生物油如何用作能源？从生物质中释放可再生能源

从本质上讲，生物油是一种多功能液体燃料，可通过三种主要方式用作能源：它可以直接在锅炉和熔炉中燃烧以获取热量，可用于改装的发动机和涡轮机中以发电，或者经过化学升级，转化为更高质量的运输燃料，如汽油和柴油。

生物油作为源自生物质的可再生能源具有巨大的潜力，但它不能直接“即插即用”替代化石燃料。其具有挑战性的化学特性——高酸度、高含水量和不稳定性——意味着它要么需要在经过特殊改装的设备中使用，要么需要经过大量处理才能成为实用、稳定的燃料。

生物油究竟是什么？

要了解如何使用生物油，您必须首先了解它是什么。它不仅仅是“液态木材”；它是一种复杂的含氧化合物混合物，其特性与传统的原油截然不同。

生物油是通过一种称为快速热解的过程生产的。这涉及在没有氧气的情况下，将有机生物质（如木屑、农业废料或藻类）快速加热到约 500°C。

此过程使生物质热分解成三种产物：生物油（液体）、生物炭（固体类似木炭的物质）和合成气（易燃气体混合物）。液态生物油是能源应用的主要目标。

粗生物油与石油原油在根本上是不同的。它具有很高的含水量（15-30%），具有很高的酸性（pH 值 2-3），并含有大量的氧气。

这些特性使其具有腐蚀性、热不稳定性，并且与化石燃料相比，其热值较低（能量含量）。这些特性决定了它的使用方式。

直接使用生物油是最简单的方法，但这需要专门或改装的设备来处理其具有挑战性的特性。

最直接的应用是在工业锅炉或熔炉中与常规燃料（如燃油或天然气）共燃生柴油。这会为工业过程或区域供热产生热量。

然而，设备的燃料管路、泵和雾化器必须由耐腐蚀材料（如不锈钢）制成。

生物油也可用于固定式柴油发动机或燃气轮机中以产生电力。这比用于供热要复杂。

必须改装燃油喷射系统以应对其较高的粘度和酸度。由于其能量密度较低，需要更多的燃料体积才能产生与柴油相同的功率输出。

对于大多数高价值应用，尤其是运输应用，必须对粗生物油进行化学处理或“升级”，以提高其质量和稳定性。

升级旨在解决生物油的核心问题。主要目标是去除氧气、降低酸度、提高稳定性和提高其能量含量。

此过程将不稳定的腐蚀性液体转化为更常规的碳氢化合物燃料，类似于原油，可以在现有炼油厂中进行加工。

最常见的升级方法是一种称为加氢脱氧 (HDO) 的催化过程，也称为加氢处理。

在此过程中，生物油在催化剂存在下，与氢气在高压和高温下反应。这会去除氧原子（以水形式）并使不稳定的化合物饱和，从而产生稳定的、能量密集的碳氢化合物液体。

升级的最终目标是生产“即插即用”燃料。这些是化学上与其化石燃料对应物（如可再生汽油、柴油或喷气燃料）无法区分的生物燃料。

这些燃料可以无缝集成到现有的燃料分配基础设施中，包括管道、储罐和车辆发动机，无需任何修改。

尽管前景广阔，但通过生物油将生物质转化为可用能源的道路涉及重大的挑战和妥协。

粗生物油的高酸度是其最重大的技术障碍。它会严重腐蚀碳钢和铝等常见材料，需要昂贵的不锈钢或其他耐腐蚀合金进行储存和运输。

随着时间的推移，粗生物油会变稠，甚至可能分层，这个过程称为老化。这使得长期储存变得困难，并可能堵塞燃料管路和过滤器。

按体积计算，粗生物油的能量含量仅为常规燃料油的 50-70%。这意味着需要更大的储罐和更高的流速才能输送相同量的能量。

热解过程和更重要的升级过程（尤其是 HDO）都非常耗能且昂贵。催化剂的成本和对氢气供应的需求增加了升级后燃料的最终价格。

使用生物油的最佳方式完全取决于预期目标，需要在复杂性、成本和燃料质量之间取得平衡。

最终，要利用生物油的潜力，需要对其固有限制有清晰的了解，并采取有针对性的策略来容纳或通过加工消除这些限制。