为什么说生物质能是由太阳能转变而来的

通过哪些途径利用太阳能和生物质能的

生物质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.而所谓生物质能,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.可以将适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便等五大类.生物质能一直是人类赖以生存的重要能源,它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源,在整个能源系统中占有重要地位.有关专家估计,生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的组成部分,到下世纪中叶,采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40％以上.

生物质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。而所谓生物质能（biomassenergy ），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。生物质能的原始能量来源于太阳，所以从广义上讲，生物质能是太阳能的一种表现形式。很多国家都在积极研究和开发利用生物质能。生物质能蕴藏在植物、动物和微生物等可以生长的有机物中，它是由太阳能转化而来的。有机物中除矿物燃料以外的所有来源于动植物的能源物质均属于生物质能，通常包括木材、及森林废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物、动物粪便等。地球上的生物质能资源较为丰富，而且是一种无害的能源。地球每年经光合作用产生的物质有1730亿吨，其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10-20倍，利用率不到3%。

,地表上的气体温度随之上升,热气流上升,冷气流下降,产生了我们的风。

生物能：太阳能供绿色植物光合作用,绿色植物生长,被食草动物所吸收,食草动物又被食肉动物所吸收,然后各个阶级又死亡,腐烂,供微生物分解,分解的养分又被绿色植物所吸收~如此循环~所以说太阳能是总能。

风能：成本低但受气候环境影响

太阳能：绝对清洁的能源，但在成本控制和上游生产上目前存在瓶颈！

生物质能:1)

可再生,2)

低污染,　3)

广泛分布,4)

生物质燃料总量十分丰富

我们现今所使用的能源,有些直接来自太阳,有些是太阳能转化的能源,像水能、风能、生物能,有些是早期由太阳能转化来的一直储存在地球上的能源,像煤炭、石油这样的化石燃料.

太阳能是一种辐射能,具有即时性,必须即时转换成其它形式能量才能利用和贮存.将太阳能转换成不同形式的能量需要不同的能量转换器,集热器通过吸收面可以将太阳能转换成热能,利用光伏效应太阳电池可以将太阳能转换成电能,通过光合作用植物可以将太阳能转换成生物质能,等等.原则上,太阳能可以直接或间接转换成任何形式的能量,但转换次数越多,最终太阳能转换的效率便越低.

太阳能-热能转换

黑色吸收面吸收太阳辐射,可以将太阳能转换成热能,其吸收性能好,但辐射热损失大,所以黑色吸收面不是理想的太阳能吸收面.选择性吸收面具有高的太阳吸收比和低的发射比,吸收太阳辐射的性能好,且辐射热损失小,是比较理想的太阳能吸收面.这种吸收面由选择性吸收材料制成,简称为选择性涂层.它是在本世纪40年代提出的,1955年达到实用要求,70年代以后研制成许多新型选择性涂层并进行批量生产和推广应用,目前已研制成上百种选择性涂层.我国自70年代开始研制选择性涂层,取得了许多成果,并在太阳集热器上广泛使用,效果十分显著.

太阳能-电能转换

电能是一种高品位能量,利用、传输和分配都比较方便.将太阳能转换为电能是大规模利用太阳能的重要技术基础,世界各国都十分重视,其转换途径很多,有光电直接转换,有光热电间接转换等.这里重点介绍光电直接转换器件--太阳电池.世界上,1941年出现有关硅太阳电池报道,1954年研制成效率达6％的单晶硅太阳电池,1958年太阳电池应用于卫星供电.在70年代以前,由于太阳电池效率低,售价昂贵,主要应用在空间.70年代以后,对太阳电池材料、结构和工艺进行了广泛研究,在提高效率和降低成本方面取得较大进展,地面应用规模逐渐扩大,但从大规模利用太阳能而言,与常规发电相比,成本仍然大高.

目前,世界上太阳电他的实验室效率最高水平为：单晶硅电池24％（4cm2),多晶硅电池18.6％（4cm2）, InGaP／GaAs双结电池30．28％（AM1）,非晶硅电池14．5％（初始）、12．8（稳定）,碲化镉电池15．8％, 硅带电池14．6％,二氧化钛有机纳米电池10．96％.

我国于1958年开始太阳电池的研究,40多年来取得不少成果.目前,我国太阳电他的实验室效率最高水平为：单晶硅电池20．4％（2cm×2cm）,多晶硅电池14．5％（2cm×2cm）、12％（10cm×10cm）,GaAs电池 20．1％（lcm×cm）,GaAs／Ge电池19．5％（AM0）,CulnSe电池9％（lcm×1cm）,多晶硅薄膜电池13．6％ （lcm×1cm,非活性硅衬底）,非晶硅电池8．6％（10cm×10cm）、7．9％（20cm×20cm）、6．2％（30cm×30cm）, 二氧化钛纳米有机电池10％（1cm×1cm）.

