3. 氣體生物燃料

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

　　1)沼氣與GtL

　　沼氣是指有機物質（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)有機廢水等）在厭氧條件下，通過種類繁多、數量巨大、功能不同的各類微生物的分解代謝，最終產生的以甲烷（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、氮氣等。沼氣發(fā)酵過程一般可分為三個階段，即水解液化階段、酸化階段和產甲烷階段。沼氣發(fā)酵包括小型用戶沼氣池技術和大中型厭氧消化技術。

　　瑞典在沼氣開發(fā)與利用方面獨具特色，利用動物加工副產品、動物糞便、食物廢棄物生產沼氣，還專門培育了用于產沼氣的麥類植物，產氣率達300升/公斤底物，沼氣中含甲烷64%以上。瑞典由麥類植物生產沼氣，麥類植物用于生產沼氣，除沼氣被用做運輸燃料外，所產生的沼肥又被用于種植。瑞典Lund大學開發(fā)了“二步法”秸桿類生物質制沼氣技術，并已進行中間試驗；還開發(fā)了低溫高產沼氣技術，可于10°C條件下產氣，產氣率大于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廢棄物后得到的沼氣。將沼氣凈化去除CO2等雜質后，甲烷純度達到97-98%，再經壓縮（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。同時沼氣正在悄悄取代天然氣而成為運輸燃料，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70余座。2008年奧運會是我國發(fā)展GtL產業(yè)的良好機遇，把有機污染物轉化成清潔燃料技術成熟、基礎設施具備、市場需求巨大，可以使“綠色奧運”的口號變?yōu)楝F實。

　　2)生物質氣化技術

　　生物質氣化技術已有一百多年的歷史。1883年誕生了最早的氣化反應器，它以木炭為原料，氣化后的燃氣驅動內燃機，推動早期的汽車和農業(yè)排灌機械產業(yè)的發(fā)展。歐美等發(fā)達國家自70年代以來相繼開展了生物質氣化技術的研究，達到了較高的水平。近期的研究主要集中于將生物質轉換為高氫燃氣、裂解油等高品質燃料，并結合燃氣輪機，斯特林發(fā)動機、燃料電池等轉換方式，轉換為電能，為21世紀的電力供應作技術儲備。

　　我國對農林業(yè)廢棄物等生物質資源的氣化技術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有中科院廣州能源所開發(fā)的上吸式生物質氣化爐和循環(huán)流化床氣化爐、中國農業(yè)機械化科學研究院研制的ND系列生物質氣化爐、山東省能源研究所研制的XFL系列秸桿氣化爐、大連環(huán)境科學院開發(fā)的木柴干餾工藝以及商業(yè)部紅巖機械廠開發(fā)的稻殼氣化發(fā)電技術等。目前已建立了500多座秸桿氣化站，為農民提供燃氣；160kW稻殼氣化發(fā)電系統(tǒng)已進入產業(yè)化階段，該氣化發(fā)電系統(tǒng)產氣量約為785Nm3/h。

　　生物質氣化過程簡單、對設備要求不高，但是能量轉化率低（所產生氣體的能量一般為生物質所含能量的60-70%左右，最高為75%）、燃氣熱值低（僅為4-6MJ/Nm3）、焦油含量高且燃氣被焦油和顆粒污染，亦缺乏有效的凈化技術、不能靈活使用熱值不同的多樣化生物質原料，并且氣化過程還需要能量。所以隨著生物質（或成型）直燃技術的提高，國外主要采用生物質直接燃燒供熱/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發(fā)電量已接近國內總發(fā)電量的20%。國際上在生物質氣化方面的發(fā)展趨勢則是在氣化得到合成氣（syngas）的基礎上，再經FT（Fischer-Tropsch）合成得到生物柴油或化工產品，僅利用FT合成過程的廢氣驅動燃氣透平發(fā)電，而不是專門把氣化氣用于發(fā)電。

　　3)生物質制氫

　　氫氣是一種可再生、高熱值的清潔能源，在燃燒時只產生水作為產物，而不產生氮氧化物、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（如氫化物合金）和燃料電池技術的迅速發(fā)展，氫氣的制取和利用日益受到重視，被認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力的汽車。

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

　　生物產氫的重要發(fā)展方向是以生物質為原料制取氫氣。該項技術的應用將不僅局限于產生高濃度有機廢水的食品加工、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廢棄物為原料生產氫氣。歐洲開發(fā)了生物質直接氣化制氫技術，過程簡單、產氫速度快，顯示出巨大潛力，成本顯著低于生物質發(fā)電再電解制氫、乙醇制氫，歐洲正在積極開發(fā)這項技術。