生物能源

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生物能源既不同於常規礦物能源,又有別于其他新能源,兼有兩者的特點和優勢,是人類最主要的可再生能源之一。

解釋

簡介

  生物質包括植物、動物及其排泄物、垃圾及有機廢水等幾大類。從廣義上講,生物質是植物通過光合作用生成的有機物,它的能量最初來源於太陽能,所以生物質能是太陽能的一種,它的生成過程如下:   葉綠素   CO2+H2O+太陽能(CH2O)+O2

葉綠素

  每個葉綠素都是一個神奇的化工廠,它以太陽光作動力,把CO2和水合成有機物,它的合成機理目前人類仍未清楚。研究並揭示光合作用的機理,模仿葉綠素的結構,生產出人工合成的葉綠素,建成工業化的光合作用工廠,是人類的夢想。如果這一夢想能實現,它將根本上改變人類的生產活動和生活方式,所以研究葉綠素的機理一直是激動人心的科學活動

生物質能

  生物質是太陽能最主要的吸收器和儲存器。太陽能照XX到地球后,一部分轉化為熱能,一部分被植物吸收,轉化為生物質能;由於轉化為熱能的太陽能能量密度很低,不容易收集,只有少量能被人類所利用,其他大部分存于大氣和地球中的其他物質中;生物質通過光合作用,能夠把太陽能富集起來,儲存在有機物中,這些能量是人類發展所需能源的源泉和基礎。基於這一獨特的形成過程,生物質能既不同於常規的礦物能源,又有別于其他新能源,兼有兩者的特點和優勢,

生物能源

是人類最主要的可再生能源之一。

生物質能的分類

  生物質具體的種類很多,植物類中最主要也是我們經常見到的有木材農作物秸稈稻草、麥稈、豆稈、棉花稈、穀殼等)、雜草藻類等。非植物類中主要有動物糞便、動物屍體、廢水中的有機成分、垃圾中的有機成分等。

可觀的數目

  由於地球上生物數量巨大,由這些生命物質排泄和代謝出許多有機質,這些物質所蘊藏的能量是相當驚人的。根據生物學家估算,地球上每年生長的生物能總量約1400—1800億噸(干重),相當於目前世界總能耗的10倍。我國的生物質能也極為豐富,現在每年農村中的秸稈量約6.5億噸,到2010年將達7.26億噸,相當於5億噸標煤。柴薪和林業廢棄物數量也很大,林業廢棄物(不包括炭薪林),每年約達3700萬m3,相當於2000萬噸標煤。

地位

  隨著人類大量使用礦物燃料帶來的環境問題日益嚴重,各國政府開始關心重視生物質能源的開發利用。雖然各國的自然條件和技術水平差別很大,對生物質能今後的利用情況將千差萬別,但總的來說,生物質能今後的發展將不再像最近200多年來一樣日漸萎縮,而是重新發揮重要作用,並在整個一次能源體系中佔據穩定比例和重要的地位。

影響生物質能開發利用的因素

簡述

  影響生物質能開發利用的因素很多,所以不同的預測方法結果差別很大,從100到300EJ,但不論哪種預測方法都說明了生物質在未來的能源體系中有特別重要的意義,不論那個時間,生物質能總是總能耗的10-30%之間。

我國狀況

  由於我國目前的生物質能主要是在農村經濟中利用,所以農村未來能源需求和消耗情況對生物質能的開發利用量影響很大,有關資料對我國農村今後能源使用情況作了預測,這個指標可以較大程度上反映我國今後生物質能消耗的趨勢。它的預測按兩種,第一種是常規方案預測,即建立在現時生物質能發展情況的基礎之上的預測,其結果是各時段(2000、2010、2030、2050)的生物質利用量的增長速度分別為8.9%、7.7%、8.0%、3.6%;第二種是加強方案預測,即以突出強調生物質能對化石能源的替代為依據的預測,其結果是各時段的發展速度分別為9.6%、8.0%、7.4%、4.5%。

展望未來

我國發展展望

  由預測可知,隨著社會的發展,傳統利用生物質能的比例將越來越少,到2050年,農村生物質能的利用中傳統利用方法不到1%,但是,生物質能的現代化利用技術的比例將越來越高,到2050年可能達到農村總能耗的13%。另外,從預測中可以看出天然生物質能在農村能源的比例隨時間推移將越來越少,從30%降到13.7%左右,但是不管那個時期,也不管那個方案,生物質能在農村能源中的比例都很大(高於14%),而且是最主要的可再生能源(占可再生能源的50%以上),這可以充分說明生物質能在今後幾十年內在我國農村能源,甚至於我國能源體系的重要地位。

