生物质能的开发利用有哪两个方面

生物质能是由植物的光合作用固定于地球上的太阳能，最有可能成为21世纪主要的新能源之一。据估计，植物每年贮存的能量约相当于世界主要燃料消耗的10倍；而作为能源的利用量还不到其总量的l%。这些未加以利用的生物质，为完成自然界的碳循环，其绝大部分由自然腐解将能量和碳素释放，回到自然界中。事实上，生物质能源是人类利用最早、最多、最直接的能源，至今，世界上仍有15亿以上的人口以生物质作为生活能源。生物质燃烧是传统的利用方式，不仅热效率低下，而且劳动强度大，污染严重。通过生物质能转换技术可以高效地利用生物质能源，生产各种清洁燃料，替代煤炭，石油和天然气等燃料，生产电力。而减少对矿物能源的依赖，保护国家能源资源，减轻能源消费给环境造成的污染。专家认为，生物质能源将成为未来持续能源重要部分，到2015年，全球总能耗将有40%来自生物质能源。

1.2能源与环境

人类正面临着发展与环境的双重压力。经济社会的发展以能源为重要动力，经济越发展，能源消耗多，尤其是化石燃料消费的增加，就有两个突出问题摆在我们面前：一是造成环境污染日益严重，二是地球上现存的化石燃料总有一天要掘空。按消费量推算，世界石油资源在今后50年到80年间将最终消耗殆尽。到2059年，也就是世界上第一口油井开钻二百周年之际，世界石油资源大概所剩无几。另一方面，由于过度消费化石燃料，过快、过早地消耗了这些有限的资源，释放大量的多余能量和碳素，打破了自然界的能量和碳平衡，是造成臭氧层破坏，全球气候变暖，酸雨等灾难性后果的直接因素。这就是说，如果不发展出新的能源来取代化石常规能源在能源结构中的主导地位，在21世纪必将发生严重的、灾难性的能源和环境危机，是人类在下一世纪所面临的三大最可能发生的灾难之一。

1.3国家安全

固然,发展生物质能源不是获得新的能源的唯一途径，人类可以采用高技术手段获得核能源，甚至从外太空获得能源，但其中的危害也是有目共睹的。首先，核能源的发展极可能给已经不安的世界带来新的不稳定因素,甚至直接威胁到人类的生存环境；其次，各国或各集团在人类下世纪技术水平下所能到达的有限外太空区域内进行的能源开发，将不可避免地引发新的争夺或争端，其祸福不言自明。而生物质能源则不仅是最安全、最稳定的能源，而且通过一系列转换技术，可以生产出不同品种的能源，如固化和炭化可以生产因体燃料，气化可以生产气体燃料，液化和植物油可以获得液体燃料，如果需要还可以生产电力等等。目前，世界各国，尤其是发达国家，都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术，保护本国的矿物能源资源，为实现国家经济的可持续发展提供根本保障。

2.国外生物质能技术的发展状况

生物质能源的开发利用早已引起世界各国政府和科学家的关注。有许多国家都制定了相应的开发研究计划，在日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等发展计划。其它诸如丹麦、荷兰、德国、法国、加拿大、芬兰等国，多年来一直在进行各自的研究与开发，并形成了各具特色的生物质能源研究与开发体系，拥有各自的技术优势。

2.1沼气技术

主要为厌氧法处理禽畜粪便和高浓度有机废水，是发展较早的生物质能利用技术。80年代以前，发展中国家主要发展沼气池技术，以农作物秸秆和禽畜粪便为原料生产沼气作为生活炊事燃料。如印度和中国的家用沼气池；而发达国家则主要发展厌氧技术，处理禽畜粪便和高浓度有机废水。目前，日本、丹麦、荷兰、德国、法国、美国等发达国家均普遍采取厌氧法处理禽畜粪便，而象印度、菲律宾、泰国等发展中国家也建设了大中型沼气工程处理禽畜粪便的应用示范工程。采用新的自循环厌氧技术。荷兰IC公司已使啤酒废水厌氧处理的产气率达到10m3/m3.d的水平，从而大大节省了投资、运行成本和占地面积。美国、英国、意大利等发达国家将沼气技术主要用于处理垃圾，美国纽约斯塔藤垃圾处理站投资2000万美元，采用湿法处理垃圾，日产26万m3沼气，用于发电、回收肥料，效益可观，预计10年可收回全部投资。英国以垃圾为原料实现沼气发电18MW，今后10年内还将投资1.5亿英镑，建造更多的垃圾沼气发电厂。

2.2生物质热裂解气化

早在70年代，一些发达国家，如美国、日本、加拿大、欧共体诸国，就开始了以生物质热裂解气化技术研究与开发，到80年代，美国就有19家公司和研究机构从事生物质热裂解气化技术的研究与开发；加拿大12个大学的实验室在开展生物质热裂解气化技术的研究；此外，菲律宾、马来西亚、印度、印尼等发展明家也先生开展了这方面的研究。芬兰坦佩雷电力公司开始在瑞典建立一座废木材气化发电厂，装机容量为60MW,产热65MW,1996年运行：瑞典能源中心取得世界银行贷款，计划在巴西建一座装机容量为20-3OMW的发电厂，利用生物质气化、联合循环发电等先进技术处理当地丰富的蔗渣资源。

2.3生物质液体燃料

另一项令人关注的技术，因为生物质液体燃料，包括乙醇、植物油等，可以作为清洁燃料直接代替汽油等石油燃料。巴西是乙醇燃料开发应用最有特色的国家，70年代中期，为了摆脱对进口石油的过度依赖，实施了世界上规模最大的乙醇开发计划，到1991年，乙醇产量达到130亿升，在980万辆汽车中，近400万辆为纯乙醇汽车，其余大部分燃用20%的乙醇-汽油混合燃料，也就是说乙醇燃料已占汽车燃料消费量的50%以上。1996年，美国可再生资源实验室已研究开发出利用纤维素废料生产酒精的技术，由美国哈斯科尔工业集团公司建立了一个1MW稻壳发电示范工程：年处理稻壳12，000吨，年发电量800万度，年产酒精2，500吨，具有明显的经济效益。

2.4其它技术

此外,生物质压缩技术可书固体农林废弃物压缩成型,制成可代替煤炭的压块燃料。如美国曾开发了生物质颗粒成型燃料：泰国、菲律宾和马来西亚等第三世界国家发展了棒状成型燃料。

3.我国的生物质能源

我国基本上是一个农业国家农村人口占总人口的70%以上，生物质一直是农村的主要能源之一，在国家能源构成中也占有益要地位。

3.1生物质能资源

我国现有森林、草原和耕地面积41.4亿公顷，理论上生物质资源理可达650亿吨/年以上（在但第平方公里土地面积上，植物经过光合作用而产生的有机碳量，每年约为158吨）。以平均热值为15,000千焦/公斤计算，折合理论资源最为33亿标准煤，相当于我国目前年总能耗的3倍以上.

实际上，目前可以作为能源利用的生物质主要包括秸秆、薪柴、禽畜粪便、生活垃圾和有机废渣废水等。据调查，目前我国秸秆资源量已超过7.2亿吨,约3.6亿吨标准煤，除约1.2亿吨作为饲料、造纸、纺织和建材等用途外其余6亿吨可作为能源用途：薪柴的来源主要为林业采伐、育林修剪和薪炭林，一项调查表明：我国年均薪柴产量约为1.27亿吨，折合标准煤0.74亿吨：禽畜粪便资源量约1.3亿吨标准煤；城市垃圾量生产量约1.2亿吨左右，并以每年8%-10%的速度增，据估算，我国可开发的生物质能资源总量约7亿吨标准煤。

3.2生物质能源和利用

我国生物质的能源利用绝大部分用于农村生活能源，极少部分用于乡镇企业的工业生产：而利用方式长期来一直以直接燃烧为主，只是近年来才开始采用新技术利用生物质能源，但规模较小。普及程度较低，在国家，甚至农村的能源结构中占有极小的比例。

生物质直接燃烧方式不仅热效率低下，而且大量的烟尘和余灰的排放使人们的居住和生活环境日益恶化，严重损害了妇女、儿童的身心健康。此外，还对生态、社会和经济造成极其不利的影响：

1．在必须使用生物质能源而利用方式不合理的情况下，必然对森林等自然资源进行不合理采伐，破坏了自然植被和生态平衡；

2．对于有机垃圾、有机废水、有机废渣、禽畜粪便以及部分农业废弃物等资源没有充分加以利用，不仅造成资源浪费，而且使其成为主要的有机污染源，除造成严重的大气和水污染之外，还排放大量的温室气体，加剧了全球温室效应；

3．同时，随着经济的迅速发展和人民生活水平的提高，能源短缺问题必将成为21世纪阻碍国家经济的持续发展的重大问题，必须予以足够的重视，并采取有效措施着力加以解决。

事实上，大力开发和利用生物质能源，对于缓解21世纪的能源、环境和生态问题具有重要意义，产生诸多利益；

4．减少污染，改善人民生活条件。不管是有机污水处理、城镇垃圾能源的利用还是秸秆热解利用中一个重要的共同点解决环境污染问题，这也是大部分生物质利用的首要目标。

5．解决农村能源供应问题，提高农民生活水平。

我国农村能源供应紧张，而生物质源丰富，所以可利开展利用生物质能，可以改善农村的能量供应。提高他们的生活水平。

6．改善能源结构，减轻对对环境的压力。我国可开发的生物资源达7亿吨，如果能充分开发，可以在我国的能源消费中占重要的地方，这对改善我国能源结构，减少我国对石化燃料的依赖，进而减少我国CO2和SO2等污染物的排放，最终缓解能源消耗给环境造成的压力有重要的意义。

3.3市场需求

可以预计，随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，生物质能利用技术和装置的市场前景将会越来越广阔。主要依据：

1．目前，绝大部分农作物秸秆因得不到有效利用而就地焚烧于农田，不仅浪费了大量的能源，而成了严重的环境污染，给社会生活和经济发展造成了一定程度的负面影响。如发生在成都双流机场和首都机场的烟尘事件。逐渐富裕起来的农民，随着生活水平的提高，迫切改变原来直接燃用秸秆薪柴烟薰火燎的炊事取暖局面，以生物质可燃气作为他们的生活能源，就会改善其卫生环境，提高生活质量，减轻劳动强度。

2．众多粮食、木材、茶叶、果类等加工厂，每天都有大量的谷壳、锯末、木屑、果壳等废弃物产出堆放，利用生物质气化技术将其转换成可燃气，生产出优质能源，变废为宝，可谓一举两得。

3．禽畜粪便既是极为有害大环境污染源泉又是重要的生物质能资源，随着大型畜牧场的不断建成和发展，所产生的环境污染也日趋严重。应用厌氧技术处理禽畜粪便更具有能源与环境双重意义。

4．随着我国社会经济的迅速发展，城市人口的增多和居民生活的改善，城市的垃圾处理问题便显得日益突出。我国的以北京为例，1995年，年垃圾产量均已突破400万吨，1996年北京的垃圾量则达485万吨。采用厌氧技术处理有机垃圾，不仅可获得能源，而且达到低费用治理污染的目的。

5．我国的边远地区，生物质资源丰富，多属于缺电、少电地区，可将生物质气化发电，或供热可自产自用。

6．事买上，生物质能源技术之所以具有广阔的市场前景，其优势在于开发利用生物质能源不仅可以获得取之不尽的能源，而且具有保护环境，节省资源的功能。

3.4我国生物质能技术发展现状与问题

我国政府及有关部门对生物质能源利用极为重视，国家几位主要领导人曾多次批示和指示加强农作物秸秆的能源利用。国家科委已连续在三个国家五年计划中将生物质能技术的研究与应用列为重点研究项目，涌现出一大批优秀的科研成果和成功的应用范例，如产用沼气池、禽畜粪便沼气技术、生物质气化发电和集中供气、生物压块燃料等，取得了可观的社会效益和经济效益。同时，我国已形成一支高水平的科研队伍，包括国内有名的科研院所和大专院校：拥有一批热心从事生物质热裂解气化技术研究与开发的著名专家学者。

a．沼气技术是我国发展最早、曾晋遍推厂的生物质能源利用技术。70年代，我国为解决农村能源短缺的问题，曾大力开发和推广户用沼气地技术，全国已建成525万户用沼气池。在最近的连续三个五年计划中，国家都将发展新的沼气技术列为重点科技攻关项目，计划实施了一大批沼气及其利用的研究项目和示范工程。至今，我国已建设了大中型沼气池3万多个，总容积超过137万m3，年产沼气5，500万m3，仅100m3以上规模的沼气工程就达630多处，其中集中供气站583处，用户8.3万户，年均用气量431m3，主要用于处理禽畜粪便和有机废水。这些工程都取得了一定程度的环境效益和社会效益，对发展当地经济和我国厌氧技术起到了积极作用。在“九五”计划中，应用于处理高浓度有机废水和城市垃圾的高效厌氧技术被列为科技攻关重点项目，分别由中科院成都生物研究所和杭州能源环境研究所承担实施，现已取得预期的进展。

我国厌氧技术及工程中存在的主要问题：相关技术研究少、辅助设备配套性差、自动化程度低、非标设备加工粗糙、工程造价高、开放式前后处理的二次污染严重等。

b．我国的生物质气化技术近年有了长足的发展，气化炉的形式从传统上吸式、下吸式到最先进的流化床、快速流化床和双床系统等，在应用上除了传统的供热之外，最主要突破是农村家庭供气和气化发电上。“八五”期间，国家科委安排了“生物质热解气化及热利用技术”的科技攻关专题，取得了相当成果：采用氧气气化工艺，研制成功生物质中热值气化装置；以下吸式流化床工艺，研制成功l00户生物质气化集中供气系统与装置：以下吸式固定床工艺，研制成功食品与经济作物生物质气化烘干系统与装置；以流化床干馏工艺，研制成功1000户生物质气化 集中供气系统与装置。“九五”期间，国家科委安排了“生物质热解气化及相关技术”的科技攻关专题，重点研究开发1MW大型生物质气化发电技术和农村秸秆气化集中供气技术。目前全国已建成农村气化站近200多个，谷壳气化发电100多台套，气化利用技术的影响正在逐渐扩大。

c．“八五”期间，我国开始了利用纤维素废弃物制取乙醇燃料技术的探索与研究，主要研究纤维素废弃物的稀酸水解及其发酵技术，并在“九五”期间进入中间试验阶段。我国已对植物油和生物质裂解油等代用燃料进行了初步研究：如植物油理化特性、酯化改性工艺和柴油机燃烧性能等方面进行了初步试验研究。“九五”期间，开展了野生油料植物分类调查及育种基地的建设。我国的生物质液化也有一定研究，但技术比较落后，主要开展高压液化和热解液化方面的研究。

d．此外，在“八五”期间，我国还重点对生物质压缩成型技术进行了科技攻关，引进国外先进机型，经消化、吸收，研制出各种类型的适合我国国情的生物质压缩成型机，用以生产棒状、块状或颗粒生物质成型燃料。我国的生物质螺旋成型机螺杆使用寿命达500小时以上，属国际先进水平。

