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清洁能源与自然

生物能(勿删)

发稿时间: 2014年10月31日    【 字体:

1) 生(sheng)物质能是什么?

生(sheng)物质(zhi)是(shi)指由光(guang)合作(zuo)用(yong)而(er)产生(sheng)的(de)(de)(de)各(ge)种(zhong)(zhong)有机(ji)体,光(guang)合作(zuo)用(yong)利用(yong)空气(qi)中(zhong)的(de)(de)(de)二氧化碳和土壤中(zhong)的(de)(de)(de)水(shui),将吸收的(de)(de)(de)太阳(yang)能(neng)转(zhuan)换为碳水(shui)化合物和氧气(qi)。在各(ge)种(zhong)(zhong)可(ke)再生(sheng)能(neng)源(yuan)中(zhong),生(sheng)物质(zhi)能(neng)是(shi)绿(lv)色植物通(tong)过叶绿(lv)素(su)将太阳(yang)能(neng)转(zhuan)化为化学能(neng)而(er)储存在生(sheng)物中(zhong)的(de)(de)(de)一种(zhong)(zhong)能(neng)量(liang)形式,是(shi)以生(sheng)物质(zhi)为载体的(de)(de)(de)能(neng)量(liang),是(shi)一种(zhong)(zhong)唯(wei)一可(ke)再生(sheng)的(de)(de)(de)碳源(yuan),可(ke)转(zhuan)化成(cheng)常规固态(tai)(tai)、液态(tai)(tai)和气(qi)态(tai)(tai)燃料。

生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)能(neng)是(shi)(shi)第四大能(neng)源(yuan),生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)质遍布世界各(ge)地(di),其(qi)蕴(yun)藏(zang)量极(ji)大。世界上(shang)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)质资源(yuan)数量庞大,形式繁多,其(qi)中包括薪柴、农林(lin)(lin)(lin)作物(wu)(wu)(wu)、尤其(qi)是(shi)(shi)为了生(sheng)(sheng)产能(neng)源(yuan)而种植(zhi)的(de)能(neng)源(yuan)作物(wu)(wu)(wu),农业(ye)和林(lin)(lin)(lin)业(ye)残剩物(wu)(wu)(wu),食(shi)品加工和林(lin)(lin)(lin)产品加工的(de)下脚(jiao)料(liao),城(cheng)市固(gu)体废(fei)弃(qi)物(wu)(wu)(wu),生(sheng)(sheng)活(huo)污(wu)水(shui)和水(shui)生(sheng)(sheng)植(zhi)物(wu)(wu)(wu)等(deng)等(deng)(中国生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)质资源(yuan)主要是(shi)(shi)农业(ye)废(fei)弃(qi)物(wu)(wu)(wu)及农林(lin)(lin)(lin)产品加工业(ye)废(fei)弃(qi)物(wu)(wu)(wu)、薪柴、人(ren)畜粪(fen)便(bian)、城(cheng)镇(zhen)生(sheng)(sheng)活(huo)垃圾等(deng)四个方面)。生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)质能(neng)的(de)原(yuan)始能(neng)量来源(yuan)于太阳,所以从广(guang)义(yi)上(shang)讲,生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)质能(neng)是(shi)(shi)太阳能(neng)的(de)一种表现形式。

2) 生物质能的利用

生物质能是一种清洁优质的(de)可再生能源,有着(zhe)广(guang)泛的(de)用(yong)途(tu)。

(1) 农(nong)作物秸秆是能(neng)源(yuan)

农(nong)作物秸(jie)秆是(shi)农(nong)业生产(chan)的副产(chan)品,也是(shi)我国(guo)农(nong)村的传统(tong)燃(ran)料。秸(jie)秆资源与农(nong)业主要(yao)是(shi)种(zhong)植业生产(chan)关系十分密切。

