文摘
生物质能源,造成能源供应总量的80%左右,被认为是一个重要的能源在马达加斯加。虽然大约80%的能源消耗来自于生物质能源、生物质在马达加斯加的当前应用程序方法仍在最早的阶段,这是不安全的和可持续的。这是因为在马达加斯加生物质能利用的主要形式仍然是坚实的木炭和木头,和技术是有限的。因此,有必要寻找更好的方式来利用生物质能在马达加斯加因为高价格的传统能源运营商和巨大的环境污染。本文综述如下:(1)各种生物质能源浪费在马达加斯加包括农业剩余工资,动物粪便,和森林废弃物,以及城市和工业有机废弃物;(2)先进技术,如气化,干燥,和发酵,可以将这些废弃物生物质能在形式与沼气等更高的能源效率,biocoal煤球,和乙醇燃料,这不仅可以帮助实现废物资源利用和循环经济也是马达加斯加缓解所面临的能源危机;(3)马达加斯加集中在发展生物质能与战略政策和项目。国际援助也会导致未来推广生物质能。提出了几个领域的研究是迫切需要采取辅助政策,确保农村发展目标和可再生能源的目标都会见了来自政府的财政支持,国际援助。
1。介绍
能源安全和减少化石燃料资源导致了一些环境问题,吸引了世界各地的许多经济体的广泛关注,这两个发展中国家和发达(1,2]。对可再生能源以及相关服务的需求,以满足基本的人类需求和进一步的社会经济发展的要求,越来越多的时间(3- - - - - -5]。
生物质能可以产生各种生物质股票包括森林、农产品、牲畜、庄稼,和有机废物5- - - - - -7]。它是一种可再生的清洁能源来源包含一个复杂的混合碳、氮、氢、氧。许多国家已经确定了生物质能的社会经济价值和环境价值,他们促进了生物质能的利用通过仪器政策以及财政支持(8- - - - - -11]。
马达加斯加、一个岛国,位于印度洋的南端,是全球最不发达国家之一12]。图1显示各种能源在马达加斯加的百分比份额到2018年9月(13]。马达加斯加的电力仍然是稀缺的,只有20%的人口享有这种形式的现代能源(13,14]。在农村地区,只有5%的人能够用上电(15]。虽然有丰富的石油储备,在马达加斯加,其字段未开发(16]。在马达加斯加满足能源需求的主要来源是生物质能,占总能源消耗的80% (13]。
生物质能源消耗在马达加斯加自古以来在实践中。图2显示了生物质能利用的成分在马达加斯加13]。柴火是最重要的生物质能在马达加斯加占总量的85%。木炭生物质能源消耗中占12.5%。生物质能从其他来源仅占2.5%。这些数据表明,在马达加斯加生物质能的应用程序仍然在最早的阶段17]。大多数生物质能直接用于烹饪的森林。它实际上是不安全的,而不是环保的生物质能利用固体形态直接,因为它会产生大量的污染物像灰尘和烟雾18,19]。与此同时,居民要砍伐森林以满足它们的能量需求,导致生物多样性的丧失和土地沙漠化严重20.,21]。因此,废弃物转换成生物质已被马达加斯加政府鼓励解决相关的问题(22,23]。许多提供补贴来支持开发生物质废物。应用先进的生物技术也促进了未来利用生物质能(24- - - - - -26]。
本文确定了各种可用的浪费资源,可以转化为生物质能在马达加斯加。本研究的目的是进行系统回顾应用先进的垃圾生物质能转换技术以及生物质发电在马达加斯加。政府政策支持促进生物质能也提到过。生物质能似乎是最好的可再生能源之一为马达加斯加实现循环经济。
2。马达加斯加的生物质废弃物可用
生物质能是指能量储存在生物有机物质以化学能的形式转移从太阳能通过光合作用的植物27]。所有能源植物和动物的有机物质,除了化石燃料,生物质能源(28]。他们通常包括木材、森林废弃物、农业残留物,水生植物、动物粪便、能源作物、城市和工业有机废弃物(29日- - - - - -31日]。废物转化生物质能是可持续发展的方式,实现生态系统的良性循环。可用各种废物来源生物质能生产有不同的生产特点和不同的能量效率,从处理方法,能源利用方法,清洁生产水平,等等。
2.1。农业残留物
