生物质炭的定义是什么?
在亚马孙河流域,一种富含黑色物质的“印第安黑土”一直以来被当地农民用作提高土壤肥力的特殊肥料。现代研究发现,这种黑土其实是一种生物质炭,来自古老的动植物残余,为亚马孙盆地农业文明所留遗迹。目前,这种生物质炭的潜在功能正启发科学家为应对气候变化找寻新途径。近日,一篇刊登在《自然地球科学》杂志的文章指出,全球制备和使用生物质炭的减排潜力可达到34亿至63亿吨二氧化碳当量。
随着城市化的不断发展,来源广泛的固体废弃物数量急剧增加,不仅造成环境污染,也产生大量的温室气体。其中,尤以占比最大的生物质废弃物温室效应最为严重,包括植物残体、牲畜粪便、厨余垃圾、工农业生物垃圾等。据统计,固体废弃物填埋场是美国温室气体甲烷的第三大排放源,2019年其甲烷排放量相当于2160万辆汽车全年行驶的甲烷排放量,或1200万户家庭能源消耗的碳排放。
英国德拉克斯电站鸟瞰图和具有碳捕获能力的生物质储罐。(来源:视觉中国)
目前,生物质发电是生物质垃圾利用较为普遍的方式。不过,生物质废弃物来源多样,收集和转化为电力的成本高昂,与低廉转化产品价值之间存在显著矛盾。为此,科学家积极寻找“变废为宝”的新路径,以实现对生物质废弃物大规模和多途径的利用,因此,生物质炭近年来受到越来越多的关注。
生物质炭由生物质在缺氧条件下经过高温转化而成,是一种富含碳素的多孔固体颗粒物质。大量有机废弃物都可用作制备原料。这一“古老”的新生事物能将生物质中不稳定的有机碳转化固定,还因具备多重潜在价值引起土壤学家、农学家、环境学家、生态学家、能源学家的广泛兴趣。在农业领域,土壤中添加生物质炭可以改善持水能力和养分供应,增加微生物活性,利于作物增产;在工业领域,生物质炭可以用作电池电极或催化剂,比如电池中石墨的替代品;在环境领域,生物质炭作为优良的吸附材料可以去除环境中的污染物,还可以吸附游离碳和氮化合物,减少生物质在转化过程中温室气体的排放。
此外,生物质炭的制备方法简单多样,包括高温热解、水热碳化、传统碳化等类型。制备场地也灵活多样,从大型工业到小型家庭规模,甚至在农田场地都可以制得。因此,其在应用和推广方面具有显著优势。不过,目前生物质炭的有效性取决于其物理和化学特性,而这些特性受到废弃物本身的可利用性和生产加工制造等因素的影响,对其机理还需进一步系统研究。
应该看到,对生物质废弃物等固体废弃物的转化利用无论方式优劣,都属于末端处置。在对这部分技术探索优化的同时,还应重视全生命周期管理,做好源头减量化和过程资源化,才能在“末端无害化”中达到事半功倍的效果。目前一些发达国家借助市场引导、政府调控和科技入股等方式,逐步形成固体废弃物收集、回收、加工及销售的系统产业。在我国,相关产业正处于技术攻坚和商业化应用开拓的关键阶段,需结合国内实际情况就研究方法、技术工艺、产品流通等环节建立健全标准化体系,加快构建完整产业链,推动固废处理行业早日实现减污降碳的协同目标。
我只说我觉得和我认知的,也许不对,勿念。
生物质能就是所谓的破枝烂叶秸秆等等植物经过压缩而成的燃料。
优点:可持续性高,因为就是树枝树叶枯草秸秆,这些本来都是要烧荒烧掉的,现在做成燃料。
本来还有一个优点是成本低,但是,现在看来也不是很低。
燃烧可以更充分,简单来说就是产生更少的烟和粉尘。
缺点:燃烧设备比较贵。
含氢氧比重还是略大,简单来说就是燃值不太高,相对煤和油等化石能源来说。如果能把生物质能燃料做成机制炭反而变废为宝,极大的减少烧炭带来的污染问题,也能大大降低炭的价格,如果再进一步,就可以把制成的炭经过压合变成煤,极大降低煤炭污染问题,当然,成本比较高。
其实,生物质能燃料是折中办法
生物质能是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体,即一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质。它包括植物、动物和微生物。
生物质能的广义概念:生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。有代表性的如农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便。
生物质能的狭义概念:生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素(简称木质素)、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质。特点:可再生、低污染、分布广泛。
生物质能的优点可分为以下几点
①生物质能可再生,生物质能根本就是来源于太阳能,而太阳能是无穷无尽的,并且通过植物的光合作用,将太阳能转化成化学能,然后储存在生物体内,因此只要确保植物光合作用顺畅进行,就能生产出源源不断的能量。所以说生物质能是可以再生的。
②环境污染小,通常生物质能中含有对环境有害物质的含量非常低,而在植物光合作用过程中,又吸收了大量的二氧化碳,减少了温室气体,并且释放氧气,因此,提倡生物质能的应用,一定程度上促进了大自然的碳循环,对自然界就要很大的益处。