虽然我国在生物质能源开发方面取得了巨大成绩，技术水平却与发达国家相比仍存在一定差距，如：

a．新技术开发不力，利用技术单一。我国早期的生物质利用主要集中在沼气利用上，近年逐渐重视热解气化技术的开发应用，也取得了一定突破，但其他技术开展却非常缓慢，包括生产酒精、热解液化、直接燃烧的工业技术和速生林的培育等，都没有突破性的进展。

b．由于资源分散，收集手段落后，我国的生物质能利用工程的规模很小；为降低投资，大多数工程采用简单工艺和简陋设备，设备利用率低，转换效率低下。所以，生物质能项目的投资回报率低，运行成本高，难以形成规模效益，不能发挥其应有的、重大的能源作用。

c．相对科研内容来说，投入过少，使得研究的技术含量低，多为低水平重复研究，最终未能解决一些关键技术，如：厌氧消化产气率低，设备与管理自动化程度较差；气化利用中焦油问题没有彻底解决，给长期应用带来严重问题；沼气发电与气化发电效率较低，相应的二次污染问题没彻底解决。导致许多工程系统常处于维修或故障的状态，从而降低了系统运行强度和效率。

此外，在我国现实的社会经济环境中，还存在一些消极因素制约或阻碍着生物质能利用技术的发展、推广和应用，主要表现为：

a．在现行能源价格条件下，生物质能源产品缺乏市场竟争能力，投资回报率低挫伤了投资者的投资积极性，而销售价格高又挫伤了消费者的积极性。

b．技术标准未规范，市场管理混乱。在秸杆气化供气与沼气工程开发上，由于未有合适的技术标准和严格的技术监督，很多未具备技术力量的单位和个人参与了沼气工程承包和秸杆气化供气设备的生产，引起项目技术不过关，达不到预期目标，甚至带来安全问题，这给今后开展生物质利用工作带来很大的负面影响。

c．目前，有关扶持生物质能源发展的政策尚缺乏可操作性，各级政府应尽快制定出相关政策，如价格补贴和发电上网等特殊优惠政策。

d．民众对于生物质能源缺乏足够认识，应加强有关常识的宣传和普及工作。

e．政府应对生物质能源的战略地位予以足够重视，开发生物质能源是一项系统工程，应视作实现可持续发展的基本建设工程。

4.发展方向与对策

4.1发展方向

我国的生物质能资源丰富，价格便宜，而经济环境和发展水平对生物质技术的发展处于比较有利的阶段。根据这些特点，我国生物质的发展既要学习国外先进经验，又要强调自己的特色，所以，今后的发展方向应朝着以下几方面：

a．进一步充分发挥生物质能作为农村补充能源的作用，为农村提供清洁的能源，改善农村生活环境及提高人民生活条件。这包括沼气利用、秸杆供气和小型气化发电等实用技术。

b．加强生物质工业化应用，提高生物质能利用的比重，提高生物质能在能源领域的地位。这样才能从根本上扩大生物质能的影响，为生物质能今后的大规模应用创造条件，也是今后生物质能能否成为重要的替代能源的关键。

c．研究生物质向高品位能源产品转化的技术，提高生物质能的利用价值。这是重要的技术储备，是未来多途径利用生物质的基础，也是今后提高生物质能作用和地位的关键。

d．同时，利用山地、荒地和沙漠，发展新的生物质能资源，研究、培育、开发速生、高产的植物品种，在目前条件允许的地区发展能源农场、林场，建立生物质能源基地，提供规模化的木质或植物油等能源资源。

4.2对策

根据上面的主要发展方向，今后我国生物质利用技术能否得到迅速发展，主要取决于以下几个方面：

a．在产业化方面：加强生物质利用技术的商品化工作，制定严格的技术标准，加强技术监督和市场管理，规范市场活动，为生物质技术的推广创造良好的市场环境。

b．在工业化生产与规模化应用方面：加强生物质技术与工业生产的联系，在示范应用中解决关键的技术在技术研究方面：既重点解决推广应用中出现的技术难题，在生产实践中提高并考验生物质能技术的可靠性和经济性，为大规模使用生物质创造条件。

c．在技术研究方面：既重点解决推广应用中出现的技术难题，如焦油处理，寒冷地区的沼气技术等，又要同时开展生物质利用新技术的探索，如生物质制油，生物质制氧等先进技术的研究。

d．制定一项生物质能源国家发展计划，引进新技术、新工艺，进行示范、开发和推广，充分而合理地利用生物质能资源。在21世纪，逐步以优质生物质能源产品（固体燃料、液体燃料、可燃气、由、执等形式）取代部分矿物燃料，解决我国能源短缺和环境污染等问题。

4.3优先领域

．秸秆能源利用

．有机垃圾处理及能源化

．工业有机废渣与废水处理及能源化

．生物质液体燃料

4.4重大关键技术

．高效生物质气化发电技术

．有机垃圾IGCC发电技术

．高效厌氧处理及沼气回收技术

．纤维素制取酒精技术

．生物质裂解液化技术

．能源植物培育及利用技术

5.结语

生物质能源在未来世纪将成为可持续能源重要部分。我国幅员辽阔，但化石能源资源有限，生物质资源丰富，发展生物质能源具有重要的战略意义和现实意义。采用高新技术将秸秆、禽畜粪便和有机废水等生物质转化为高品位能源，开发生物质能源将涉及农村发展、能源开发、环境保护、资源保护、国家安全和生态平衡等诸多利益。希望得到社会各界、各级政府、专家学者的广泛关注与支持，为我国的生物质能源事业创造有益的发展环境。

近年来，欧美一些国家研制了多种生物质压块燃料，有的是全用生物质挤压成型，有的还掺进低热值化石燃料，如泥炭、褐煤等，以增加密度，提高热效。由于一般生物质原料比较松散，直接燃烧效率低，储运也不方便。有一种添加化石燃料的生物质压块，经过适当的物理化学处理，热压成型，热值可达30000千焦／公斤，燃烧时灰渣也少，烟尘不多，可以用于火电厂代替煤炭，经济效益明显。据国外报道，这样处理生物质过程，在轻度碳化时，还能副产煤气，除补偿生产过程的能耗外，原料本身的热损失约为15％左右，但提高了燃料的档次，总体上是合算的。

纯生物质压块，主要是通过挤压生成的。因为植物细胞中含有大量的本质素，它的结构为苯丙烷型的产体结构，这是一种高分子化合物，在一定的压力的温度下能软化，可把相邻的纤维素等粘结在一起，冷却后就成块状固体燃料。这种纯生物质压块燃料密度大，使挥发物的逸出受到限制，燃烧时间可以较长，氧化过程比较平稳，即俗话说的禁（jìn）烧，特别适合于作家庭炉灶的燃料，也可供采暖和发电用。

制造生物质压块燃料的关键设备是压制成型机，目前主要有螺旋挤压式、活塞冲压式和环模滚压式等几种类型，国内外较常用的螺旋挤压机，这种挤压机耗电多，每千瓦小时的电约能生产10公斤压块燃料。另外，螺杆的材质非常关键，现有国产螺杆的使用寿命均较短，约100小时左右。因此，严重地影响了国内生物质压块燃料的发展。若依靠进口设备，则会加大生产成本。国际上使用压块燃料最多的是美国、德国、意大利和比利时。国内正在试验的有湖南、四川和辽宁等地。

分散的生物质收集和储运都比较困难，所以多半只能就地利用，能源利用效率低，浪费大。近年来，国外已开始发展能源农场，专门从事生物质的培育、种植、采集和加工，把生物质能作为一种商品能源来经营。有的还直接与用户挂勾，例如供给发电厂燃料或自建生物质能发电厂，以供电为最终目的。

简单的说：就是由秸秆、稻草、稻壳、花生壳、玉米芯、油茶壳、棉籽壳等以及“三剩物”经过加工产生的块状环保新能源。它可以代替煤燃烧，由于都是生物质原料，“环保、可再生”是生物质燃料颗粒最大的亮点。

看看这篇文章，你就会选择正确答案了:生物质能的来源 能源是人类活动的物质基础之一，一般新能源主要包含太阳能、核能、海洋能、风能、地热能、水能、生物质能等几种形式，本文主要讲解生物质能的来源。 生物质能就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。 生物质能源的来源非常广泛，其中主要分为以下几类: 1、清洁能源生物质能从农作物相关的材料中获得 从小麦、玉米、红薯等粮食作物制取燃料乙醇、生物柴油等生物能源，随着粮食安全问题的日益显著，“与人争粮”的问题直接制约着此种方法的发展，极端的说法甚至认为这是粮食价格上涨的主要原因，直接导致了粮食危机。 2、清洁能源生物质能藻类制取 我国的有机碳组成中，海洋藻类占了1/3，藻类是一种数量巨大的可再生资源，也是生产生物质能源的潜在资源，其中微型藻类的含油量非常高，可以用于制取生物柴油。我国大规模养殖的微藻包括螺旋藻、小球藻、盐藻、栅藻、雨生红球藻等。山东培育出的富油微藻，最高含油比已经达到68%。 3、清洁能源生物质能从废弃物中获得 农作物秸秆，人畜粪便(人、牛、马、猪、鸡、羊)、农作物秸秆、树叶，杂草，菜叶，淀粉废渣、城市有机垃圾、污水处理厂的污泥等原材料可以通过微生物发酵生成生物沼气的形式，这种方法可以减少此种原料对环境的污染，同时解决了能源的问题。 沼气从1776年被意大利物理学家A.沃尔塔在沼泽地发现后，经过三百多年的发展，因其可再生，既可替代秸秆、薪柴等传统生物质能源，也可替代煤炭等商品能源，而且能源效率明显高于秸秆、薪柴、煤炭等特点，在全世界的发展热度长久不衰，特别是在农村地区，农村沼气把能源建设、生态建设、环境建设、农民增收链接起来，促进了生产发展和生活文明，是我国能源战略重要的一个环节。 4、清洁能源生物质能从生物质作物中获得 大批涌现的植物如:棕榈树、千年桐、麻风树、黄连木、光皮树、文冠木、柳枝稷、芦竹和荻等，都可作为能源植物生产纤维素乙醇，目前我国已启动能源植物储备计划，按照国家林业局编制的《全国能源林建设规划》、《林业生物柴油原料林基地“十一五”建设方案》，使林业生物质能源达到从原料培育、加工生产到销售利用的“林油一体化”、“林电一体化”发展模式。 能源植物生命力较强，不占用耕地，可以在荒地、滩地、盐碱地、沙地和裸露土地等边际土地上种植，而且还可起到固沙、改善土壤、绿化荒地的作用，很好的解决了生物质能源“与人争粮”的问题。 5、清洁能源生物质能通过转化二氧化碳生成 利用转基因的微生物在阳光的作用下，将二氧化碳和水转化为乙醇或碳氢化合物燃料。 6、清洁能源生物质能从动物相关物中获得 动物体内含有的大量脂肪可以作为制造能源的原料，迄今，已有人提议将有毒的格陵兰鲨肉作为生物燃料之用将食用动物屠宰后的废料羽毛、内脏、血中所含的脂肪提取出来制作为生物燃料。 参考资料:格润清洁能源网

生物柴油(Biodiesel)是指以油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料油通过酯交换工艺制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。生物柴油是生物质能的一种，它是生物质利用热裂解等技术得到的一种长链脂肪酸的单烷基酯。生物柴油是含氧量极高的复杂有机成分的混合物，这些混合物主要是一些分子量大的有机物，几乎包括所有种类的含氧有机物，如：醚、酯、醛、酮、酚、有机酸、醇等。生物柴油是一种优质清洁柴油，可从各种生物质提炼，因此可以说是取之不尽，用之不竭的能源，在资源日益枯竭的今天，有望取代石油成为替代燃料。

[编辑本段]特点：

1)含水率较高，最大可达30%-45%。水分有利于降低油的黏度、提高稳定性，但降低了油的热值；

2)pH值低，故贮存装置最好是抗酸腐蚀的材料；

3)密度比水大，与水的比值约为1.2；

4)具有“老化”倾向，加热不宜超过80℃，宜避光、避免与空气接触保存；

5)润滑性能好。

6）优良的环保特性：硫含量低，二氧化硫和硫化物的排放低、生物柴油的生物降解性高达98％，降解速率是普通柴油的2倍，可大大减轻意外泄漏时对环境的污染；

7）较好的低温发动机启动性能；

8）较好的安全性能：闪点高，运输、储存、使用方面安全；

[编辑本段]生物柴油行业现状

生物柴油是清洁的可再生能源，它以大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黄连木等油料林木果实、工程微藻等油料水生植物以及动物油脂、废餐饮油等为原料制成的液体燃料，是优质的石油柴油代用品。生物柴油是典型“绿色能源”，大力发展生物柴油对经济可持续发展，推进能源替代，减轻环境压力，控制城市大气污染具有重要的战略意义。

综观国际上的发达国家如美国、德国、日本，到次发达的南非、巴西、韩国，到发展中的印度、泰国等，均在发展石油替代产业的国际政策制度、技术完善、装置建设和车辆制造等方面提供了良好的借鉴，为我国走中国特色石油替代之路铺平了道路。特别是巴西经验，更具实际意义。

生物柴油在中国是一个新兴的行业，表现出新兴行业在产业化初期所共有的许多市场特征。许多企业被绿色能源和支农产业双重“概念”凸现的商机所吸引，纷纷进入该行业，有人以“雨后春笋”形容生物柴油目前的状态。截止2007年，中国有大小生物柴油生产厂2000多家，而且，各地相同项目的立项、审批还在继续。还有更大的威胁来自于国外。一些外国公司资金实力雄厚，生产技术成熟，产业化程度高，可以借规模经济效应获取成本优势，抢占原料基地和市场份额的综合能力更强

从未来的发展看，生物柴油的购买商主要有石油的炼油厂、发电厂、轮船航运公司以及流通领域的中间商。生物柴油的需求量在不断增加，预计到2010年，中国生物柴油的需求量将达到2000万吨/年，按国家再生能源中长期规划，那时的产能是20万吨/年。需求与产量的反差，将会是形成产品供不应求的局面。当人们更多地了解生物柴油优良的性能，接受的程度会更大，市场需求也会不断提高。强大的市场需求与有限的生产能力，使购买者的议价能力降低。同时，也对生物柴油生产企业提出了更高的要求，应加大对技术创新的投入，不断提高油品的质量，以保持生物柴油良好的品质形象。

随着改革开放的不断深入，在全球经济一体化的进程中，中国的经济水平将进一步提高，对能源的需求会有增无减，只要把关于生物柴油的研究成果转化为生产力，形成产业化，则其在柴油引擎、柴油发电厂、空调设备和农村燃料等方面的应用前景是非常广阔的。

[编辑本段]生产方法

利用油脂原料合成生物柴油的方法；用动物油制取的生物柴油及制取方法；生物柴油和生物燃料油的添加剂；废动植物油脂生产的轻柴油乳化剂及其应用；低成本无污染的生物质液化工艺及装置；低能耗生物质热裂解的工艺及装置；利用微藻快速热解制备生物柴油的方法；用废塑料、废油、废植物油脚提取汽、柴油用的解聚釜，生物质气化制备燃料气的方法及气化反应装置；以植物油脚中提取石油制品的工艺方法；用等离子体热解气化生物质制取合成气的方法，用淀粉酶解培养异养藻制备生物柴油的方法；用生物质生产液体燃料的方法；用植物油下脚料生产燃油的工艺方法，由生物质水解残渣制备生物油的方法，植物油脚提取汽油柴油的生产方法；废油再生燃料油的装置和方法；脱除催化裂化柴油中胶质的方法；废橡胶(废塑料、废机油)提炼燃料油的环保型新工艺，脱除柴油中氧化总不溶物及胶质的化学精制方法；阻止柴油、汽油变色和胶凝的助剂；废润滑油的絮凝分离处理方法。

