生物質(zhì)成型燃料和同密度的中質(zhì)煤熱值相當(dāng)，是煤的優(yōu)質(zhì)替代燃料，且很多性能比煤優(yōu)越，如資源遍布地球，可以再生，含氧量高，有害氣體（例如二氧化硫）排放遠(yuǎn)低于煤，C02零排放等，所以被稱為清潔的綠色可再生能源。
生物質(zhì)原料的成型主要有兩種方式：一種是通過(guò)外加黏結(jié)劑使松散的生物質(zhì)顆粒黏結(jié)在一起；另一種是在一定溫度和壓力條件下依靠生物質(zhì)顆粒相互間的作用力黏結(jié)成一個(gè)整體。目前，生物質(zhì)成型燃料主要通過(guò)后一種方式生產(chǎn)。松散的生物質(zhì)原料在不外加黏結(jié)劑的條件下能夠被加工成具有固定形狀和一定密度的燃料，是許多作用力共同作用的結(jié)果。通過(guò)近十多年來(lái)對(duì)生物質(zhì)成型機(jī)理的系統(tǒng)研究，目前已經(jīng)形成了對(duì)生物質(zhì)的成型過(guò)程中各種力作用機(jī)制的相對(duì)完整的認(rèn)識(shí)。下圖所示是對(duì)生物質(zhì)成型過(guò)程中原料顆粒的變化及產(chǎn)生的作用力總結(jié)。
生物質(zhì)成型過(guò)程中的黏結(jié)機(jī)制之一在于固體架橋作用的形成。在壓縮過(guò)程中，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)、燒結(jié)、黏結(jié)劑的凝固、熔融物質(zhì)的固化、溶解態(tài)物質(zhì)的結(jié)晶等作用均可形成架橋作用。在壓縮成型過(guò)程中，壓力也可降低顆粒的熔融點(diǎn)并使它們相互靠近，從而增加相互之間的接觸面積并使熔融點(diǎn)達(dá)到新的平衡水平。
顆粒之間的相互吸引歸功于范德華靜電力和磁力。范德華靜電力對(duì)顆粒間的黏結(jié)作用的影響是很微弱的，通常發(fā)生在微細(xì)顆粒之間；同時(shí)，對(duì)于微細(xì)顆粒，當(dāng)有磁力存在時(shí)顆粒間的摩擦力也有助于顆粒黏結(jié)。
纖維狀、片狀或塊狀顆粒之間也可以通過(guò)鑲嵌和折疊黏結(jié)在一起。顆粒間的鑲嵌可以為成型燃料提高機(jī)械強(qiáng)度用以克服壓縮后彈性恢復(fù)產(chǎn)生的破壞力。Kaliyan和Morey (2010)利用光學(xué)顯微鏡觀察到了柳枝稷成型燃料橫切面上存著的鑲嵌現(xiàn)象，如下圖所示：
生物質(zhì)的化學(xué)組成，包括纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪、灰分等對(duì)成型過(guò)程也都存在影響。在高溫條件下壓縮時(shí)，蛋白質(zhì)和淀粉發(fā)生塑化起黏結(jié)劑作用。成型時(shí)的高溫和高壓條件會(huì)使木質(zhì)素軟化從而增強(qiáng)生物質(zhì)的黏結(jié)性。低熔融溫度(140℃)和低熱固性使得木質(zhì)素在黏結(jié)過(guò)程中發(fā)揮了積極的作用。生物質(zhì)經(jīng)顆粒機(jī)或者秸稈壓塊機(jī)成型過(guò)程中的高壓力可以將生物質(zhì)顆粒壓碎，從而將細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞，使得蛋白質(zhì)和果膠等天然黏結(jié)劑成分暴露出來(lái)。
針對(duì)秸稈的壓縮成型，筆者對(duì)秸稈的成型機(jī)理進(jìn)行了研究。秸稈的力傳導(dǎo)性極差，通過(guò)對(duì)成型過(guò)程中各種作用力之間相互關(guān)系的研究，提出了彌補(bǔ)該缺陷的預(yù)壓方式。在工程應(yīng)用中，通過(guò)成型設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使預(yù)壓的受力方向與成型壓力的方向保持垂直，這樣在一定壓力和溫度條件下更有利于被木質(zhì)素?cái)y裹的纖維素分子團(tuán)錯(cuò)位、變形、延展，從而使其相互鑲嵌、重新組合而成型。