世界進展

  合成生物學的發展,通過基於系統生物學原理的電腦輔助人工設計與次生代謝鏈的酶系統基因合成、代謝工程技術將富油生物進行基因工程改造成能夠使生物柴油高產量與分泌的轉基因生物,從而實現規模化利用太陽能的生物能源產業,美國著名的文特爾私立研究所已經獲得幾億美元的投資,一旦成功產業化,將帶來石油與汽車工業的技術變革。

生物質能與常規能源的相似性及可獲得性

生物質能的獲得性

  生物質能的載體是有機物,所以這種能源是以實物的形式存在的,是唯一一種可儲存和可運輸的可再生能源。而且它分佈最廣, 不受天氣和自然條件的限制,只要有生命的地方即有生物質存在。從利用方式上看,生物質能與煤、石油內部結構和特性相似,

可以採用相同或相近的技術進行處理和利用,利用技術的開發與推廣難度比較低。另外,生物質可以通過一定的先進技術進行轉換,除了轉化為電力外,還可生成油料、燃氣或固體燃料,直接應用於汽車等運輸機械或用於柴油機,燃氣輪機、鍋爐等常規熱力設備,幾乎可以應用於目前人類工業生產或社會生活的各個方面,所以在所有新能源中,生物質能與現代的工業化技術和目前的現代化生活有最大的兼容性,它在不必對已有的工業技術做任何改進的前提下即可以替代常規能源,對常規能源有很大的替代能力,這些都是今後生物質能發揮重要作用的依據。

化學角度看

  從化學的角度上看,生物質的組成是C-H化合物,它與常規的礦物燃料,如石油、煤等是同類。由於煤和石油都是生物質經過長期轉換而來的,所以生物質是礦物燃料的始祖,被喻為即時利用的綠色煤炭。正因為這樣,生物質的特性和利用方式與礦物燃料有很大的相似性,可以充分利用已經發展起來的常規能源技術開發利用生物質能。但與礦物燃料相比,它的揮發組分高,炭活性高,含硫量和灰分都比煤低,因此,生物質利用過程中SO2、NOx的排放較少,造成空氣污染和酸雨現象會明顯降低;這也是開發利用生物質能的主要優勢之一。

生物質能源之美

生物質能的「美」

  生物質能源的「至美」之處在於其既是保障能源安全的重要途徑之一,又兼具減輕環境污染的特點。在這一點上,作為生物質能源家族一員的能源作物更是表現得淋漓盡致。如甜高粱,不僅可以通過能量轉換替代化石液體燃料,保障能源安全,同時還能保障糧食安全,而且還能吸收二氧化碳,加工過程中無污染,原料得以物盡其用。   生物質能源的「美」還在於它是可再生能源領域唯一可以轉化為液體燃料的能源。它不僅具有資源再生、技術可靠的特點,而且還具有對環境無害、經濟可行、利國利農的發展優勢。   生物質能源的「美」還在於它可以有效促進能源農業的發展,能夠助推社會主義新農村建設的發展。能源作物的大面積種植可以開發利用閑置的荒漠地、鹽鹼地,有利於這些質地差的土壤逐漸改良,更有利於農業產業結構調整,還可以培育出致力於可再生能源利用領域的新型農民。不僅如此,它還可以吸納農村剩餘勞動力,增加農民收入,農民的收入來源也變得更加多元化。

綠色能源

  生物能源又稱綠色能源,是指從生物質得到的能源,它是人類最早利用的能源.古人鑽木取火,伐薪燒炭,實際上就是在使用生物能源.   「萬物生長靠太陽」,生物能源是從太陽能轉化而來的,只要太陽不熄滅,生物能源就取之不盡。其轉化的過程是通過綠色植物的光合作用將二氧化碳和水合成生物質,生物能的使用過程又生成二氧化碳和水,形成一個物質的循環,理論上二氧化碳的凈排放為零。生物能源是一種可再生的清潔能源,開發和使用生物能源,符合可持續的科學發展觀和循環經濟的理念。因此,利用高新技術手段開發生物能源,已成為當今世界發達國家能源戰略的重要內容。   但是通過生物質直接燃燒獲得的能量是低效而不經濟的.隨著工業革命的進程,化石能源的大規模使用,使生物能源逐步被煤和石油天然氣為代表的化石能源所替代.但是,工業化的飛速發展,化石能源也被大規模利用,產生了大量的污染物,破壞了自然界的生態平衡,為了進行可持續發展,以及化石能源的弊端日益顯現,生物能源的開發和利用又被人們所側重.