简单工艺流程：

生物柴油是由从植物油或动物脂的脂肪酸烷基单酯组成的一种可替代柴油燃料。目前，大多数生物柴油是由大豆油、甲醇和一种碱性催化剂生产而成的。然而还有大多数的不易被人体消化的廉价油脂能够转化为生物柴油。

工艺流程简介：

(1)物理精炼:首先将油脂水化或磷酸处理，除去其中的磷脂，胶质等物质)。再将油脂预热、脱水、脱气进入脱酸塔，维持残压，通入过量蒸汽，在蒸汽温度下，游离酸与蒸汽共同蒸出，经冷凝析出，除去游离脂肪酸以外的净损失，油脂中的游离酸可降到极低量，色素也能被分解，使颜色变浅。各种废动植物油在自主研发的DYD催化剂作用下，采用酯化、醇解同时反应工艺生成粗脂肪酸甲酯。 (2)甲醇预酯化:首先将油脂水化脱胶，用离心机除去磷脂和胶等水化时形成的絮状物，然后将油脂脱水。原料油脂加入过量甲醇，在酸性催化剂存在下，进行预酯化，使游离酸转变成甲酯。蒸出甲醇水，经分馏后，无游离酸的分出C12-16棕榈酸甲酯和C18油酸甲酯。

(3)酯交换反应:经预处理的油脂与甲醇一起，加入少量NaOH做催化剂，在一定温度与常压下进行酯交换反应，即能生成甲酯，采用二步反应，通过一个特殊设计的分离器连续地除去初反应中生成的甘油，使酯交换反应继续进行。

(4)重力沉淀、水洗与分层。

(5)甘油的分离与粗制甲酯的获得。

(6)水份的脱出、甲醇的释出、催化剂的脱出与精制生物柴油的获得。

整个工艺流程实现闭路循环，原料全部综合利用，实现清洁生产。大致描述如下：原料预处理(脱水、脱臭、净化)------反应釜(加醇+催化剂+70℃)------搅拌反应1小时-------沉淀分离排杂-------回收醇------过滤--------成品

[编辑本段]应用

生物柴油可用作锅炉、涡轮机、柴油机等的燃料，工业上应用的主要是脂肪酸甲酯。

生物柴油是一种优质清洁柴油，可从各种生物质提炼，因此可以说是取之不尽，用之不竭的能源，在资源日益枯竭的今天，有望取代石油成为替代燃料。

柴油是许多大型车辆如卡车及内燃机车及发电机等的主要动力燃料，其具有动力大，价格便宜的优点，我国柴油需求量很大，柴油应用的主要问题“冒黑烟”, 我们经常在马路上看到冒黑烟的卡车。冒黑烟的主要原因是燃烧不完全，对空气污染严重，如产生大量的颗粒粉尘，CO2排放量高等。据美国燃料学会报道，发动机燃料燃烧产生的空气污染已成为空气污染的主要问题，如氮氧化物为其他工业部门排放的一半，一氧化碳为其他工业排放量的三分之二，有毒碳氢化合物为其他工业排放的一半。尾气中排出的氮氧化物和硫化物和空气中的水可以结合形成酸雨， 尾气中的二氧化碳和一氧化碳太多会使大气温度升高， 也就是人们常说的“温室效应”。为解决燃油的尾气污染问题及日益恶化的环境压力，人们开始研究采用其他燃料如燃料酒精代替汽油，目前燃料酒精在北美洲如美国及加拿大等和南美国家如巴西、阿根廷等已占有相当比例，装备有燃料酒精发动机的汽车已投放市场。对大多数需要柴油为燃料的大动力车辆如公共汽车、内燃机车及农用汽车如拖拉机等主要以柴油为燃料的发动机而言，燃料酒精并不适合。而且柴油造成的尾气污染比汽油大的多, 因此人们开发了柴油的代用品－－生物柴油。

其实发动机的发明家狄色尔早在1912年美国密苏里工程大会报告中说，“用菜籽油作发动机燃料在今天看起来并没有太大意义，但将来会成为和石油及煤一样重要的燃料”。1983年美国科学家首先将菜籽油甲酯用于发动机，燃烧了1000个小时。并将以可再生的脂肪酸单酯定义为生物柴油.。1984年美国和德国等国的科学家研究了采用脂肪酸甲酯或乙酯代替柴油作燃料，即采用来自动物或植物脂肪酸单酯包括脂肪酸甲酯，脂肪酸乙酯及脂肪酸丙酯等代替柴油燃烧。生物柴油和传统的石油柴油相比，具有以下优点：

以可再生的动物及植物脂肪酸单酯为原料，可减少对石化燃料石油的需求量和进口量；环境友好，采用生物柴油尾气中有毒有机物排放量仅为十分之一，颗粒物为普通柴油的20％，一氧化碳和二氧化碳排放量仅为石油柴油的10％，无硫化物和铅及有毒物的排放混合生物柴油可将排放含硫物浓度从500PPM（PPM百万分之一）降低到5PPM。

不用更换发动机，而且对发动机有保护作用。

[编辑本段]世界各国对生物柴油的应用

目前，世界各国，尤其是发达国家，都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术。欧洲已成为全球生化柴油的主要生产地。美国、意大利、法国已相继建成生物柴油生产装置数十座。

美国是最早研究生物柴油的国家。总生产能力1300，000吨。对生物柴油的税率为0％。美国在黄石公园进行的60万公里的行车实验，没有任何结焦现象，空气污染物排放降低了80％以上。而且使用生物柴油还吸引了附近300公里外的棕熊来到公园。美国B20是采用20％生物柴油的柴油，尾气污染物排放可降低50％以上。1992年美国能源署及环保署都提出生物柴油作为清洁燃料，美国总统克林顿1999年专门签署了开发生物质能的法令，其中生物柴油被列为重点发展的清洁能源之一，国家对生物柴油不收税。日本1995年开始研究用饭店剩余的煎炸油生产生物柴油，在1999年建立了259 升/ 天用煎炸油为原料生产生物柴油的工业化实验装置，可降低原料成本。目前日本生物柴油年产量可达400，000吨。

德国目前已拥有8个生物柴油的工厂，德国拥有300多个生物柴油加油站，并且制定了生物柴油的标准，对生物柴油不收税，2006年生物柴油产量达100万吨。

法国、意大利等欧洲国家都建立生物柴油的企业。法国雪铁龙集团进行了生物柴油的试验，通过10万公里的燃烧试验，证明生物柴油是可以用于普通柴油发动机的。其使用的标准是在普通石油柴油中添加5％的生物柴油。

可以预见生物柴油作为一种重要的清洁燃料将在大型汽车行驶中发挥重要作用。

[编辑本段]■我国生物柴油发展状况及产业化前景分析

我国生物柴油的发展状况:

我国政府为解决能源节约、替代和绿色环保问题制定了一些政策和措施，早有一些学者和专家己致力于生物柴油的研究、倡导工作。我国生物柴油的研究与开发虽起步较晚，但发展速度很快，一部分科研成果已达到国际先进水平。研究内容涉及到油脂植物的分布、选择、培育、遗传改良及其加工工艺和设备。目前各方面的研究都取得了阶段性成果，这无疑将有助于我国生物柴油的进一步研究与开发。可以预计，在2-3年内，我国在该领域的研究将会有突破性进展并达到实用水平。

著名学者闵恩泽院士在《绿色化学与化工》一书中首先明确提出发展清洁燃料生物柴油的课题：原机械工业部和原中国石化总公司在上世纪80年代就拨出专款立项，由上海内燃机研究所和贵外I山地农机所承担课题，联合研究长达10 年之久，并邀请中国石化科学院的专家詹永厚做了大量基础试验探索；中国农业工程研究设计院的施德路先生也曾于1985 年进行了生物柴油的试验工作；辽宁省能源研究所承担的中国——欧共体合作研究项目也涉及到生物柴油；中国科技大学、河南科学陆军化学所等单位也都对生物柴油作了不同程度的研究。

系统研究始于中国科学院的“八五”重点科研项目：“燃料油植物的研究与应用技术”，完成了金沙江流域燃料油植物资源的调查及栽培技术研究，建立了30公顷的小桐子栽培示范片。自20世纪90年代初开始，长沙市新技术研究所与湖南省林业科学院对能源植物和生物柴油进行了长达10年的合作研究，“八五”期间完成了光皮树油制取甲脂燃料油的工艺及其燃烧特性的研究；“九五”期间完成了国家重点科研攻关项目“植物油能源利用技术”。

1999-2002年，湖南省林业科学院承担并主持了国家林业局引进国外先进林业技术(948项目)—— 《能源树种绿王树及其利用技术的引进》，从南非、美国和巴西引进了能源树种绿玉树(Euphorbiatim-cal li)优良无性系；研制完成了绿玉树乳汁榨取设备；进行了绿玉树乳汁成份和燃料特性的研究：绿玉树乳汁催化裂解研究有阶段性成果。 http://www.chinajnjpw.com

但是，与国外相比，我国在发展生物柴油方面还有相当大的差距，长期徘徊在初级研究阶段，未能形成生物柴油的产业化：政府尚未针对生物柴油提出一套扶植、优惠和鼓励的政策办法，更没有制定生物柴油统一的标准和实施产业化发展战略。因此，我国进入了WTO之后，在如何面对经济高速发展和环境保护和双重压力这种背景下，加快高效清洁的生物柴油产业化进程就显得更为迫切了。

我国生物柴油的产业化前景:

2003年，受国民经济持续快速增长的拉动，中国石油市场需求增势强劲，石油产品需求总量增长幅度达到两位数，为11.4%，比上年提高了7.4个百分点，这促进了石油进口量的大幅攀升，使我国成为石油消费和进口大国。石油市场资源供应出现紧缺，价格全面上涨。据中国物流信息中心统计，2003年我国石油及制品累计平均价格比上年提高11.8%。初步分析2004年中国石油市场供需形势与2003年情况基本相似，将继续保持消费需求旺盛，供需基本平衡的格局，但不排除受季节、运输等因素影响而出现局部性和结构性的供应紧张。预计2004年中国原油消费量为2.7 亿吨，净进口量有可能超过1亿吨。

我国是一个石油净进口国，石油储量又很有限，大量进口石油对我国的能源安全造成威胁。因此，提高油品质量对中国来说就更有现实意义。而生物柴油具有可再生、清洁和安全三大优势。专家认为，生物柴油对我国农业结构调整、能源安全和生态环境综合治理有十分重大的战略意义。目前，汽车柴油化已成为汽车工业的一个发展方向，据专家预测，到201 0年，世界柴油需求量将从38%增加到45%，而柴油的供应量严重不足，这都为油菜制造生物柴油提供了广阔的发展空间。发展生物柴油产业还可促进中国农村和经济社会发展。如发展油料植物生产生物柴油，可以走出一条农林产品向工业品转化的富农强农之路，有利于调整农业结构，增加农民收入。

柴油的供需平衡问题也将是我国未来较长时间石油市场发展的焦点问题。业内人士指出，到2005年，随着我国原由加工量的上升，汽油和煤油拥有一定数量的出口余地，而柴油的供应缺口仍然较大。预计到2010年柴油的需求量将突破1亿吨，与2005年相比，将增长24%；至2015年市场需求量将会达到1.3亿吨左右。近几年来，尽管炼化企业通过持续的技术改造，生产柴汽比不断提高，但仍不能满足消费柴汽比的要求。目前，生产柴汽比约为1.8，而市场的消费柴汽比均在2.0以上，云南、广西、贵州1等省区的消费柴汽比甚至在2.5以上。随着西部开发进程的加快，随着国民经济重大基础项目的相继启动，柴汽比的矛盾比以往更为突出。因此，开发生物柴油不仅与目前石化行业调整油品结构、提高柴汽比的方向相契合，而且意义深远。

目前我国生物柴油技术已取得重大成果：海南正和生物能源公司、四川古杉油脂化工公司和福建卓越新能源发展公司都已开发出拥有自主知识产权的技术，相继建成了规模超过万吨的生产厂，这标志着生物柴油这一高新技术产业已在中国大地上诞生。

中国工程院有关负责人介绍，中国“十五”计划发展纲要提出发展各种石油替代品，将发展生物液体燃料确定为国家产业发展方向。生物柴油产业得到了国务院领导和国家计委、国家经贸委、科技部等政府部门的支持，并已列入有关国家计划。

发展生物柴油，我国有十分丰富的原料资源。我国幅员辽阔，地域跨度大，水热资源分布各异，能源植物资源种类丰富多样，主要的科有大戟科、樟科、桃金娘科、夹竹桃科、菊科、豆科、山茱萸科、大风子科和萝摩科等。目前我国生物柴油的开发利用还处于发展初期，要从总体上降低生物柴油成本，使其在我国能源结构转变中发挥更大的作用，只有向基地化和规模化方向发展，实行集约经营，形成产业化，才能走符合中国国情的生物柴油发展之路。随着改革开放的不断深入，在全球经济一体化的进程中，在中国加入WTO的大好形势下，中国的经济水平将进一步提高，对能源的需求会有增无减，只要把关于生物柴油的研究成果转化为生产力，形成产业化，则其在柴油引擎、柴油发电厂、空调设备和农村燃料等方面的应用是非常广阔的。

[编辑本段]■生物柴油的化学法生产

生物柴油的化学法生产是采用生物油脂与甲醇或乙醇等低碳醇，并使用氢氧化钠 (占油脂重量的1%) 或甲醇钠 (Sodium methoxide) 做为触媒，在酸性或者碱性催化剂和高温（230～250℃）下发生酯交换反应（transesterification），生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯，再经洗涤干燥即得生物柴油。甲醇或乙醇在生产过程中可循环使用，生产设备与一般制油设备相同，生产过程中产生10%左右的副产品甘油。

但化学法合成生物柴油有以下缺点：反应温度较高、工艺复杂；反应过程中使用过量的甲醇，后续工艺必须有相应的醇回收装置，处理过程繁复、能耗高；油脂原料中的水和游离脂肪酸会严重影响生物柴油得率及质量；产品纯化复杂，酯化产物难于回收；反应生成的副产物难于去除，而且使用酸碱催化剂产生大量的废水，废碱（酸）液排放容易对环境造成二次污染等。

化学法生产还有一个不容忽视的成本问题：生产过程中使用碱性催化剂要求原料必须是毛油，比如未经提炼的菜籽油和豆油，原料成本就占总成本的75%。因此采用廉价原料及提高转化从而降低成本是生物柴油能否实用化的关键，因此美国己开始通过基因工程方法研究高油含量的植物（见下文“工程微藻”法），日本采用工业废油和废煎炸油，欧洲是在不适合种植粮食的土地上种植富油脂的农作物。

[编辑本段]■生物柴油的生物酶合成法

为解决上述问题，人们开始研究用生物酶法合成生物柴油，即用动物油脂和低碳醇通过脂肪酶进行转酯化反应，制备相应的脂肪酸甲酯及乙酯。酶法合成生物柴油具有条件温和、醇用量小、无污染排放的优点。2001年日本采用固定化Rhizopus oryzae细胞生产生物柴油，转化率在80％左右，微生物细胞可连续使用430小时。