农业是最重要的工业贡献了约30%的GDP总量在马达加斯加。大约51.35%的耕地主要生产大米,其次是木薯和玉米(32,33]。工业产品,如棉花、香料、咖啡、和亚麻,已经发展了很长一段时间在马达加斯加。大规模的农业残留物,如谷物粉尘、小麦秸秆、和榛子壳,存储大量的生物质能源,因此生产(34]。基于调查和数据收集,每年每个作物产量和可用的残留物(35编译在表1。
这些农业残留物可以提供大量的生物质能源原料生产和缓解能源短缺在马达加斯加。
2.2。动物粪便
畜牧业也是一个重要的经济部门,马达加斯加,牛肉和水牛的产量在2019年达到161902吨,家禽产量85388吨,和鸡蛋的主要产出25393吨(36]。牛的牲畜库存在非洲马达加斯加居第一位,被称为“牛”(36,37]。这些动物每天产生大量的废弃物如粪土。目前,马达加斯加的动物粪便的处理方法主要是直接转储或作为生物肥料,不仅未能有效利用生物质也容易引起过度的微生物和富营养化水体(38]。事实上,动物废弃物可以被看作是生物质能在马达加斯加的一个重要来源39]。如果动物粪便转化为可再生的清洁能源,它不仅可以充分和有效的利用资源来缓解能源短缺和减少环境污染造成的浪费。
2.3。森林废弃物
几乎所有的马达加斯加岛位于热带地区,气候受风系统和高度的影响。东南沿海有一个典型的热带雨林气候,年平均气温24°C和年降水量2000 - 3000毫米。一年到头都是炎热和潮湿的,季节变化不明显。茂密的热带植物和森林生长在这里。统计数据显示,超过20%的土地在马达加斯加在覆盖着森林40- - - - - -43]。生成大量的森林废弃物,包括分散木材、残余树枝,叶子和木屑森林抚育和细化操作;树枝、锯末、上衣、薄膜和切割头在木材收获和加工;和林业副产品等废物的贝壳和坚果44- - - - - -46]。至于这些森林废弃物,马达加斯加一般采用传统的垃圾填埋和焚烧处理方法。只能resource-utilized几部分(47]。事实上,森林废弃物含有大量的木质素,纤维素,半纤维素和其他一些有机物质(48,49),可以转化为生物质能。它不仅环保,而且经济。
2.4。城市和工业有机废弃物
马达加斯加的工业基础非常薄弱。除了少量的采矿、马达加斯加的工业以轻工业为主。农业产品的加工业马达加斯加占很大比重的产业,其产品主要包括食用油、罐头食品、面粉、糖、木薯粉、肉和鱼。近年来,企业主要集中在劳动密集型出口免税地区针和纺织品已经迅速发展50- - - - - -52]。大多数企业都位于南部工业区塔那那利佛(52,53]。特定的产业结构和相对集中的企业分布使其重要和方便回收和resource-utilize城市和工业有机废弃物生产生物质能。然而,马达加斯加的城市和工业废物的资源率仍然很低。未来发展的城市和工业废物管理需要在马达加斯加政府政策对技术和系统。
3所示。生物质能转换技术
很明显,马达加斯加有很丰富的原材料废物转化生物质能通过一些现代技术。本节简要介绍了几种生物质能转换技术,包括气化、干燥、发酵,可以用在马达加斯加。
3.1。气化
气化是指转换过程的热解生物质废物产生可燃气体结合有限公司H2,或者CH4通过热化学反应条件下的高温、缺氧(54]。气化炉是生物质气化反应的主要设备。发现与固体生物质燃料如木柴和木炭,沼气是更有效55]。
生物质流处理(BSP)是最常见的生物质气化技术。这是一个蒸汽-热化学转换过程旨在增加生物质原料的能量密度,是一种很有前途的方法将生物质废物转化为高能沼气。它允许生物质废物从250°C加热到400°C的大气蒸汽环境中高效地转化为沼气约1小时(55,56]。图3给出了BSP的规模的示意图表示技术(55- - - - - -59]。首先,由隔膜泵水泵从一个存储容器进入蒸发器。然后,水流通过电热钢管和生成的蒸汽加热前进一步反应温度为过热蒸汽注入反应堆。其次,生物质是美联储不断电炉。第三,蒸汽饲料由k热电偶温度不断监测反应堆蒸汽入口的钻。最后,清除流指向一个冷凝器进行脱机水相分析。沼气是因此产生。
