微藻生物柴油发电的生命周期评价

微藻生物柴油发电的生命周期评价

邓爱红

中国移动通信集团桂林分公司 ，广西 桂林 541200 0

摘要:运用生命周期评价（LCA）方法，对3MW的微藻生物柴油发电系统进行分析，计算出生命周期全过程的资源消耗和环境影响潜值。结果表明,当微藻生物柴油的热值为37.2MJ/kg，发电效率为42%的情况下，每生产3MW·h的电能需消耗微藻生物柴油691.24kg，产生的总环境影响负荷是56.58毫人当量，而烟尘和灰尘为53.56毫人当量，所占的比例为94.66%，其主要来源于微藻生物柴油的发电阶段。资源总消耗系数是11.69毫人当量，其中煤炭占98.97%，这在一定程度上反应了我国能源消耗以煤为主的能源结构。整个生命周期中环境影响局地性影响远远大于全球性影响，而地区性影响最小，所以微藻生物柴油发电是一种值得推广的环境友好型发电系统。

关键词:微藻；生物柴油发电；生命周期评价；能耗；环境排放；

中图分类号： 文献标识码：A

0 引 言

随着全球经济的发展，以石油和煤炭为代表的化石燃料储量也越来越少。甚至有国际权威机构预测，石油资源在未来50年将会消耗殆尽，而且排放的气体等物质对环境造成的影响也是巨大，所以寻找并开发以微藻，大豆等为代表的第三代能源尤为迫切。董进宁^[1]等对以大豆为原料的生物柴油进行了生命周期评价，结果表明生物柴油在减少温室气体排放上起积极作用，与化石柴油相比较，生物柴油是一种环境友好的燃料。

1 研究对象与系统边界
1.1 研究对象

本文选取北海某生物能源有限公司3MW的生物柴油发电系统为研究对象，系统的收集了微藻从培养阶段到生物柴油发电阶段的整个生命周期中的物资、能量的输入和输出数据，对3MW·h的微藻生物柴油发电系统进行了生命周期评价，并对整个系统全过程排放的气体及有害物质所产生的环境影响与资源消耗进行了讨论研究。微藻培养过程中的营养物质很容易挥发，生物柴油生产的废水中含有各种各样的化学物质，生物柴油发电过程中以及物资和能源生产过程的各种输入、输出等过程，还会导致水体富营养化、生态毒性等其他类型环境影响^[3]。

1.2系统边界

生物柴油发电系统是一个十分复杂的体系，涉及的环节很多，本系统建立评价模型时做了如下假设与简化：①按照我国现在的国情的的电力组成，生物柴油发电阶段需要消耗的电力，其他阶段也需要消耗电力，除非特殊说明，其他电力均采用煤电,厂用电率取5%^[2]；②本研究重点分析微藻的培养，微藻的收获、微藻的脱水、微藻的运输、微藻的预处理和原料植物油提取、生物柴油制取，生物柴油发电7个单元阶段，忽略辅助材料获取阶段和设备和材料的生产阶段；③由于生物质发电系统是一种新型系统，关于生物柴油发电国内没有报道，故暂未考虑生产设备回收报废单元阶段；④不管是微藻的培养，运输、还是生物柴油制取、柴油发电过程中产生的废气直接排放到环境中，不需要做其他处理。；⑤能量消耗中除柴油外，电、蒸汽折算成标煤重量，单位为kg；。⑥厂房建造和系统安装等过程带来的能耗和排放则排除在系统边界之外；⑦由于生物柴油的制取过程是一系列复杂的化学反应，涉及到很多物质，如KOH等等，但是需要的量特别少，可以忽略不计。

2生命周期的影响评价

2.1生命周期评价方法

其中分类如表2所示^[20]:

表2微藻生物柴油发电生命周期评价影响类型

Table 2 The type of the life cycle’S impact of Microalgae biodiesel power generation

2.2资源耗竭系数

在生物柴油发电全过程中一次能源消耗量如表3所示。

表3生产3MW·h电能的资源消耗

Table3 Resource consumption for producing 3MW·h electric energy

表3消耗量只表达了资源的绝对消耗量，并没有反映其相对大小，因此采用资源消耗基准^[2]进行标准化，得到煤炭、柴油等资源消耗潜值(见表4，单位是毫人当量)。表4反映了生物柴油发电所耗资源占人均资源消耗量的比重(以1990年为基准)。

表4标准化后的3MW·h电能的生产全过程资源消耗

Table 4 The normalized resource consumption of 3MW·h electric power production

由表可见，经标准加权后的资源消耗中煤炭依然占主要部分，占98.97％，远远大于柴油的消耗，这可能与我国能源结构有很大关系，计算出总消耗系数是11.66毫人当量。

2.3环境影响潜值计算

_{结果分析：}

1. 全球变暖（GWP）

将各种温室气体转化全球变暖潜值得出GWP为20240.53kgCO₂eqa·a^-1，其中NO_X占比70.37%，CO₂占29.63%。其他两种气体HC，CO所占的比例非常小，可以忽略不计。

2. 酸化（AC）

总酸化潜值为217.24kgSO₂eqa·a^-1，其主要来源于SO_X，占85.66%，NOx占14.34%。

3. 富营养化（NE）

富营养化的主要贡献物质为NO_X，其环境影响潜值为4.45kgPO₄^3-eqa·a^-1。

4. 烟尘和灰尘(SA)

对上述标准化后的影响潜值进行加权，并计算其总环境影响负荷每3MW·h的微藻生物柴油发电量为资源消耗11.66毫人当量。各种环境影响类型的相对贡献为微藻生物柴油发电对环境的主要影响为烟尘和灰尘(94.66%)，其次是酸化(3.96%)、全球变暖(1.33%)和富营养化(0.05%)。即说明，在微藻生物柴油发电过程中，局地性影响占据首位，其次是地区性影响，而全球性影响则最小。

参考文献

1. 董进宁, 马晓茜. 生物柴油项目的生命周期评价[J]. 现代化工, 2007, 27(9):59-63.

2. 刘竞, 马晓茜. 微藻气化发电生命周期评价及碳循环分析[J]. 太阳能学报, 2008, 29(11):1414-1418.