2005年6月4日，《中国环境报》报道：清华大学生物酶法制生物柴油中试成功，采用新工艺在中试装置上生物柴油产率达90％以上。中试产品技术指标符合美国及德国的生物柴油标准，并满足我国0号优等柴油标准。中试产品经发动机台架对比试验表明，与市售石化柴油相比，采用含20％生物柴油的混配柴油作燃料，发动机排放尾气中一氧化碳、碳氢化合物、烟度等主要有毒成分的浓度显著下降，发动机动力特性等基本不变。

由于利用物酶法合成生物柴油具有反应条件温和、醇用量小、无污染物排放等优点，具有环境友好性，因而日益受到人们的重视。但利用生物酶法制备生物柴油目前存在着一些亟待解决的问题：脂肪酶对长链脂肪醇的酯化或转酯化有效，而对短链脂肪醇(如甲醇或乙醇等)转化率低，一般仅为40%-60%；甲醇和乙醇对酶有一定的毒性，容易使酶失活；副产物甘油和水难以回收，不但对产物形成一致，而且甘油也对酶有毒性；短链脂肪醇和甘油的存在都影响酶的反应活性及稳定性，使固化酶的使用寿命大大缩短。这些问题是生物酶法工业化生产生物柴油的主要瓶颈。

[编辑本段]■生物柴油的“工程微藻”法

“工程微藻”生产柴油，为柴油生产开辟了一条新的技术途径。美国国家可更新实验室(NREL)通过现代生物技术建成“工程微藻”，即硅藻类的一种“工程小环藻”。在实验室条件下可使“工程微藻”中脂质含量增加到60%以上，户外生产也可增加到40%以上，而一般自然状态下微藻的脂质含量为5%-20%。“工程微藻”中脂质含量的提高主要由于乙酰辅酶A羧化酶(ACC)基因在微藻细胞中的高效表达，在控制脂质积累水平方面起到了重要作用。目前，正在研究选择合适的分子载体，使ACC基因在细菌、酵母和植物中充分表达，还进一步将修饰的ACC基因引入微藻中以获得更高效表达。利用“工程微藻”生产柴油具有重要经济意义和生态意义，其优越性在于：微藻生产能力高、用海水作为天然培养基可节约农业资源；比陆生植物单产油脂高出几十倍；生产的生物柴油不含硫，燃烧时不排放有毒害气体，排入环境中也可被微生物降解，不污染环境，发展富含油质的微藻或者“工程微藻”是生产生物柴油的一大趋势。

[编辑本段]■现行生物柴油标准

世界上很多国家已经拟定了生物柴油标准，从而保证柴油的质量，保证使用者更加放心的使用生物柴油。

生物柴油的国际标准是ISO 14214A另一个是ASTM国际标准ASTM D 6751，这一标准是美国所采用的标准，该标准由美国环保局1996年在“清洁空气法”的211（b）部分加以了法律确认。另一被广泛认同的是德国的DIN生物柴油系列标准，是迄今为止最为详细系统的生物柴油标准，该标准体系针对不同的制造原料有不同的DIN标准：以油菜籽和纯粹以蔬菜籽为原料的RME(rapeseed methyl ester)、PME（vegetable methyl ester）生物柴油DIN E 51606 标准，以蔬菜油脂和动物脂肪为混合原料FME （fat methyl ester）的生物柴油DIN V 51606标准。欧盟也在2003年11月颁布了EN14241生物柴油燃料标准。此外奥地利、澳大利亚、捷克共和国、法国、意大利、瑞典等国家也拟订了生物柴油燃油规范。

[编辑本段]■德国DIN V 51606生物柴油标准

生物柴油的标准主要对以下成份进行考评：生产制造的整个反映过程，甘油的去除情况，催化剂的去除情况，酒精的去除情况，以及确保不含游离脂肪酸。生物柴油的生产标准评定指针包括比重、动态粘度、闪火点、硫含量、残留量、十六烷值、灰份、水份、总杂质、三酸甘油脂、游离甘油等。生物柴油标准的规范，正在极大的推动生物柴油在这些国家的汽车工业中正式应用和合法化，同时，大量国家对生物柴油的认可也正在推动生物柴油作为一种新型可再生生物能源的国际化。

由于目前生物柴油在商用上主要以生物柴油和石化柴油的混合油的形式供应，因此，对于混合油也有标准推出。例如5%的生物柴油加95%的常规柴油的混合油需要达到2000年颁布的EN590（EN590:2000）的标准，凡是符合这一标准的混合油，都可以安全地应用于所有柴油机发动机，虽然这一混合油不需要添加任何稳定剂，但是国外也有提议称需要在EN 590:2000标准中增加这样一条：混合油中的生物柴油自身必须符合EN 14214的标准。

现在国家正在提倡用这个，0税率，很划算，并且污染小；主要是这可以成为你的一种宣传招牌，说明你的店清洁卫生，并且让顾客感到很新奇，感觉你这很特别，还响应国家号召，政府没准都去你那赞扬一下；总而言之，很具市场价值的。

不知道你了不了解生物柴油，下面是一些基础知识。

生物柴油(Biodiesel)是指以油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料油通过酯交换工艺制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。生物柴油是生物质能的一种，它是生物质利用热裂解等技术得到的一种长链脂肪酸的单烷基酯。生物柴油是含氧量极高的复杂有机成分的混合物，这些混合物主要是一些分子量大的有机物，几乎包括所有种类的含氧有机物，如：醚、酯、醛、酮、酚、有机酸、醇等。生物柴油是一种优质清洁柴油，可从各种生物质提炼，因此可以说是取之不尽，用之不竭的能源，在资源日益枯竭的今天，有望取代石油成为替代燃料。

特点：

1)含水率较高，最大可达30%-45%。水分有利于降低油的黏度、提高稳定性，但降低了油的热值；

2)pH值低，故贮存装置最好是抗酸腐蚀的材料；

3)密度比水大，与水的比值约为1.2；

4)具有“老化”倾向，加热不宜超过80℃，宜避光、避免与空气接触保存；

5)润滑性能好。

6）优良的环保特性：硫含量低，二氧化硫和硫化物的排放低、生物柴油的生物降解性高达98％，降解速率是普通柴油的2倍，可大大减轻意外泄漏时对环境的污染；

7）较好的低温发动机启动性能；

8）较好的安全性能：闪点高，运输、储存、使用方面安全；

生产方法

利用油脂原料合成生物柴油的方法；用动物油制取的生物柴油及制取方法；生物柴油和生物燃料油的添加剂；废动植物油脂生产的轻柴油乳化剂及其应用；低成本无污染的生物质液化工艺及装置；低能耗生物质热裂解的工艺及装置；利用微藻快速热解制备生物柴油的方法；用废塑料、废油、废植物油脚提取汽、柴油用的解聚釜，生物质气化制备燃料气的方法及气化反应装置；以植物油脚中提取石油制品的工艺方法；用等离子体热解气化生物质制取合成气的方法，用淀粉酶解培养异养藻制备生物柴油的方法；用生物质生产液体燃料的方法；用植物油下脚料生产燃油的工艺方法，由生物质水解残渣制备生物油的方法，植物油脚提取汽油柴油的生产方法；废油再生燃料油的装置和方法；脱除催化裂化柴油中胶质的方法；废橡胶(废塑料、废机油)提炼燃料油的环保型新工艺，脱除柴油中氧化总不溶物及胶质的化学精制方法；阻止柴油、汽油变色和胶凝的助剂；废润滑油的絮凝分离处理方法。

应用

生物柴油可用作锅炉、涡轮机、柴油机等的燃料，工业上应用的主要是脂肪酸甲酯。

生物柴油是一种优质清洁柴油，可从各种生物质提炼，因此可以说是取之不尽，用之不竭的能源，在资源日益枯竭的今天，有望取代石油成为替代燃料。

柴油是许多大型车辆如卡车及内燃机车及发电机等的主要动力燃料，其具有动力大，价格便宜的优点，我国柴油需求量很大，柴油应用的主要问题“冒黑烟”, 我们经常在马路上看到冒黑烟的卡车。冒黑烟的主要原因是燃烧不完全，对空气污染严重，如产生大量的颗粒粉尘，CO2排放量高等。据美国燃料学会报道，发动机燃料燃烧产生的空气污染已成为空气污染的主要问题，如氮氧化物为其他工业部门排放的一半，一氧化碳为其他工业排放量的三分之二，有毒碳氢化合物为其他工业排放的一半。尾气中排出的氮氧化物和硫化物和空气中的水可以结合形成酸雨， 尾气中的二氧化碳和一氧化碳太多会使大气温度升高， 也就是人们常说的“温室效应”。为解决燃油的尾气污染问题及日益恶化的环境压力，人们开始研究采用其他燃料如燃料酒精代替汽油，目前燃料酒精在北美洲如美国及加拿大等和南美国家如巴西、阿根廷等已占有相当比例，装备有燃料酒精发动机的汽车已投放市场。对大多数需要柴油为燃料的大动力车辆如公共汽车、内燃机车及农用汽车如拖拉机等主要以柴油为燃料的发动机而言，燃料酒精并不适合。而且柴油造成的尾气污染比汽油大的多, 因此人们开发了柴油的代用品－－生物柴油。

其实发动机的发明家狄色尔早在1912年美国密苏里工程大会报告中说，“用菜籽油作发动机燃料在今天看起来并没有太大意义，但将来会成为和石油及煤一样重要的燃料”。1983年美国科学家首先将菜籽油甲酯用于发动机，燃烧了1000个小时。并将以可再生的脂肪酸单酯定义为生物柴油.。1984年美国和德国等国的科学家研究了采用脂肪酸甲酯或乙酯代替柴油作燃料，即采用来自动物或植物脂肪酸单酯包括脂肪酸甲酯，脂肪酸乙酯及脂肪酸丙酯等代替柴油燃烧。生物柴油和传统的石油柴油相比，具有以下优点：

以可再生的动物及植物脂肪酸单酯为原料，可减少对石化燃料石油的需求量和进口量；环境又好，采用生物柴油尾气中有毒有机物排放量仅为十分之一，颗粒物为普通柴油的20％，一氧化碳和二氧化碳排放量仅为石油柴油的10％，无硫化物和铅及有毒物的排放混合生物柴油可将排放含硫物浓度从500PPM（PPM百万分之一）降低到5PPM。

不用更换发动机，而且对发动机有保护作用。

世界各国对生物柴油的应用

目前，世界各国，尤其是发达国家，都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术。欧洲已成为全球生化柴油的主要生产地。美国、意大利、法国已相继建成生物柴油生产装置数十座。

美国是最早研究生物柴油的国家。总生产能力1300，000吨。对生物柴油的税率为0％。美国在黄石公园进行的60万公里的行车实验，没有任何结焦现象，空气污染物排放降低了80％以上。而且使用生物柴油还吸引了附近300公里外的棕熊来到公园。美国B20是采用20％生物柴油的柴油，尾气污染物排放可降低50％以上。1992年美国能源署及环保署都提出生物柴油作为清洁燃料，美国总统克林顿1999年专门签署了开发生物质能的法令，其中生物柴油被列为重点发展的清洁能源之一，国家对生物柴油不收税。日本1995年开始研究用饭店剩余的煎炸油生产生物柴油，在1999年建立了259 升/ 天用煎炸油为原料生产生物柴油的工业化实验装置，可降低原料成本。目前日本生物柴油年产量可达400，000吨。

德国目前已拥有8个生物柴油的工厂，德国拥有300多个生物柴油加油站，并且制定了生物柴油的标准，对生物柴油不收税，2006年生物柴油产量达100万吨。

法国、意大利等欧洲国家都建立生物柴油的企业。法国雪铁龙集团进行了生物柴油的试验，通过10万公里的燃烧试验，证明生物柴油是可以用于普通柴油发动机的。其使用的标准是在普通石油柴油中添加5％的生物柴油。

可以预见生物柴油作为一种重要的清洁燃料将在大型汽车行驶中发挥重要作用。

■生物柴油的化学法生产

生物柴油的化学法生产是采用生物油脂与甲醇或乙醇等低碳醇，并使用氢氧化钠 (占油脂重量的1%) 或甲醇钠 (Sodium methoxide) 做为触媒，在酸性或者碱性催化剂和高温（230～250℃）下发生酯交换反应（transesterification），生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯，再经洗涤干燥即得生物柴油。甲醇或乙醇在生产过程中可循环使用，生产设备与一般制油设备相同，生产过程中产生10%左右的副产品甘油。

但化学法合成生物柴油有以下缺点：反应温度较高、工艺复杂；反应过程中使用过量的甲醇，后续工艺必须有相应的醇回收装置，处理过程繁复、能耗高；油脂原料中的水和游离脂肪酸会严重影响生物柴油得率及质量；产品纯化复杂，酯化产物难于回收；反应生成的副产物难于去除，而且使用酸碱催化剂产生大量的废水，废碱（酸）液排放容易对环境造成二次污染等。

化学法生产还有一个不容忽视的成本问题：生产过程中使用碱性催化剂要求原料必须是毛油，比如未经提炼的菜籽油和豆油，原料成本就占总成本的75%。因此采用廉价原料及提高转化从而降低成本是生物柴油能否实用化的关键，因此美国己开始通过基因工程方法研究高油含量的植物（见下文“工程微藻”法），日本采用工业废油和废煎炸油，欧洲是在不适合种植粮食的土地上种植富油脂的农作物。

■生物柴油的生物酶合成法

为解决上述问题，人们开始研究用生物酶法合成生物柴油，即用动物油脂和低碳醇通过脂肪酶进行转酯化反应，制备相应的脂肪酸甲酯及乙酯。酶法合成生物柴油具有条件温和、醇用量小、无污染排放的优点。2001年日本采用固定化Rhizopus oryzae细胞生产生物柴油，转化率在80％左右，微生物细胞可连续使用430小时。

2005年6月4日，《中国环境报》报道：清华大学生物酶法制生物柴油中试成功，采用新工艺在中试装置上生物柴油产率达90％以上。中试产品技术指标符合美国及德国的生物柴油标准，并满足我国0号优等柴油标准。中试产品经发动机台架对比试验表明，与市售石化柴油相比，采用含20％生物柴油的混配柴油作燃料，发动机排放尾气中一氧化碳、碳氢化合物、烟度等主要有毒成分的浓度显著下降，发动机动力特性等基本不变。

由于利用物酶法合成生物柴油具有反应条件温和、醇用量小、无污染物排放等优点，具有环境友好性，因而日益受到人们的重视。但利用生物酶法制备生物柴油目前存在着一些亟待解决的问题：脂肪酶对长链脂肪醇的酯化或转酯化有效，而对短链脂肪醇(如甲醇或乙醇等)转化率低，一般仅为40%-60%；甲醇和乙醇对酶有一定的毒性，容易使酶失活；副产物甘油和水难以回收，不但对产物形成一致，而且甘油也对酶有毒性；短链脂肪醇和甘油的存在都影响酶的反应活性及稳定性，使固化酶的使用寿命大大缩短。这些问题是生物酶法工业化生产生物柴油的主要瓶颈。

