生物质能是怎么发电的?
所谓生物质能是指从生物质转化产生的能。常用的生物质包括植物——农作物、薪材、草、木、人畜粪便、工农业有机废物、有机废水等。这些生物质能都直接或间接地(经过人和动物的消化或工农业加工)来源于绿色植物,来源于太阳能,因此,它又称“绿色能源”,实质上它是物化的太阳能。据计算,每年全球靠光合作用可产生生物质能1200亿吨,其所含能量是当前全球能耗总量的5倍。
由于生物质能的数量巨大,同时转化过程中很少或不产生污染物,世界各国都正在开发深度利用高效生物能的转换技术,使生物质成为具有广泛用途的热能、电能和动力用燃料,转化技术有下面两种:
通过液化将生物质转化为酒精。燃烧1千克酒精,可以放出29726千焦的热量,比普通煤的发热量高。而且酒精是液体能源,便于使用、贮存、运输。普通汽油发电机稍加改装,就可以用纯酒精作燃料。如果用汽油和酒精的混合物来开汽车,汽车发电机甚至不需改装就可以使用。1升酒精可以驱动汽车在公路上行使16千米。
酒精是用淀粉、糖等有机物经过微生物发酵作用生产出来的。含有淀粉和糖的生物质很多,包括甘蔗、甜菜、玉米、高粱、木薯、马铃薯以及水草、藻类等,它们都可以是生产酒精的原料。
巴西在这方面获得了巨大的成就,早在1975年,巴西就制定了“酒精计划”,逐步用酒精或酒精和汽油的混合物部分替代了石油,解决了交通用能供应的问题,目前巴西有90%的小汽车用酒精做燃料。美国目前有30%的汽油掺有酒精,酒精的掺入量约为10%左右。
通过发酵过程制作以甲烷为主的沼气。我国每年作为农家燃料烧掉的柴草合标准煤2亿吨,占全国总能耗的15%。但能量的利用效率比较低。
利用人畜粪便和秸秆为主要原料发展沼气池,既解决了家用燃料问题,又保持了农田肥力,减少化肥对水的污染。1990年,我国就有400多万户使用小沼气池,年产沼气10多亿立方米,沼气电站装机2000多千瓦,我国目前是户用沼气池最多的国家。
目前,我国很多的大型城市污水处理厂,利用处理厂中的固体废物进行沼气发酵,产生的沼气用来发电。在英国的5000多个污水处理厂中,有1/3是用通过发酵所产生的沼气作为动力的。法国在南部利摩日地区建造了两座垃圾发酵处理站,每年处理垃圾8.45万吨,每小时生产沼气800立方米,这些沼气已供一些工厂和煤气公司使用。
如过去的10多年中,美国已建成生物发电的容量达400多万千瓦,主要是采用木材及木制品工业废料气化后的气体燃料发电。国外结合治理城市环境污染,开始进行垃圾发电,技术已经成熟。仅日本就运行约100座垃圾电站,并计划把垃圾电站的装机容量发展到400万千瓦。因此,利用生物质能发电是当今新能源发电的新趋势之一。
我国是一个农业国,物质能资源非常丰富,年资源量是薪材3000万吨,秸秆4.5亿吨,稻壳0.15亿吨,另外还产生大量的城市排放的生活污水、垃圾、工业废水等。
利用生物质能发电在我国目前还是小规模、小范围的利用,稻壳转化发电容量只有5000瓦,沼气发电装置140个左右,总容量也只有2000千瓦。另外,我国还引进发电容量为4000千瓦的垃圾发电站。
法国-核能。
加拿大-风能。
日本-水能。
德国-煤炭。
能源资源包括煤、石油、天然气、水能等,也包括太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能、核能等新能源。纵观社会发展史,人类经历了柴草能源时期、煤炭能源时期和石油、天然气能源时期,正向新能源时期过渡。
并且无数学者仍在不懈地为社会进步寻找开发更新更安全的能源。但是,人们能利用的能源仍以煤炭、石油、天然气为主,在世界一次能源消费结构中,这三者的总和约占93%。
扩展资料:
电能既适宜于大量生产、集中管理、自动化控制和远距离输送,又使用方便、洁净、经济。用电能替代其他能源,可以提高能源的利用效率。随着国民经济的发展,最终消费中的一次能源直接消费的比重日趋减少。
