燃料技術(shù)要適應(yīng)市場需求必須是系列化的，不是一兩個配方就能解決的，整個技術(shù)應(yīng)該是全程化的，包括原料的選擇、質(zhì)量判斷、配置過程中常見問題應(yīng)如何處理、灶具的改造使用和維護(hù)、酒店油箱、油管的安裝，及經(jīng)營銷售方式。沒有強(qiáng)大的技術(shù)實力做后盾，辛辛苦苦開發(fā)的市場就會變成別人的嫁衣，被別人所吞噬。
專業(yè)細(xì)致的技術(shù)服務(wù)打造行業(yè)的技術(shù)培訓(xùn)服務(wù)規(guī)范。來人可免費(fèi)參觀灶具樣品、燃燒效果，查看相關(guān)證件，也可以自己到市場購買原料，當(dāng)場試驗，核算成本，實際考察客戶使用情況、滿意后再合作。西安老科協(xié)專利技術(shù)開發(fā)中心會實事求是的為客戶提供客觀公正的技術(shù)信息，并為客戶做好售后技術(shù)服務(wù)工作，長期一如既往的把技術(shù)升級改進(jìn)工作落得實處，讓接產(chǎn)客戶運(yùn)作無憂。
歡迎到西安老科協(xié)專利技術(shù)開發(fā)中心實地考察，背靠權(quán)威機(jī)構(gòu)合作百分百放心！西安老科協(xié)衷心地提醒廣大讀者在進(jìn)行項目投資前：多電話咨詢、多考察市場、多實地參觀，如有需要，西安老科協(xié)可免費(fèi)贈送人工合成液化氣的詳細(xì)制作配方！
西安老科協(xié)專利技術(shù)開發(fā)中心
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電話：029-85525023 85538190
15891738148
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關(guān)鍵詞 生物質(zhì)能源；烤煙；烘烤；應(yīng)用
中圖分類號 TK6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）17-0153-03
Abstract To take advantage of the abundant biomass resources in our country adequately，relieving the status of rising costs and curing pollution，this paper reviewed the research progress of the biomass energy in tobacco curing. This study showed that applying biomass energy in tobacco curing benefits the promoting of tobacco quality，debasing the cost of flue-cured tobacco curing and reducing the pollution of curing. Currently the applied forms of biomass energy in tobacco curing included bio-coalbriquette，biomass gasification，biomass briquette and so on，different applied forms showed positive effect，which could be promoted in areas with suitable conditions.
Key words biomass energy；flue-cured tobacco；curing；application
烤煙烘烤是一個大量耗熱的過程，目前烤煙生產(chǎn)上推廣的密集烤房烘烤設(shè)備普遍采用燃煤供熱，熱利用率低，煤耗量高，通常1 kg干煙葉煤耗量1.5～2.5 kg標(biāo)煤，而理論上的耗煤量為0.8 kg，也有研究分析指出，在密集烘烤中，火爐的熱效率為64.95%，烤房熱效率僅為36.08%，總的熱損失達(dá)63.92%，能量浪費(fèi)驚人[1-3]。
