一、河南省生物質能源重點實驗室簡介
河南省生物質能源重點實驗室是河南省唯一專門從事生物質能源研究的省級重點實驗室，2003通過國家實驗室認可委CNAS認證，2005年由河南省科技廳批準籌建，2009年順利通過河南省科技廳的驗收。實驗室占地面積3000多平方米，其中實驗面積2500多平方米，擁有固定資產原值近3000萬元，擁有各類儀器設備300多臺（套）。下設有生物質成型燃料、液體燃料、熱解氣化及高效燃燒、發電等專業實驗室，以及色譜、質譜、紅外光譜、熱重、元素分析、化學分析、微型反應、元素吸收等公用實驗室。實驗室實驗儀器齊全，實驗手段先進，質量管理體系完善。
實驗室擁有專職及兼職科研人員38名，其中中國科學院院士1人，博士生導師10人，教授及研究員19人。擁有固定研究人員26人，其中正高職稱5人、副高職稱6人、中級職稱9人，國家百千萬人才1人、國家有突出貢獻中青年專家1人、國家863計劃可再生能源主題專家組專家1人、國家科技支撐計劃農業和村鎮建設領域項目專家組專家1人、中原學者1人、國務院特殊津貼專家1人、省管優秀專家2人、省杰出創新人才2人，具有博士學位6人、博士后2人。團隊人員專業和年齡結構合理，具有良好的工作作風和團隊精神。
實驗室在本研究領域內先后承擔科研課題40余項，其中國家或省級重大科研項目17項，省院合作、院市合作、橫向項目等10余項；完成科研成果鑒定34項，其中6項達到國際先進水平，26項達到國內領先水平；獲成果獎勵16項，其中國家科技進步二等獎1項，河南省科技進步一等獎1項、二等獎9項、三等1項，河南省科學院成果一等獎1項、二等獎3項，三等獎1項。申請國家專利35項，其中發明專利19項，已授權4項，實用新型專利16項，全部授權。在國內外學術期刊上發表專業論文80多篇，其中核心論文70多篇，被SCI收錄20篇，EI收錄21篇。先后開發設計出生物質環模成型設備、平模成型設備、干燥設備、粉碎設備、生物質沸騰氣化燃燒裝置、上吸式生物質氣化爐、生物質氣化合成醇醚裝置、生物質燃燒爐、生物質干餾裝置、發電用生物質成型燃料固定床氣化裝置等生物質高效利用設備及裝置20多種，推廣利用設備上千臺套。整體上在生物質能源化研究領域處于國內先進水平。
二、主要研究方向
（一）生物質成型燃料技術及設備研究
研究包括生物質物理化特性、生物質干燥技術與設備、生物質粉碎技術與設備、生物質壓縮成型技術與設備、生物質能源化預處理技術配套設備、生物質成型燃料系統一體化自動化技術、生物質收集供應模式研究、生物質成型燃料工業化清潔生產技術、生物質成型燃料技術示范等關鍵環節。
在國內首次全面系統研究了生物質的干燥、粉碎、成型特性和機理，建立了干燥、成型過程的數學模型，在研究方法和機理方面有新突破，為生物質成型燃料工藝及成套設備的研究設計奠定了理論基礎；研發出多個成熟、高效、可單獨適用的設備，完成了生物質板式干燥設備、切揉制粉設備、成型設備等關鍵設備的研制，同時還研發了與項目配套使用設備；在國內首次研發出一體化、自動化成套設備系統；實現了生物質能源的自給利用，降低了系統整體能耗；建立了成型燃料生產廠原料最佳收集模式，生產合作模式、推廣模式及產品應用模式，建立了高效合理的大規模生物質成型燃料產業發展模式。整體研究達到國際先進水平。
