1.引言
为减少对化石能源的依赖，响应全球“碳达峰、碳中和”的号召，实现2050年1.5℃温控目标，对生物质资源的利用势在必行。随着我国经济的发展和消费水平的提升，生物质资源产生量呈不断上升趋势，总资源量年增长率预计维持在1.1%以上。预计2030年将达到 37.95 亿吨，到 2060 年我国生物质总资源量将达到 53.46亿吨。这些产生的生物质资源量若不加以合理利用，将产生极大浪费，如何“变废为宝”是近几年人们研究的热点话题。
2.国内外研究现状
2.1国外研究现状
将生物质制备成成型燃料颗粒在国外已有130多年的历史，William H. Smith早在1880年就已经在芝加哥的伊利诺伊州注册了第一个生物质成型技术专利，他当时描述了一个将锯末加热到150°C，放入坚固的模具中，然后用蒸汽锤压缩的过程[1]。瑞典是利用生物质能的典型国家，其每年的生物质燃料产量超过200万吨人均消耗量超过160kg。可以看到，西方国家的成型技术早已产业化，规模化，并在供暖、发电、干燥等领域普遍推广使用。
2.2国内研究现状
我国大约从20世纪80年代开始对生物质成型技术进行研究，目前已初具规模。早在1985年，湖南省衡阳市粮食机械厂便研制出了我国第一台ZT-63成型机。而后的1990年，陕西、河南等地先后生产出了不同规格的成型机和碳化机组。在1994年，河南农业大学、中国农机能源动力研究所分别研究出了PB-I型机械冲压式、CYJ机械活塞冲压式成型机。经过几十年科研人员的不懈奋斗，到21世纪的今天，我国的生物质成型技术已经有很大的提高。目前，我国的生物质成型技术已日渐成熟，部分已经实现商业化[2]。
3.生物质成型技术的特点
3.1定义
生物质成型技术是将经过粉碎、具有一定粒度的生物质，放入成型压缩机中，在一定压力和温度的作用下，制成棒状、块状或颗粒状固体燃料的加工工艺。
3.2过程
“生物质成型燃料”是以农林剩余物为主原料，经过一系列复杂的工艺制备而成。成型过程通常适应于特定的生物质原料，但通常包括以下阶段（图1）：
图1：生物质成型燃料制备工艺流程图
干燥的目的是为了通过物理以及化学的方式将生物质原料的水分控制在合适的含水率范围内，以便达到更好的成型效果。粉碎是为了将生物质破碎成小颗粒的、易于成型的颗粒。而筛分则是为了进一步将粉碎后的颗粒在更小的范围内统一，减少由粒径不一致对颗粒质量的影响。有研究指出颗粒直径越小，颗粒之间的相互填充、粘结能力则越强2023/11/27。成型则是将筛分好的原料放入成型机中，在温度和压力的作用下制备出成型颗粒。
3.3机理
Rumpf是第一个提出成型机理的人，他指出，生物质成型颗粒之间的结合方式有如下几种：（1）固体桥；（2）分子间的吸引力；（3）机械互锁；（4）粘附力和内聚力；（5）自由移动液体的表面张力和毛细压力[3]。
4.影响成型的因素
4.1温度
温度是成型过程中的重要参数之一，它不仅对成型燃料的质量会产生影响，还会影响成型过程中的效率。一般情况下，成型燃料的机械强度会随着温度的升高而增加。但如果温度过高时，生物质原料会发生热解，颗粒表面会产生焦化现象，导致成型失败。如果温度过低，可能会使得原料不易成型，并导致能耗上升，缩短成型机的寿命。
4.2水分含量
水分含量是影响生物质成型燃料品质的重要参数，它会影响颗粒的单颗粒密度、堆积密度、孔隙率等，它以原始样品质量的百分比表示。有研究发现，含水率为10%~20%对于大多数生物质来说是最佳的含水率范围。
4.3压力
成型压力是制备生物质成型燃料最基本的条件，也可以说，压力是制备成型燃料过程中的推动力。成型压力若太小，则会导致成型燃料的密度过低，不能满足成型的要求，并且会增加运输成本；而当成型压力过大时，则会导致能耗增加，且有可能会在模具中导致颗粒断裂，影响颗粒质量。
4.4添加剂
添加剂在生物质颗粒生产过程中的作用是用作粘结剂，目的是为了提高颗粒的密度和强度。添加剂的类型会有很多种，如：丙烯酸树脂、环氧树脂、镁添加剂以及一些无机添加剂。
4.5原料种类
不同种类的原料会对成型燃料的品质产生不同的影响。用不同类型的原料制备出的成型燃料颗粒在密度、强度、热值、耐久性等方面会有所不同。在众多的农林废弃物中，木材一类的废弃物是比较容易压缩成型的，而像秸秆和树皮一类的就比较难压缩成型，因为秸秆和树皮粘结能力弱，不易成型。
4.6粒度
粒度即投入到成型机中原料的尺寸。生物质材料的粒度越小，表面积则越大，放入模具后也就相当于增加了生物质材料彼此之间的接触面积，这使得材料原子之间的粘附力（如范德华力、偶极-偶极力、氢键）增强，原料固液相之间的毛细作用以及热量和水分向原料中心的渗透，热处理时间也就缩短了。
5.结论
本文对以往生物质成型颗粒影响因素进行了简单的总结，压力、温度、含水率、等都对成型行为和成型燃料品质有很大的影响。生物质成型技术如今在国内的发展已趋于成熟，但仍与其他西方国家还存在一定的差距。目前成型燃料生产仍存在一定的缺陷，比如：能耗高，资源利用率和生产效率低；对成型颗粒燃烧特性的研究还比较少；成型颗粒燃料价格高昂等问题。未来，我们还仍需不断努力，加深对燃烧特性的研究，优化生产设备提高产率以及开发价格更低廉的成型颗粒产品。
参考文献：
[1]. Stelte, W.; Sanadi, A. R.; Shang, L., et al., Recent developments in biomass pelletization–A review. BioResources 2012, 7 (3), 4451-4490.
[2]. 陈彦宏; 武佩; 田雪艳, et al., 生物质致密成型燃料制造技术研究现状. 农机化研究 2010, 32 (01), 206-211.
[3]. 陈小江; 张帆, 生物质燃料致密成型技术研究现状及发展趋势. 科技信息 2014, (08), 137+141.