愈演愈烈的世界范圍能源危機(jī)以及不斷上升的能源價格，使得生產(chǎn)烤煙的成本不斷增加，使烤煙生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展受到嚴(yán)重影響。在此背景下研究烤煙烘烤節(jié)能技術(shù)，提高能源利用效率，尋找烤煙烘烤能源替代途徑，降低烤煙生產(chǎn)成本成為烤煙烘烤研究的一個重要課題。目前，此方面的研究主要集中在烘烤設(shè)備、烘烤工藝以及新型能源烘烤燃料開發(fā)等方面，其中新型能源烘烤燃料中的生物質(zhì)能源因其本身可再生性、低CO2排放、幾乎不排放SO2、廣泛分布性、使用形式多樣、生物質(zhì)燃料總量豐富等特點成為當(dāng)下研究的一個熱點，有望成為烤煙烘烤傳統(tǒng)能源的有效替代品[4-5]。
1 生物質(zhì)能源概述
生物質(zhì)能源是植物通過光合作用將太陽能儲藏在有機(jī)物中的一種可再生能源。每年全球積累的生物質(zhì)總量達(dá)1 730億t，蘊(yùn)含的能量相當(dāng)于目前全球總能耗的10～20倍[6]。據(jù)報道，生物質(zhì)能已上升為僅次于化石能源煤、石油和天然氣之后的第4位能源，占世界一次能源消耗的14%[7]。與傳統(tǒng)直接燃燒方式相比，現(xiàn)代生物質(zhì)能源的利用更多的是借助熱化學(xué)、生物化學(xué)等手段，通過一系列先進(jìn)的轉(zhuǎn)換技術(shù)，生產(chǎn)出固、液、氣等高品位能源來代替化石燃料，為人類生產(chǎn)、生活提供電力、燃?xì)?、熱能等終端能源產(chǎn)品[8]。在生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面的研究發(fā)現(xiàn)，提供相同能量，煤的S和NOx排放量分別是秸稈的7.00倍和1.15倍，用1萬t秸稈替代煤炭能量，煙塵排放將減少100 t[9]。生物質(zhì)能源作為一種可再生的低碳能源，具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，它的開發(fā)利用對于建立可持續(xù)能源系統(tǒng)、促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重大意義。
2 生物質(zhì)能源在烤煙烘烤上的應(yīng)用研究
我國擁有居世界首位的生物質(zhì)能源產(chǎn)量，年產(chǎn)農(nóng)作物秸稈、谷殼等總量約14億t，如開發(fā)用于燃燒，可折合7億t標(biāo)準(zhǔn)煤[10]。以安徽省為例，每年農(nóng)作物秸稈總產(chǎn)量5 000萬t左右，如果能開發(fā)利用其中的1/3轉(zhuǎn)化為燃料，即可消耗秸稈1 700萬t，約相當(dāng)于建立2座年產(chǎn)500萬t的大型煤礦[11]。目前，烤煙烘烤上研究應(yīng)用的生物質(zhì)多為農(nóng)作物秸稈，應(yīng)用方式主要有生物質(zhì)型煤、生物質(zhì)氣化、生物質(zhì)壓塊等，應(yīng)用效果較為理想。
2.1 應(yīng)用方式
2.1.1 生物質(zhì)型煤。生物質(zhì)型煤是指在破碎成一定粒度的煤中加入一定比例的秸稈等可燃生物質(zhì)和添加劑后由高壓成型機(jī)壓制成型的潔凈能源產(chǎn)品。其充分利用煤和生物質(zhì)各自的優(yōu)勢，具有節(jié)煤和生物質(zhì)代煤的雙重作用，與原煤燃燒相比，生物質(zhì)型煤是提高燃燒效率和減少污染的有效方法之一，目前已進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)階段[12]。
孫劍鋒等[13]利用煤和廢棄的植物莖桿生產(chǎn)出與烘烤設(shè)備外形、尺寸大小相配套的生物質(zhì)型煤。其在使用過程中容易實現(xiàn)配風(fēng)的精準(zhǔn)控制，進(jìn)而實現(xiàn)與密集烤房控制系統(tǒng)的配套，且生物質(zhì)型煤在燃燒過程中著火大小容易控制，生火及升降溫速率均較快，能更好地滿足烤煙烘烤工藝的需求。向金友等[14]研究秸稈與煤不同配方壓塊燃料在烤煙烘烤中的應(yīng)用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)80%秸稈+20%煤混合壓塊代煤烤煙完全可行。
2.1.2 秸稈煤。秸稈煤是一種新型蜂窩煤燃料，沒有煤的加入，以青蒿、煙、玉米等農(nóng)作物秸稈以及廢棄的樹木枯枝、雜草、鋸末、稻殼等生物秸稈為原料，不需粉碎，在厭氧條件下碳化6～8 h，利用秸稈自然進(jìn)行分解形成生物質(zhì)碳，再加入黏土和其他粘合劑混合后形成。