進一步開展理論基礎研究，形成完整的生物質成型技術理論體系；對成型設備及配套設備進行全面優化設計，完善系列化產品；整合各環節關鍵技術，集成成型工藝及控制系統，完成全系統的一體化、智能化運行；研究適合我國生物質資源分布產出特性的收集設備和收集模式；制定切實可行的生物質成型成套設備技術條件及成型燃料的產品標準。完成年產10萬噸生物質成型燃料工業化應用示范基地建設；完成10萬噸生物質成型燃料生產體系的原料收集模式、分點建廠規模、系統管理運行及銷售模式的研究，建立高效合理的大規模生物質成型燃料產業發展模式。
該研究方向得到了國家科技支撐計劃“大規模生物質成型燃料技術集成與產業化示范”(2012BAD30B03)、國家"863"計劃子課題"農業廢棄物流化床氣化過程預處理技術研究"(2001AA514015)、國家科技型中小企業創新基金"生物質顆粒燃料冷態致密成型技術及成套設備"(06C2621401433)、中國政府/世界銀行/全球環境基金會贈款項目"低成本生物質顆粒燃料致密成型技術及成套設備的優化"(A1-B10-subgrant-2008-005)、河南省重大公益性科研招標項目"農作物秸稈成型燃料及熱解氣化綜合利用技術研究與示范"(081100911700)、河南省重點基礎與前沿研究計劃"農業廢棄物顆粒燃料冷成型機理研究"(0611021100)、歐盟贈款REEEP項目等的支持。已取得國家發明專利1項，實用新型專利9項；取得鑒定成果9項，獲國家科技進步二等獎1項、河南省科技進步一等獎1項、二等獎3項；發表學術論文30篇，SCI收錄5篇、EI收錄7篇。目前進行的主要項目為國家支撐計劃“大規模生物質成型燃料技術集成與產業化示范”（2012BAD30B03）。
（二）生物質液化制取液體燃料研究
1.生物質水解制取液體燃料技術研究
研究包括生物質氣相水解研究、生物質液相水解研究、生物質基乙酰丙酸酯化研究、生物質水解殘渣燃燒技術研究、生物質基液體燃料燃燒排放及燃料配方研究等關鍵環節。
研究了生物質半纖維素的氣相水解條件及工藝方法，通過氣相水解小型裝置實驗研究，得出了氣相水解的相關工藝參數，實現了半纖維素的完全水解。開展了生物質中纖維素液相水解制取乙酰丙酸試驗研究，通過不同生物質原料的比較，探索生物質高溫、稀酸水解的工藝條件，得到了優化的水解工藝條件參數條件，為各類不同的生物質原料的水解參數提供參考。進行了系列化替代燃料配方設計，完成替代柴油燃料的柴油機臺架試驗方案，確定試驗測試指標及性能評價方法，并根據方案要求對實驗臺架進行了優化改造，更好的適應實驗要求，以生物質轉化乙酰丙酸乙酯系統及乙酰丙酸乙酯作為車用燃料為研究對象，利用生命周期分析方法，研究分析生物質基乙酰丙酸乙酯的生命周期能耗、溫室氣體排放及經濟性指標，建立適合我國國情的生物質基乙酰丙酸乙酯生命周期能源消耗、環境排放與經濟性分析模型，并與可能產生競爭的燃料路線進行比較，為制定乙酰丙酸乙酯的未來發展戰略提供依據。
下一步將在定向催化水解轉化、產品提純、規�；a及液體產品在動力裝置中的運行驗證等領域涉及的關鍵核心技術進行突破，打通工藝路線，提高轉化效率，開發高效低能耗生產裝置，通過研究開發木質纖維素氣相水解聯合液相水解工藝，將生物質中的半纖維素最大效率地轉化為糠醛，纖維素轉化為乙酰丙酸，實現生物質綜合高效利用；結合高效合理的酯化工藝，將乙酰丙酸高轉化率酯化生成乙酰丙酸乙酯，再加入增溶劑、穩定劑等形成代用燃料配方并進行臺架試驗及配方優化，建立完整的生物質柴油替代燃料實驗室評價體系，最后完成完整的柴油代用燃料生產工藝流程。