■生物柴油的“工程微藻”法

“工程微藻”生产柴油，为柴油生产开辟了一条新的技术途径。美国国家可更新实验室(NREL)通过现代生物技术建成“工程微藻”，即硅藻类的一种“工程小环藻”。在实验室条件下可使“工程微藻”中脂质含量增加到60%以上，户外生产也可增加到40%以上，而一般自然状态下微藻的脂质含量为5%-20%。“工程微藻”中脂质含量的提高主要由于乙酰辅酶A羧化酶(ACC)基因在微藻细胞中的高效表达，在控制脂质积累水平方面起到了重要作用。目前，正在研究选择合适的分子载体，使ACC基因在细菌、酵母和植物中充分表达，还进一步将修饰的ACC基因引入微藻中以获得更高效表达。利用“工程微藻”生产柴油具有重要经济意义和生态意义，其优越性在于：微藻生产能力高、用海水作为天然培养基可节约农业资源；比陆生植物单产油脂高出几十倍；生产的生物柴油不含硫，燃烧时不排放有毒害气体，排入环境中也可被微生物降解，不污染环境，发展富含油质的微藻或者“工程微藻”是生产生物柴油的一大趋势。

■现行生物柴油标准

世界上很多国家已经拟定了生物柴油标准，从而保证柴油的质量，保证使用者更加放心的使用生物柴油。

生物柴油的国际标准是ISO 14214A另一个是ASTM国际标准ASTM D 6751，这一标准是美国所采用的标准，该标准由美国环保局1996年在“清洁空气法”的211（b）部分加以了法律确认。另一被广泛认同的是德国的DIN生物柴油系列标准，是迄今为止最为详细系统的生物柴油标准，该标准体系针对不同的制造原料有不同的DIN标准：以油菜籽和纯粹以蔬菜籽为原料的RME(rapeseed methyl ester)、PME（vegetable methyl ester）生物柴油DIN E 51606 标准，以蔬菜油脂和动物脂肪为混合原料FME （fat methyl ester）的生物柴油DIN V 51606标准。欧盟也在2003年11月颁布了EN14241生物柴油燃料标准。此外奥地利、澳大利亚、捷克共和国、法国、意大利、瑞典等国家也拟订了生物柴油燃油规范。

■德国DIN V 51606生物柴油标准

生物柴油的标准主要对以下成份进行考评：生产制造的整个反映过程，甘油的去除情况，催化剂的去除情况，酒精的去除情况，以及确保不含游离脂肪酸。生物柴油的生产标准评定指针包括比重、动态粘度、闪火点、硫含量、残留量、十六烷值、灰份、水份、总杂质、三酸甘油脂、游离甘油等。生物柴油标准的规范，正在极大的推动生物柴油在这些国家的汽车工业中正式应用和合法化，同时，大量国家对生物柴油的认可也正在推动生物柴油作为一种新型可再生生物能源的国际化。

由于目前生物柴油在商用上主要以生物柴油和石化柴油的混合油的形式供应，因此，对于混合油也有标准推出。例如5%的生物柴油加95%的常规柴油的混合油需要达到2000年颁布的EN590（EN590:2000）的标准，凡是符合这一标准的混合油，都可以安全地应用于所有柴油机发动机，虽然这一混合油不需要添加任何稳定剂，但是国外也有提议称需要在EN 590:2000标准中增加这样一条：混合油中的生物柴油自身必须符合EN 14214的标准。

摘 要：主要论述了生物质热解技术的原理、热解反应过程、热解工艺类型及影响因素。在分析国内外发展现状的基础上，提出生物质热解技术主要存在的不足，对生物质热解技术的发展前景进行了展望。

关键词：生物质热解；研究进展；发展现状；展望

0 引 言

通过生物质能转换技术可高效地利用生物质能源， 生产各种清洁能源和化工产品，从而减少人类对于化石能源的依赖，减轻化石能源消费给环境造成的污染。 目前，世界各国尤其是发达国家，都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术，以保护本国的矿物能源资源，为实现国家经济的可持续发展提供根本保障。

生物质热解是指生物质在没有氧化剂（空气、氧气、水蒸气等）存在或只提供有限氧的条件下，加热到逾500℃，通过热化学反应将生物质大分子物质（木质素、纤维素和半纤维素）分解成较小分子的燃料物质（固态炭、可燃气、生物油）的热化学转化技术方法。生物质热解的燃料能源转化率可达95.5%，最大限度的将生物质能量转化为能源产品，物尽其用，而热解也是燃烧和气化必不可少的初始阶段[1]。

1 热解技术原理

1.1 热解原理

从化学反应的角度对其进行分析， 生物质在热解过程中发生了复杂的热化学反应，包括分子键断裂、异构化和小分子聚合等反应。木材、林业废弃物和农作物废弃物等的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素。热重分析结果表明，纤维素在52℃时开始热解，随着温度的升高，热解反应速度加快，到350～370℃时，分解为低分子产物，其热解过程为：

(C6H10O5)n→nC6H10O5

C6H10O5→H2O+2CH3-CO-CHO

CH3-CO-CHO+H2→CH3-CO-CH2OH

CH3-CO-CH2OH+H2→CH3-CHOH-CH2+H2O

半纤维素结构上带有支链，是木材中最不稳定的组分，在225～325℃分解，比纤维素更易热分解，其热解机理与纤维素相似[2]。

从物质迁移、能量传递的角度对其进行分析，在生物质热解过程中，热量首先传递到颗粒表面，再由表面传到颗粒内部。热解过程由外至内逐层进行，生物质颗粒被加热的成分迅速裂解成木炭和挥发分。其中，挥发分由可冷凝气体和不可冷凝气体组成，可冷凝气体经过快速冷凝可以得到生物油。一次裂解反应生成生物质炭、一次生物油和不可冷凝气体。在多孔隙生物质颗粒内部的挥发分将进一步裂解，形成不可冷凝气体和热稳定的二次生物油。同时，当挥发分气体离开生物颗粒时，还将穿越周围的气相组分，在这里进一步裂化分解，称为二次裂解反应。生物质热解过程最终形成生物油、不可冷凝气体和生物质[3，4]。

1.2 热解反应基本过程

根据热解过程的温度变化和生成产物的情况等， 可以分为干燥阶段、预热解阶段、固体分解阶段和煅烧阶段。

1.2.1 干燥阶段（温度为120～150℃），生物质中的水分进行蒸发，物料的化学组成几乎不变。

1.2.2 预热解阶段（温度为150～275℃），物料的热反应比较明显，化学组成开始变化，生物质中的不稳定成分如半纤维素分解成二氧化碳、一氧化碳和少量醋酸等物质。上述两个阶段均为吸热反应阶段。

1.2.3 固体分解阶段（温度为275～475℃），热解的主要阶段，物料发生了各种复杂的物理、化学反应，产生大量的分解产物。生成的液体产物中含有醋酸、木焦油和甲醇（冷却时析出来）；气体产物中有CO2、CO、CH4、H2等，可燃成分含量增加。这个阶段要放出大量的热。

1.2.4 煅烧阶段（温度为450～500℃），生物质依靠外部供给的热量进行木炭的燃烧，使木炭中的挥发物质减少，固定碳含量增加，为放热阶段。实际上，上述四个阶段的界限难以明确划分，各阶段的反应过程会相互交叉进[5，6]。

2 热解工艺及影响因素

2.1 热解工艺类型

从对生物质的加热速率和完成反应所用时间的角度来看，生物质热解工艺基本上可以分为两种类型：一种是慢速热解，一种是快速热解。在快速热解中，当完成反应时间甚短（＜0.5s）时，又称为闪速热解。根据工艺操作条件，生物质热解工艺又可分为慢速、快速和反应性热解三种。在慢速热解工艺中又可以分为炭化和常规热解[5]。

慢速热解（又称干馏工艺、传统热解）工艺具有几千年的历史，是一种以生成木炭为目的的炭化过程，低温干馏的加热温度为500～580℃，中温干馏温度为660～750℃， 高温干馏的温度为900～1100℃。将木材放在窑内，在隔绝空气的情况下加热，可以得到占原料质量30%～35%的木炭产量。

快速热解是将磨细的生物质原料放在快速热解装置中，严格控制加热速率（一般大致为10～200℃/s）和反应温度（控制在500℃左右）， 生物质原料在缺氧的情况下，被快速加热到较高温度，从而引发大分子的分解，产生了小分子气体和可凝性挥发分以及少量焦炭产物。可凝性挥发分被快速冷却成可流动的液体，成为生物油或焦油，其比例一般可达原料质量的40%～60%。

与慢速热解相比，快速热解的传热反应过程发生在极短的时间内，强烈的热效应直接产生热解产物，再迅速淬冷，通常在0.5s内急冷至350℃以下，最大限度地增加了液态产物（油）。

常规热解是将生物质原料放在常规的热解装置中，在低于600℃的中等温度及中等反应速率（0.1～1℃/s）条件下，经过几个小时的热解，得到占原料质量的20%～25%的生物质炭及10%～20%的生物油[7～9]。

2.2 热解影响因素

总的来讲，影响热解的主要因素包括化学和物理两大方面。化学因素包括一系列复杂的一次反应和二次反应；物理因素主要是反应过程中的传热、传质以及原料的物理特性等。具体的操作条件表现为：温度、物料特性、催化剂、滞留时间、压力和升温速率[10]。

2.2.1 温度

在生物质热解过程中，温度是一个很重要的影响因素， 它对热解产物分布、组分、产率和热解气热值都有很大的影响。生物质热解最终产物中气、油、炭各占比例的多少，随反应温度的高低和加热速度的快慢有很大差异。一般地说，低温、长期滞留的慢速热解主要用于最大限度地增加炭的产量，其质量产率和能量产率分别达到30%和50%（质量分数）[11～13]。

温度小于600℃的常规热解时，采用中等反应速率，生物油、不可凝气体和炭的产率基本相等；闪速热解温度在500～650℃范围内，主要用来增加生物油的产量，生物油产率可达80%（质量分数）；同样的闪速热解，若温度高于700℃，在非常高的反应速率和极短的气相滞留期下，主要用于生产气体产物，其产率可达80%（质量分数）。当升温速率极快时，半纤维素和纤维素几乎不生成炭[5]。

2.2.2 生物质材料的影响

生物质种类、分子结构、粒径及形状等特性对生物质热解行为和产物组成等有着重要的影响[3]。这种影响相当复杂，与热解温度、压力、升温速率等外部特性共同作用，在不同水平和程度上影响着热解过程。 由于木质素较纤维素和半纤维素难分解，因而通常含木质素多者焦炭产量较大；而半纤维素多者，焦炭产量较小。在生物质构成中，以木质素热解所得到的液态产物热值为最大；气体产物中以木聚糖热解所得到的气体热值最大[5]。

生物质粒径的大小是影响热解速率的决定性因素。粒径在1mm以下时，热解过程受反应动力学速率控制，而当粒径大于1mm时，热解过程中还同时受到传热和传质现象的控制。大颗粒物料比小颗粒传热能力差，颗粒内部升温要迟缓，即大颗粒物料在低温区的停留时间要长，从而对热解产物的分布造成了影响。 随着颗粒的粒径的增大，热解产物中固相炭的产量增大。从获得更多生物油角度看，生物质颗粒的尺寸以小为宜，但这无疑会导致破碎和筛选有难度，实际上只要选用小于1mm的生物质颗粒就可以了。

2.2.3 催化剂的影响

有关研究人员用不同的催化剂掺入生物质热解试验中，不同的催化剂起到不同的效果。如：碱金属碳酸盐能提高气体、碳的产量，降低生物油的产量，而且能促进原料中氢释放，使空气产物中的H2/CO增大；K+能促进CO、CO2的生成，但几乎不影响H2O的生成；NaCl能促进纤维素反应中H2O、CO、CO2的生成；加氢裂化能增加生物油的产量，并使油的分子量变小。

另外，原料反应得到的产物在反应器内停留时间、反应产出气体的冷却速度、原料颗粒尺寸等，对产出的炭、可燃性气体、生物油（降温由气体析出）的产量比例也有一定影响[5]。

2.2.4 滞留时间

滞留时间在生物质热解反应中有固相滞留时间和气相滞留时间之分。固相滞留时间越短，热解的固态产物所占的比例就越小，总的产物量越大，热解越完全。在给定的温度和升温速率的条件下，固相滞留时间越短，反应的转化产物中的固相产物就越少，气相产物的量就越大。气相滞留期时间一般并不影响生物质的一次裂解反应过程，而只影响到液态产物中的生物油发生的二次裂解反应的进程。当生物质热解产物中的一次产物进入围绕生物质颗粒的气相中，生物油就会发生进一步的裂化反应，在炽热的反应器中，气相滞留时间越长，生物油的二次裂解发生的就越严重，二次裂解反应增多，放出H2、CH4、CO等，导致液态产物迅速减少，气体产物增加。所以，为获得最大生物油产量，应缩短气相滞留期，使挥发产物迅速离开反应器，减少焦油二次裂解的时间[3～5]。

2.2.5 压力

压力的大小将影响气相滞留期，从而影响二次裂解，最终影响热解产物产量的分布。随着压力的提高，生物质的活化能减小，且减小的趋势渐缓。在较高的压力下，生物质的热解速率有明显的提高，反应也更激烈，而且挥发产物的滞留期增加，二次裂解较大；而在低的压力下，挥发物可以迅速从颗粒表面离开，从而限制了二次裂解的发生，增加了生物油产量[14，15]。

2.2.6 升温速率

升温速率对热解的影响很大。一般对热解有正反两方面的影响。升温速率增加，物料颗粒达到热解所需温度的相应时间变短，有利于热解；但同时颗粒内外的温差变大，由于传热滞后效应会影响内部热解的进行。随着升温速率的增大，温度滞后就越严重，热重曲线和差热曲线的分辨力就会越低，物料失重和失重速率曲线均向高温区移动。热解速率和热解特征温度（热解起始温度、热解速率最快的温度、热解终止温度）均随升温速率的提高呈线形增长。在一定热解时间内，慢加热速率会延长热解物料在低温区的停留时间，促进纤维素和木质素的脱水和炭化反应，导致炭产率增加。气体和生物油的产率在很大程度上取决于挥发物生成的一次反应和生物油的二次裂解反应的竞争结果，较快的加热方式使得挥发分在高温环境下的滞留时间增加，促进了二次裂解的进行，使得生物油产率下降、燃气产率提高[16～18]。

3 热解技术研究现状

3.1 国内研究现状

与欧美一些国家相比，亚洲及我国对生物质热解的研究起步较晚。近十几年来，广州能源研究所生物质能研究中心、浙江大学、东北林业大学等单位做了一些这方面的工作。

广州能源研究所生物质能研究中心，目前研究方向重点为生物质热化学转化过程的机理及热化学利用技术。其研究内容为：（1）高能环境下的热解机理研究：等离子体热解气化、超临界热解等；（2）气化新工艺研究：高温气化、富氧气化、水蒸汽气化等；（3）气化技术系统集成及应用：新型气化装置、气化发电系统等；（4）生物质气化燃烧与直接燃烧：气化燃烧技术、热解燃烧技术、直接燃烧等。

浙江大学着眼于流化床技术在生物质清洁能源规模化利用上显示出的巨大潜在优势，在上世纪末成功开发了以流化床技术为基础的生物质热裂解液化反应器，并在先期成功试验的基础上，针对已有的生物质热裂解液化工艺中能源利用率不高以及液体产物不分级等缺点，采用独特的设计方案研发了生物质整合式热裂解分级制取液体燃料装置，得出了各运行参数对生物质热解产物的得率及组成的影响程度，适合规模化制取代用液体燃料。目前正在开展深层技术和扩展应用的研究。

东北林业大学生物质能研究中心研究方向： 转锥式生物质闪速热解液化装置。经过一系列的调试、实验和改进后，现已经探索出了一些基本的设计规则和经验。现阶段设备制造已完成，即将进入实验阶段，为今后设备改进及技术推广打好坚实的基础。