③原料丰富。生物质能源资源丰富,分布广泛。根据世界自然基金会的预计,全球生物质能源潜在可利用量达350EJ/年(约合82.12 亿吨标准油,相当于2009年全球能源消耗量的73%)。
虽然说生物质能的优点如此突出,但是缺点也不是说没有的。
首先,生物质能的生产周期很长,依靠生物自己来获取能源,这个时间本来就不短,而且在后期加工处理中,经常是通过发酵提取等耗时耗力的手段来最终生成能源物质。样的生产效率远远比不上挖掘石油和采集天然气。
其次,生物质能的生产过程复杂,为什么这么说呢,就比如像生产乙醇,使用的是废弃的农作物进行发酵,首先要收购(最好是已经超过了保质期的)农作物,然后再将其放置于发酵罐中进行发酵,在这期间要实时监控发酵罐中的温湿度,发酵出来的原液还需进行多次过滤,提纯,最终才得到目标产物,这样看来,生产过程比单纯的采集天然气等传统的能源生产更加复杂。所以相应的资金投入就会大大增长。
还有,生物质能受地域限制,像一些农业并不太发达的地区,所能利用起来的生物质能就很少,相应的在该地区推广使用生物质能就困难重重,而且又想要在该地区用上生物质能,所需的运输成本也会大大提高。
总的来说,现在大面积推广生物质能还是有很大的困难,但相信在以后 科技 日益发展的情况下,像生物质能这类清洁能源一定会普及到千家万户的。
生物质能是可再生能源,并且最大的优势是变废为宝。如果不处理,秸秆废弃物和畜禽粪污会污染环境,处理好了,可以变成清洁能源以及有机肥。有机肥还田之后实现循环经济。缺点方面就是从经济性角度,如果没有补贴,还不足以实现盈利。当然主要还是因为环保意识以及环保处罚力度不足导致的。
生物质能的主要利用形式包括直接燃烧、热化学转换和生物化学转换等3种途径。
1、直接燃烧
当前改造热效率仅为10%左右的传统烧柴灶,推广效率可达20%-30%的节柴灶这种技术简单、易于推广、效益明显的节能措施,被国家列为农村新能源建设的重点任务之一。生物质的直接燃烧和固化成型技术的研究开发主要着重于专用燃烧设备的设计和生物质成型物的应用。
现已成功开发的成型技术按成型物形状主要分为大三类:以日本为代表开发的螺旋挤压生产棒状成型物技术,欧洲各国开发的活塞式挤压制的圆柱块状成型技术,以及美国开发研究的内压滚筒颗粒状成型技术和设备。
2、热化学转换
是指在一定的温度和条件下,使生物质气化、炭化、热解和催化液化,以生产气态燃料、液态燃料和化学物质的技术。
①生物质气化:生物质气化技术是将固体生物质置于气化炉内加热,同时通入空气、氧气或水蒸气,来产生品位较高的可燃气体。它的特点是气化率可达70%以上,热效率也可达85%。生物质气化生成的可燃气经过处理可用于合成、取暖、发电等不同用途,这对于生物质原料丰富的偏远山区意义十分重大,不仅能改变他们的生活质量,而且也能够提高用能效率,节约能源。
②生物质碳化
生物质颗粒碳化燃料是各种生物质经过干燥、转性、混料、成型、碳化等复杂过程连续生产出来的一种新型燃料,其与煤性质相同,是可供各种燃烧机、生物质锅炉、熔解炉、生物质发电等的高效、可再生、环保生物质燃料,此种燃料在国际认证为零污染燃料。
③生物质热解
通常是指在无氧或低氧环境下,生物质被加热升温引起分子分解产生焦炭、可冷凝液体和气体产物的过程,是生物质能的一种重要利用形式。
3、生物质化学转换
通过生物质的厌氧发酵制取甲烷,用热解法生成燃料气、生物油和生物炭,用生物质制造乙醇和甲醇燃料,包括有机物质-沼气转换和生物质-乙醇转换等。沼气转化是有机物质在厌氧环境中,通过微生物发酵产生一种以甲烷为主要成分的可燃性混合气体即沼气。乙醇转换是利用糖质、淀粉和纤维素等原料经发酵制成乙醇。生物制氢,生物质通过气化和微生物催化脱氢方法制氢。
生物质能是一次能源,生物质能一直是人类赖以生存的重要能源,它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源,在整个能源系统中占有重要地位。
有关专家估计,生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的组成部分,到下世纪中叶,采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40%以上。
人类对生物质能的利用,包括直接用作燃料的有农作物的秸秆、薪柴等;间接作为燃料的有农林废弃物、动物粪便、垃圾及藻类等,它们通过微生物作用生成沼气,或采用热解法制造液体和气体燃料,也可制造生物炭。生物质能是世界上最为广泛的可再生能源。
据估计,每年地球上仅通过光合作用生成的生物质总量就达1440~1800亿吨( 干重 ),其能量约相当于20世纪90年代初全世界总能耗的3~8倍。
生物质能的意义
生物质能高新转换技术不仅能够大大加快村镇居民实现能源现代化进程,满足农民富裕后对优质能源的迫切需求,同时也可在乡镇企业等生产领域中得到应用。
由于中国地广人多,常规能源不可能完全满足广大农村日益增长的需求,而且由于国际上正在制定各种有关环境问题的公约,限制二氧化碳等温室气体排放,这对以煤炭为主的我国是很不利的。
因此,立足于农村现有的生物质资源,研究新型转换技术,开发新型装备既是农村发展的迫切需要,又是减少排放、保护环境、实施可持续发展战略的需要。