該研究方向得到了國家"863"計劃"木質纖維素水解生產柴油代用燃料技術研究"(2007AA05Z404)、國家863計劃“生物質水解制備乙酰丙酸燃料關鍵技術”（2012AA051802）、國家科技支撐計劃子課題“直噴式柴油機燃用生物柴油動力性能及排放研究”（2007BAD41B05）、河南省基礎與前沿技術研究項目“生物質水解產物合成柴油代用燃料技術研究”（092300410003）、河南省基礎與前沿技術研究項目“生物質液體燃料燃燒動力及排放性能研究”（102300413218）、河南省重點攻關“秸稈清潔水解生產柴油代用燃料關鍵技術研究”（122102310046）等項目的支持。申請國家發明專利6項、授權1項，授權實用新型專利1項；取得鑒定成果2項；發表學術論文9篇，其中SCI收錄4篇、EI收錄1篇。目前進行的主要項目為國家863計劃“生物質水解制備乙酰丙酸燃料關鍵技術”（2012AA051802）。
2.生物質氣化合成液體燃料技術研究
研究包括生物質定向氣化研究、生物質燃氣焦油裂解研究、生物質燃氣催化重整研究、生物質燃氣合成醇醚燃料催化劑研究等關鍵環節。
通過深入的機理研究及實驗，建成了從熱解氣化、焦油定向裂解、催化重整、準一步法合成二甲醚的綜合實驗裝置。進行了低成本生物質熱解制氣技術以及定向高效生物質燃氣重整和焦油催化裂解技術的研究。同時對 “準一步法”合成醇醚工藝技術進行了系統研究，完成了焦油裂解、合成氣重整及準“一步法”合成二甲醚系列催化劑的優化制備技術。研究分析生物質基二甲醚的生命周期能耗、溫室氣體排放及經濟性指標，建立適合我國國情的生物質基二甲醚生命周期能源消耗、環境排放與經濟性分析模型。
下一步將在生物質氣化方面，不斷尋找最佳的生物質焦油裂解條件，生成盡可能多的氣相組分，找出不同生物質的最佳升溫速度與熱解溫度，以獲得盡可能合理的氣相成分。在催化劑方面，研制生物焦油的定向催化裂解及合成氣重整凈化工藝開發出高活性、長壽命的催化劑系列，解決生物質氣中含有較多的CO2易使催化劑表面結炭失活的問題。確定工藝參數，優化工藝條件，建立和正在完善一套生物質氣化、焦油催化裂解、合成氣重整凈化、“準一步法”合成醇醚燃料的產品分離純化與副產物的處理裝置。
該研究方向得到了河南省杰出人才創新基金項目“生物質氣化燃氣制取醇醚燃料技術研究”（074200510007）、河南省重點攻關項目“生物質氣化合成二甲醚關鍵技術與中試系統研究”（092102310040）、河南省基礎與前沿技術研究項目“生物質氣化合成車用燃料油催化劑研究”（122300413213）等項目的支持。已申請國家發明專利1項，授權實用新型專利3項；取得鑒定成果4項，獲得河南省科技進步二等獎2項，河南省科學院科技成果二等獎2項；發表學術論文12篇，其中EI收錄2篇、中文核心9篇。目前進行的主要項目為河南省基礎與前沿技術研究項目“固體酸催化水解生物質秸稈生成乙酰丙酸的研究”(112300413209)，國家科技支撐計劃“生物質間接液化制乙基燃料關鍵技術開發及應用”已經入庫。
（三）生物質熱解氣化及高效燃燒技術研究
研究包括生物質氣炭油聯產技術研究、生物質固定床氣化技術研究、生物質流化床氣化技術研究、生物質沸騰氣化燃燒技術研究、生物質固體燃料高效燃燒技術研究等關鍵環節。
通過建立生物質熱解化學動力學模型，掌握組分濃度分布規律，研究生物質干餾產物的產生機理以及分離工藝；研究了生物質燃氣燃燒化學動力學，對生物質燃氣的火焰傳播速度、燃燒反應速度、著火與點燃等進行實驗研究，了解其燃燒反應機理，彌補氣體燃燒學在生物質燃氣燃燒特性理論方面的不足，為生物質燃氣的應用提供基礎理論依據。結合試驗研究，研究設計了一體化燃燒供熱系統。先后研發出生物質集中供氣關鍵技術、生物質連續熱解氣炭油聯供裝置、生物質成型燃料分段式燃燒裝置、生物質沸騰氣化燃燒裝置、生物質顆粒燃料上吸式氣化爐、MW級生物質固定床氣化裝置等十幾種擁有自主產權的生物質高效熱解、氣化和燃燒裝置，經濟效益顯著。