另外在快速热裂解研究上，沈阳农业大学在联合国粮农组织（FTO）的协助下，从荷兰的BTG集团引入一套50 kg/h旋转锥闪速热解装置并进行了相关实验研究；上海理工大学、华东理工大学、浙江大学、中国科学院广州能源研究所、清华大学、哈尔滨工业大学和山东理工大学等单位也开展了相关实验研究，目前正在开展深层技术和扩展应用的研究。在现在技术的支持下，用于商业运行的只有输运床和循环流化床系统[19，20]。

河南农业大学农业部可再生能源重点开放实验室也长期进行了生物质热解方面的研究。“YNO4型生物质燃气脱焦机”的诞生解决了现有生物质热解气化机组净化装置复杂、脱焦效率低且焦油难收集等问题，结构简单，操作方便，避免了二次污染，系统运行可靠，维护费用低，经济效益显著，适用于各类生物质热解气化机组的配套及其商业化应用，已于2001年11月通过省科技厅技术鉴定，并已在许昌机电厂投入批量生产。

同时，该实验室与河南商丘三利新能源有限公司对生物质热解产物进行了综合利用的研究，并形成了配套设备。根据农作物秸秆资源存在着季节性、分散性的特点和运输、储存难的矛盾，采取了分散和集中的模式，即在农作物秸秆易收集的范围内建造小型生物质热解装置，就地使用生物质燃气， 然后将便于运输的生物质炭、焦油、木醋液收集，建设若干集中加工厂，生产多种产品以供各种用途，较适合我国的国情。

3.2 国外研究现状

生物质热解技术最初的研究主要集中在欧洲和北美。20世纪90年开始蓬勃发展，随着试验规模大小的反应装置逐步完善，示范性和商业化运行的热解装置也被不断地开发和建造。欧洲一些著名的实验室和研究所开发出了许多重要的热解技术，20世纪90年代欧共体JOULE计划中生物质生产能源项目内很多课题的启动就显示了欧盟对于生物质热解技术的重视程度。

但较有影响力的成果多在北美涌现，如加拿大的Castle Capital有限公司将BBC公司开发的10Kg/h～25Kg/h的橡胶热烧蚀反应器放大后，建造了1500Kg/h～2000 kg/h规模的固体废物热烧蚀裂解反应器，之后，英国Aston大学、美国可再生能源实验室、法国的Nancy大学及荷兰的Twente大学也相继开发了这种装置。

荷兰Twente大学反应器工程组及生物质技术（BTG）集团研制开发了旋转锥热裂解反应器，由于工艺先进、设备体积小、结构紧凑，得到了广泛的研究和应用；Hamberg木材化学研究所对混合式反应器鼓泡床技术进行了改进和发展，成功地采用静电扑捉和冷凝器联用的方式，非常有效地分离了气体中的可凝性烟雾。ENSYN基于循环流化床的原理在意大利开发和建造了闪速热解装置（RTP），还有一些小型的实验装置也相继在各研究所安装调试。

传统的热解技术不适合湿生物质的热转化。针对这个问题，欧洲很多国家己开始研究新的热解技术，这就是Hydro Thermal Upgrading（HTU）。将湿木片或生物质溶于水中，在一个高压容器中，经过15min（200℃，300bar）软化，成为糊状，然后进入另一反应器（330℃，200bar）液化5～15min。经脱羧作用，移去氧，产生30%CO2、50%生物油，仅含10%～15%的氧。荷兰Shell公司证明：通过催化，可获得高质量的汽油和粗汽油。这项技术可产生优质油（氧含量比裂解油低），且生物质不需干燥，直接使用[21，22]。

4 前景与展望

面对化石能源的枯竭和环境污染的加剧，寻找一种洁净的新能源成了迫在眉睫的问题。现在全世界都把目光凝聚在生物质能的开发和利用上。生物质能利用前景十分广阔，但真正实际应用还取决于生物质的各种转化利用技术能否有所突破。

随着技术的不断完善，研究的方向和重点也在拓宽，以前侧重热解反应器类型及反应参数，以寻求产物最大化，而现在整体利用生物质资源的联合工艺以及优化系统整体效率被认为是最大化热解经济效益、具有相当大潜力的发展方向；除此之外，提高产物品质，开发新的应用领域，也是当前研究的迫切要求。

我国生物质热解技术方面的研究进展缓慢，主要是因为研究以单项技术为主，缺乏系统性，与欧美等国相比还有较大差距。 特别是在高效反应器研发、工艺参数优化、液化产物精制以及生物燃油对发动机性能的影响等方面存在明显差距。同时，热解技术还存在如下一些问题：生物油成本通常比矿物油高，生物油同传统液体燃料不相容，需要专用的燃料处理设备；生物油是高含氧量碳氢化合物，在物理、化学性质上存在不稳定因素，长时间贮存会发生相分离、沉淀等现象，并具有腐蚀性；由于物理、化学性质的不稳定，生物油不能直接用于现有的动力设备，必须经过改性和精制后才可使用；不同生物油品质相差很大，生物油的使用和销售缺少统一标准，影响其广泛应用。以上问题也是阻碍生物质高效、规模化利用的瓶颈所在[6]。

针对以上存在的差距和问题，今后的研究应主要集中在如何提高液化产物收率，寻求高效精制技术，提高生物油品质，降低运行成本，实现产物的综合利用和工业化生产等方面。同时加强生物质液化反应机理的研究，特别是原料种类及原料中各种成分对热化学反应过程及产物的影响。在理论研究的基础上，将现有设备放大，降低生物油生产成本，逐渐向大规模生产过渡，完善生物油成分和物理特性的测定方法，制定统一的规范和标准，开发生物油精制与品位提升新工艺，开发出用于热化学催化反应过程中的低污染高效催化剂，使其能够参与化石燃料市场的竞争[23]。?

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人教版 九年物理知识归纳总结

第十一章 多彩的物质世界

一、宇宙和微观世界

宇宙→银河系→太阳系→地球

物质由分子组成；分子是保持物质原来性质的一种粒子；一般大小只有百亿分之几米(0.3-0.4nm)。

物质三态的性质：

固体：分子排列紧密，粒子间有强大的作用力。固体有一定的形状和体积。

液体：分子没有固定的位置，运动比较自由，粒子间的作用力比固体的小；液体没有确定的形状，具有流动性。

气体：分子极度散乱，间距很大，并以高速向四面八方运动，粒子间作用力微弱，易被压缩，气体具有流动性。

分子由原子组成，原子由原子核和（核外）电子组成（和太阳系相似），原子核由质子和中子组成。

纳米科技：（1nm=10 m），纳米尺度:（0.1-100nm）。研究的对象是一小堆分子或单个的原子、分子。

二、质量

质量：物体含有物质的多少。质量是物体本身的一种属性，它的大小与形状、状态、位置、温度等无关。物理量符号：m。

单位：kg、t、g、mg。

1t=103kg, 1kg=103g, 1g=103mg.

天平：1、原理：杠杆原理。

2、注意事项：被测物体不要超过天平的称量；向盘中加减砝码要用镊子，不能把砝码弄脏、弄湿；潮湿的物体和化学药品不能直接放到天平的盘中

3、使用：（1）把天平放在水平台上；（2）把游码放到标尺放到左端的零刻线处，调节横梁上的平衡螺母，使天平平衡（指针指向分度盘的中线或左右摆动幅度相等）。（3）把物体放到左盘，右盘放砝码，增减砝码并调节游码，使天平平衡。(4）读数：砝码的总质量加上游码对应的刻度值。

注：失重时（如：宇航船）不能用天平称量质量。

三、密度

密度是物质的一种特殊属性；同种物质的质量跟体积成正比，质量跟体积的比值是定值。

密度：单位体积某种物质的质量叫做这种物质的密度。

密度大小与物质的种类、状态有关，受到温度的影响，与质量、体积无关。

公式：

单位：kg/m3 g/cm3 1×103kg/m3=1g/cm3。

1L=1dm3=10-3m3；1ml=1cm3=10-3L=10-6m3。

四、测量物质的密度

实验原理：

实验器材：天平、量筒、烧杯、细线

量筒：测量液体体积（可间接测量固体体积），读数是以凹液面的最低处为准。

测固体（密度比水大）的密度：步骤：

1、用天平称出固体的质量m；2、在量筒里倒入适量（能浸没物体，又不超过最大刻度）的水，读出水的体积V1；3、用细线拴好物体，放入量筒中，读出总体积V2。

注：若固体的密度比水小，可采用针压法和重物下坠法。

测量液体的密度：步骤：1、用天平称出烧杯和液体的总质量m1；2、把烧杯里的液体倒入量筒中一部分，读出液体的体积V2；3、用天平称出剩余的液体和烧杯的质量m2。

五、密度与社会生活

密度是物质的基本属性（特性），每种物质都有自己的密度。

密度与温度：温度能够改变物质的密度；气体热膨胀最显著，它的密度受温度影响最大；固体和液体受温度影响比较小。

水的反常膨胀：4℃密度最大；水结冰体积变大。

密度应用：1、鉴别物质（测密度）2、求质量3、求体积。

第十二章 运动和力

一、运动的描述

运动是宇宙中普遍的现象。

机械运动：物体位置的变化叫机械运动。

参照物：在研究物体运动还是静止时被选作标准的物体(或者说被假定不动的物体)叫参照物.

运动和静止的相对性：同一个物体是运动还是静止，取决于所选的参照物。

二、运动的快慢

速度：描述物体运动的快慢，速度等于运动物体在单位时间通过的路程。

公式：

速度的单位是：m/s；km/h。

匀速直线运动：快慢不变、沿着直线的运动。这是最简单的机械运动。

变速运动：物体运动速度是变化的运动。

平均速度：在变速运动中，用总路程除以所用的时间可得物体在这段路程中的快慢程度，这就是平均速度。

三、时间和长度的测量

时间的测量工具：钟表。秒表（实验室用）

单位：s min h

长度的测量工具：刻度尺。

长度单位：m km dm cm mm μm nm

刻度尺的正确使用：

(1).使用前要注意观察它的零刻线、量程和分度值； (2).用刻度尺测量时，尺要沿着所测长度，不利用磨损的零刻线；(3)厚的刻度尺的刻线要紧贴被测物体。（4）.读数时视线要与尺面垂直，在精确测量时，要估读到分度值的下一位。 (5). 测量结果由数字和单位组成。

误差：测量值与真实值之间的差异，叫误差。

误差是不可避免的，它只能尽量减少，而不能消除，常用减少误差的方法是：多次测量求平均值。

四、力

力：力是物体对物体的作用。物体间力的作用是相互的。 (一个物体对别的物体施力时，也同时受到后者对它的力)。

力的作用效果：力可以改变物体的运动状态，还可以改变物体的形状。

力的单位是：牛顿(N)，1N大约是你拿起两个鸡蛋所用的力。

力的三要素是：力的大小、方向、作用点；它们都能影响力的作用效果。

力的示意图：用一根带箭头的线段把力的三要素都表示出来就叫力的示意图。

五、牛顿第一定律

亚里士多德观点：物体运动需要力来维持。

伽利略观点：物体的运动不须要力来维持，运动之所以停下来，是因为受到了阻力作用。

牛顿第一定律：一切物体在没有收到力的作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。（牛顿第一定律是在经验事实的基础上，通过进一步的推理而概括出来的，因而不能用实验来证明这一定律)。

惯性：物体保持运动状态不变的性质叫惯性。

一切物体在任何情况下都有惯性；惯性的大小只与质量有关。

牛顿第一定律也叫做惯性定律。

六、二力平衡

平衡力：物体在力的作用下处于静止状态或匀速直线运动状态，是因为物体受到的是平衡力。

二力平衡：物体受到两个力作用时，如果保持静止状态或匀速直线运动状态，我们就说这两个力平衡。

二力平衡的条件：作用在同一物体上的两个力，如果大小相等、方向相反、并且在同一直线上，这两个力就彼此平衡。

○（二力平衡时合力为零）。

物体在不受力或受到平衡力作用下都会保持静止状态或匀速直线运动状态。

第十三章 力和机械

一、弹力 弹簧测力计

弹性：物体受力发生形变，不受力时又恢复到原来的形状，物体的这种性质叫弹性。

塑性：物体受力后不能自动恢复原来的形状，物体的这种性质叫塑性。

弹力：物体由于发生弹性形变而产生的力。

弹簧测力计：原理：在弹性限度内，弹簧收受到的拉力越大，它的伸长就越长。（在弹性限度内，弹簧的伸长跟受到的拉力成正比）

弹簧测力计的使用：；(1)认清分度值和量程；(2)要检查指针是否指在零刻度，如果不是，则要调零； (3)轻拉秤钩几次，看每次松手后，指针是否回到零刻度；(4)测量时力要沿着弹簧的轴线方向，测量力时不能超过弹簧秤的量程。

二、重力

万有引力：宇宙间任何两个物体，大到天体，小到灰尘之间，都存在互相吸引的力。

重力：由于地球的吸引而使物体受到的力。

1、重力的大小叫重量，物体受到的重力跟它的质量成正比。G=mg.

2、重力的方向：竖直向下（指向地心）。

3、重力的作用点（重心）：地球吸引物体的每一个部分，但是，对于整个物体，重力的作用好像作用在一个点，这个点叫重心。（形状规则、质地均匀的物体的重心在它的几何中心）

三、摩擦力

摩擦力：两个互相接触的物体，当它们做相对运动（或有相对运动的趋势）时，就会在接触面是产生一种阻碍相对运动的力，这种力就叫摩擦力。

摩擦力的方向：和物体相对运动的方向相反。

决定摩擦力（滑动摩擦）大小的因素：【实验原理：二力平衡】1、压力（压力越大，摩擦力越大）；2、接触面的粗糙程度（接触面越粗糙，摩擦力越大）。

摩擦的分类：1、静摩擦：有相对运动的趋势，没有发生相对的运动。2、动摩擦：（1）滑动摩擦：一个物体在另一个物体的表面上滑动时产生的摩擦；（2）滚动摩擦：轮状或球状物体滚动时产生的摩擦，通常情况下，滚动摩擦比滑动摩擦小。

增大摩擦力方法：使接触面粗糙些和增大压力。

减小有害摩擦方法：(1)使接触面光滑；（2）减小压力；(3)用滚动代替滑动；(4)使接触面分开（加润滑油、形成气垫）。

四、杠杆

杠杆：一根硬棒，在力的作用下能绕着固定点转动，这根硬棒叫杠杆。

杠杆的五要素：1、支点：杠杆绕着转动的点；2、动力：作用在杠杆上，使杠杆转动的力；3、阻力：作用在杠杆上，阻碍杠杆转动的力；4、动力臂：支点到动力作用线的距离；5、阻力臂：支点到阻力作用线的距离。

杠杆的平衡条件：F1l1=F2l2.

三种杠杠杆： (1)省力杠杆：L1>L2,平衡时F1<F2。特点是省力，但费距离。（如剪铁剪刀，铡刀，起子）(2)费力杠杆：L1<L2,平衡时F1>F2。特点是费力，但省距离。（如钓鱼杠，理发剪刀等） (3)等臂杠杆：L1=L2,平衡时F1=F2。特点是既不省力，也不费力。（如：天平）

五、其他简单机械

定滑轮特点：（轴固定不动）不省力，但能改变动力的方向。（实质是个等臂杠杆）

动滑轮特点：省一半力（忽略摩擦和动滑轮重），但不能改变动力方向，要费距离 (实质是动力臂为阻力臂二倍的杠杆)。.