哪些生物質能

  因此,人類走向以生物能源開發利用為標誌的可再生能源時代,意義十分重大:能大量利用農村的土地,提高農民收入.直接增加能源供給,改善大氣環境,使二氧化碳的排放與吸收形成良性循環,緩解二氧化碳排放的壓力.當前生物能源的主要形式有沼氣,生物制氫,生物柴油和燃料乙醇.   沼氣是微生物發酵秸稈,禽畜糞便等有機物產生的混合氣體,主要成分是可燃的甲烷.生物氫可以通過微生物發酵得到,由於燃燒生成水,因此氫氣是最潔凈的能源.生物柴油是利用生物酶將植物油或其他油脂分解后得到的液體燃料,作為柴油的替代品更加環保.燃料乙醇是植物發酵時產生的酒精,能以一定比例摻入汽油,使排放的尾氣更清潔.雖然現在的主要能源還是化石能源,但是生物能源的前途無量.雖然生物能源的開發利用處於起步階段,生物能源在整個能源結構中所占的比例還很小,但是其發展潛力不可估量.以我國為例,目前全國農村每年有7億噸秸稈,可傳化為1億噸的酒精.南方有大量沼澤地,可以種植油料作物,發展生物柴油產業.加上禽畜糞便,森林加工剩餘物等.我國現有可供開發用於生物能源的生物質資源至少達到4.5億噸標準煤,相當於我國2000年全部一次能源消費的40%.

循環經濟

  生物能源的開發利用,可帶來以可持續發展為目標的循環經濟.以巴西以例,垃圾正在變成有價值的能源.根據巴西有關行業協會統計,2004年巴西回收鋁易拉罐90億個,回收率達到96%,居世界第一.其他各類垃圾的回收率也居世界前列,創造了循環經濟模式.回收的垃圾,根據分類,被用於不同的方面,其中大部分非金屬類的垃圾均可以轉化為能源.生物能源作為綠色能源,具有可再生的特點,而化石能源卻是不可再生能源,這是生物能源的一大優勢.根據估算,地球的石油枯竭期最多可延長到百年,而對於中國這個石油資源相對貧乏的國家來說,石油穩定供給不會超過20年.而生物能源主要利用澱粉質生物如植物,薯類,作物秸稈等加工成其他燃料,從大範圍來看具有大量的來源.據專家估計,全球每年產生的生物質能的儲量為1800億噸,是取之不盡,用之不竭的資源.因此,生物能源在將來大有可為,尤其是在石油供應緊張的時候,生物能源將大顯身手.   面對如此數量巨大的生物質資源,如何提高生物能源的開發利用水平也是一個科學性的問題.在化石能源仍為主要能源的時代,生物能源的開發技術也異常重要,因為化石能源是不可再生能源.以我國為例,國內大約有20億畝荒山荒地可用於發展能源農業和能源林業,而且我國的產能微生物研究,生物轉化研究,過程與設備研究等已趨成熟,石油替代產品的開發技術也具備進行大規模工業化生產的條件.因此,政府應適應形勢發展的需要,制定生物能源的發展政策焉規劃,合理利用各種手段來支持和推進生物能源的開發利用.應借鑒國外的成功經驗,與我國的實際相結合,極大地推動生物能源的開發利用.

21世紀是生物的世紀

  21世紀是生物的世紀,是科學技術飛速發展的新世紀,可持續發展是當前經濟發展的趨勢所在.面對化石能源的枯竭和環境的污染,生物能源的開發利用為經濟的可持續發展帶來了曙光.生物能源作為可再生,污染極小的能源,具有無可比擬的優越性,必將為21世紀的經濟發展和環境保護注入強大的推動力.

