生物质能的主要利用形式包括什么

生物质燃烧后，主要产物就是一氧化碳和二氧化碳。

一氧化碳分子是不饱和的亚稳态分子，在化学上就分解而言是稳定的。常温下，一氧化碳不与酸、碱等反应，但与空气混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高温能引起燃烧、爆炸，属于易燃、易爆气体。因一氧化碳分子中碳元素的化合价是+2，能被氧化成+4价，具有还原性；且能被还原为低价态，具有氧化性。在一定条件下，一氧化碳和水蒸气等摩尔反应生成氢气和二氧化碳：CO + H2O → H2+ CO2。在工业装置中，早期的一氧化碳变换反应通常分两段进行，即高（中）温变换和低温变换。高（中）温变换用铁系作催化剂，典型水蒸汽和一氧化碳比为3左右，在温度为300～500℃、空速为2000～4000 h-1的条件下，高温变换炉出口一氧化碳含量为2%～5%；低温变换用高活性铜锌催化剂，在温度为180～280℃、空速为2000～4000 h-1的条件下，低温变换炉出口一氧化碳含量为0.2%～0.5%、二氧化碳（carbon dioxide），一种碳氧化合物，化学式为CO2，化学式量为44.0095、常温常压下是一种无色无味[2]或无色无嗅而其水溶液略有酸味的气体，也是一种常见的温室气体、还是空气的组分之一（占大气总体积的0.03%-0.04%[5]）。在物理性质方面，二氧化碳的熔点为-56.6℃，沸点为-78.5℃，密度比空气密度大（标准条件下），溶于水。在化学性质方面，二氧化碳的化学性质不活泼，热稳定性很高（2000℃时仅有1.8%分解），不能燃烧，通常也不支持燃烧，属于酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性，因与水反应生成的是碳酸，所以是碳酸的酸酐。

二氧化碳一般可由高温煅烧石灰石或由石灰石和稀盐酸反应制得，主要应用于冷藏易腐败的食品（固态）、作致冷剂（液态）、制造碳化软饮料（气态）和作均相反应的溶剂（超临界状态）等。

世界上生物质能源的开发利用技术，长期以来主要是采用直接燃烧，尽管经过不断的技术改造，利用效率仍很低。为了提高效率、方便运输、贮存如多功能使用生物质能源，减少直接燃烧造成的环境污染，近几十年来，不少国家，尤其是经济发达国家，大力研究、开发利用生物质转型优化的能源技术，也就是将低品位的生物质能源转变成液体、气体、固化、电力等形式的优质新能源的技术以及高效节能技术，并开发种植“石油”植物，增加生物质能源的资源储备。

一、生物质热解综合技术

该项技术是生物质在反应器中完全缺氧或只提供有限氧和不加催化剂条件下，高温分解为生物炭、生物油和可燃气的热化学反应过程。可热解的生物质非常广泛，农业、林业和加工时废弃的有机物，都可以作为热解的原料。生物质热解后，其能量的80%-90%转化为较高品位的燃料，有很高的商业价值。农业、林业废弃生物质热解产生的固体和液体燃料燃烧时不冒黑烟，废气中含硫量低，燃烧残余物很少，减少了对环境的污染。分选后的城市垃圾和废水处理生成的污泥经热解后，体积大为缩小，臭味、化学污染和病原菌被除去在消除公害的同时，获得了能源。

热裂解工艺有以下3种类型。

1、慢速热解（烧炭法）：主要用于烧木炭业。将木材放在种型式的窑内，在隔绝空气的情况下，加热烧成木炭。一个操作期一般要几天，可得到原料重量30%-35%的木炭，烧木炭法也称木材干馏或碳化。低温干馏的加热温度为50 0-580℃，中温干馏温度为660-750℃，高温干馏温度为900-1100℃。

2、常规热解：是将生物质原料通过常规热解的装置，一般要经过几个小时的热解，可得到原料重量20%-25%的生物炭、10%-20%的生物油。

3、快速热解：是将磨细的生物质原料在快速热解装置中进行，过程经历的时间很短，只有几秒钟，热解产物中生物油的比率明显提高，一般可以达到原料重量的40%-60%，快速热解过程需要的热量以热解产生的部分气体为热源供应。

另外，国内外正在研究“闪激加热”热解气化技术，加热速率越高，热解所获得的气态和液态的燃料产品率越高。

热解所用原料和工艺不同，所得生物炭、生物油和燃料气3种产品的比率及其热值也有差异。

二、生物质液化技术

该技术是以生物质为原料，制取液体燃料的工艺。将生物质转化为液体燃料使用，是有效利用生物质能的最佳途径。其转换方法可分为热化法、生化法、机械法和化学法。生物质液化的主要产品是醇类和生物柴油。