進一步研究生物質定向氣化技術、大型發電用固定床氣化技術、生物質燃氣高效潔凈處理技術、生物質高效燃燒與低碳排放等。
該研究方向得到了國家中小企業創新基金“生物質沸騰氣化燃燒技術及成套設備”（10C26214102171）、河南省中國科學院科技成果轉移轉化項目“生物質高效燃燒利用技術”（2012111）、河南省科技攻關計劃項目“生物質致密成型燃料燃燒關鍵技術及設備”（2009）河南省重點推廣計劃項目“生物質高溫熱解氣炭油聯供成套設備”（2005）、河南省屬科研單位社會公益項目預研專項資金“生物質顆粒成型燃料燃燒機理及特性研究”（2007）和“生物質熱解氣焦油裂解重整技術研究”（2007）等項目的支持。已申請發明專利3項，取得實用新型專利6項；取得鑒定成果8項，獲河南省科技進步二等獎4項；發表學術論文18篇，其中SCI收錄1篇、EI收錄6篇。目前進行的主要項目為河南省中國科學院科技成果轉移轉化項目“生物質高效燃燒利用技術”（2012111）。
（四）生物質發電技術研究
研究包括生物質氣化發電技術研究、生物質混燒發電技術研究、生物質成型燃料直燃發電技術研究等關鍵環節。
研究生物質氣化—燃氣內燃機發電—余熱蒸汽輪機發電的聯合循環工藝路線，避開了要求很高的氣體高溫凈化過程，顯著降低生物質整體氣化聯合循環系統的技術難度和造價，以較低的代價解決焦油問題和二次污染的難題，實現廢水的循環使用。采用生物質顆粒燃料冷態致密成型技術及設備，根據生物質顆粒燃料燃燒特性，在現有小火電廠基礎上，對循環流化床鍋爐進行技術改造，利用生物質顆粒燃料替代煤炭進行混燒或直燃發電。根據生物質顆粒燃料的燃燒及流化特性，選取適宜的流化床鍋爐運行工藝參數，對流化床鍋爐進行改造，解決生物質在燃燒時的結渣與堿金屬對換熱器的腐蝕問題。
進一步研究開發大功率生物質固定床發電專用氣化爐、生物質高效燃燒發電專用燃燒器、大功率的高速高壓生物質燃氣發電機組、混燒發電監測技術。
該研究方向得到了河南省重大科技攻關計劃“生物質氣化發電關鍵技術與設備研究開發及示范工程”(102101310300)、中歐國際合作項目“生物質與煤混燒發電技術研究”、河南省屬科研單位社會公益項目預研專項資金“生物質氣化發電關鍵技術與設備”（2006）、院市合作項目“生物質燃氣內燃發電機組開發”（2006）等項目的支持。已申請發明專利2項，授權實用新型專利3項；取得鑒定成果2項，獲河南省科技進步二等獎1項；發表學術論文10篇。目前進行的主要項目為“生物質氣化發電關鍵技術與設備研究開發及示范工程”(102101310300)，中芬國際合作項目“混燃發電中生物質摻燒量監測技術合作研究”已經入庫。
（五）生物質納米材料研究
主要包括以下研究內容：
1.納米纖維素和納米纖維素纖維的制備及產業化生產研究；
2.納米纖維素在聚合物基體中的界面相容性、分散性和取向程度，以及對復合材料增強作用的影響規律；
3.納米纖維素改性，并以改性的納米纖維素為模板、載體及穩定劑制備多種纖維素納米與無機物和高分子聚合物的復合材料；
4.研究和制備基于納米纖維素的鋰離子電容器及超級電容器；
5.基于納米纖維素的智能響應性高強度水凝膠材料的制備及應用研究。