【正文】 從大西洋海岸到太平洋海岸和北極圈。第一，可用生物碳部分代替混合煤用于煉焦；第二，生物碳可作為輔助燃料直接噴進(jìn)高爐爐缸。以實(shí)用信息為基礎(chǔ)，探索一種可行的技術(shù)路線，預(yù)測(cè)工業(yè)規(guī)模生物質(zhì)煉鐵工藝中可能遭遇到各種困難與問題并找出解決這些困難與問題的辦法。如果煉鐵需要的原生生物質(zhì)即木炭必須從市場(chǎng)上購買，煉鐵廠商將很難控制原生生物質(zhì)的長期、充足而穩(wěn)定地供應(yīng)，使生物質(zhì)煉鐵成為不可能實(shí)現(xiàn)的夢(mèng)想。加拿大林業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的路邊殘余生物質(zhì)完全可以滿足本國生物質(zhì)煉鐵的需要。用生物碳代替化石碳煉鐵是降低煉鐵工藝GHG排放的有效方法之一。要降低運(yùn)輸成本和提高生物質(zhì)煉鐵生產(chǎn)率，必須將原生生物質(zhì)轉(zhuǎn)變成木炭。高爐使用生物碳煉鐵的優(yōu)勢(shì)是提供給鐵礦石還原和熔化的生物碳不但對(duì)生產(chǎn)工藝無負(fù)面影響，排放的CO2不增加大氣中的溫室氣體濃度，還可在保證高爐高生產(chǎn)率的前提下，大幅度降低CO2排放和節(jié)約不可再生的化石能源?，F(xiàn)在噴吹木炭粉已被應(yīng)用于巴西的微型高爐。我國也將發(fā)展生物質(zhì)能列入國家“十二五”能源發(fā)展規(guī)劃，以綠色能源生產(chǎn)綠色產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)我國生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，從單純利用生物質(zhì)能發(fā)電到生物質(zhì)多能源、多產(chǎn)品產(chǎn)出的“多聯(lián)產(chǎn)”方向發(fā)展?？捎糜谏a(chǎn)第二代生物燃料的生物質(zhì)原料[31]主要有農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料（農(nóng)業(yè)廢棄物）、林業(yè)生物質(zhì)原料（林業(yè)廢棄物）和專用能源作物。 x l08 km2， x l08 km2 ,油料作物為1397 x 104 km2。 x l08 km2（約31 x 108畝），%，樹木存量約136 x l08m3，森林資源量為125 x 108m3。根據(jù)采樣調(diào)查數(shù)據(jù)，木材加工的廢料收率約相當(dāng)于原木采伐量的35%左右，木材加工廢料的30%用于生產(chǎn)纖維板和造紙?jiān)?，少部分用作燃料。第二代生物燃料原料以培育甜高粱為主，用于生產(chǎn)燃料乙醇。例如，內(nèi)蒙古、寧夏、甘肅和新疆等省區(qū)的荒漠總面積約為157 x 104km2，其中沙漠化土地約為32. 3 x 104km2 ,可耕地和后備可耕地分別有1230 x 104 km2和1600 x104 km2，大部分地區(qū)口照豐富、晝夜溫差大，頗適合于種植能源作物。②采用經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式估算資源量。我國生物燃料產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段，以燃料乙醇為標(biāo)志的生物燃料調(diào)和組分從糧食原料轉(zhuǎn)變?yōu)榉羌Z原料，生物柴油在海南省的應(yīng)用和自主開發(fā)的生物噴氣燃料首次試吃成功標(biāo)志著良好的開端。陳俊武院士在其專著《中國中長期碳減排戰(zhàn)略目標(biāo)研究》中提出，2050年生產(chǎn)纖維素乙醇5000 x 104t，通過木本油料植物油脂和微藻生產(chǎn)柴油2200 x 104t和噴氣燃料600 x 104t，通過CBTL工藝山生物質(zhì)原料生產(chǎn)柴油1400 x 104t和噴氣燃料600 x 104t，以上共折合油品7800 x 104t。用預(yù)先稱量過的陶瓷坩堝稱取粒度小于200目的干燥樣品1177。試驗(yàn)結(jié)束后取出樣品，待試樣冷卻至室溫后稱量。實(shí)驗(yàn)中主要使用的儀器包括SX410型箱式電阻爐和分析天平。試驗(yàn)結(jié)束后取出坩堝，待試樣冷卻至室溫后稱量。然而，揮發(fā)份的含量則出現(xiàn)相反的規(guī)律。 JSM6480LV掃描電鏡（D）可見，煤粉顆粒的大小比較均勻。