將松散的生物質(zhì)加工成生物質(zhì)成型燃料的主要目的在于改變?nèi)剂系拿芏取Ｖ萍s生物質(zhì)規(guī)模化利用的一個(gè)主要障礙就是其堆積密度（bulk density）低，通常情況下，秸稈類生物質(zhì)的堆積密度只有80～100 g/cm3，木質(zhì)類生物質(zhì)的堆積密度也只有150～200 g/cm3。過(guò)低的堆積密度嚴(yán)重制約了生物質(zhì)的運(yùn)輸、儲(chǔ)存和應(yīng)用。雖然生物質(zhì)的質(zhì)量能量密度與煤相比并不算很低，但是生物質(zhì)堆積密度低導(dǎo)致其體積能量密度（volume energy density）很低，與煤相比這是其很大的一個(gè)缺點(diǎn)。表1.1和表1.2分別給出了生物質(zhì)與煤的能量密度的對(duì)比及生物質(zhì)和化石燃料的能量密度。
| 生物質(zhì)與煤的能量密度對(duì)比 | ||
| 生物質(zhì)的特性 | 生物質(zhì)與煤體積能量密度比值 | 生物質(zhì)與煤質(zhì)量能量密度比值 |
| 含水率50%、密度1g/cm3 | 0.25 | 0.33 |
| 含水率10%、密度1g/cm3 | 0.57 | 0.66 |
| 含水率10%、密度1.25g/cm3 | 0.72 | 0.66 |
| 幾種燃料的能量密度對(duì)比 | ||||
| 燃料 | 含水率（%） | 密度（g/cm3） | 地位熱值（kj/ g） | 地位熱值（kj/ cm3 |
| 生物質(zhì) | 50 | 1.0 | 9.2 | 9.2 |
| 10 | 0.3 | 18.6 | 11.2 | |
| 生物質(zhì)成行燃料 | 10 | 1.0 | 18.6 | 20.9 |
| 10 | 1.25 | 18.6 | 26.1 | |
| 木炭 | 0 | 0.25 | 31.8 | 8.0 |
| 煙煤 | — | 1.3 | 28.0 | 36.4 |
| 甲醇 | 0 | 0.79 | 20.1 | 15.9 |
| 汽油 | 0 | 0.7 | 44.3 | 30.9 |
| 注：表中所列數(shù)值是從各種燃料的取值范圍內(nèi)選取的代表值。 | ||||
下圖生物質(zhì)與油、木材、木屑比較的體積能量，密度：
生物質(zhì)的分子密度并不低，可以達(dá)劍1.5 g/cm3，這是生物質(zhì)成型燃料密度的理論上限。但是，植物體內(nèi)有大量的運(yùn)輸水分和養(yǎng)分的中空導(dǎo)管存在，使得生物質(zhì)的密度顯著下降，硬木的密度通常為0.65 g/cm3，軟木的密度為0.45 g/cm3。農(nóng)作物秸稈和水生植物的密度更低。生物質(zhì)在存放過(guò)程中，單個(gè)的生物質(zhì)個(gè)體與個(gè)體之間存在有大量的空隙，使得其應(yīng)用的堆積密度更低。通過(guò)顆粒機(jī)或者秸稈壓塊機(jī)壓縮消除顆粒之間的空隙，并將植物體內(nèi)的導(dǎo)管等生物結(jié)構(gòu)宅間填充就可以改變生物質(zhì)的密度，這正是生物質(zhì)壓縮成型的出發(fā)點(diǎn)。
密度的改變不僅解決了制約生物質(zhì)成行燃料規(guī)模化利用在運(yùn)輸、儲(chǔ)存和應(yīng)用方面面臨的體積能量密度過(guò)低的瓶頸，同時(shí)，對(duì)生物質(zhì)的燃料特性也產(chǎn)生廠積極的作用。生物質(zhì)自身的結(jié)構(gòu)比較疏松，加之其揮發(fā)分含量高且易于析出的特點(diǎn)，使得生物質(zhì)的燃燒過(guò)程極其不穩(wěn)定，前期大量揮發(fā)分快速析出極易造成氣體不完全燃燒熱損失，后期松散的炭骨架又易于被熱氣流吹散隨煙氣排出爐外，導(dǎo)致固體不完全燃燒熱損失。由于密度和結(jié)構(gòu)的改變，生物質(zhì)成型燃料燃燒過(guò)程中這兩個(gè)影響燃料燃燒效率的問(wèn)題都得到了一定程度的解決，從而改善了燃燒性能。
三門峽富通新能源科技有限公司主要生產(chǎn)顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)、飼料顆粒機(jī)、秸稈粉碎機(jī)等生物質(zhì)成型機(jī)械設(shè)備。同時(shí)我們有大量的生物質(zhì)顆粒燃料出售。