简单的技术和高社会经济和环境效益能够开发和提示BSP技术在发展中国家。目前,BSP技术的成功实践在许多发展中国家,如菲律宾和印度,它有效地解决了当地居民的能源短缺问题。马达加斯加的这些例子证明BSP的实现技术是可行的。
3.2。干燥
生物质直接消耗时,利用率和效率非常低,因为它有一个较低的能量密度比矿物燃料,如煤和柴油。许多研究表明,生物量的干燥可以增加能量密度等于甚至大于煤的能量水平。图4显示了干燥的一般反应过程(60- - - - - -62年]。惰性气体N2注入的流量计,然后注入反应堆与生物反应。反应后,得到挥发气体和注入管道设备图所示。最后,永久性气体放电和可压缩液体收集。
当热量充分应用于生物质在热力学控制的条件下,烤时,引起化学、物理和机械生物量的变化。焙生物质与煤微量减少进口化石燃料和CO的排放2,没有x,所以x(63年,64年]。这项技术已经在许多非洲国家中实现。
3.3。发酵
目前,市场上现有的生物质发酵模式主要是乙醇发酵,氢发酵、沼气发酵(65年,66年]。与乙醇发酵和氢发酵相比,沼气发酵具有高转化率、低技术要求,低投资和运营成本等。67年]。事实上,沼气发酵已经应用在马达加斯加虽然没有提升,这表明沼气发酵非常适合马达加斯加,尤其是农村地区因为有限的技术条件但丰富的原材料68年- - - - - -70年]。图5显示了三个主要步骤在沼气发酵68年- - - - - -70年]。首先,生物质废物可以被水解成单糖、氨基酸、甘油和脂肪酸。然后,有机酸生产的第一阶段是氧化和分解为乙酸和氢分子加入氢和醋酸。最后,产甲烷细菌转化为低分子量化合物如乙酸、甲酸、氢和二氧化碳在前一阶段产生甲烷。
乙醇发酵是另一种常见的发酵废弃物生物质能源转换的方法。图6显示了生产乙醇燃料的的几个步骤71年,72年]。首先,生物质废弃物粉碎。其次,纤维素或淀粉等原料转化为多糖。第三,三羧酸循环产生的乙醇(柠檬酸)。然后,通过蒸馏、冷凝的方法得到一种高纯度的乙醇,和整个产品转化为燃料乙醇脱水。最后,乙醇燃料和汽油混合一定比例获得燃料乙醇。乙醇具有良好的混合性能,其物理和化学性质类似于汽油,所以它可以作为新型清洁汽车燃料乙醇汽油汽车。通过检查与一定量的乙醇汽油,一氧化碳和碳氢化合物的含量降低了20% -40%,-50%和15%分别,几乎未发现二氧化硫排放量。
在马达加斯加、木薯、甘蔗、玉米和其他作物在大量生产,和这些作物残留的富含糖液,木质纤维素和淀粉。因此,这些残留物可以提供丰富的原料在乙醇燃料的生产。
4所示。马达加斯加能源政策和国际援助
能源短缺是一个主要的障碍在马达加斯加商业和经济和社会发展,这是由于前马达加斯加政府只关注短期需求和简化问题的设计策略。因此,目前,新政府高度重视能源安全。马达加斯加已经实施了一系列政策发展生物质能等可再生能源的未来。国际援助也大大有助于这一过程。
4.1。马达加斯加的能源政策
发展能源和减排项目根据能源价格和边际成本之间的扭曲导致的障碍。这些都是面临的主要障碍,马达加斯加,需要一个有效的能源政策适用于克服这种差距。预计将获得最大回报的实现能源政策。马达加斯加政府把重点放在国家发展可再生能源产业吸引国内外资本在生物质能源和其他可再生能源行业的投资。
马达加斯加政府已经宣布,进口设备增值税可再生能源可以或者可以免除关税。马达加斯加经济发展局(EDBM公司)发布了指导方针“2019年可再生能源部门和电力分部门演员”(73年]。这条指导原则分为英语和法语版本,覆盖12个类别包括政府部门、发展伙伴,金融机构、非政府组织、律师事务所、和代理。它收集相关机构的实用信息,包括地址,电话号码,网站,等等,这可以为国际投资者提供便利。此外,马达加斯加试图促使先进的可再生能源技术。例如,两个城市(Ambanja和Ambilobe)被选为2017年可再生能源示范图和技术支持和马达加斯加政府提供的财政支持是发展沼气发电(74年]。自2018年以来,沼气已成为当地居民的主要能量来源。
