什么是生物质能?
植物通过叶绿素,在太阳光的作用下将二氧化碳和水合成为碳水化合物,从而完成了将太阳能变成化学能,并将其储存在生物体内的转换过程。地球上每年通过植物的光合作用合成的储存在植物体内的化学能大约相当于全世界每年消耗的能源总量的10倍。植物体内储存的能量称为生物质能。生物质能可以通过燃烧转换为热能,燃烧产生的二氧化碳又可再次通过光合作用转换成生物质能,因此,生物质能是可再生的能源。现在普通植物对太阳能的利用效率仅约4%,如果使植物对太阳能的利用效率提高到5%,那么,全世界现有农田的1/10所增产的农作物所提供的能量就相当于每年全世界消耗的化石能源的能量。因此,生物质能是一种很有前途的可再生能源。
生物质能可以直接燃烧,我国农村还有一半以上居民用燃烧木柴、秸秆取暖和炊事。但植物的直接燃烧会污染空气而影响生态环境。如果通过生物化学和热化学作用将植物变成甲烷、酒精,则可以获得高效、低价的能源,而且这些新产生的能源对空气污染和生态环境的影响轻微。但是这类能源的转换效率低,而且往往受季节和地区的影响。
如果在汽油中掺入10%~20%的酒精,使之变成汽油醇,则在汽车发动机不做任何改造的条件下开动汽车,除了可节省汽油,还可减少汽车尾气中一氧化碳和碳氢化合物的排放量。但到目前为止,用糖或淀粉通过发酵来生产酒精的成本还较高,而且还要消耗粮食。因此如果能用农作物的副产品如植物纤维(秸秆、木屑、锯末等)生产廉价的酒精,则可大量节省汽油,并可减少汽车尾气对环境的污染。
另外,科学家也在寻找能直接产生烃类的植物,并将其变成农作物。除了大豆、油菜籽、油棕、油桐等作物外,已经发现了四十几种能产生烃类的植物。经过人工优选的油棕,每万平方米可收获14吨油料。海南的一种油楠大乔木的树芯内有一种黄色的油状树液,可直接用于照明,每棵大树可产生10~20千克这种可燃树液。另外,在海洋中还有某些海带或海藻类植物可以提炼合成天然气甚至可提炼汽车用的汽油和柴油。有研究认为,一公顷油菜田可生产1200升植物油和1060升氧气。其中植物油只有经过加工处理,可以变成生物柴油。种植各种能变成烃类的能源植物,可以实现将农田变成“油田”,而且是可再生的油田。在新世纪,各种能源植物的研究将成为发达国家开发可再生能源的新途径,而且还会使农业复兴。
生物质能的主要发展领域还包括:生物纤维发酵生产酒精;生物质热分解气化产生一氧化碳、氢气、甲烷等气体,经过净化可用于发电;在我国农村,将植物的秸秆等有机物封闭在窖中,在缺氧环境中使之发酵,产生沼气可用于取暖、炊事和照明。沼气还可用来发电,每立方米沼气可发电1.25~1.45千瓦时。由于我国还有8亿多居民生活在农村,因此发展沼气在我国有广阔的前景,而且发展沼气还可以将发酵后的秸秆等作为农肥使用,不仅增加土壤的肥力,还保护了环境。
生物质能的特性包括如下:
1、可再生性。生物质能属可再生资源,生物质能由于通过植物的光合作用可以再生,与风能、太阳能等同属可再生能源, 资源丰富,可保证能源的永续利用。
2、低污染性。生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SOpNOi较少;生物质作为燃料时,由于它在生长时需要 的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量,因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零,可有效地减轻温室效应。
生物质能是指能够当作燃料或者工业原料,活着或刚死 去的有机物。生物质能最常见于动植物所制造的生物燃料,或者用来生产纤维、化学制品和热能的动物或植物。也包括以生物可降解的废弃物制造的燃料。但那些已经变质成为煤炭或石油等的有机物质除外。
许多的植物都被用来生产生物质能,包括芒草、柳枝 稷、麻、玉米、杨树、柳树、甘蔗和棕榈树。一些特定采用的植物通常都不是非常重要的终端产品,但却会影响原料的处理过程。因为对能源的需求持续增长,生物质能的工业也随着水涨船高。
虽然化石燃料原本为古老的生物质能,但是因为所含的碳已经离开碳循环太久了,所以并不被认为是生物质能。燃烧化石燃料会排放二氧化碳至大气中。
生物质包括植物通过光合作用生成的有机物(如植物、动物及其排泄物)、垃圾及有机废水等几大类。生物质的能源来源于太阳,所以生物质能是太阳能的一种。生物质是是太阳能最主要的吸收器和储存器,生物质通过光合作用能够把太阳能积聚起来,储存于有机物中,这些能量是人类发展所需能源的源泉和基础。
生物质是地球上最广泛存在的物质,它包括所有动物、植物和微生物以及由这些有生命物质派生、排泄和代谢的许多有机质。各种生物质都具有一定能量。以生物质为载体、由生物质产生的能量便是生物质能。生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式,直接或间接来源于植物的光合作用。
地球上的植物进行光合作用所消费的能量,占太阳照射到地球总辐射量的0.2%。这个比例虽不大,但绝对值很惊人:经由光合作用转化的太阳能是目前人类能源消费总量的40倍。可见,生物质能是一个巨大的能源。生物质能的主要来源有薪柴、木质废弃物、农业秸秆、牲畜粪便、制糖作物废渣、城市垃圾和污水、水生植物等。
利用现状
中国对生物质能源利用极为重视,己连续在四个国家五年计划将生物质能利用技术的研究与应用列为重点科技攻关项目,开展了生物质能利用技术的研究与开发,如户用沼气池、节柴炕灶、薪炭林、大中型沼气工程、生物质压块成型、气化与气化发电、生物质液体燃料等,取得了多项优秀成果。
政策方面,2005年2月28日,第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议通过了《可再生能源法》,2006年1月1日起已经正式实施,并于2006年陆续出台了相应的配套措施。这表明中国政府已在法律上明确了可再生能源包括生物质能在现代能源中的地位,并在政策上给予了巨大优惠支持。
2007年,国家发展与改革委员会制订的《中国对应气候变化国家方案》确认,2010年后每年将通过发展生物质能源减少温室气体排放0.3亿吨CO2当量。因此,中国生物质能发展前景和投资前景极为广阔。
中国已经开发出多种固态填充床和流化床气化炉,以秸秆、木屑、稻壳、树枝为原料生产燃气。2006年用于木材和农副产品烘干的有800多台,村镇级秸秆气化集中供气系统近600处,年生产生物质燃气2,000万立方米。
近年来,中国生物油技术的开发取得较大进展。2013年4月24日,中国成功地进行了首次1号生物航空煤油飞机试飞。 这使中国成为继美国、法国和芬兰之后,第四个拥有这项技术的国家。该技术以生物质或废弃食用油为原料,通过转化和提纯制造航空煤油等高附加值产品。它不仅在技术上可行,也为解决所谓“地沟油”回流餐桌的问题提供了新的技术途径。目前面临的成本问题有望在大规模量产时逐步解决。
总体而言,中国生物质能源技术的发展和市场发育还不够完善,生物质能利用技术的整体技术水平与发达国家还有差距,市场亟需规范。但随着环保立法的加强和技术进步,生物质能源行业将会得到快速发展。