人類經歷最長的能源時期是柴薪時代。從傳說的燧人氏鉆木取火開始,到瓦特改良蒸汽機為止,這段時期稱為柴薪時代,少說也有百萬年。那時的能源利用很簡單,砍柴燒飯,炊煙裊裊,一派自然與人和諧相處的景象。可是現在不少人認為,燒柴是污染,原因很簡單,因為看見黑黑的炊煙,甚至有人提出天然氣“下鄉”。
大家很重視霧霾,但得說明一個概念問題。柴薪是生物質,屬于可再生能源,燃燒時不增加大氣二氧化碳含量,若不處理,則排放的固體顆粒較多,多數為可見的大于PM10固體黑色顆粒,在南方民間,常用于熏肉,當然也夾雜有PM2.5;天然氣是化石燃料,屬于不可再生能源,燃燒時增加全球暖化,但沒有顆粒排放,即不產生霧霾。
生物質利用可以分為兩大類:
⑴ 傳統的生物質利用:即生物質如木柴和廢木料不經過加工直接利用,如取暖、發電;
⑵ 現代的生物質利用:通過加工成生物乙醇、生物丁醇、生物柴油等,生物質氣化可以用于發電。
本文所說的顆粒燃料是指最古老的生物質利用,幾百萬年都是這樣,但人們稍微提高了一點技術含量,就是加工成顆粒并將爐子改進了。人類不但沒有拋棄燒柴,而且大發揚。
木屑顆粒成為暖氣和加熱能源始于20世紀80年代,最早在美國和加拿大應用,90年代才在奧地利和北歐國家廣泛使用。德國從1999年至2000年之間是木質顆粒興起時期,至2008年初,全德國有8萬個家庭使用木質顆粒,而在北萊茵州就有超過8000個木質顆粒燃燒設備在使用中。木質顆粒盛行的原因是石油和天然氣價格急劇上揚,以及木質顆粒本身具有使用方便并有環境保護等特性。
木質顆粒燃料的優勢
木質顆粒是清潔燃燒、可再生的能源。現今各國正積極開發生產并推廣木質顆粒這種可再生燃料,以減少對于石油及煤等化石燃料的依賴。木質顆粒燃料的特點是:
⑴ 溫室氣體減量。木質顆粒產生1MWh的能量凈釋放35kg二氧化碳,遠低于電能的935kg以及暖氣油料的375kg。若以一個家庭單位能由使用暖氣油料轉變使用木質顆粒,則每年可降低5000kg的二氧化碳排放。對于制造商而言,用在制造木質顆粒的能源量也很低,約為木質顆粒本身能量含量的3%。
⑵ 危險性小。運輸和使用不會像使用油料能源那樣漏失和爆炸;加熱系統不產生臭氧,不考慮排放;燃燒時有很高的溫度,沒有廢品,灰粉少。家庭使用時有成熟的自動進料系統,沒有灰塵和污染。
⑶ 供應穩定。商業生產不必鋸樹,可由森林工業廢料或者用粗植物纖維來加工,成本穩定,生產簡單,便于運輸和存放。
⑷ 價格優勢。木質顆粒價格穩定,并比油氣價格低,也不輕易受到影響。
除了單獨使用木質顆粒以外,還可以木質顆粒燃燒設備與太陽能光電板結合。在夏季太陽光強烈時,不必啟動木質顆粒燃燒設備;而在太陽輻射不足時,可啟動木質顆粒燃燒設備來補足不夠的能源需求。這種將兩種不同能源結合在一起的發電設備,其中有系統調節器可隨時按溫度的高低,決定太陽能是否足夠發電或應啟動木質顆粒燃燒設備。若家庭中設置這種發電設備,一年可節省三分之一的能源費用。
木質顆粒的原料和特性
顆粒燃料(Pellet fuel)是從生物質壓縮制成的烹飪取暖燃料,常用的是木質顆粒。木質顆粒通常從鋸木及其他木制廢品生產的壓實顆粒,其他木本生物質如棕櫚核殼、椰子殼及整樹移除或在伐木之后剩余的樹梢和樹枝等,還有草類也可以顆粒化,形成草顆粒。還可以從不含有木質素的非木本形式制成,如釀造工業副產品——干燥的酒糟谷粒。