马达加斯加的2019年财政预算报告表明,马达加斯加政府将继续加强可再生能源包括生物质能的发展,到2024年实现50%的电力渗透(73年]。
4.2。中国和德国的国际援助
马达加斯加是非洲最不发达国家之一。有限的经济和技术条件严重阻碍废弃物生物质能源的未来发展。因此,国际援助在这一过程中帮助很大。本节介绍中国和德国的支持。
4.2.1。准备来自中国的援助
建交和马达加斯加近几十年来保持稳定发展。因为中国和马达加斯加大使的外交关系在1972年正式成立,中马两国务实合作取得了丰硕成果(75年]。中国商务部提出“皮带和道路倡议(B&R)”2013年,提倡可持续发展的概念,它促进中国企业提供支持的可再生能源产业在马达加斯加75年]。例如,成都茶桶环境工程有限公司已经建立了一个30-square-meter箱式人类粪便和城市有机垃圾在塔那那利佛沼气项目以及比尔和梅林达•盖茨基金会于2015年。城市有机垃圾的处理能力达到780公斤,沼气产量达到0.35米3/公斤VS / d (76年]。根据经济和中国使馆商务处在马达加斯加,中国股市的投资达到7.66亿美元,在马达加斯加直接投资在2017年达到7120万美元,其中很大一部分在可再生能源产业77年]。
4.2.2。来自德国的援助
马达加斯加政府签署了一份谅解备忘录与非洲一个关注融资机构(RLSF)提高可再生能源装机容量通过消除过去的保险和融资陷阱。RLSF基金设立的阵列技术产业(ATI)和德国KfW银行(KfW),从而降低项目融资成本,同时保护开发者从延迟支付,通过国有公用事业(JIRAMA) [78年]。支持基金最初获得了6320万美元的德国联邦经济合作与发展部。马达加斯加是第六个签约国在贝宁、布隆迪、马拉维、乌干达和赞比亚。以前,很多项目在没有担保的情况下可能会失败。合作与RLSF对能源产业的发展产生积极的影响在马达加斯加;例如,基金获得的可再生能源项目,达成金融通过担保从RLSF关闭阶段。此外,保证由RLSF和Absa银行的数量等于独立发电厂的发电机的收入3 - 6个月。根据Vonjy Andriamanga马达加斯加(水、能源和石油部长),RLSF是一个重要的工具来支持可再生能源项目的发展,有助于实现战略目标的能源绩效合同。
5。结论
目前,总数的80%的能源供应来自生物质能,这被认为是一个重要的能源在马达加斯加。然而,生物质能在马达加斯加的当前应用程序方法仍处于早期阶段,不安全的和可持续的。此外,它不是采用可持续城市发展和环境保护的要求79年]。虽然有很长的历史在马达加斯加使用生物质能,该方法的应用仍处于早期阶段。
因此,本文确定了资源和潜在的废弃物生物质能源的转换。生物质废弃物可用在各种不同的形式在马达加斯加等农业剩余工资,动物粪便,和森林废弃物,以及城市和工业废物(80年]。将这些生物质废物转化为能源具有明显的社会经济效益和环境效益。本文还介绍了一些先进的废物转化生物质能转换技术,它可以用在马达加斯加。气化生物质废物转化成可燃气体;干燥可以增加能量密度在固体生物质能源和被用来制造biocoal团块;可以将这些生物质废弃物沼气发酵或乙醇燃料。先进的转换技术不仅可以提高能源利用的效率,还降低发电的成本(81年]。开发和推广的生物质能源浪费需要政府的参与。马达加斯加政府制定一系列政策,包括税收优惠和财政补贴,鼓励可再生能源如生物质能的应用。有限的经济和技术条件下,支持来自德国和中国等其他国家也扮演着重要的角色转换的浪费在马达加斯加生物质能的过程。
总之,废物转换成生物量似乎是可行的方法,以解决能源问题,实现循环经济在马达加斯加虽然仍有很长的路要走。
数据可用性
所有为本研究包括在生成的数据集。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
作者希望承认提供的金融支持广西大学的科学研究基金会(批准号XJZ140395)。