据统计,我国农作(zuo)(zuo)物秸秆(gan)年产(chan)出量为(wei)6.04亿(yi)吨(dun),其(qi)中造肥还田及其(qi)收集(ji)损失约(yue)占15%,剩余5.134亿(yi)吨(dun)。可(ke)获(huo)得的(de)(de)农作(zuo)(zuo)物秸秆(gan)5.134亿(yi)吨(dun)除了作(zuo)(zuo)为(wei)饲料(liao)、工业原料(liao)之外(wai),其(qi)余大部分还可(ke)作(zuo)(zuo)为(wei)农户炊事(shi)、取暖燃(ran)(ran)料(liao),目前全国农村作(zuo)(zuo)为(wei)能(neng)(neng)源的(de)(de)秸秆(gan)消费量约(yue)2.862亿(yi)吨(dun),但大多处于低(di)效(xiao)利用方式即(ji)直(zhi)接在柴灶上(shang)燃(ran)(ran)烧,其(qi)转(zhuan)换效(xiao)率仅为(wei)10%~20%左(zuo)右(you)。采(cai)用秸秆(gan)气(qi)化(hua)技术(shu),通过对秸秆(gan)不(bu)完(wan)全燃(ran)(ran)烧或干馏,获(huo)得可(ke)燃(ran)(ran)气(qi)作(zuo)(zuo)燃(ran)(ran)料(liao)。或将秸秆(gan)通过生(sheng)物发酵(jiao)产(chan)生(sheng)沼气(qi)作(zuo)(zuo)燃(ran)(ran)料(liao)。这(zhei)些生(sheng)物质(zhi)能(neng)(neng)转(zhuan)化(hua)技术(shu)可(ke)提(ti)高能(neng)(neng)源利用2~4倍,因(yin)此,加快秸秆(gan)的(de)(de)优质(zhi)化(hua)转(zhuan)换利用势在必行。

(2) 垃圾发电

垃圾(ji)发(fa)(fa)(fa)电(dian)是(shi)把(ba)各种垃圾(ji)收集后,进(jin)行(xing)分类处理。其(qi)中:一是(shi)对燃(ran)烧值较高(gao)(gao)的(de)进(jin)行(xing)高(gao)(gao)温(wen)焚烧(也彻(che)底消灭了病源性生物(wu)和腐蚀性有机要物(wu)),在高(gao)(gao)温(wen)焚烧(产(chan)生的(de)烟雾经过处理)中产(chan)生的(de)热能转化(hua)为高(gao)(gao)温(wen)蒸(zheng)气(qi)(qi),推动(dong)涡(wo)轮机转动(dong),使发(fa)(fa)(fa)电(dian)机产(chan)生电(dian)能。二(er)是(shi)对不能燃(ran)烧的(de)有机物(wu)进(jin)行(xing)发(fa)(fa)(fa)酵、厌(yan)氧处理,最后干燥(zao)脱硫,产(chan)生一种气(qi)(qi)体叫甲烷,也叫沼气(qi)(qi)。再经燃(ran)烧,把(ba)热能转化(hua)为蒸(zheng)气(qi)(qi),推动(dong)涡(wo)轮机转动(dong),带动(dong)发(fa)(fa)(fa)电(dian)机产(chan)生电(dian)能。

(3) 沼(zhao)气

沼(zhao)(zhao)气(qi)(qi)发酵又叫厌氧(yang)消化(hua),是(shi)(shi)指(zhi)利(li)用人(ren)畜粪便、秸秆、污水等各(ge)(ge)种(zhong)有(you)(you)机物(wu)在(zai)密闭的(de)(de)沼(zhao)(zhao)气(qi)(qi)池内,在(zai)厌氧(yang)(没(mei)有(you)(you)氧(yang)气(qi)(qi))条(tiao)件(jian)下(xia),被种(zhong)类繁多的(de)(de)沼(zhao)(zhao)气(qi)(qi)发酵微生物(wu)分(fen)解(jie)转化(hua),最(zui)终产(chan)生沼(zhao)(zhao)气(qi)(qi)的(de)(de)过程。在(zai)这(zhei)个过程中(zhong),微生物(wu)是(shi)(shi)最(zui)活(huo)跃的(de)(de)因素,它们把各(ge)(ge)种(zhong)固体(ti)或(huo)是(shi)(shi)溶解(jie)状(zhuang)态的(de)(de)复杂(za)有(you)(you)机物(wu),按(an)照各(ge)(ge)自的(de)(de)营养需要,进(jin)行分(fen)解(jie)转化(hua),最(zui)终生成沼(zhao)(zhao)气(qi)(qi)。沼(zhao)(zhao)气(qi)(qi)是(shi)(shi)一种(zhong)混合气(qi)(qi)体(ti),可以(yi)燃(ran)烧,因为(wei)这(zhei)种(zhong)气(qi)(qi)体(ti)最(zui)先是(shi)(shi)在(zai)沼(zhao)(zhao)泽中(zhong)发现的(de)(de),所以(yi)称为(wei)沼(zhao)(zhao)气(qi)(qi),它的(de)(de)主要成分(fen)是(shi)(shi)甲烷占55%~70%左(zuo)右,二氧(yang)化(hua)碳占25%~40%左(zuo)右,此(ci)外还有(you)(you)少量氢(qing)气(qi)(qi)、硫化(hua)氢(qing)、一氧(yang)化(hua)碳、氮和(he)氨等。