木質顆粒的生產
制造木質顆粒首先把廢木材,如鋸末、刨花及森林里自然枯死的樹木,不添加任何化學黏結劑,通過一個錘磨機變成均勻的生面團狀物質,再被壓縮而成。這些物質被送入壓縮機,在那里通過模具擠成顆粒,模具通孔具有所需大小的尺寸(直徑一般為6 毫米,有時8 毫米或更大)。壓縮機的高壓使木材的溫度大大增加,并且木質素略微塑化形成天然“膠水”在它冷卻時把粒料粘一起。
木質顆粒可以通過螺旋推運器進料或由氣動輸送供給到木質顆粒燃燒爐(Pellet stove),自動送料能做到非常精準。高密度的顆粒燃料可以緊湊存儲和方便長途運輸。
木質顆粒燃燒爐不斷改進
木屑顆粒的能源含量大約是4.7~5.2兆瓦·時/噸(~7450 Btu/磅)。高效率的木質顆粒爐(英語:Pellet stove)和鍋爐已經被開發出來,通常提供超過85%的燃燒效率。相對于用液體或氣體為燃料的系統,木質顆粒鍋爐對于燃燒的速度和存在的控制是有限的;然而,由于這個原因使它們更適合于熱水系統,因為熱水系統有更大的儲存熱量的能力。在大型使用時,安裝靜電除塵器,旋風分離器,袋式除塵器或微粒過濾器,在正確維護與操作時是可以控制懸浮粒子PM2.5。
自1993年以來,木質顆粒燃燒爐、中央供暖爐及其他供暖器具已被陸續開發和銷售。從2005年起化石燃料價格飆升,對顆粒供暖的需求在歐洲和北美有所增加,并且一個龐大的產業正在興起。
木質顆粒的產量
根據國際能源署的任務40工作組(Task 40)報告,木質顆粒的生產從2006年到2010年間增加了一倍,超過1400萬噸。在2012年的報告中,生物質能資源中心表示,它預計在北美地區木顆粒的生產在未來五年內將會再增加一倍。
2003年新西蘭的木質顆粒總銷售量是3000~5000噸。在近期建設的新木顆粒廠大幅增加了產能。美國有些公司進口歐洲制造的鍋爐。截至2009年約有80萬美國人使用木質顆粒的供熱。2013年美國有233萬噸木質顆粒用于供熱。
由于政府法規不同,歐洲各地的使用情況有所不同。在荷蘭,比利時和英國,顆粒主要被用于大型發電廠。在丹麥和瑞典,顆粒被用在大型發電廠、中等規模的區域供熱系統以及小規模的住宅供熱。在德國,奧地利,意大利和法國,顆粒大多被用于小規模的住宅用熱和工業用熱。在歐盟,木屑顆粒的最大用戶是英國,丹麥,荷蘭,瑞典,德國和比利時。2013年全球生產木質顆粒燃料2360萬噸,主要在歐盟國家、美國、加拿大和俄羅斯生產。
草料顆粒生產在歐洲比北美更先進。草原料的好處是生長時間短(70天),且易于種植和加工。草料能產生木材的96%熱量。制造顆粒的干草不需要干燥,使得加工成本小于木質顆粒。空氣污染排放是令人關注的問題。與其他形式的的燃燒加熱器比較,顆粒燃燒設備排放物如氮氧化物(NOx),硫氧化物(SOx)和揮發性有機化合物一般都非常低。
結 語
根據《Renewables 2014 Global Status Report》報道,傳統的生物質利用占全球能源消費中的9%,顯然,這個數據是很大的。中國也有公司生產,但市場不大,而且燃燒爐沒有多大改進。更重要的是不被能源界注重。木質燃料主要在農村和城鄉結合部利用,作為補充我國能源不足,也屬于重要的舉措。