二次能源的消费比重越来越大,电能在一次能源消费中所占比重逐年增加。我国电力的供给仍不能满足同家经济的发展、科技的进步和人民生产、生活水平的提高对用电H益增长的需求。
参考资料来源:百度百科-新能源发电
种新型的生物质再生能源,环保清洁,远远低于原煤的成本和市场价格,应用范围极为广泛,可以代替木
柴、原煤、液化气,广泛用于生活炉灶、取暖炉、热水锅炉、工业锅炉等。但是如何将生物质燃料像煤、
煤气和天然气一样在老百姓的生活中普及,还需大力宣传和推广。
2.3交通能源
秸秆的主要成分是碳、氢、氧等元素,有机成分以纤维素、半纤维素为主,其次为木质素、蛋白质、脂肪
、灰分等,用秸秆转化的生物燃料如生物乙醇和生物柴油作为交通能源,同石油、天然气和煤等化石燃料
相比,最大特点是可再生性和对环境更友好。国际上生物交通能源技术相对成熟,主要路线是:谷物、秸
秆、其它植物等发酵生产乙醇-车用油、乙烯、无毒溶剂及上百种化工、原材料产品等;我国秸秆交通能源
技术研究虽然起步较晚,但日趋成熟,有些正形成小型规模和商品化。
3秸秆生物质能源化应用技术
秸秆生物质能源化应用技术主要包括秸秆沼气(生物气化)、秸秆固化成型燃料、秸秆热解气化、直燃发电
和秸秆干馏等方式。
法国
法国在能源方面最大的特征是核能大国。一次能源中有4成多是核能,并向多个国家出口电力。另一方面,法国国内资源贫乏,石油、天然气和煤炭的大部分都要依靠进口。
其能源政策的基本方针是,能源自给、实现有竞争力的能源价格、削减温室气体、向全体国民提供能源等,其中心措施为推进核能。
法国也在推进采用可再生能源。
欧洲风力能源协会的调查结果显示,2010年法国采用了108.6万千瓦的风力发电设备,2010年年底发电规模达到了566万千瓦。2009年的装机容量规模在欧洲仅次於西班牙和德国,累计规模也排名第四。
法国政府一直从潜在能力、供电能力及景观等方面考虑,指定可建设风力发电设施的地区。从地区来看,在北部的皮卡第(Picardie)、洛兰(Lorraine),中部Centre地区,西北部布列塔尼(Bretagne)等地区,采用风力发电发展较快,在今后的计划中,也是在这些地区以及香槟-阿登地区(champagne-ardenne)的预定建设项目多。
法国今后将继续扩大利用可再生能源。法国政府描绘了这样一幅蓝图,到2020年使风力发电的采用规模扩大到2500万千瓦,把其培育成可与水力发电相媲美的电力资源。
加拿大
加拿大河流和湖泊众多,这也使得该国成为世界第二大水力发电国家,全国能源的60%都来自水 力发电。不过目前加拿大的水力发电仍有很大的潜力可挖。根据加拿大今年2月的一份报告,该国从2011年到2030年间将投入3475亿加元用於建设新的电力设施。而根据以往的经验,很大一部分投入将用於建设水力发电站上。
加拿大还是世界上第六大利用风能发电的国家。近两年来,加拿大风能发电经历了大幅度的发展。到2011年12月,加拿大风能发电约达5177兆瓦,风能发电约占加拿大电力需求的2%。加拿大风能协会预计,在15年的时间内该国风能发电能翻10番,在电力需求的比例能占到20%。到2050年,风能工业预计将给加拿大创造52000个新的工作岗位。
美国
美国再生能源发电占新发电容量比重渐增。美国联邦能源管理委员会(Federal Energy Regulatory Commission, FERC)能源计画办公室最近公布的”能源结构更新”资料显示,2013年10月份太阳能、生质能源和风力合计的新发电容量为694百万瓦,占全部新上线发电的99.3%。
10月份的新发电容量中以12座共504百万瓦容量的新太阳能发电站占72.1%居先,其後为4座生质发电站(124百万瓦,占17.7%)和2座风力发电场(66百万瓦,占9.4%)。