醇类是含氧的碳氢化合物，其分子式为R-OH，其中R表示烷基。常用是甲醇和乙醇。甲醇可用木质纤维素经蒸馏获得，亦可将生物质气化产物一氧化碳与氢经催化反应合成。生产甲醇的原料比较便宜，但设备投资较大。乙醇可由生物质热解产物乙炔与乙烯合成制取，但能耗太高，采用生物质经糖化发酵制取方法较经济可行。一般情况下，乙醇生产成本的60%以上为原料所占。因此选用廉价原料对降低乙醇成本很重要。制取乙醇的原料主要有两类，一类是本质纤维原料，另一类是含糖丰富的植物原料，也可选用农业废弃物，如高梁秸、玉米秸、制糖废渣等。

乙醇作为燃料使用已有很久的历史，1900年英国就出现了以乙醇为燃料的内燃机。70年代以来的能源危机使乙醇燃料又得到发展，据统计，世界上有上千万辆汽车用汽油混合乙醇为燃料。

生物柴油是动植物油脂加定量的醇，在催化剂作用下经化学反应，生成性质近似柴油的酯化燃料。生物柴油可代替柴油直接用于柴油发动机上，也可与柴油掺混使用。生物质液体燃料的可再生性和低污染性使期成为良好的替代能源，作为动力燃料和发电能源有持久的生命力，但目前仍受到石油市场的左右。

巴西利用甘蔗大规模生产乙醇作汽车燃料，以替代进口石油，节约外汇。僵已建有480多家加工厂，年产乙醇127亿升，乙醇汽车累计量达530多万辆。美国利用玉米、马铃薯等生产乙醇，以1：10的比例渗入汽油作汽车燃料，1993年有39个工厂，年产11亿加仑乙醇，每吨玉米可产40加仑乙醇。

三、生物质气化技术

世界上研究应用生物质气化技术发展较快，主要有热解气化技术和厌氧发酵生产沼气技术等。

1、热解气化技术。国外以不同种类的生物质为原料，大都采用压力燃烧气化技术以驱动燃气轮机，还有发生炉煤气甲烷化，流化床气化炉或固定床气化炉热解气化等技术。美国、日本、加拿大、瑞典等国的气化技术已能大规模生产水煤气。

2、厌氧发酵生产沼气，是有机物在厌氧条件下被微生物分解发酵生成一种可燃性气体——沼气，又称生物气。其主要成分是甲烷，含量占60%左右。每立方米沼气的热值相当于1公斤煤的热量。

沼气是1776年由意大利物理学家A??沃尔塔在沼泽发现的。1781年法国人L?穆拉根据沼气产生的原理，将简易沉淀池改造成世界上第一个沼气发生器。但是，资本主义国家在发展工业化、城市化过程中，走了一条“先污染后治理”的路子，对沼气并未引起重视，直至20世纪七八十年代，才越来越引起世界各国的重视。不论是研究、开发、利用厌氧消化技术和大型沼气工程处理城市、工业污泥和垃圾，既治理了污染，又获得了能源。

四、生物质发电技术

1、生物质发电。对于以生物质资源为原料进行发电，工业发达国家已有成熟的技术设备，并形成一定的生产规模。美国采用这种生物质能转型优化方式有三种技术的支持：一是能源林生产技术，包括种子选型、培育和种植。美国利用退耕或轮作的土地种植能源作物，包括树和草，因为这类土地种树或草只需要很少的化肥、农药和管理费用，有利于改良土壤结构，保护水土资源，改善生态环境。二是有专用的加工设备，包括秸秆打捆机、粉碎机、木材削片、整树粉碎等设备和专用的运输工具等。三是生产设备，主要是燃烧炉、蒸汽发电装置等。而毛里求斯、哥斯达黎加等国则大量使用蔗渣发电。

1998年12月英国首座利用特殊培育的柳树为燃料的发电厂在西约克郡奠基。这座新型发电厂使用的主要燃料是生长速度很快的矮柳。该柳树3-4年便可成材。柳树的种植和采伐将使用轮作方式，采伐后立即种植，保证电厂能获得持续的燃料供应。除了柳树外，电厂还可使用农业和渔业废物作为燃料。

2、垃圾发电。随着城市化和食品、医药等工业的发展，城市垃圾迅速增加，许多城市面临着垃圾围城的困扰，大量垃圾堆放占用土地、污染环境。而卫生掩埋、焚化、就也燃烧、堆肥、填低洼地及任意倾弃，衍生出二次污染，危害生态环境和人们的健忘。随着科学技术进步，现代垃圾中被认定为可回收的成分越来越多，因而发达国家，加强了利用垃圾发电的技术研究、开发与应用。

