尽管存有争议，但不可否认生物质燃料是一种重要的能源。起初，来源于乙醇装置的生物质燃料逐渐崭露头角，随后开始不断扩大市场和影响力。生物能源产业可以说是循环经济的完美组成部分，同时它也为阀门行业提供了可观的商机。
作者：James Chater
展望
由于风能和太阳能的风头正劲，人们可能不太会注意到生物能源（生物质产生的能源）在可再生能源中的占比高达55%左右，约为全球一次能源（原生能源）总量的十分之一。国际原子能机构（IEA）预期生物能源的应用将会加速增长，并部分取代化石能，市场需求的年度增长率在6-7%之间（1）。促成如此增长态势的主要原因，是美国和众多欧洲国家都拿出了重量级的补贴政策。
生物质
生物质属于有机物，可以作为生物能源工厂的生产原料。最早出现的工业级生物能源主要是乙醇，它是一种具有腐蚀性的酒精，属于常见汽车燃料中的一种。生物质乙醇的生产原料是玉米、酵母、甜高粱或甘蔗，通过发酵工艺制成。
经年累月，生物能源的生产原料和具体产品种类，都在不断多元化。林业和农业的加工残余物、谷物、秸秆、有机垃圾、生活污水、垃圾填埋气、藻类，这些都可以用来生产生物能源，例如液态生物燃料（尤其是生物柴油）和生物甲烷（生物沼气）。生物燃料对于航空行业非常重要。生物燃料发电站通常是以有机垃圾等有机物为主要燃料，以天然气或煤炭为辅助燃料。目前这种电站的比例也在上升中，很多化石能发电站已经被转换成生物燃料发电站。大部分生物燃料发电站都具有热电联产（同时产出热能和电能，亦称为汽电共生）的特点，可用于区域供暖，使电站的运行更高效。位于斯德哥尔摩的Fortum Värtaverket KVV8 汽电共生发电站就是一个典型范例。它于2016年投运至今，采用了Andritz公司的先进技术（锅炉、自动化系统等）和欧玛（Auma）的执行器产品。既能以林业加工残余物为燃料，也能烧煤炭。该电站可以为十九万户家庭供暖。
液态生物燃料
液态生物燃料包括乙醇和生物柴油。乙醇既能用作引擎燃料，也能作为燃料的添加剂（如E10）。目前，美国和巴西都是生物乙醇的最大生产国。生物柴油也是以有机物为原料，通过一种名为酯交换的化工工艺生产的。它可以代替普通柴油，用作船舶、火车和汽车的燃料。航空生物燃料（生物航煤；可持续型航空燃料——SAF）可以用作飞机的燃料，而且既能与其它燃料混合使用（掺入传统燃料使用），也能以百分之百的纯度单独使用。航空生物燃料是以生物质为原料，利用热解工艺和费歇尔-托普斯工艺制成。工艺所使用的酒精可以是有机垃圾发酵的产物；亦或是根据合成生物学原理，由太阳能反应器制成。
沼气（生物气）
将有机物垃圾封闭在容器中，经利用厌氧消化工艺即可产生沼气。厌氧消化是指微生物将有机物分解并释放出二氧化碳和甲烷的过程；甲烷可用于发电或车辆（火车、巴士、汽车）的燃料、住宅供暖，也可以通过化工艺制成液态生物天然气。上述工艺产生的残渣可以转化成生物化肥。欧洲是最大的沼气生产国，尤其是德国，占欧洲总产能的三分之二。中国和美国也是高产国。亚洲的其他国家，主要是泰国和印度，也在生产沼气。
项目
通过近期的一些项目，可以显见现代化生物精炼厂（生物质加工厂）正处于多元化的发展阶段。2021年，意大利埃尼公司（Eni）位于意大利西西里岛Gela地区的生物精炼厂实现了投产。该厂回收利用厨房废油和鱼肉加工产生的废弃脂肪为原料，产品包括生物柴油、生物石脑油、液化生物石油气和生物航空煤油。此外，该公司正在计划将位于意大利西海岸Livorno附近的一处生产基地，改造成生物精炼厂。计划中的工厂将包括一座生物质原料预处理站，一座年产能为五十万吨的EcofiningTM工厂，以及一座用甲烷生产氢气的工厂。此外，埃尼也在研究在马来西亚投资生物精炼厂的可行性，这个规划中的项目将和日本的悠绿那（Euglena），以及马来西亚国家石油公司合资进行。
2022年，Fintoil公司位于芬兰东南部Hamina-Kotka港的生物精炼厂实现了竣工。该工厂以分馏工艺生产可再生燃料。该工艺是利用热能和负压，使原料分馏成各种基本成份，然后将需要的成份分离。分馏的主要产品是粗妥尔油。这种油的其它来源主要是芬兰林业、造纸业的副产品，即硫酸盐制浆的衍生产品。
藻类具有加工成燃料的商业价值吗？