2013年前10个月内再生能源(生质、地热、太阳能、水力和风力发电)共占新发电容量的32.8%,比燃煤发电(1,543百万瓦,12.5%)、燃油发电(36百万瓦,0.3%)高出很多。
2013年1月至10月太阳能发电占新发电容量的20.5%(2,528百万瓦),是上年度同期(1,257百万瓦)的两倍多。然而,天燃气则以6,625百万瓦的新发电容量占53.7%居前。
2013年前10个月的各能源全部17,008百万瓦新发电容量则较上年度同期的12,327百万瓦衰退27.5%之多。
至目前为止,再生能源约占全美营运发电容量的16%,包括:水力为8.3%、风力为5.21%、生质为1.32%、太阳能为0.59%、地热为0.33%,大於核能(9.22%)和燃油(4.06%)两项的合计。
另外,美国能源部的美国能源资讯署发行的最近一期电力月刊(Electric Power Monthly)指出,2013年前三季,再生能源发电占净发电的12.95%(水力--6.90%、风力--4.03%、生质--1.40% 、地热--0.41%、太阳能--0.21%)。
俄罗斯
除核电外,俄罗斯的其他非化石能源模式也方兴未艾。“俄罗斯可再生能源潜力巨大。”
俄罗斯每年产生1亿吨生物废料用于发电,目前,这些生物质能可产生3亿兆瓦时的电量。另外尽管俄罗斯不是世界上太阳能最丰富的国家,但小型太阳能发电机却广受欢迎。他们在自己住宅或别墅安装太阳能装置。
水电在俄罗斯电力结构中起到很大作用,被视为保证国家统一电力系统可靠性的关键因素。俄罗斯已投入运行的水电装机容量为49.7吉瓦,其中装机容量大于10兆瓦的水电站有85座。为了实现到2020年水电装机达60吉瓦的国家电力战略目标,俄罗斯国有水力发电公司正在加大水电开发力度。
而虽然俄罗斯拥有巨大的非化石能源潜力,但正在运行或待建的项目屈指可数。阻碍俄非化石能源发展的因素来自多方面。首先,受丰富的传统能源石油、天然气的影响,俄政府很难改变原有的能源结构,非化石能源领域缺乏先进技术和专业人才。其次,政策上,缺少相应的财政机制和优惠的税收政策。再者,可再生能源也有自己的劣势,如光伏发电受昼夜和季节变化影响较大;生物质发电占地面积大、效率低等。另外,建设非化石能源电厂要比建设常规火电厂造价昂贵,投资回报期也长。
近几年,在世界范围内可再生能源技术蓬勃发展,许多国家都走向了自己的非化石能源时代。眼看各国争先恐后地发展非化石能源,俄罗斯也不甘人后。为达到非化石能源战略预定目标,俄政府计划在2020年前拨出3万亿卢布用于发展可再生能源发电。其中,5000亿卢布为国家预算资金,2.5万亿卢布为私人投资者资金,未来装机能力将达200亿瓦。其中,80亿瓦装机能力主要是生物质发电;70亿瓦为风能发电;40亿瓦为小型水力发电;10亿瓦为小型模块式发电、地热发电、潮汐发电、太阳能发电等。俄罗斯能源部也称,目前正在制定可再生能源等一系列相关法律条例,用于扶持太阳能、风能和生物发电。
澳大利亚
澳大利亚得天独厚的自然资源,为其发展清洁能源奠定了雄厚物质基础。澳拥有100余座水电站;建有61个风电场、1353个风力发电机组,总装机容量约为2500兆瓦。作为全球光照资源最为丰富的国家(90%以上的地面光照强度超过1950千瓦时/平方米),其太阳能发电特别是光伏产业的发展潜力巨大。2011年,光伏发电能力达1.4吉瓦,其中新增837兆瓦,成为世界光伏增量最大的十个市场之一。澳大利亚的生物质、波能和热岩地热等资源也十分丰富。
澳大利亚是首个提出“可再生能源目标”的国家。到2020年,可再生能源发电量在总发电量中的比重要从目前的8%提升至20%,即达到45000吉瓦时。权威机构据此预测,未来10年内,澳大利亚的可再生能源发电规模至少应达到20吉瓦(其中光伏安装容量将达到5吉瓦),是现有规模的5倍,将创造360亿澳元的投资机会。