生物質發電能源林效益簡單分析

  近5年來,瑞典柳樹無性系能源林的種植面積不斷XX,主要與瑞典農民貿易協會及其他各種機構把柳樹作為一種農作物來推廣有關。同時政府的補助金制度也為柳樹能源林的大面積推廣提供了必要條件。目前,瑞典南部及中部柳樹能源林約有11 000hm,其中2 000hm是1994年種植的,1995年計劃種植5 000hm。這些能源林每年每公頃平均的生物量生產為10~12t,相當於25~30m木材或4~5m燃油,約合25-30桶原油。如將所產的生物量用來發電,按照我國國產直燃發電機組發電效率單位電量原料消耗量1.37kg/kwh計算,這些能源林每年每公頃可供發電7300-8760kwh;若按照進口直燃發電機組發電效率單位電量原料消耗量1.05kg/kwh計算,則每年每公頃可供發電9500-11430kwh。如果以竹柳作為分析對象,在超高密度(150000-20000萬株/hm)、超短期輪伐(輪伐期1~2年)的情況下,

生物能源有關圖片

其每年每公頃平均的生物量生產可達37.8t以上,相當於94.5m木材或15.12m燃油,約合94桶原油。受目前全球金融風暴影響,國際原油價格暴跌,按照當前跌后價格平均43美元/桶計算,每年每公頃產值4042美元,摺合人民幣約27500元(匯率6.8)。如將所產的生物量用來發電,按照我國國產直燃發電機組發電效率單位電量原料消耗量1.37kg/kwh計算,這些能源林每年每公頃可供發電27560kwh;若按照進口直燃發電機組發電效率單位電量原料消耗量1.05kg/kwh計算,則每年每公頃可供發電36000kwh。電價按照0.5元/kwh計算,每年每公頃產值為13780-18000元。

中國生物能源利用現狀

  中國已經開發出多種固定床和流化床氣化爐,以秸稈、木屑、稻殼、樹枝為原料生產燃氣。2006年用於木材和農副產品烘乾的有800多台,村鎮級秸稈氣化集中供氣系統近600處,年生產生物質燃氣2,000萬立方米。   中國政府及有關部門對生物質能源利用也極為重視,己連續在四個國家五年計劃

生物能源諷刺漫畫

將生物質能利用技術的研究與應用列為重點科技攻關項目,開展了生物質能利用技術的研究與開發,如戶用沼氣池、節柴炕灶、薪炭林、大中型沼氣工程、生物質壓塊成型、氣化與氣化發電、生物質液體燃料等,取得了多項優秀成果。政策方面,2005年2月28日,第十屆全國人民代表大會常務委員會第十四次會議通過了《可再生能源法》,2006年1月1日起已經正式實施,並於2006年陸續出台了相應的配套措施。這表明中國政府已在法律上明確了可再生能源包括生物質能在現代能源中的地位,並在政策上給予了巨大優惠支持,因此,中國生物質能發展前景和投資前景極為廣闊。   中國在生物質能源方面,目前主要是雅津甜高粱秸稈和籽粒加工乙醇,渣加工顆粒燃料作為替代煤炭的可再生能源。   在光能應用方面,中國的光能農業發展處於國際領先地位,太陽能和農作物種子的直接結合,促使太陽能深層次的發展和利用。

發展生物能源的八大優勢

  第一,生物燃料是唯一能大規模替代石油燃料的能源產品,而水能、風能、太陽能、核能及其他新能源只適用於發電和供熱。   第二,生物燃料是產品上的多樣性。能源產品有液態的生物乙醇和柴油,固態原型和成型燃料,氣態的沼氣等多種能源產品。既可以替代石油、煤炭和天然氣,也可以供熱和發電。   第三,生物燃料是原料上的多樣性。生物燃料可以利用作物秸稈、林業加工剩餘物、畜禽糞便、食品加工業的有機廢水廢渣、城市垃圾,還可利用低質土地種植各種各樣的能源植物。   第四,是生物燃料的「物質性」,可以像石油和煤炭那樣生產塑料、纖維等各種材料以及化工原料等物質性的產品,形成龐大的生物化工生產體系。這是其他可再生能源和新能源不可能做到的。   第五,生物燃料的「可循環性」和「環保性」。生物燃料是在農林和城鄉有機廢棄物的無害化和資源化過程中生產出來的產品;生物燃料的全部生命物質均能XX地球的生物學循環,連釋放的二氧化碳也會重新被植物吸收而參與地球的循環,做到零排放。物質上的永續性、資源上的可循環性是一種現代的先進生產模式。   第六,生物燃料的「帶動性」。生物燃料可以拓展農業生產領域,帶動農村經濟發展,增加農民收入;還能促進位造業、建築業、汽車等行業發展。在中國等發展生物燃料,還可推進農業工業化和中小城鎮發展,縮小工農差別,具有重要的政治、經濟和社會意義。   第七,生物燃料具有對原油價格的「抑制性」。生物燃料將使「原油」生產國從目前的20個增加到200個,通過自主生產燃料,抑制進口石油價格,並減少進口石油花費,使更多的資金能用於改善人民生活,從根本上解決糧食危機。   第八,生物燃料是創造就業機會和建立內需市場。巴西的經驗表明,在石化行業1個就業崗位,可以在乙醇行業創造152個就業崗位;石化行業產生1個就業崗位的投資是22萬美元,燃料行業僅為1.1萬美元。聯合國環境計劃署發布的「綠色職業報告中指出,「到2030年可再生能源產業將創造2040萬個就業機會,其中生物燃料1200萬個」。