郭保銀[15]研究發(fā)現(xiàn)各種秸稈碳化率平均約為50%，而通過加配方后，常規(guī)秸稈等材料2 t可生產(chǎn)2 t秸稈煤，其秸稈煤代替煤炭烤煙的技術(shù)研究結(jié)果表明秸稈煤易點火、燃燒效果好、升溫快而且無黑煙和異味，滿足烤煙工藝要求，其代替煤炭及其制品在密集烤房中應(yīng)用是可行的，可以進(jìn)行大范圍示范。
2.1.3 生物質(zhì)氣化。生物質(zhì)氣化是采用生物質(zhì)氣化發(fā)生裝置將生物質(zhì)原料在厭氧狀態(tài)下燃燒轉(zhuǎn)化為由氫氣、一氧化碳、甲烷等組成的可燃?xì)怏w。生物質(zhì)氣化方式在烤煙烘烤中的應(yīng)用相對較多，生物質(zhì)氣化烤煙系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計相對成熟。楊世關(guān)等[16]研究設(shè)計了一套新型烤煙設(shè)備，主要是以生物質(zhì)燃?xì)鉃槟茉?，將間接換熱與直接換熱緊密結(jié)合，該系統(tǒng)的能源利用率及煙葉品質(zhì)都較傳統(tǒng)間接換熱式烤房有顯著提高。飛 鴻等[17]以廢棄煙桿、煙梗以及各類農(nóng)作物秸稈為原料采用生物質(zhì)氣化發(fā)生裝置通過燃?xì)獍l(fā)生爐進(jìn)行厭氧燃燒使其熱解出可燃?xì)怏w，經(jīng)管網(wǎng)送往各烤房實現(xiàn)自動控制烘烤煙葉。
2.1.4 生物質(zhì)壓塊。在壓強(qiáng)為50～200 Mpa、溫度為150～300 ℃、或不加熱或不加黏結(jié)劑的條件下，先將木材加工剩余物及各種農(nóng)作物秸稈等粉碎成一定粒度，再壓縮成塊狀、棒狀、粒狀等具有一定密實度的成型物[18]，故又稱為生物質(zhì)固體成型燃料。目前，此燃料在烤煙烘烤中的應(yīng)用研究較為廣泛。
張聰輝等[19]研究不同清潔能源對烤后煙的化學(xué)成分、質(zhì)量感官以及經(jīng)濟(jì)效益的影響，其中生物質(zhì)燃料為2012年煙桿壓塊能有效降低烘烤成本，提高烘烤效益，替代煤炭為主要烘烤燃料有較大的潛力。王漢文等[20]用稻殼和玉米秸稈壓塊成燃料進(jìn)行試驗，將其放在AH密集烤房進(jìn)行燃燒，能降低烤煙生產(chǎn)成本、滿足烘烤的工藝要求、改善煙葉內(nèi)在品質(zhì)。王文杰等[10]以花生殼為原料加工的生物質(zhì)壓塊為供試燃料，研發(fā)了配套的生物質(zhì)壓塊燃燒爐，研究生物質(zhì)能源在烤煙烘烤中的應(yīng)用效果，生物質(zhì)壓塊及燃燒爐不僅能替代以煤炭為燃料的普通立式爐用于煙葉烘烤，而且能夠顯著降低煙葉烘烤成本、提高煙葉烘烤質(zhì)量。倪克平等[21]研究生物質(zhì)壓塊燃料在煙葉烘烤中的應(yīng)用效果，其中生物質(zhì)壓塊燃料是以木材加工的鋸末為主原料，添加輔助化工原料后，用攪拌機(jī)攪拌成均勻的混合原料，將混合原料通過壓塊成型機(jī)壓制成直徑為2 cm的圓餅，配備自動添加燃料的整套專用燃燒爐，研究結(jié)果表明：生物質(zhì)壓塊用于煙葉烘烤可以充分調(diào)控烤煙烘烤工藝，降低烘烤成本，節(jié)能減耗，提高烤后煙葉品質(zhì)。譚方利等[22]關(guān)于生物質(zhì)壓塊燃料以及煤炭燃料在烤煙烘烤中的應(yīng)用效果對比研究表明生物質(zhì)壓塊用于烤煙烘烤是可行的，但對于燃料添加技術(shù)要求較高。
2.2 應(yīng)用效果
生物質(zhì)能源在烤煙烘烤中的不同應(yīng)用形式對烘烤效果的影響均較好，節(jié)能減排的同時有利于提高烤后煙葉的質(zhì)量。與原煤相比使用生物質(zhì)型煤烘烤煙葉，生產(chǎn)1 kg干煙可節(jié)約用煤約0.15 kg，每爐煙葉可節(jié)約用煤50 kg以上，節(jié)能效果顯著，而且生物質(zhì)型煤中煤矸石含量為零[13]。使用秸稈煤烤煙對烤后煙葉內(nèi)在化學(xué)成分無不良影響，而且能夠降低上部葉煙堿含量，提高上部煙葉還原糖含量，氮堿比更加協(xié)調(diào)，香氣量充足，香氣質(zhì)好，余味明顯改善，雜氣減輕，刺激性減少，評吸結(jié)果較好，有利于提高煙葉內(nèi)在品質(zhì)[15]。飛 鴻等[17]的研究中生物質(zhì)氣化烘烤與傳統(tǒng)的燃煤烘烤相比，煙葉的內(nèi)在品質(zhì)得到一定的改善。感官評吸結(jié)果表現(xiàn)為生物質(zhì)氣化烘烤的煙葉其雜氣、香氣質(zhì)、干凈度均優(yōu)于煤炭燃料烘烤的煙葉，而且回味、勁頭、濕潤上也表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢。采用秸稈壓塊燃料烘烤，能降低煙葉中含氮化合物含量，提高煙葉中總糖、還原糖，有利于改善煙葉化學(xué)成分的協(xié)調(diào)性[20]。譚方利等[22]的研究中生物質(zhì)壓塊燃料與煤炭相比烤后煙葉上等煙比例提高了2.3個百分點，青黃煙、微帶青煙、雜色煙比例分別下降了0.99、0.81、1.53 個百分點。