太阳能-氢能转换

氢能是一种高品位能源.太阳能可以通过分解水或其它途径转换成氢能,即太阳能制氢,其主要方法如下：

1、太阳能电解水制氢.电解水制氢是目前应用较广且比较成熟的方法,效率较高（75％-85％）,但耗电大,用常规电制氢,从能量利用而言得不偿失.所以,只有当太阳能发电的成本大幅度下降后,才能实现大规模电解水制氢.

2、太阳能热分解水制氢.将水或水蒸汽加热到3000K以上,水中的氢和氧便能分解.这种方法制氢效率高,但需要高倍聚光器才能获得如此高的温度,一般不采用这种方法制氢.

3、太阳能热化学循环制氢.为了降低太阳能直接热分解水制氢要求的高温,发展了一种热化学循环制氢方法,即在水中加入一种或几种中间物,然后加热到较低温度,经历不同的反应阶段,最终将水分解成氢和氧,而中间物不消耗,可循环使用.热化学循环分解的温度大致为900-1200K,这是普通旋转抛物面镜聚光器比较容易达到的温度,其分解水的效率在17．5％-75．5％.存在的主要问题是中间物的还原,即使按99．9％-99． 99％还原,也还要作 0.1％-0.01％的补充,这将影响氢的价格,并造成环境污染.

4、太阳能光化学分解水制氢.这一制氢过程与上述热化学循环制氢有相似之处,在水中添加某种光敏物质作催化剂,增加对阳光中长 波光能的吸收,利用光化学反应制氢.日本有人利用碘对光的敏感性,设计了一套包括光化学、热电反应的综 合制氢流程,每小时可产氢97升,效率达10％左右.

5、太阳能光电化学电池分解水制氢.1972年,日本本多健一等人利用n型二氧化钛半导体电极作阳极,而以铂黑作阴极,制成太阳能光电化学电池,在太阳光照射下,阴极产生氢气,阳极产生氧气,两电极用导线连接便有电流通过,即光电化学电池在太阳光的照射下同时实现了分解水制氢、制氧和获得电能.这一实验结果引起世界各国科学家高度重视, 认为是太阳能技术上的一次突破.但是,光电化学电池制氢效率很低,仅0．4％,只能吸收太阳光中的紫外光和近紫外光,且电极易受腐蚀,性能不稳定,所以至今尚未达到实用要求.

6、太阳光络合催化分解水制氢.从1972年以来,科学家发现三联毗啶钉络合物的激发态具有电子转移能力,并从络合催化电荷转移反应,提出利用这一过程进行光解水制氢.这种络合物是一种催化剂,它的作用是吸收光能、产生电荷分离、电荷转移和集结,并通过一系列偶联过程,最终使水分解为氢和氧.络合催化分解水制氢尚不成熟,研究工作正在继续进行.

7、生物光合作用制氢.40多年前发现绿藻在无氧条件下,经太阳光照射可以放出氢气；十多年前又发现,兰绿藻等许多藻类在无氧环境中适应一段时间,在一定条件下都有光合放氢作用.目前,由于对光合作用和藻类放氢机理了解还不够,藻类放氢的效率很低,要实现工程化产氢还有相当大的距离.据估计,如藻类光合作用产氢效率提高到10％,则每天每平方米藻类可产氢9克分子,用5万平方公里接受的太阳能,通过光合放氢工程即可满足美国的全部燃料需要.

太阳能-生物质能转换

通过植物的光合作用,太阳能把二氧化碳和水合成有机物（生物质能）并放出氧气.光合作用是地球上最大规模转换太阳能的过程,现代人类所用燃料是远古和当今光合作用固定的太阳能,目前,光合作用机理尚不完全清楚,能量转换效率一般只有百分之几,今后对其机理的研究具有重大的理论意义和实际意义.

太阳能-机械能转换

20世纪初,俄国物理学家实验证明光具有压力.20年代,前苏联物理学家提出,利用在宇宙空间中巨大的太阳帆,在阳光的压力作用下可推动宇宙飞船前进,将太阳能直接转换成机械能.科学家估计,在未来10～20年内,太阳帆设想可以实现.通常,太阳能转换为机械能,需要通过中间过程进行间接转换.

应用：太阳能热水器，太阳能电池等。

风能，原理：将风的动能转化成机械动能及电能等。

应用：风车、风力发电等。

氢能，原理：将氢燃烧产生水，化学能转化成热能或动能。

应用：氢能汽车等

可燃冰，原理：主要成分为甲烷和水，同样是燃烧将化学能转化成热能和动能等。

应用：燃料等。

核能，原理：质能转换，通过核裂变或者核聚变，将质量转化成能量，E=mc^2，E表示能量，m代表质量，而c则表示光速。

应用：核弹（能量剧烈施放），核动力反应堆（应用于潜艇、航空母舰等）、核电厂（能量缓慢施放）。