(4) 新(xin)能源“生物柴油”

“生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)柴(chai)(chai)(chai)(chai)(chai)油(you)(you)(you)(you)(you)”是(shi)一(yi)种(zhong)石油(you)(you)(you)(you)(you)替(ti)代(dai)品(pin)。众所周知,普(pu)通柴(chai)(chai)(chai)(chai)(chai)油(you)(you)(you)(you)(you)是(shi)从(cong)(cong)石油(you)(you)(you)(you)(you)中(zhong)提炼的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de),而(er)“生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)柴(chai)(chai)(chai)(chai)(chai)油(you)(you)(you)(you)(you)”则可(ke)从(cong)(cong)动物(wu)(wu)(wu)、植物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)脂肪中(zhong)提取,在美国(guo),目前主要(yao)从(cong)(cong)大(da)豆(dou)(dou)(dou)中(zhong)提取。这是(shi)因为美国(guo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)大(da)豆(dou)(dou)(dou)产(chan)(chan)量(liang)很高(gao),价(jia)格(ge)也便宜。此外(wai),用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)“生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)柴(chai)(chai)(chai)(chai)(chai)油(you)(you)(you)(you)(you)”作(zuo)汽(qi)车(che)燃料(liao)对环(huan)保也有积极(ji)意义(yi)——排放的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)废气所含的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)二氧(yang)化碳(tan)远没有用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)普(pu)通柴(chai)(chai)(chai)(chai)(chai)油(you)(you)(you)(you)(you)那(nei)么多(duo),而(er)二氧(yang)化碳(tan)正是(shi)加剧(ju)温(wen)室效(xiao)应的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)罪魁祸首。美国(guo)康(kang)奈尔(er)大(da)学(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)态与(yu)农业(ye)科(ke)学(xue)专家戴(dai)维•迪温(wen)塔尔(er)教授曾(ceng)对数种(zhong)替(ti)代(dai)能(neng)源作(zuo)了深入(ru)研究,结(jie)果发(fa)现(xian),“大(da)豆(dou)(dou)(dou)柴(chai)(chai)(chai)(chai)(chai)油(you)(you)(you)(you)(you)”是(shi)一(yi)种(zhong)极(ji)好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)替(ti)代(dai)能(neng)源。与(yu)乙(yi)醇(chun)相比较(jiao),生(sheng)(sheng)(sheng)产(chan)(chan)同等量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)“大(da)豆(dou)(dou)(dou)柴(chai)(chai)(chai)(chai)(chai)油(you)(you)(you)(you)(you)”所消耗(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)源要(yao)低(di)得多(duo)。此外(wai),原本使用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)普(pu)通柴(chai)(chai)(chai)(chai)(chai)油(you)(you)(you)(you)(you)为燃料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)发(fa)动机(ji)无(wu)须改(gai)动,就可(ke)改(gai)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)“大(da)豆(dou)(dou)(dou)柴(chai)(chai)(chai)(chai)(chai)油(you)(you)(you)(you)(you)”,只是(shi)目前“大(da)豆(dou)(dou)(dou)柴(chai)(chai)(chai)(chai)(chai)油(you)(you)(you)(you)(you)”的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)产(chan)(chan)成本还偏高(gao),故(gu)售价(jia)略高(gao)于普(pu)通柴(chai)(chai)(chai)(chai)(chai)油(you)(you)(you)(you)(you)。时下在美国(guo),越来越多(duo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)私家车(che)和政(zheng)府及企业(ye)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)车(che)辆(liang)开始使用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)“生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)柴(chai)(chai)(chai)(chai)(chai)油(you)(you)(you)(you)(you)”,或(huo)普(pu)通柴(chai)(chai)(chai)(chai)(chai)油(you)(you)(you)(you)(you)与(yu)“生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)柴(chai)(chai)(chai)(chai)(chai)油(you)(you)(you)(you)(you)”的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)混合燃料(liao)。据(ju)悉,生(sheng)(sheng)(sheng)产(chan)(chan)“生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)柴(chai)(chai)(chai)(chai)(chai)油(you)(you)(you)(you)(you)”还有另一(yi)种(zhong)原料(liao):餐馆用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)过的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)废弃食用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)油(you)(you)(you)(you)(you)和炸过薯条(tiao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)黄油(you)(you)(you)(you)(you)。