而且生物質(zhì)經(jīng)過研磨之后，生物質(zhì)燃料可以實(shí)現(xiàn)流態(tài)化，使生物質(zhì)燃料可以像煤粉一樣傳送，因此生物質(zhì)完全可以用在煉鐵上。TG曲線縱坐標(biāo)表示樣品所減少的質(zhì)量，橫坐標(biāo)為溫度（T）從左向右逐漸遞增。而最重要的是通過TG曲線得到樣品的反應(yīng)初始溫度。 赤鐵礦成分/wt%FeFeOSiO2CaOMgOAl2O3將準(zhǔn)備好的礦石和還原劑放入干燥箱中，105℃下烘干4小時(shí)后取出冷卻，并使用磨樣機(jī)將樣品磨成粉。在580℃左右，碳化秸稈反應(yīng)結(jié)束，在580℃之前生物質(zhì)反應(yīng)完全終止，質(zhì)量不再變化。通過不同燃料的微觀形貌分析也可以看出生物質(zhì)內(nèi)部具有許多孔狀纖維從而其與空氣的接觸面積變大，更加易于反應(yīng)。在500℃左右碳化秸稈與赤鐵礦基本反應(yīng)完畢，500℃以后曲線略微下滑但并不明顯。在550℃左右木炭與赤鐵礦基本反應(yīng)完畢，550℃以后曲線略微下滑但并不明顯。在600℃左右陽泉煤與赤鐵礦基本反應(yīng)完畢，600℃以后曲線略微下滑但并不明顯。而通過三種還原劑與赤鐵礦反應(yīng)的熱重曲線比較可以看出碳化秸稈與赤鐵礦有較好的反應(yīng)性能，從而可以得出生物質(zhì)煉鐵是完全可行的，而且從碳化秸稈與赤鐵礦的反應(yīng)可以看出生物質(zhì)可能比煤更容易與赤鐵礦反應(yīng)。因此煤中不同的官能團(tuán)對(duì)煤的燃燒特性影響非常明顯。將混合好的粉末樣品裝入壓樣模具中。而從赤鐵礦的紅外光譜曲線可以看出在500cm1左右的吸收峰最為突出說明其中SH官能團(tuán)數(shù)量較多，且在3100~3400cm1位置具有連續(xù)吸收峰使其曲線成M型。峰波數(shù)/cm1官能團(tuán)13300—OH（氫鍵締合）23030—CH（芳環(huán)）32950—CH342920，2860—CH3（環(huán)烷烴或脂肪烴）516101590~14701460氫鍵締合的羰基芳烴—CH2，—CH3，無機(jī)鹽61375—CH371330~11101040~900CO（酚，醇，醚，酯）灰分8860750700CH（1，2，4—；2，4，5—；1，2，3，4，5—取代芳烴CH（1，2—取代芳烴）CH（單取代或1,3—取代芳烴）9550—SH、木炭、陽泉煤和赤鐵礦的紅外光譜曲線，碳化秸稈在1600cm1位置的吸收較強(qiáng)，說明其中氫鍵締合的羰基官能團(tuán)數(shù)量較多，木炭在1600cm1位置的吸收較強(qiáng)，說明其中氫鍵締合的羰基官能團(tuán)和高活性的OH官能團(tuán)數(shù)量較多，陽泉煤在1100cm1位置的吸收較強(qiáng)，說明其中CO官能團(tuán)數(shù)量較多，而且三種還原劑在3300cm1都較高，所以三種還原劑都含有較高量的高活性的OH官能團(tuán)，這也是三種還原劑擁有較好燃燒性的原因。在一定條件下，還可以利用紅外光譜對(duì)煤中的官能團(tuán)進(jìn)行定量分析。不同的含氧官能團(tuán)對(duì)煤的性質(zhì)有巨大的影響，并且其中OH的活性較強(qiáng)，低溫下便可以氧化，其中自身的氧化也對(duì)煤中的碳—碳大分子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生巨大的影響。陽泉煤與赤鐵礦在三種碳氧比木炭與赤鐵礦在三種碳氧比、。在7000C左右木炭反應(yīng)結(jié)束，質(zhì)量不再發(fā)生變化。本研究的試驗(yàn)原料主要由鐵礦石和還原劑組成。初始反應(yīng)溫度、燃燒速率最大時(shí)的溫度和反應(yīng)終止溫度與樣品中固定碳的含量有關(guān)，若是初始反應(yīng)溫度和燃燒速率最大時(shí)的溫度越低，樣品中的固定碳就容易反應(yīng)，當(dāng)初始反應(yīng)溫度與反應(yīng)終止溫度相差不大時(shí)，固定碳反應(yīng)速度快，從而通過反應(yīng)放出的熱量就更多，燃燒熱值高，反應(yīng)的過程越穩(wěn)定，在一定時(shí)間內(nèi)反應(yīng)的程度也越高[3638]。熱重分析法是運(yùn)用化學(xué)動(dòng)力學(xué)的知識(shí)對(duì)固體物質(zhì)的燃燒中質(zhì)量與溫度的關(guān)系進(jìn)行解析，對(duì)固體物質(zhì)的燃燒性能進(jìn)行分析。