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。

生物质能源的最终利用形态有气态、液态和固态三种。

生物质成型燃料是固体形态生物质能的典型代表。将农林生物质原料进行清洁、破碎、挤压成型，便得到了生物质成型燃料，常见的有棒状、块状和颗粒状等形态。该种燃料具有方便使用、储存和运输的形态、大小和密度，与其他形态的生物质能相比，该种燃料生产过程简单、运输及燃烧方便，比其他形态的产品更具推广优势。此外，将生物质进行碳化，可以得到生物质炭，具有空隙发达、比表面积巨大的结构特点，因此具有较强的吸附性能，可以广泛地应用于农业、工业、建筑业、环保、卫生、能源等各大领域。

气态生物质能源包括生物质气化和生物质裂解后产生的可燃性气体，包含了一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯等短碳链物质。

液态生物质能，主要是指生物质经过不同技术处理后得到的不同油类物质，可用于燃烧或作为生产其他产品的中间体。气化和裂解也会产生一部分油类，称为焦油。焦油还分为轻质部分和重质部分，轻质焦油也称为木醋液，可以用作农业的杀菌剂；重质焦油是一些长碳链及芳香类等复杂化合物，也可用于燃烧。

1、 什么是秸秆生物煤？它的原理是什么？“秸秆生物煤炭”是以玉米、棉花、大豆、小麦、水稻等各种农作物秸秆及花生壳、锯末、枯枝、杂草等为原料，采用煤炭在地下形成的原理，原材料无需粉碎，干湿没有严格要求，利用秸秆生物质自然进行分解，在隔绝空气的条件下，经过6-8小时即可形成生物质碳。碳化过程中，不添加任何化工原料，不使用电，不使用碳化池以外的其它设备，炭化池无需密封或加盖，整个碳化过程零成本，不会造成污染，加入粘合剂配方机制成型。目前可以生产出蜂窝煤、煤球、炭棒和烧烤炭等五种产品。是替代传统原煤的钨金产品；前景十分光明、国家又非常重视的一种新型清洁环保能源。2、 秸秆生物质煤的市场前景：全球性能源危机 ，导致液化气、柴油燃料供应紧张，价格大幅上涨。小煤窑被强制关闭，将在一定时期内导致原煤价格上涨。随着我国经济的高速发展，煤及燃料需求量不断增大，导致了煤及燃料市场货物紧缺，是投资者切入市场非常难得的机遇。在我国农村，大量的农作物秸秆被废弃，豫广秸秆煤技术的诞生，一方面使这些资源得到有效合理的利用，另一方面又使玉米秸、稻草、麦秸、树枝等这些生活垃圾、废弃物找到了最好的处理方法，免除了处理不当造成污染环境的弊端。利用这些生物质能可以民用做饭、取暖。工业上可以用于锅炉、炼钢等等。环保节能型社会的建设离不开这些节能技术与产品，再加上国家相关行业政策的支持与资助，这些在农村遍地都是的生物质转眼间成了人们眼中的宝贝，财富。3、秸秆生物质煤与天然原煤的区别：天然煤是农作物、秸秆、树枝、杂草等生物质堆积层埋在地下后，经过长时期的地质作用和一系列的物理化学反应而形成的。而“秸秆煤”则是利用现代生物化学技术，以模拟天然煤的形成过程，将农作物、秸秆等进行煤化反应，让其具备天然煤一样的品质，且燃烧时无烟无味，无论热值还是燃烧效果均可达到普通天然煤的效果。

农作物、秸秆等生物质制成秸秆煤后，其密度、强度、燃烧性能等都有了进一步的改善。4、秸秆生物质煤的优势：《1》原料来源广泛： 农作物秸秆、树叶、枯枝、锯末、杂草等一切可燃的生物质，都可做它的原料，遍地都是，生生不息，永不枯竭。

《2》环保高效节能： 变废为宝，既解决了秸秆焚烧，又可为农民增加收入，又有相关国家产业政策支持。《3》生产成本低廉： 投资小，操作简便，普通人员经培训即可上岗。《4》产品应用范围广： 适用于所有炉具，可替代煤炭、用于取暖、洗浴、锅炉及宾馆酒店、单位食堂做饭及电厂发电等。

《5》投资小利润丰厚： 在煤炭价格大幅上涨的今天，投资秸秆煤技术办厂，市场广阔，不愁销路，有着丰厚的利润回报。