生物质能的主要利用形式包括什么

生物质能（biomass energy ）,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.

生物质能的利用主要有直接燃烧、热化学转换和生物化学转换等3种途径.生物质的直接燃烧在今后相当长的时间内仍将是我国生物质能利用的主要方式.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.生物质的热化学转换是指在一定的温度和条件下,使生物质汽化、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.生物质的生物化学转换包括有生物质-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.

1.生物质气化集中供气：秸秆、树枝等生物质原料通过干馏热解或部分氧化等工艺，形成可燃气，通过管道输送到用户。特点：清洁、方便、技术相对比较成熟，燃起热值基本满足农户做饭、取暖的需要。但投资相对较大，运行维护需要一定费用，原料制气过程中产生焦油等副产品，无人回收，很难处理。

2.户用生物质气化炉：秸秆、树枝等切碎后装添进专用炉具。特点：一次性投资较少，农户自己操作，原料没有成本。但炉具质量不稳定，使用也需要一定技术。

3.生物质颗粒燃料：秸秆、树枝等在加工厂经过粉碎加压制成比较紧实的燃料块，通过专用炉具可做饭、取暖。特点：清洁、方便。但和传统的直接燃烧秸秆比，燃料比较贵，和煤比，热值低。

此外，还有传统的沼气利用方式，有大型沼气池集中供气和户用小型沼气池两种

生物质能的主要利用形式包括直接燃烧和发电、生物质裂解与干馏、生物质致密成型、生物质气化及发电、生物质热解液化、燃料乙醇、生物柴油 、能源作物。

1、直接燃烧和发电：直接燃烧大致可分炉灶燃烧、锅炉燃烧、垃圾焚烧和致密成型燃料燃烧四种情况。我国小型生物质燃烧发电也已商业化，南方地区的许多糖厂利用甘蔗渣发电。广东、广西两地共有小型发电机组380台，总装机容量达800兆瓦，云南省也有一些此类电厂。

2、生物柴油：目前我国生物柴油研究开发尚处于起步阶段。先后有上海内燃机研究所和贵州山地农机所、中国农业工程研究设计院、辽宁省能源研究所、中国科技大学、河南科学院化学所、华东理工大学、云南师范大学农村能源工程重点实验室等单位都对生物柴油作了不同程度的研究，并取得可喜的成绩。

3、生物质致密成型：致密成型燃料燃烧是把生物质固化成型后再采用传统的燃煤设备燃用，主要优点是将分散和疏松的生物燃料进行集中和加密，以便于储存和运输，使之成为便捷和清洁高效的能源。主要缺点是生产成本偏高。

4、生物质气化及发电：我国已开发出多种固定床和流化床小型气化炉，以秸秆、木屑、稻壳、树枝等为原料生产燃气，热值为4～10兆焦／立方米。

目前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。兆瓦级生物质气化发电系统已推广应用20多套。“十五”期间，按照国家高科技发展计划（863计划）已建成4兆瓦规模生物质气化发电的示范工程。

5、能源作物：能源作物种植是近期发展起来的新型产业，是随着生物质能开发与利用的不断深入和扩大逐步形成的。能源作物是指各种用以提供能源的植物，通常包括速生薪炭林、能榨油或产油的植物、可供厌氧发酵用的藻类和其它植物等。

许多能源作物是自然生长的，收集比较困难。现在人们有意识地培育一些能源作物，经过嫁接、驯化、繁殖，不断提高产量，以满足对能源不断增长的需要。甜高粱就是一种很好的能源作物。

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。

生物质（biomass）是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。生物质能则是太阳能以化学能形式储存在生物质中的能量形式，它一直是人类赖以生存的重要能源之一，是仅次于煤炭、石油、天然气之后第四大能源，在整个能源系统中占有重要的地位。生物质种类繁多，分别具有不同特点和属性，利用技术复杂、多样，纵观国内外生物质利用技术，均是将其转换为固态、液态和气态燃料加以高效利用，主要途径有：[2] 1、直接燃烧技术包括户用炉灶燃烧技术，锅炉燃烧技术、生物质与煤的混合燃烧技术，以及与之相关的压缩成型和烘焙技术。 2、生物转化技术小型户用沼气池、大中型厌氧消化。 3、热化学转化技术包括生物质气化、干馏、快速热解液化技术。 4、液化技术包括提炼植物油技术、制取乙醇、甲醇等技术 5、有机垃圾能源化处理技术。

利用现代技术，将生物质转化为能量可以通过直接燃烧的方法，也可用生化学和热化学法转化成气体、液体和固体燃烧，例如，木材、草类、农作物等。利用生物质能可进行乙醇、甲醇、甲烷、植物油、汽油、氢等的工业生产。目前使用的转换技术主要是生物质厌氧消化生产沼气；生产质发酵制造酒精；生物质热分解气化等。

生物质能的转换技术具体说，大致可分为以下三类：直接燃烧；生物转换技术；化学转换技术。此外，生物质还可通过多种煤气发生炉转化为可燃煤气。从长远看，绿色能源的开发利用，必将是跨世纪的大趋势，而且可以预见，21世纪生物质能技术的发展，必将取得令人鼓舞的进步。

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。