它同时是全球利用太阳能能源最为广泛与先进的国家之一,太阳能技术被广泛的应用在工业,农业,民用设施等领域。自1990年代开始後,澳洲大量兴建太阳能发电厂以取代核电站的作用,太阳能能源与风力发电在全国被大力推广。此外墨尔本亦是世界上第一个使用太阳能动力供给城市交通灯以及储存太阳能供应路灯电力的城市。
欧盟各国能源安全战略体系的重要战略是立足国内,开发国内能源新源勘探、开发新能源/可再生能源,实行能源多元化的战略。所谓能源多元化,至少包括新能源的开发(比如氢能能)、可再生能源的开发(生物质能、水能等)、推动天然气为主的能源结构。多元化的核心就是“发展替代能源”,这是能源安全战略的一个重要方面,国际上的发展比较快,比如欧盟的氢能路线图等。
欧盟开发替代能源,实现能源种类多样化。欧盟对内能源战略的另一个主要内容是使能源种类多样化。在过去的几年中,欧盟全面审核了能源政策,制定了面向未来的战略规划。这些远景规划的主要方向是节能和开发替代能源,目标是:①到2010年将欧盟的能源消费从占世界总量的14—15%降低到12%。②把开发新能源作为政治上的优先目标。③到2030年将能源对外依存保持在70%。④可再生能源的使用达到12%。 ⑤达到《京都议定书》规定的标准。为了这些总体目标,欧盟还设立了具体的目标,例如:①整合内部市场。②审议能源税、能源节约和能源多样化计划。③推广新技术。④启动节约能源的计划。⑤发展使用清洁燃料的车辆。⑥复兴铁路交通、改善公路交通、提倡清洁的城市交通,实行污染赔偿原则等等。
欧盟也在由依赖外援逐步向独立自主方向发展,不断摆脱对外部能源的供应。欧盟强调开发自己的能源,主要是指多样化的能源。为了不受制于人,确保完全的行动自主,欧盟提出要提高能源效率,扩大核能利用规模,加强可再生能源的研发、应用和推广,大力发展低碳经济。目前,核能提供欧盟1/3强的电力。核能不仅供应稳定,而且价格稳定,特别是不排放CO2,问题在于要解决其安全性能和公众的接受程度。
目前,欧盟的电力生产已经达到了能源多样化的目标,欧盟在交通领域里也实现类似的能源多样化。欧盟有足够的技术能力开发生物燃料,热核燃料,以及氢燃料,但是这些开发都有一定的局限。
在欧盟国家,核电已有几十年的发展历史,核电已成为一种成熟的能源。核电是法国的动力之源。20世纪七八十年代的石油危机,促使化石能源匮乏的法国选择了发展核电的道路。法国目前拥有59座核反应堆,总装机容量超过63Gwe,每年提供4000亿千瓦时以上的电力。现在,法国80%的能源来自核能,15%来自水电,5%的调峰用电来自煤和石油。这得益于长期坚持的推进能源自主政策。法国还是世界上最大的电力净出口国,每年因此获得约26亿欧元的收入。为了发展核能,2002年10月10日欧洲法院颁布了一项条例,确认欧盟委员会对核安全负责。欧盟的扩大意味着将另外19个苏联设计的反应堆纳入欧共体。其中有些需要提前关闭。欧洲理事会决定拨款4.8亿欧元,用于欧洲原子框架计划(Euratom framework programme) (2002—06),并且考察如何更好地保障欧盟内部核能的高度安全,以及核裂变、核废料处理等技术性问题。
为了在技术上落实能源多样化战略,欧盟还于2003年启动了“欧洲智能能源”(EIE)项目,支持欧盟各项能源政策的落实,例如:在建筑和工业领域里提高能源的使用效率,促进新的可再生能源与当地环境和能源系统的整合,支持交通能源的多样化,如促进生物燃油的使用,以及支持发展中国家再生能源的开发和能源效率的提高,等等。
发展可再生能源和低碳能源战略
发展再生能源是欧盟能源政策的一个中心目标。可再生能源包括水能、风能、太阳能、生物质能、地热能和海洋能等,资源潜力大,环境污染低,可永续利用,是有利于人与自然和谐发展的重要能源。同时,从中长期来看,再生能源在经济上的竞争力可能不亚于传统能源。再生能源可以减少CO2的排放量,增加能源供应的可持续性,改善能源供应的安全状况,减少欧共体日益增长的对进口能源的依存度。