(5) 能源新秀——海带

巨型(xing)海(hai)(hai)带(dai)的(de)实用(yong)(yong)价(jia)值,在(zai)国外已有实例可(ke)查。据(ju)国内(nei)一位专(zhuan)家指出,美国政府在(zai)加州(zhou)外海(hai)(hai)开辟了一片面积(ji)400平方千(qian)米的(de)海(hai)(hai)底农场,专(zhuan)门种植巨型(xing)海(hai)(hai)带(dai),每(mei)到收获季节(jie),以特殊的(de)采(cai)收船采(cai)收之(zhi)后(hou),或(huo)利用(yong)(yong)海(hai)(hai)带(dai)本身具有的(de)细(xi)菌自(zi)然发(fa)酵,或(huo)以人工(gong)方法(fa)加速发(fa)酵,它(ta)一年(nian)所产生(sheng)的(de)合成天然气高(gao)达6.226多亿(yi)立方米,可(ke)供5万(wan)人口的(de)城市一年(nian)之(zhi)用(yong)(yong),这是以美国家庭的(de)燃(ran)料耗用(yong)(yong)量(liang)而言的(de)。

(6) 能源(yuan)新秀——巨藻

巨藻可以用来提炼藻胶,制造五光十色的塑料、纤维板,也是制药工业的原料。近年来,科学家们对巨藻进行了新的研究,发现它含有丰富的甲烷成分,可以用来制造煤气。这一发现是引人瞩目的。美国有关方面乐观地估计,这一新的绿色能源具有诱人的前景。将来,它甚至可以满足美国对甲烷的需求。
巨藻可以在大陆架海域进行大规模养殖。由于成藻的叶片较集中于海水表面,这就为机械化收割提供了有利条件。巨藻的生长速度是极为惊人的,每昼夜可长高30厘米,一年可以收割3次。

最近(jin),日本出(chu)光(guang)兴(xing)产(chan)中央(yang)研究所的(de)生物(wu)化学研究所等组(zu)成(cheng)的(de)科研小组(zu)宣(xuan)布,他们(men)成(cheng)功(gong)地从一种(zhong)淡(dan)水藻(zao)类中提取出(chu)了石(shi)油(you)。这(zhei)种(zhong)藻(zao)类在吸收二氧化碳(tan)进行(xing)光(guang)合作用的(de)过(guo)(guo)程中体内(nei)蓄集了石(shi)油(you)。在研究过(guo)(guo)程中发(fa)(fa)现,这(zhei)种(zhong)藻(zao)类不仅二氧化碳(tan)的(de)吸收率高(gao),而(er)且(qie)其石(shi)油(you)生成(cheng)能力远远超过(guo)(guo)预(yu)想的(de)程度。提取出(chu)的(de)石(shi)油(you)不仅发(fa)(fa)热量高(gao),而(er)且(qie)氮、硫含量少。

3) 生物(wu)质能的优点有哪些?