滑轮组：1、使用滑轮组时,滑轮组用几段绳子吊着物体，提起物体所用的力就是物重的几分之一。即F=G/n（G为总重，n为承担重物绳子断数）2、S=nh（n同上，h 为重物被提升的高度）。3、奇动（滑轮）、偶定（滑轮）。

轮轴：由一个轴和一个大轮组成，能绕共同轴线旋转的简单机械；动力作用在轮上省力，作用在轴上费力。

斜面：（为了省力）斜面粗糙程度一定，坡度越小，越省力。

应用：盘山公路、螺旋千斤顶等。

第十四章 压强和浮力

一、压强

压力：垂直压在物体表面的力（1）有的和重力有关；如：水平面：F=G（2）有的和重力无关。

压力的作用效果：（实验采用控制变量法）跟压力、受力面积的大小有关。

压强：物体单位面积上受到的压力叫压强。

压强公式： ，式中p单位是：pa，压力F单位是：N；受力面积S单位是：m2。。

→ ； 。

增大压强方法：(1)S不变，F增大；；(2)F不变，S减小； (3)同时把F增大，S减小。

减小压强方法则相反。

二、液体的压强

液体压强产生的原因：是由于液体受到重力，液体具有流动性。

液体压强特点：(1)液体对容器底和壁都有压强，(2)液体内部向各个方向都有压强；(3)液体的压强随深度增加而增大，在同一深度，液体向各个方向的压强相等；(4)不同液体的压强还跟密度有关系。

液体压强计算： ，（ρ是液体密度，单位是kg/m3；g=9.8n/kg；h是深度，指液体自由液面到液体内部某点的竖直距离，单位是m。）据液体压强公式： ，液体的压强与液体的密度和深度有关，而与液体的体积和质量等无关。

连通器：上端开口、下部相连通的容器。

连通器原理：连通器如果只装一种液体,在液体不流动时，各容器中的液面总保持相平。

应用：船闸、、锅炉水位计、茶壶、下水管道。

三、大气压强

证明大气压强存在的实验是马德堡半球实验。

大气压强产生的原因：空气受到重力作用，具有流动性而产生的，

测定大气压强值的实验是：1、托里拆利实验（最先测出）：实验中玻璃管上方是真空，管外水银面的上方是大气，是大气压支持管内这段水银柱不落下，大气压的数值等于这段水银柱产生的压强。2、课堂实验：用吸盘测大气压：（原理：二力平衡F=大气压p=F/s）

测定大气压的仪器是：气压计。常见气压计有水银气压计和无液（金属盒）气压计。

标准大气压：把等于760毫米水银柱的大气压。1标准大气压=760毫米汞柱=1.013×105pa。

大气压的变化：和高度、天气等有关；大气压强随高度的增大而减小；在海拔3000m以内，大约每升高10m,大气压减小100pa。

○（沸点与气压关系：一切液体的沸点，都是气压减小时降低，气压增大时升高）。

抽水机是利用大气压把水从低处抽到高处的。在1标准大气压下，能支持水柱的高度约 10.3m高。

四、流体压强与流速的关系

在气体和液体中，流速越大的位置压强越小。

飞机的升力：飞机前进时，由于机翼上下不对称，机翼上方空气流速大，压强较小，下方流速小，压强较大，机翼上下表面存在压强差，这就产生了向上的升力。

五、浮力

浮力：浸在液体或气体里的物体，都受到液体或气体对它竖直向上的力，这个力叫浮力。

浮力产生的原因：浸在液体中的物体受到液体对它的向上和向下的压力差。

浮力方向总是竖直向上的。

物体沉浮条件：（开始是浸没在液体中）

法一：（比浮力与物体重力大小）

(1)F浮 <G 下沉；(2)F浮 >G 上浮（最后漂浮，此时F浮=G）

(3)F浮 = G 悬浮或漂浮

法二：（比物体与液体的密度大小）

(1) > 下沉；(2) < 上浮； (3) = 悬浮。（不会漂浮）

阿基米德原理：浸入液体里的物体受到的浮力，大小等于它排开的液体所受的重力。（浸没在气体里的物体受到的浮力大小等于它排开气体受到的重力）

阿基米德原理公式：

计算浮力方法有：

(1)称量法：F浮=G-F ，(G是物体受到重力，F 是物体浸入液体中弹簧秤的读数)

(2)压力差法：F浮=F向上-F向下

(3)阿基米德原理：

(4)平衡法：F浮=G物 (适合漂浮、悬浮)

六、浮力利用

(1)轮船：用密度大于水的材料做成空心，使它能排开更多的水。这就是制成轮船的道理。

排水量：轮船按照设计要求，满载时排开水的质量。排水量=轮船的总质量

(2)潜水艇：通过改变自身的重力来实现沉浮。

(3)气球和飞艇：充入密度小于空气的气体。

(4）密度计：测量液体密度的仪器，利用物体漂浮在液面的条件工作（F浮=G），刻度值上小下大。

第十五章 功和机械能

一、功

做功的两个必要因素：作用在物体上的力，物体在力的方向上移动的距离

功的计算：力与力的方向上移动的距离的乘积。W=FS。

单位：焦耳(J) 1J=1Nm

功的原理：使用机械时人们所做的功，都不会少于不用机械时所做的功。即：使用任何机械都不省功。

二、机械效率

有用功：为实现人们的目的，对人们有用，无论采用什么办法都必须做的功。

额外功：对人们没用，不得不做的功（通常克服机械的重力和机件之间的摩擦做的功）。

总功：有用功和额外功的总和。

计算公式：η=W有用/W总

机械效率小于1；因为有用功总小于总功。

三、功率

功率(P)：单位时间(t)里完成的功(W)，叫功率。

计算公式： 。单位：P→瓦特（w）

推导公式：P=Fv。（速度的单位要用m）

四、动能和势能

能量：一个物体能够做功，这个物体就具有能（能量）。能做的功越多，能量就越大。

动能：物体由于运动而具有的能叫动能。

质量相同的物体，运动速度越大，它的动能就越大；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能就越大；其中，速度对物体的动能影响较大。

注：对车速限制，防止动能太大。

势能：重力势能和弹性势能统称为势能。

重力势能：物体由于被举高而具有的能。

质量相同的物体，高度越高，重力势能越大；高度相同的物体，质量越大，重力势能越大。

弹性势能：物体由于发生弹性形变而具的能。

物体的弹性形变越大，它的弹性势能就越大。

五、机械能及其转化

机械能：动能和势能的统称。

（机械能=动能+势能）单位是：J

动能和势能之间可以互相转化的。方式有：动能和重力势能之间可相互转化；动能和弹性势能之间可相互转化。

机械能守恒：只有动能和势能的相互住转化，机械能的总和保持不变。

人造地球卫星绕地球转动，机械能守恒；近地点动能最大，重力势能最小；远地点重力势能最大，动能最小。近地点向远地点运动，动能转化为重力势能。

第十六章 热和能

一、分子热运动

分子运动论的内容是：（1）物质由分子组成；（2）一切物体的分子都永不停息地做无规则运动。（3）分子间存在相互作用的引力和斥力。

扩散：不同物质相互接触，彼此进入对方现象。

扩散现象说明：一切物质的分子都在不停地做无规则的运动。

热运动：分子的运动跟温度有关，分子的无规则运动叫热运动。温度越高，分子的热运动越剧烈。

分子间的作用力：分子间有引力；引力使固体、液体保持一定的体积。分子间有斥力，分子间的斥力使分子已离得很近的固体、液体很难进一步被压缩。

固体、液体压缩时分子间表现为斥力大于引力。

固体很难拉长是分子间表现为引力大于斥力。

二、内能

内能：物体内部所有分子热运动的动能和分子势能的总和叫内能。

物体的内能与温度和质量有关：物体的温度越高，分子运动速度越快，内能就越大。

一切物体在任何情况下都具有内能。

改变物体的内能两种方法：做功和热传递，这两种方法对改变物体的内能是等效的。

1、热传递：温度不同的物体相互接触，低温的物体温度升高，高温的物体温度降低，这个过程叫热传递。发生热传递时，高温物体内能减少，低温物体内能增加。

热量：在热传递过程中，传递的内能的多少叫热量（物体含有多少热量的说法是错误的）。单位：J。

2、做功：（1）对物体做功，物体的内能增加；物体对外做功，本身的内能会减少。

温室效应:太阳把能量辐射到地表，地表受热也会产生辐射，向外传递热量，大气中的二氧化碳阻碍这种辐射，地表的温度会维持在一个相对稳定的水平，这就是温室效应。大量使用化石燃料、砍伐森林，加剧了温室效应。

所有能量的单位都是：焦耳。

三、比热容

比热容（c ）：单位质量的某种物质温度升高（或降低）1℃，吸收（或放出）的热量叫做这种物质的比热。

比热容是物质的一种属性，它不随物质的体积、质量、形状、位置、温度的改变而改变，只要物质种类和状态相同，比热就相同。

比热容的单位是：J/(kg•℃)，读作：焦耳每千克摄氏度。

水的比热容是：C=4.2×103J/(kg•℃)，它表示的物理意义是：每千克的水当温度升高（或降低）1℃时，吸收（或放出）的热量是4.2×103焦耳。

热量的计算：

① Q吸=cm(t-t0)=cm△t升 （Q吸是吸收热量，单位是J；c 是物体比热容，单位是：J/(kg•℃)；m是质量；t0 是初始温度；t 是后来的温度。

② Q放 =cm(t0-t)=cm△t降

四、热机

热机原理：燃料燃烧把燃料的化学能转化为内能，内能做功又转化成机械能。

内燃机：燃料在气缸内燃烧，产生高温高压的燃气，燃气推动活塞做功。

常见内燃机：汽油机和柴油机。

内燃机的四个冲程：1、吸气冲程；2、压缩冲程（机械能转化为内能）；3、做功冲程内能转化为机械能）；4、排气冲程。

热值（q ）：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫燃烧的热值。单位是J/kg或J/m3。

燃料燃烧放出热量计算：Q放 =qm；

热值是物质的一种特殊属性

热机的效率：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫热机的效率。的热机的效率是热机性能的一个重要指标

在热机的各种损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。

五、能量的转化和守恒

例子：在一定的条件下，各种形式的能量可以相互转化；摩擦生热，机械能转化为内能；发电机发电，机械能转化为电能；电动机工作，电能转化为机械能；植物的光合作用，光能转化为化学能；燃料燃烧，化学能转化为内能。

能量守恒定律：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移过程中，能量的总量保持不变。

第十六章、能源和可持续发展

一、 能源家族

化石能源:煤、石油、天然气是经过漫长的地质年代形成的，叫化石能源。

一次能源：可以从自然界直接获取的能源。（化石能源、水能、风能、太阳能、地热、核能等）

二次能源：无法从自然界直接获取，必须通过一次能源的消耗才能得到的能源。（电能）

生物质能：由生命物质提供的能量。

不可再生资源：（化石能源、核能）不可能在短时间从自然界得到补充的能源。

可再生资源：（水、风、太阳能等）可以在自然界里源源不断地得到补充。

二、核能

核能：原子核分裂或聚合时产生的能量。

裂变：用中子轰击比较大的原子核，使其发生裂变，变成两个中等大小的原子核，同时释放出巨大的能量。

应用：核电、原子弹。

聚变：质量较小的原子核，在超高温下结合成新的原子核，会释放出更大的核能。

应用：氢弹。

三、太阳能

太阳—巨大的“核能火炉”

太阳是人类能源的宝库

太阳能的利用：1、利用集热器加热；2、利用太阳能电池发电。

四、能源革命

第一次能源革命：火的利用，柴薪为主要能源。

第二次能源革命：机械动力代替人类，由柴薪向化石能源转化。

第三次能源革命：以核能为代表。

能量转移和能量转化的方向性。

五、能源和可持续发展

能源消耗对环境的影响：空气污染和温室效应的加剧。水土流失和沙漠化。

未来的理想能源：1、必须足够丰富，可以保证长期使用；2、必须足够便宜，使大多数人用得起；3、技术必须成熟，可以保证大规模使用；4、必须足够安全、清洁，不污染环境。

太阳能利用现状及对策

新能源是二十一世纪世界经济发展中最具决定力的五大技术领域之一。太阳能是一种清洁、高效和永不衰竭的新能源。在新实际中，各国政府都将太阳能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容。而光伏发电具有安全可靠、无噪声、无污染、制约少、故障率低、维护简便等优点，在我国西部广袤严寒、地形多样和居住分散的现实条件下，有着非常独特的作用。

一、国内外太阳能利用概况

1.l国外现状

常规能源资源的有限性和环境压力的增加，使世界上许多国家重新加强了对新能源和可再生能源技术发展的支持。近几年，国际光伏发电迅猛发展。1973年，美国制定了政府级阳光发电计划；1980年又正式将光伏发电列入公共电力规划，累计投资达8亿多美元；1994年度的财政预算中，光伏发电的预算达7800多万美元，比1993年增加了23．4％；1997年美国和欧洲相继宣布"百万屋顶光伏计划"，美国计划到2010年安装1000～3000MW太阳电池。日本不甘落后，1997年补贴"屋顶光伏计划"的经费高达9200万美元，安装目标是7600Mw。印度计划1998－002年太阳电池总产量为150MW，其中2002年为50MW。

国际光伏发电正在由边远农村和特殊应用向并网发电和与建筑结合供电的方向发展，光伏发电已由补充能源向替代能源过渡。到目前为止，世界太阳电池年销售量己超过60兆瓦，电池转换效率提高到15％以上，系统造价和发电成本已分别降至4美元/峰瓦和25美分/度电；在太阳热利用方面，由于技术日趋成熟，应用规模越来越大，仅美国太阳能热水器年销售额就逾10亿美元。太阳能热发电在技术上也有所突破，目前已有20余座大型太阳能热发电站正在运行或建设。

1．2国内现状

煤炭巨量消费已成为我国大气污染的主要来源。我国具有丰富的太阳能、风能、生物质能、地热能和海洋能等新能源和可再生能源资源，开发利用前景广阔。太阳能光伏发电应用始于70年代，真正快速发展是在80年代。在1983年一1987年短短的几年内先后从美国、加拿大等国引进了七条太阳电池生产线，使我国太阳电池的生产能力从1984年以前的年产200千瓦跃到1988年的4．5兆瓦。目前太阳电池主要应用于通信系统和边远无电县、无电乡村、无电岛屿等边远偏辟无电地区，年销售约1.1兆瓦，成效显著。

(1）建成了40多座县、乡级小型光伏电站，光伏电池总装机容量约600kw，其中西藏最多，达450多kw；1998年10月建成我国最大的西藏那曲安多县光伏电站的光伏电池装机容量高达100kw。

（2）家用光伏电源在青海、内蒙古、新疆、甘肃、宁夏、西藏以及辽宁、吉林、河北、海南、四川等地广泛应用。据不完全统计，至今全国已累计推广家用光伏电源约15万台，光伏电池总功率约达2.9MW。

（3）在22所农村学校建立了光伏电站，光伏电池组件的总装机容量为57kw。

（4）1998年中国通信史上建成难度最大的兰一西一拉光缆干线工程，有26个光缆通信站采用光伏电池作电源，其海拔高度多在4500m以上，光伏电池组件的总功率达100kw。