（A）（B）（C）（D）（A）秸稈（B）赤鐵礦（C）木炭（D）陽泉煤（A）與（C）可見，秸稈粉體與木炭粉體表現(xiàn)出不規(guī)則的條片狀，研磨過程沒有造成生物質(zhì)組織結(jié)構(gòu)較大的變化。4不同燃料的微觀形貌分析掃描電鏡廣泛用于生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、金屬材料、高分子材料、化工原料、地質(zhì)礦物等。試樣質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%FCAV陽泉無煙煤碳化玉米秸稈木炭FC：固定碳；A：揮發(fā)分；V：灰分.由不同燃料的工業(yè)分析結(jié)果可以看出，各燃料在固定碳、揮發(fā)份和灰分的含量在數(shù)值上都有較為明顯的差別。關(guān)上爐門，在815℃的溫度下灼燒2h。稱取干燥試樣1177。將電阻爐加熱至920℃左右，打開爐門并將放有陶瓷坩堝的架子送入爐內(nèi)并關(guān)上爐門，秒表計(jì)時(shí)準(zhǔn)確加熱到7min。以樣品減少的質(zhì)量占樣品總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)作為樣品的揮發(fā)分?jǐn)?shù)值。各方學(xué)者對(duì)此問題的看法也不盡相同，如石元春院士認(rèn)為我國可用的非糧原料具有替代3 x 108t石油的潛力。中國農(nóng)林業(yè)廢棄物[35]資源豐富，但用途廣，可用作生物質(zhì)原料的數(shù)量較少，發(fā)展生物質(zhì)能產(chǎn)品，必須依靠能源作物。不過，這些灌木多數(shù)生長在森林之間，自然條件惡劣，缺乏適用的采伐機(jī)具，故采集較為困難， 108左右。中國擁有廣闊[34]的未開發(fā)土地，適合種植能源作物，關(guān)鍵是要解決選擇、培育能源作物品種，研發(fā)培育技術(shù)，降低生產(chǎn)成本和解決物流運(yùn)輸?shù)绕款i問題。中國發(fā)展專用能源作物的原則[33]是:不影響糧食生產(chǎn)、不與糧食爭(zhēng)地、不破壞環(huán)境。山于地形、氣象和土壤條件的多樣性，適合種植不同樹種和專用能源作物。不同研究文獻(xiàn)提供的農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)量數(shù)據(jù)也不盡相同，大致范圍在5x108~15x108。中國森林資源豐富[32]，所產(chǎn)林業(yè)廢棄物主要用于生產(chǎn)纖維板、造紙?jiān)系瓤捎谩Ｎ覈撹F行業(yè)要時(shí)刻關(guān)注世界鋼鐵業(yè)關(guān)于生物質(zhì)能利用與研發(fā)進(jìn)展，同時(shí)加強(qiáng)以企業(yè)為龍頭的“產(chǎn)學(xué)研”科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)實(shí)踐。煉鐵用生物質(zhì)的研究除了在歐洲、日本、加拿大和巴西外，澳大利亞目前也正在對(duì)這一領(lǐng)域進(jìn)行集中研究。德國亞琛工業(yè)大學(xué)在實(shí)驗(yàn)室和高爐上首次進(jìn)行了噴吹木炭和木炭與粉礦混合物的研究。目前，減少CO2排放是世界鋼鐵業(yè)面臨的巨大挑戰(zhàn)?？梢钥隙?，經(jīng)長期努力，一種全新的、完全使用生物質(zhì)煉鐵工藝一定能開發(fā)成功，使GHG排放從傳統(tǒng)高爐的1552kg/。只有兩座木炭生產(chǎn)廠（位于魁北克?。?，每年只能生產(chǎn)6000t木炭，多數(shù)用于戶外烤肉。因?yàn)檫€受制于林業(yè)生產(chǎn)的行業(yè)狀況，超出了鋼鐵行業(yè)的職權(quán)范圍。由此可知，只有煉鐵消耗的生物質(zhì)全部來源于可再生資源，才能維持GHG中性排放。在此成果的基礎(chǔ)上可以肯定，一種完全使用生物質(zhì)煉鐵的新穎工藝一定能夠開發(fā)成功，減少CO2排放的愿望一定會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。理論上講可以通過工業(yè)生產(chǎn)過程中留余在路邊的殘余生物碳，如收割原木的切頭切尾用于生物質(zhì)煉鐵。由此可見，高爐使用生物碳煉鐵的優(yōu)勢(shì)是提供給鐵礦石還原和熔化的生物碳不但對(duì)生產(chǎn)工藝無負(fù)面影響，排放的CO2不增加大氣中的GHG濃度，還可在保證高爐的高生產(chǎn)率的前提下大幅度降低CO2排放和節(jié)約不可再生的化石能源。