2.3 應(yīng)用成本
由于烤煙烘烤中應(yīng)用的生物質(zhì)原料主要是廢棄的秸稈，來源廣泛、價格低廉，因此利用生物質(zhì)能源燃料降低烤煙烘烤成本效果顯著。生物質(zhì)型煤的應(yīng)用加上固硫劑、粘合劑以及加工成本，比同等發(fā)熱量的原煤成本低100元/t左右[13]。秸稈煤在酉陽縣烤煙烘烤上的應(yīng)用，按當(dāng)?shù)厣a(chǎn)水平以及市場煤炭價格計算，烘烤煙葉1 875 kg/hm2，使用秸稈煤烤煙可降低成本約750元/hm2，以此測算，若在該縣進(jìn)行推廣應(yīng)用，每年可節(jié)約煤炭1.8萬t，全縣煙農(nóng)增收480萬元[15]。飛 鴻等[17]利用生物質(zhì)烘烤煙葉的研究中采用的生物質(zhì)氣化發(fā)生裝置上料系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)、除渣系統(tǒng)均為自動化系統(tǒng)，烤房數(shù)量增加到100炕也只需要2人控制，自動化程度高，在大規(guī)模烘烤中將大大降低勞動成本。生物秸稈壓塊在烤煙烘烤中的應(yīng)用成本以安徽省為例，生產(chǎn)干煙葉2 062.5 kg/hm2（1 875～2 250 kg/hm2），需煤炭275 kg（以500元/t計），計2 062.5元/hm2；需秸稈壓塊206.25 kg（以400元/t計），計1 237.5元/hm2，降低成本825元/hm2[20]。譚方利等[22]的研究中應(yīng)用生物質(zhì)壓塊燃料與煤炭燃料相比1 kg干煙成本降低0.1元。
3 結(jié)語
烤煙烘烤大量耗熱且熱能利用率低，傳統(tǒng)燃料煤炭在烤煙烘烤中的應(yīng)用帶來環(huán)境污染的同時，由于燃料資源的緊缺烘烤成本不斷增加。把我國豐富的生物質(zhì)能源應(yīng)用在烤煙烘烤中既能充分利用資源同時也有望解決烤煙烘烤面臨的問題。
生物質(zhì)能源在烤煙烘烤中的應(yīng)用研究表明其可以代替煤炭燃料，而且具有清潔、能提高烤煙品質(zhì)、降低烘烤成本的優(yōu)點。生物質(zhì)能源在烤煙烘烤中的不同應(yīng)用形式中生物質(zhì)型煤的原料中只是減少了煤的用量加入部分生物質(zhì)，秸稈煤加工過程中的厭氧條件碳化工藝相對復(fù)雜，而生物質(zhì)氣化裝置包括氣化爐、儲氣罐等，與烤房配合烘烤專用設(shè)備復(fù)雜，建成后更適合大規(guī)模烘烤。其中生物質(zhì)壓塊研究相對較多，工藝較成熟簡便。生物質(zhì)壓塊加工生產(chǎn)線及配套設(shè)備的開發(fā)研究中早在2010年姚宗路等[23]針對生物質(zhì)壓塊過程中存在的系統(tǒng)配合協(xié)調(diào)能力差以及生產(chǎn)率低等問題研發(fā)設(shè)計了有強(qiáng)制喂料系統(tǒng)的成型機(jī)以及配套設(shè)備，可實現(xiàn)自動化大規(guī)模的生物質(zhì)壓塊生產(chǎn)。生物質(zhì)壓塊方式制成的生物質(zhì)原料可以直接應(yīng)用于烤煙烘烤，基本上不需要對烤房、烤爐等進(jìn)行改造，應(yīng)用方便。生物質(zhì)能源的利用形式中生物質(zhì)發(fā)電是我國目前對生物質(zhì)能源應(yīng)用最為廣泛和普通的方式，但其在烤煙烘烤中的應(yīng)用研究相對較少，是以后生物質(zhì)能源在烤煙烘烤中的應(yīng)用研究的一個方向[24-25]。當(dāng)下的研究表明，烤煙烘烤中的傳統(tǒng)燃料煤炭可以用生物質(zhì)壓塊代替，應(yīng)用效果較好且成本低，可以在烤煙生產(chǎn)上進(jìn)行示范推廣。
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