（5）1996年建成了塔中4--轮南输油输气管道阴极保护先伏电源系统，总功率为 40kw。该系统横贯环境恶劣复杂的塔克拉玛干大沙漠，总长达300Km。

（6）1995年，63个国家重点援藏项目一西藏广播电视发射接收工程采用光伏电池供电，共建成216套卫视接收站和＊ 套调频发射站光伏电池供电系统，总功率为300多kw。

二、西部太阳能应用概况

2.1自然资源

我国西部地区是世界上最大、地势较高的自然地理单元。也是世界上最丰富的太阳能资源地区之一，尤其是西藏地区，空气稀薄，透明度高，年日照时间长达1600一3400小时之间，每天日照6小时以上年平均天数在275--330天之间，辐射强度大，年均辐射总量7000兆焦耳/平方米，地域呈东向西递增分布，年变化呈峰型，资源优势得天独厚，应用前景十分广阔。

2．2能源状况

西部大部分地区能源极其匾乏，多年来坚持积极稳妥开发地热，努力推进太阳能利用，有计划、有步骤地更替油电，适当发展风力发电；因地制宜，多能互补，大中小结合，以中小型为主；电网建设与电源建设同步，建设与管理并重，开发与节能并举的方针，但人均装机容量和年发电量仍落后于全国平均水平。尤其是西藏地区，是全国发电量和人均用电量最小的省份。无电人口仍以酥油灯、柴油灯和蜡烛照明，有些家庭酥油灯已无力承担，学生在烧牛粪炉时的昏暗光线下做作业，极个别乡沿用老柴油发电机解决短时间照明。鉴此，既无资源建设水电站，火电又恐难发展，要依靠电网延伸把"光明"送到横亘遥远、居住稀疏的农牧民家中，其输变线成本令人咋舌。光明、能源成为老百姓多年翘首以待的夙愿，突出的电力瓶颈，成为西藏经济发展和社会进步的桎格，阻碍了人民生活水平的提高，影响了群众摆脱贫困，消除愚昧，治穷致富的步伐，是贫困落后的主要根源，勿庸置疑，利用太阳能光伏发电是解决这一问题重要而有效的途径。

2．3太阳能应用

处处阳光处处电。西部地区利用太阳能光伏发电在解决通信、广播、电视电源和无电人口用电等方面已经开始取得显著成效，曾成功地实施了"科学之光"、"阳光计划"、"阿里光电计划"等太阳能专项计划，成为全国第一个也是规模最大的实施太阳能专项计划的地区。以西藏地区为例：

2.3.1光伏电站

截止1999年，建成县级独立光伏电站7座，消灭了6个无电县，总装机容量450KWp，居全国第一，安多 100KWp光伏电站全国最大，双湖海拔 5100米跟踪式光电站世界最高。

2．3．2通讯电源

提供微波中继站光伏电源约达200KW以上；电话乡乡通电源100多千瓦；在兰西拉光缆通信工程西藏段附近600公里的工程中，应用光伏电源近100KW，光伏电池电源增量迅速。

2.3.3广播电视电源

在狮泉河、改则、门士煤矿等地建起约20余座以光伏发电作电源的卫星电视收转站和电视差转台，总装机容量约20KW左右。还有100多套广播电视用光伏电源系统100多千瓦。

2.3.4光伏水泵

西藏无水草场面积巨大，光伏水泵的潜在市场需求数量可观，很应用前景广阔，狮泉河、日土、改则、尼玛、扎囊等地建成6座光伏水泵系统，总装机容量2个多千瓦，除解决草场灌溉外，还解决了本地区的人畜饮水问题，结束了依靠人力背水的历史，极大的解放了劳动力。

2.3.5户用光伏电源系统

推广户用光伏电源l0-300W系统3万多套，总容量达60千瓦左右，既可供家庭独立固定使用，又能供游牧家庭使用，便携简便，安全可靠，性能优越，深受欢迎；山南昌珠多桑德庆村每户安装光伏电源40Wp，25户农牧民解决了照明、看电视、收听广播录音机的供电问题，被称为太阳村。

2.3.6学校光伏电站

近10所学校建成太阳能光伏电站，墨竹工卡唐家乡小学2KW光伏电站是国内最大的非晶硅光伏示范电站。西藏至今有600多所乡级学校尚未通电，均为寄宿学校，尽早解决学校供电问题和电化教学等，对提高西藏青少年一代的科学文化素质至关重要，是今后光伏发电应用的重要方面。

2.3.7边防哨所光伏电源系统

西藏多数边防哨所无电，有20多个边防哨所安装光伏电源系统，解决照明、看电视、听收录机及通信的供电问题，每座功率为1～2KW，极大地改善了边防官兵的工作生活条件。

目前，西藏已在7个县建成10－100KW规模较大的县级太阳能光电站，全区各类太阳能光电设施容量超过2MW，推广太阳能热水器8．5万多平方米，太阳灶9．l万台，太阳能采暖房、温室、牛羊暖圈等18万平方米，是全国太阳能应用率最高、应用面和规模最大、用途最广泛的省份。

3 存在的主要问题

我国有9亿多人生活在农村，l．2亿人口没用上电15-8％的人口未解决清洁饮水；约4000万人生活在贫困线以下。由于农村燃料等能源短缺，利用水平低，造成森林过度樵采，植被破坏，生态环境恶化，严重阻碍农村经济和社会的发展。面对压力，太阳能应用速度慢，力度小，还存在一定问题：

3.1对开发太阳能资源的战略意义认识不够

一是没有把发展太阳能完全纳入政府的议事日程；二是长期以来，太阳能项目没有常规能源建设项目那样的固定资金渠道或已有的资金渠道不畅。从观念看，是对开发推广太阳能可以减少或替代常规能源和实施可持续发展战略的意义认识不足。

3．2缺乏完整的激励政策

政府支持是发展太阳能的关键，也是太阳能产业发展的初始动力。目前缺少有利于太阳能产业发展和刺激广大居民应用光伏电源装置等新能源设备的激励政策。

3．3投人力度不够

长远规划，缺少资金支持，对太阳能进入市场的全面影响是难以预测的。部分省市自治区对扶持推广太阳能实行专项补贴，使太阳能得到有效推广。但由于投入过少，分散，尤其是光伏电池等关键原器件，大部分遗稿进口，造成太阳能成本高，群众购买力有限，太阳能的成熟技术很难尽快大规模推广应用到无电群众中去。

4 太阳能推广对策

目前我国开发应用的各类新能源和可再生能源年提供相当于3亿多吨标准煤，对促进国民经济发展和满足广大农村和边远地区人民生活的能源需求起到了重要作用。特殊的地缘，西藏的广大农牧民视光伏电源系统是他们多年企盼的"点灯不用油、娱乐有节目"的法宝，太阳能光伏系统确实有潜力为农村和边远地区提供非联网电力，其成本低于外地运燃料或延伸输电线路的成本。因地制宜，大力开发利用太阳能等新能源，把它们转化为高品位的电能，提供照明、广播电视、通讯、水泵等动力能源，对促进脱贫致富，经济和生态环境协调发展，实现小康具有重大意义。为进一步搞好太阳能光伏电源系统的推广应用，建议采取如下一些措施：

4．1提高太阳能应用地位

西部地区要加强太阳能应用推广工作，切实加强领导，把太阳能推广应用工作纳人政府重要的议事日程，把太阳能推广应用作为重要的一项能源政策，纳入国民经济建设总体规划之中，列入政府的财政预算。

4.2加大投人，加快太阳能应用步伐

太阳能在西部的推广应用，具有重大的政治和社会效应，太阳能的发展仍处初期，产业未形成规模且获益能力低，尚不具备市场竞争的能力，国家应对太阳能应用加大投入，保证资金，组织安排多个不同模式的、连片的光伏电源系统的应用示范及光电站建设。

4．3制定优惠政策，促进产业发展

建议政府和地方制定有关减免税收、价格补贴和奖励相结合的优惠政策，通过给用户以一定比例补贴的办法，鼓励广大无电农牧民采用户用光伏电源系统解决自己的生活用电问题，逐步引导老百姓转变观念，克服等靠要思想，提高自我发展意识，加快解决无电户的步伐，最终促进产品进入市场，逐渐形成地方优势产业。

4．4扩大交流，开展国际合作

多渠道、多形式地开展国际合作，争取更多的国外资金和设备用于推广太阳能，充分利用当今国际开发太阳能的热点，切实抓住西部大开发的良好机遇，主动出击，创造条件，进一步拓宽合作领域，加强联合，促进国内外社团、企业家和个人在西部投资，创办新能源实体。在有条件的地区，本着可持续发展的战略思想，建设兆瓦级太阳能光电站。

4．5制定长远规划，综合开发利用

建议政府制定太阳能推广长远规划，尽快实施太阳能屋顶计划，结合西部地区实际，采取风光互补、小水电与太阳能互补，户用光伏电源系统、太阳能路灯、太阳能与建筑结合等多种形式，独立系统与并网双通，综合开发应用太阳能。在继续抓好国家光明工程、乘风计划、邮电和广播电视村村通计划实施的同时，加快西部区域的科学之光、阿里光电计划的实施。

草场不忘阳光提水的福音，人民渴望光伏发电的思惠。大力推广应用太阳能，提高新能源在能源结构中的比重，是西部地区新世纪和可持续发展的必然选择。逐步改变农牧民由于没有电，日出而作，日落而息，科技文化落后，经济不发达，远离现代物质文明，过着近乎与世隔绝的生活状况，尽快使他们脱离"黑暗"，用上电灯，看上电视、听到广播，有利于西部地区的社会稳定、民族团结、经济发展和社会进步，早日缩短与现代社会的距离，步入新时代。

欧洲各国都在开辟通向持久能源的道路，影响他们决策的主要因素是环境保护、创造就业机会和能源供应的安全可靠。可再生能源技术在这些方面都有较大优势。它对环境的影响最小，可替代部分常规能源，增加能源供应的安全性和可靠性；它要求较大的设备投资，创造了更多的就业机会，有助于经济增长。</P>

<P>在欧洲大部分地区，环保的考虑推动着替代能源技术的开发。太阳能被公认为是一种极好的替代能源，它的利用有助于降低二氧化碳的排放和环境保护。很多国家，如丹麦、芬兰、德国和瑞士都认为气候变暖是推动太阳能研究、开发、展示和销售活动的主要因素。</P>

<P>在很多国家中，一个值得注意的倾向是资助转向光伏(PV)技术的开发和商品化。这反映一种较为普遍的观点，即从长期角度来看，光伏投资的回收率将高于主动和被动太阳能热利用技术，比利时就是一个明显的例证。</P>

<P>在很多欧洲国家中，研究开发重点转向太阳能工业和大学，政府特别资助那些本国工业感兴趣和有专长的领域，使其有助于创造就业机会，培育经济增长点。</P>

<P>在很多国家，由于实行小政府政策，太阳能技术的政府鼓励计划就很难实行了。可是有些国家仍然利用鼓励办法来促进太阳能技术发展。在奥地利，联邦、省和某些地方对太阳能装置提供直接的财政资助和鼓励；在芬兰，公司可以申请政府给予新太阳能装置高达总成本35％的补助，而家庭可申请20％的补助。</P>

<P>丹麦政府对安装太阳热水器的补助按照在标准状况下节能的多少来计算。目前补助金按每年节能每千瓦时3克朗(0�52美元)计算，它相当于总安装成本的10-30％。太阳热水器在丹麦相当普及，预计2000年后将不再需要补助了。</P>

<P>其它还有一些补助的方式，如比利时对公共建筑改造的资助，德国和其它国家的减税和折旧补贴等。</P>

<P>尽管受到常规能源低价的影响，在欧洲很多国家中，太阳能装置市场仍然持续增长。虽然太阳能公司的数量减少了，但保留下来的公司却趋向于更强大，更能抵御市场的波动。在某些国家实行的电力公司私有化可能提高他们把太阳能装置推向市场的兴趣。在奥地利等国，自己动手建造集热器的活动促进了主动太阳能装置的发展。</P>

<P>在丹麦有十几家公司生产主动太阳能加热装置，其中两家占有市场的大部分份额。其中Marstal太阳能供热厂(目前世界最大的平板太阳能加热装置生产厂)为Aeroe岛上的Marstal镇1250户5000居民提供区域供热，8000平方米太阳集热器阵列与2100立方米的储热水箱相联，6、7、8月间可100％由太阳能供热，全年能供给全区热需求的12�5％。现在正在计划扩大Marstal供热厂，以便能供应该镇全年大部分热需求。自1987年以来，丹麦每年安装的太阳能加热装置一直在增加。在80年代后期，每年安装的太阳能加热装置只有2300套，1996年已增加到4000套，约40000平方米集热器。丹麦生产的太阳集热器，除少量出口到德国和瑞典外，大部分都在国内销售。</P>

<P>挪威已安装70000多套小型光伏装置，每年安装约5000套。大多数装置是为偏远小镇、山区和沿海地带度假旅社供电用的。典型的装置一般为50-60峰瓦。</P>

<P>芬兰人每年也购买几千套小型(40-100瓦)光伏装置，用于消夏小屋。国家石油公司Neste对进一步开发太阳能发电有着强烈的兴趣，重点为建筑物薄膜光伏组件、蓄电池和成套装置。</P>

<P>此外，有些国家在高性能窗、太阳热水器、储能装置、透明隔热材料、日光照明和与建筑物结合的光伏装置等产品的商业化方面进行努力。</P>

<P>欧洲国家继续看好被动太阳能技术。一些国家集中力量开发利用先进透明装置的节能窗。法国和意大利在开发电致调光的透明装置。法国的研究人员估计，这种技术每年可为南部地区节约高达45％的能源需求。</P>

<P>法国的太阳能设计师们正在用绿色设计原则代替太阳能设计原则，就是要统筹考虑能源性能、安全材料的应用、日光照明、居住者的舒适和健康等因素。这种新的设计方法将被用来设计在Angers 的法国环境保护和能源管理署办公大楼。</P>

<P>人们对和建筑物相结合的太阳能装置和光伏装置兴趣越来越大。丹麦Toftlund的Brundtland中心是一座2000平方米的办公和展览大楼，它有一套先进的日光照明系统，其中包括装在外窗上的改变光线方向的百叶窗，反光天花板，中央阁楼朝南的透光窗，还装有光伏组件。</P>

<P>意大利正在开展使建筑物日光照明最佳化的研究，如改进控制系统，调节自然和人工光源，改进窗和遮光装置的特性和效率，改进人工光源的色效等。</P>

<P>在很多国家中，消费者对太阳热水器的兴趣正在增长，而且在技术和降低成本方面也有较大进展。</P>

<P>德国正在继续其1993年开始的太阳-2000计划，该计划的目的是促进大型建筑物使用的太阳能辅助中央供热系统。按照这个计划将在公共建筑物上安装多达100套大型太阳能辅助中央供热系统，并对它们进行监测。第一套这类系统已快建成。</P>

<P>德国计划开展一项建筑竞赛活动，用来促进与建筑物结合的光伏组件的革新。另一项工作是对2200套安装在住宅屋顶的光伏系统进行监测。</P>

<P>按照欧洲联盟的JOULE计划，法国、西班牙和德国合作正在巴塞罗纳附近建造一座新的Mataro图书馆试验建筑，该建筑将装上与建筑物结合的光伏-热组件