生物质能具备下列优点:

(1) 提供低硫(liu)燃料;

(2) 提供廉价(jia)能(neng)源(yuan)(于某些条(tiao)件下);

(3) 将有机物转(zhuan)化成燃料可(ke)减少(shao)环境公害(例如(ru),垃圾燃料);

(4) 与(yu)其(qi)他非传统(tong)性能源相(xiang)比较,技术上的难题(ti)较少。

4) 生物质能的(de)转(zhuan)化(hua)技术(shu)

生物(wu)质能的(de)开发和利用具有巨大的(de)潜力,主要包(bao)括两方面:一(yi)是(shi)建(jian)(jian)立(li)(li)以沼气为中心的(de)农(nong)(nong)村(cun)新能量(liang)、物(wu)质循(xun)环系统(tong),使秸秆(gan)中的(de)生物(wu)能以沼气的(de)形式缓慢地释放出来,解(jie)决燃料问题;二是(shi)建(jian)(jian)立(li)(li)能量(liang)农(nong)(nong)场、能量(liang)林场及(ji)海洋(yang)能量(liang)农(nong)(nong)场。

(1) 生(sheng)物质汽化

将固体(ti)(ti)生物(wu)质(zhi)转化(hua)为(wei)气(qi)体(ti)(ti)燃料(liao),称为(wei)生物(wu)质(zhi)汽化(hua)。其基本原理是(shi)含(han)碳(tan)物(wu)质(zhi)在(zai)不充分氧(yang)化(hua)(燃烧)的情况下,会产生出(chu)可燃的一氧(yang)化(hua)碳(tan)气(qi)体(ti)(ti),即(ji)煤气(qi)。制造煤气(qi)的设备称为(wei)汽化(hua)炉,人们故意不给足氧(yang)气(qi),让(rang)含(han)碳(tan)物(wu)质(zhi)在(zai)没有足够的空气(qi)的情况下燃烧,“焖”出(chu)一氧(yang)化(hua)碳(tan)来。

(2) 生(sheng)物(wu)质(zhi)液化

将固体生(sheng)物(wu)质转化(hua)(hua)为液(ye)(ye)(ye)(ye)体燃(ran)料(liao),称(cheng)为生(sheng)物(wu)质液(ye)(ye)(ye)(ye)化(hua)(hua)。它包括间(jian)接液(ye)(ye)(ye)(ye)化(hua)(hua)和直(zhi)接液(ye)(ye)(ye)(ye)化(hua)(hua)两种。间(jian)接液(ye)(ye)(ye)(ye)化(hua)(hua)是(shi)指通过微(wei)生(sheng)物(wu)作用(yong)或(huo)化(hua)(hua)学(xue)合成方法(fa)生(sheng)成液(ye)(ye)(ye)(ye)体燃(ran)料(liao),如(ru)乙醇(酒精(jing))、甲醇;直(zhi)接液(ye)(ye)(ye)(ye)化(hua)(hua)则是(shi)采(cai)用(yong)机(ji)械方法(fa),用(yong)压(ya)榨或(huo)提取等工艺获得可燃(ran)烧的(de)(de)油品(pin),如(ru)棉籽油等植物(wu)油,经提炼成为可替代柴油的(de)(de)燃(ran)料(liao)。

(3) 生物质热分解

这是(shi)一项很(hen)有潜力的技术,用于(yu)制取人造石油。一些(xie)生物质通过热分(fen)解,可制取生物油、生物炭和可燃烧气体,使生物质得(de)到充分(fen)利(li)用。

(4) 能源农场

即建立以获取能源为目的的生物质生产基地,以能源农场的形式大规模培育生物质,并加工成可利用的能源。要对土地进行合理规划,尽可能利用山地、非耕荒地和水域,选择适合当地生长条件的生物质品种进行培育、繁殖,以获得足够数量的高产能植物。在海洋、水域,要充分利用海藻和水生物提取能源,建立海洋能源农场或江河能源农场。同时,将基因工程等现代生物技术广泛应用于能源农场中,以提高能源转化率。


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