上世纪70 年代以来,可持续发展思想逐步成为国际社会共识,可再生能源开发利用受到欧盟各国高度重视,欧盟许多国家将开发利用可再生能源作为能源战略的重要组成部分,提出了明确的可再生能源发展目标,制定了鼓励可再生能源发展的法律和优惠政策,可再生能源得到迅速发展,成为各类能源中增长最快的领域。一些可再生能源技术的市场应用和产业,如光伏发电、风电等在近10 年的年增长速度都在20%以上,可再生能源发展已成为欧盟能源领域的热点。
各国可再生能源发展目标:
欧盟各国在推动可再生能源产业化的进程中,都强调了政府在可再生能源发展中的责任。通常是政府科技投入先行,随后进行市场开拓,以此来推动产业化进程。许多国家相继制定了阶段性的可再生能源的具体发展目标。1995年,欧盟发表了《能源政策绿皮书》,以此为基础,1997年通过欧洲议会白皮书——《未来能源:可再生能源》,确定了欧盟在能源结构中增加可再生能源比例的行动纲领,提出可再生能源在一次能源消费中的比例将从1996年的6%提高到2010年的12%,可再生能源电力装机容量在电力总装机容量中的比例也将从1997年的14%提高到2010年的22%,其中主要是生物质能发电和风力发电。根据 1997年欧盟制定的《可再生能源白皮书》,2010年欧盟可再生能源的发展目标是占整个能源的比重达到12%,比1998年的6%翻一番。
各个成员国也出台了各自的发展目标。德国和英国承诺,到2010年和2020年可再生能源发电量的比例将分别达到10%和20%。按照德国新的《可再生能源法》规定,到2020年把风能、生物质能、水能和太阳能的发电量提高10%,使其占德国总发电量的20%。
2006年2月初,英国一家专业公司向英国政府提供了一份有关能源安全的“2020远景计划”,提出英国应该在北海的油气枯竭之前,充分重视可再生能源的替代作用。21世纪以来,英国以“低碳经济”为目标,拟定了新能源战略。2003年其以《英国政府未来的能源——创建低碳经济体》发布的白皮书,宣布了英国未来半个世纪的能源战略:到2050年使英国转变为低碳经济型国家。为实现这一长远目标,英国将致力于研发、应用并输出先进技术,创造更多商业机会和就业机会,并在欧洲乃至全球能源科技和能源市场的稳定、可持续、有益环保中,发挥主导作用。
西班牙表示,2010年其可再生能源发电的比例将超过29%。北欧部分国家提出了以风力发电和生物质发电逐步替代核电的目标。
欧盟议会、欧盟委员会、欧盟理事会及欧盟首脑会议围绕能源供给、内部能源一体化市场的构建、国际能源市场的协调、加强节能技术、推动可再生能源的研发和推广以及实现减排目标等进行了不懈努力。
2006年通过了《欧盟未来三年能源政策行动计划》(2007至2009年),采取综合措施以确保欧盟中长期能源供应;2007年决定继续执行欧盟《第五个课持续发展规划》,制定二氧化碳排放税收制,设定减排目标,提高可再生能源在能源消费中的比重等;2007年欧盟确立《能源与运输发展战略》,在交通运输领域提高能效,支持替代能源和可再生能源的研究,鼓励广泛的节能与减排研究;2009年4月,出台了《气候行动和可再生能源一揽子计划》,将减排目标和可再生能源发展紧密结合,提出了更宏伟的目标和更具体的实施方案。
欧盟的能源环保政策上有欧盟跨国政策的鼎力推动、有各成员国政府的积极领导以及能源管理机构牵头,下有基础设施部门、能源企业和市民的广泛热情参与。一路走来,欧盟的能源环保政策紧密结合,日趋成熟。
欧盟在新能源领域的大手笔:欧盟不仅是能源消耗重地,也是能源进口大国。为确保稳定可靠的能源供应,欧盟一方面要开展紧密的能源合作,加强与能源出口国家和地区的战略合作伙伴关系,如俄罗斯、中亚、里海与黑海等,同时也要加强与能源组织的合作,如与欧佩克、经合组织及大型跨国能源集团等的合作。
《欧盟未来三年能源政策行动计划》:
2006年通过的《欧盟未来三年能源政策行动计划》(2007年至2009年)提出要提高能源效率,以达到欧盟至2020年减少能源消耗20%的目标,要求各成员国要明确节约能源的“责任目标”,依照各国的经济与能源政策特点,确定主要的节能领域以便迅速采取落实措施。如对民众家庭、公共场所、政府机构、旅游饭店及商业建筑、城市灯光景观和道路照明等电力消耗领域,鼓励尽快更换节能灯与节能器材。照此速度发展,仅2007年至2009年三年欧盟就可节省10%至20%的电力消耗。欧盟还进一步扩大对核能的利用与开发,增加安全性保障、减少核废料污染等技术研究的资金与人力投入。
《计划》还要求加大对研究新能源技术与开发绿色能源的力度,大力推动新型能源与绿色能源的使用工作,规定在2007年至2009年这3年要达到10%的可再生能源与自然能源的使用目标,并根据不同国家进行目标分解。从《计划》的执行情况看,目前在欧盟成员国内已经有上百家研究机构和企业重点从事绿色能源和可再生能源的研究与开发工作。风能、太阳能、地热等自然能源的使用已经由工业、农业向商业和民用领域普及,并逐渐进入到民众的日常生活中。有专家称,目前欧盟在通过植物分解以生产再生能源方面的技术已经日渐成熟,欧盟正在降低成本与技术推广方面采取更加积极的鼓励政策,通过给使用绿色能源与节能设备的用户以资金补偿或奖励来进行新技术的推广普及,相关措施已在大部分成员国开始实行。
欧盟促进可再生能源发展的主要政策措施:
欧盟指导可再生能源发展的政策文件,主要有4种类型:《能源政策白皮书》(其中有可再生能源发展方面的论述);《可再生能源白皮书》及其《行动计划》;《能源供应绿皮书》(在出版白皮书之前,先出版绿皮书;在某种程度上绿皮书是征询各成员国意见的文件);欧盟指令。欧盟指令是指导各成员国立法的具有法律约束力的文件,其对促进可再生能源发展的规定比较具体。涉及到可再生能源发展的欧盟指令有:2001/77/EC指令(关于可再生能源),2003/30 /EC指令(关于生物柴油),2003/96/EC指令(关于能源税收),2003/54/EC指令(关于电力市场自由化)等。欧盟可再生能源的发展,是政府政策和市场机制相互配合的结果。
2003年5月,经过艰难的谈判,欧盟通过了一项促进在交通领域使用生物燃油的指令。按照这项指令,到2005年底,欧盟境内生物燃油的使用应当达到燃油市场的2%,到2010年底达到5.75 %。到2020年,用于交通的燃料要有20%是新型燃料。
欧盟决策者认识到,再生能源的开发和使用问题不在于技术,而在于强大的政治支持,没有政治支持,就会因为费用问题而被搁置。政治支持不是口号,还包括提供土地,把传统能源作为备用(因为再生能源可能会间断),容忍比传统能源高得多的价格,以及投资未来、鼓励创新、监督共同措施的执行等管理措施,需要政府和企业配合,干预市场行为,甚至干预社会生活。非如此,难以实现欧盟能源供应安全的长远目标。
强调发展绿色能源与节能技术并举是欧盟能源可持续发展战略的组成部分。欧盟要领导新的全球技术革命。打开欧盟光辉卓越的能源环保历史成绩单,我们不难得出结论:欧盟无论是在能源环保战略还是具体的实施细则、法律法规上,都可以说是遥遥领先,基础雄厚,实力不容小觑。欧洲有很多的煤,而且很便宜,问题在于怎样通过技术革命,用经济实惠的方法使它变得更加清洁。研发能源清洁技术,如对传统的煤、薪柴等的洁净化处理,提高了能源利用效率;努力研发新能源技术,加速生物能、氢能、太阳能、风能等技术的转让、试验与应用;同时,在当前经济危机的狂风暴雨中,以及世界各国愈演愈烈的能源大战的形势下,欧盟在能源和环保领域的这两项大计划可谓是雄心万丈、面面俱到,相比奥巴马的能源新政也更全面系统、具有可操作性,难怪欧盟声称“要引领一场新的全球技术革命”。
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。