前景

生物能源

  用大豆或其他植物油做柴油汽車的燃料已不是幻想,目前世界上許多國家正大力開發這種生物柴油技術並推進其產業化進程。生物柴油是用含油植物或動物油脂作為原料的可再生能源,是優質的石油柴油代用品。它和傳統的柴油相比,具有潤滑性能好,儲存、運輸、使用安全,抗爆性好,燃燒充分等優良性能。目前世界各國大多使用20%生物柴油與80%石油柴油混配,可用於任何柴油發動機和直接利用現有的油品儲存、輸運和分銷設施。 近年來,歐美國家政府大力推進生物柴油產業,給予巨額財政補貼和優惠稅收政策支持,使生物柴油價格與石油柴油相差無幾,從而使之具有較強的市場競爭力。2001年,歐盟國家生物柴油產量突破100萬噸,美國從3年前的1500噸高速增長到2001年的6萬噸。加拿大、巴西、日本等國家也在積極發展生物柴油。   發展生物柴油產業對中國意義重大。2006年~2008年中國農村出現了賣糧難、賣果難。種植油料作物生產生物柴油,走的是農產品向工業品轉化之路,產品市場廣闊,是一條強農富農的可行途徑,它還可創造大量就業機會,帶動農村及區域的經濟發展,為國家和地方增加稅收。   發展生物柴油產業可增強中國石油安全。2001年中國的原油產量為1.65億噸,而石油產品消費2億多噸。今後長期大量進口石油已成定局。發展立足於本國的生物柴油替代液體燃料,是保障中國石油安全的重大戰略措施之一。中國柴油消費2000年達6600萬噸,大於汽油消費的3600萬噸,專家預測,二者差距將繼續擴大。發展生物柴油在近期能夠緩解柴油供應緊張,長期可大量替代進口。如果中國2010年生物柴油產量達到千萬噸以上,將對中國石油安全做出重大貢獻。而且,生物柴油是資源永續的可再生能源,而石油資源是可耗盡的。   發展生物柴油有益於保護生態環境:生產生物柴油的能耗僅為石油柴油的1/4,可顯著減少燃燒污染排放;生物柴油無毒,生物降解率高達98%,降解速率是石油柴油的兩倍,可大大減輕意外泄漏時對環境的污染;生物柴油和石油柴油相比,可減少燃燒時的所有主要污染物排放,尾氣排放指標滿足嚴格的歐洲3號標準;生物柴油生產使用的植物還可將二氧化碳轉化為有機物固化在土壤中,因此,可以減少溫室氣體排放;利用廢食用油生產生物柴油,可以減少骯髒的、含有毒物質的廢油排入環境或重新XX食用油系統;在適宜的地區種植油料作物,可保護生態,減少水土流失。

生物能源應用

  「生物能源循環節能」是整體節能項目能源結構調整的主要組成部分。 生物能源以「農林廢物資源、工業廢物資源、城市垃圾資源」為原料,添加木炭粉、粘合油劑、助燃劑等添加劑複合而成,是國家大力發展和推廣的新能源,具有高熱值、低污染等特性,克服一般生物燃料低熱值和燃煤對環境污染等問題,可廣泛用於工廠、酒店、賓館等重大能耗企業。生物質燃料可根據項目需求開發生產「生物質納米燃料」、「生物質成型燃料」等新能源。 生物柴油是以桉樹材、按樹葉為原料,加工處理后通過FT合成製備成的第二代生物柴油,可用來柴油機或用作鍋爐燃料。