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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) 生物质能是什么?

生物质是指由光合作用而产生的各种有机体,光合作用利用空气中的二氧化碳和土壤中的水,将吸收的太阳能转换为碳水化合物和氧气。在各种可再生能源中,生物质能是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而储存在生物中的一种能量形式,是以生物质为载体的能量,是一种唯一可再生的碳源,可转化成常规固态、液态和气态燃料。

生物能是第四大能源,生物质遍布世界各地,其蕴藏量极大。世界上生物质资源数量庞大,形式繁多,其中包括薪柴、农林作物、尤其是为了生产能源而种植的能源作物,农业和林业残剩物,食品加工和林产品加工的下脚料,城市固体废弃物,生活污水和水生植物等等(中国生物质资源主要是农业废弃物及农林产品加工业废弃物、薪柴、人畜粪便、城镇生活垃圾等四个方面)。生物质能的原始能量来源于太阳,所以从广义上讲,生物质能是太阳能的一种表现形式。

2) 生物质能的利用

生物质能是一种清洁优质的可再生能源,有着广泛的用途。

(1) 农作物秸秆是能源

农作物秸秆是农业生产的副产品,也是我国农村的传统燃料。秸秆资源与农业主要是种植业生产关系十分密切。

据统计,我国农作物秸秆年产出量为6.04亿吨,其中造肥还田及其收集损失约占15%,剩余5.134亿吨。可获得的农作物秸秆5.134亿吨除了作为饲料、工业原料之外,其余大部分还可作为农户炊事、取暖燃料,目前全国农村作为能源的秸秆消费量约2.862亿吨,但大多处于低效利用方式即直接在柴灶上燃烧,其转换效率仅为10%~20%左右。采用秸秆气化技术,通过对秸秆不完全燃烧或干馏,获得可燃气作燃料。或将秸秆通过生物发酵产生沼气作燃料。这些生物质能转化技术可提高能源利用2~4倍,因此,加快秸秆的优质化转换利用势在必行。

(2) 垃圾发电

垃圾发电是把各种垃圾收集后,进行分类处理。其中:一是对燃烧值较高的进行高温焚烧(也彻底消灭了病源性生物和腐蚀性有机要物),在高温焚烧(产生的烟雾经过处理)中产生的热能转化为高温蒸气,推动涡轮机转动,使发电机产生电能。二是对不能燃烧的有机物进行发酵、厌氧处理,最后干燥脱硫,产生一种气体叫甲烷,也叫沼气。再经燃烧,把热能转化为蒸气,推动涡轮机转动,带动发电机产生电能。

(3) 沼气

沼气发酵又叫厌氧消化,是指利用人畜粪便、秸秆、污水等各种有机物在密闭的沼气池内,在厌氧(没有氧气)条件下,被种类繁多的沼气发酵微生物分解转化,最终产生沼气的过程。在这个过程中,微生物是最活跃的因素,它们把各种固体或是溶解状态的复杂有机物,按照各自的营养需要,进行分解转化,最终生成沼气。沼气是一种混合气体,可以燃烧,因为这种气体最先是在沼泽中发现的,所以称为沼气,它的主要成分是甲烷占55%~70%左右,二氧化碳占25%~40%左右,此外还有少量氢气、硫化氢、一氧化碳、氮和氨等。

(4) 新能源“生物柴油”

“生物柴油”是一种石油替代品。众所周知,普通柴油是从石油中提炼的,而“生物柴油”则可从动物、植物的脂肪中提取,在美国,目前主要从大豆中提取。这是因为美国的大豆产量很高,价格也便宜。此外,用“生物柴油”作汽车燃料对环保也有积极意义——排放的废气所含的二氧化碳远没有用普通柴油那么多,而二氧化碳正是加剧温室效应的罪魁祸首。美国康奈尔大学的生态与农业科学专家戴维•迪温塔尔教授曾对数种替代能源作了深入研究,结果发现,“大豆柴油”是一种极好的替代能源。与乙醇相比较,生产同等量的“大豆柴油”所消耗的能源要低得多。此外,原本使用普通柴油为燃料的发动机无须改动,就可改用“大豆柴油”,只是目前“大豆柴油”的生产成本还偏高,故售价略高于普通柴油。时下在美国,越来越多的私家车和政府及企业的车辆开始使用“生物柴油”,或普通柴油与“生物柴油”的混合燃料。据悉,生产“生物柴油”还有另一种原料:餐馆用过的废弃食用油和炸过薯条的黄油。

(5) 能源新秀——海带

巨型海带的实用价值,在国外已有实例可查。据国内一位专家指出,美国政府在加州外海开辟了一片面积400平方千米的海底农场,专门种植巨型海带,每到收获季节,以特殊的采收船采收之后,或利用海带本身具有的细菌自然发酵,或以人工方法加速发酵,它一年所产生的合成天然气高达6.226多亿立方米,可供5万人口的城市一年之用,这是以美国家庭的燃料耗用量而言的。

(6) 能源新秀——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,日本出光兴产中央研究所的生物化学研究所等组成的科研小组宣布,他们成功地从一种淡水藻类中提取出了石油。这种藻类在吸收二氧化碳进行光合作用的过程中体内蓄集了石油。在研究过程中发现,这种藻类不仅二氧化碳的吸收率高,而且其石油生成能力远远超过预想的程度。提取出的石油不仅发热量高,而且氮、硫含量少。

3) 生物质能的优点有哪些?

生物质能具备下列优点:

(1) 提供低硫燃料;

(2) 提供廉价能源(于某些条件下);

(3) 将有机物转化成燃料可减少环境公害(例如,垃圾燃料);

(4) 与其他非传统性能源相比较,技术上的难题较少。

4) 生物质能的转化技术

生物质能的开发和利用具有巨大的潜力,主要包括两方面:一是建立以沼气为中心的农村新能量、物质循环系统,使秸秆中的生物能以沼气的形式缓慢地释放出来,解决燃料问题;二是建立能量农场、能量林场及海洋能量农场。

(1) 生物质汽化

将固体生物质转化为气体燃料,称为生物质汽化。其基本原理是含碳物质在不充分氧化(燃烧)的情况下,会产生出可燃的一氧化碳气体,即煤气。制造煤气的设备称为汽化炉,人们故意不给足氧气,让含碳物质在没有足够的空气的情况下燃烧,“焖”出一氧化碳来。

(2) 生物质液化

将固体生物质转化为液体燃料,称为生物质液化。它包括间接液化和直接液化两种。间接液化是指通过微生物作用或化学合成方法生成液体燃料,如乙醇(酒精)、甲醇;直接液化则是采用机械方法,用压榨或提取等工艺获得可燃烧的油品,如棉籽油等植物油,经提炼成为可替代柴油的燃料。

(3) 生物质热分解

这是一项很有潜力的技术,用于制取人造石油。一些生物质通过热分解,可制取生物油、生物炭和可燃烧气体,使生物质得到充分利用。

(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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