过去的十年中，藻类一直被看做很有开发前途的生物质，因为它可以被加工成能源产品。但是开发过程中发现存在各种缺点，而且成本较高，因此投资开始明显下降。虽然藻类生长很快，也较容易转换成油，但却要消耗大量的水。提取油的技术难度和成本也太高。已有若干企业停止了藻类制油工厂的运营，其中包括美国奥奇能公司（Algenol）。壳牌（Shell）和雪佛龙（Chevron）则停止了相关的研发计划。尽管如此，道达尔能源公司（Totalenergies） 和Veolia公司正在法国马赛附近，建造一座样板型生物燃料工厂，预计到2025年可以开始利用藻类生产油品。印度信实工业集团（Reliance Industries）正在研究利用阳光、二氧化碳和海水转换成生物油。另有一些企业也在挑战技术难点，设法用新技术提高产量。美国国家可再生能源实验室尝试在中温和酸性条件下，提高从藻类中提取脂质的效率，以便在后续加工中获取更多生物柴油。印度理工学院德里分院设计出了独一无二的生物膜反应器，用于培养微藻。
Weltec Biopower是处于技术领先地位的沼气技术供应商之一。它在日本建造了四座生物沼气厂。其中最近竣工的是位于日本琦玉县的沼气-cum联产发电站，于2022年2月投运。Weltec公司曾帮助McCulla Transport扩建了位于英国里斯本的工厂，并为中国台湾的某工厂提供了不锈钢相关技术。瓦锡兰（Wärtsilä）的沼气生产技术同样很先进，而且还在2019年成立了瓦锡兰沼气解决方案事业部。该事业部一直在为全球第二大沼气工厂（位于德国福尔达附近的布格豪恩（Burghaun））提供技术支持，工厂主要产品是包括液化生物甲烷和液化合成甲烷在内的液化天然气，可以作为交通运输的燃料。最近，瓦锡兰还给Transwaste公司（英国赫尔市，Hull）的一座工厂提供了技术支持，该厂可以将城市垃圾转化成沼气。此外，波罗的海附近的首座沼气厂将于2023年投入运营。该厂以生活有机垃圾和商业有机垃圾为原料。
这座位于爱沙尼亚塔林市的沼气厂是BioWOIMA芬兰有限公司建造，所生产的生物甲烷可以输入天然气管网，或用作压缩天然气车辆的燃料。
优缺点:
生物能产业存在一定的争议性。考虑到近来在风能、太阳能、能量储存和绿氢领域的技术进步，似乎这是个值得支持的产业。但是用木材作为生物质原料，可能导致森林退化，继而造成二氧化碳的吸收率降低。种植生物质需要占用土地，也就是说会和食品生产形成竞争。而且还存在滥用资源的可能：针对林业加工废料再利用而发放了补贴，但实际上却是在砍伐整棵树木作为原料（2）。传统的生物质利用方式是直接燃烧产生热能，也就是很多发展中国家采用的方法。这种方法会造成污染，对健康有害。现代化生物能产业采用安全措施和先进的技术，例如碳捕捉和涤气等一系列措施，可以有效减少碳排放，因此在循环经济中占有一席之地。回收利用垃圾填埋气无疑是最符合逻辑的做法，能有效阻止其进入大气层。循环利用有机残余物和垃圾，也可以生产生物燃料。
阀门
在整个生物质加工处理过程中，根据工况和工艺要求的不同，需要使用各种类型的阀门。阀门的选型，是根据具体生物质种类、工况、压力、温度、流体控制要求等因素共同决定的。
在厌氧消化过程中，微生物在无氧环境下将可降解的生物质分解。厌氧消化可应用于处理垃圾和生产燃料。这一工艺需要用到厌氧消化闸阀。Orbinex公司针对此类应用场景，推出了采用双向刀闸阀技术的EB系列。它适用于控制淤浆原料和沼渣沼液。
沼气厂通常会用到的另一种阀门是快闭隔离阀。瑞士INTERAPP阀门公司专门针对沼气厂工况，开发出了蝶阀产品DESPONIA系列。今年早前，Ampo Service公司给安达卢西亚的La Rabida能源产业园供应了15台深度设计的阀门。该产业园可以将废弃的烹饪油加工成先进生物燃料（2代）。园区最初的设计功能是给化石能燃料脱硫，随后经历了改造，开始用植物油、植物残渣和人类不宜食用的动物脂肪等原料，按照可持续发展的理念用加氢工艺生产柴油（生物柴油）。
参考资料：
（1）https://www.iea.org/reports/bioenergy
（2）www.fern.org/publications-insight/new-eu-biomass-rules-a-crushing-defeat-for-forests-pushed-by-eu-member-states-2653
