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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。

陆地上重要的自然资源有六种，它们是：1）淡水、2）森林、3）土地、4）生物种类、5）矿山、6）化石燃料（煤炭、石油和天然气）

矿产资源

地球是人类栖身之所，衣食之源。地球上的矿物已知有3300多种，并构成多样的矿产资源。人类目前使用的95％以上的能源、80％以上的工业原材料和70％以上的农业生产资料都是来自于矿产资源。

矿产资源一般分为金属矿产、非金属矿产、能源矿产等，有固体、液体、气体三种形态。

地球资源是有限和不可再生的，对矿产资源的过度掘取和不合理的开发利用，必将带来资源的枯竭和对地球生态环境的负面影响。合理有效地利用地球资源，维护人类的生存环境，已经成为当今世界所共同关注的问题。

矿产资源被誉为现代工业的“粮食”和“血液”，是人类社会发展的命脉。矿产资源不仅是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础，更是全球经济的产业基础。

不仅在经济领域，矿产资源同样在政治领域显示着其重要的价值。纵观上个世纪大大小小几百次战争，无论是两次世界大战，抑或是海湾战争，除了对领土的争夺外，各种矿产资源的占有权更是常常成为引发战争爆发的导火索。而为了保证国家在非常时期的安全，世界上有许多国家很早就着手进行矿产资源的战略储备。

人口资源环境

环境问题的三种主要类型是资源利用、人口增长和环境污染。

资源利用：人们所利用的环境中的任何东西都是自然资源。一些自然资源能在一个相对比较短的时间内自然地恢复或再生，称为可再生资源。可再生资源包括阳光、风和树木等。一些自然资源是不能被恢复或再生的，我们称它们为不可再生资源，如煤、石油和其它金属和非金属矿产资源。当不可再生资源被过度开发利用时，最终必将会枯竭。

人口增长：随着医学、农业的发展和卫生条件的改善，人的寿命得到延长，死亡率开始下降，全球人口数量在不断增长。但是，随着人口的不断增长，对资源均需求也同步增长。因此，人口与资源是人类社会发展的一大矛盾。

环境污染：环境对生物产生负面影响的任何变化称为环境污染。环境污染经常是伴随着有益于人类的活动而产生的，例如煤来发电带来了大气污染，用杀虫剂杀死农作物的害虫带来了土壤环境污染等。环境污染的重要因素是人类活动对地球的侵害。

能源

能源是可以为人类提供能量的自然资源，是人类赖以生存和社会赖以发展的物质基础。

煤炭：煤是由远古的植物因埋在地下而形成的一种固态化石燃料。

虽然煤炭的燃烧造成环境污染，但在未来的100年里，煤炭仍然是一种主要的能源。洁净煤燃烧技术成为当前能源领域开发的热点，许多国家都在开发保持空气清洁的煤炭燃烧技术。

石油：石油又叫原油，它是一种浓稠的黑色液体，由几亿年前生活在海洋中和较浅的内海中的小动物、海藻、原生生物形成的。大多数的石油储藏在地下砂岩层或石灰岩层的小孔中。石油的形成需要几亿年的时间，从这一点上讲，它是一种不可再生的资源。

把地下石油开采出来后，通过加热蒸馏，从原油中可以分离出燃料和其他产品。石油占全世界能源消费的1/3以上，它是大多数汽车、飞机和轮船的燃料。许多家庭也用石油取暖。塑料、油漆、药品和化妆品等都是从原油中提取的。

天然气：天然气是储存于地下多孔岩石或石油中的可燃气体，它的成因与石油的成因相似。由于它比石油轻，所以常位于石油上部。我国西部也有单独成矿的天然气矿藏。

天然气具有清洁、价格低廉和供应安全等特点，它的缺点是极易燃烧，气体泄露会引起爆炸，并发生火灾。

开发清洁能源：像其他活动一样，自然资源的生成需要消耗一定的能量，大规模的用水、土地的恢复、地貌的改造等都离不开大量的能源消耗。大量使用化石能源而造成的环境恶化危害着地球。人类惟一的出路就是寻求替代能源——可再生能源。

可再生能源：包括水电能、风能、波动能、潮汐能、地热能、生物能、太阳能等等。

地球上的自然资源分为"可再生"与"不可再生"两大类。

可再生的自然资源指的是在太阳光的作用下，可以不断自己再生的物质。最典型的可再生资源有植物、生物质能、太阳能、风能等。

近日，瑞典可持续发展部长莫娜·萨林称：到2020年，瑞典将摆脱对矿物燃料的依赖。这意味着，“到那时，再没有一户家庭需要依赖石油供暖，机动车司机也不再需要把汽油当作唯一选择”。

直面能源危机欧美加紧行动

2002年以来，国际油价持续上涨，到目前虽没有导致全球经济衰退，但对全球经济已开始产生重要影响。到2005年8月底，受美国墨西哥湾“卡特里娜”飓风影响，油价更是快速突破70美元/桶。专家认为，尽管油价攀升的原因很多，但开发替代能源已是当务之急。

石油到底能用多少年

有专家认为地球上的石油仅够三四十年，有专家则认为可使用一二百年。1998年6月7日，美国《洛杉矶时报》文章认为，今后10年左右，世界石油供应似乎是充足的。在今后20年左右的时间，全球石油产量可能开始持续下降。虽然市场力量和石油生产技术的改进可能使石油供应继续保持到21世纪，但是石油危机的到来可能比一般人的设想早得多。目前全球每天消耗石油量已达7100万桶，几乎每年增加2％。以每年这个增加数字计算，到2010年，全世界将消耗掉从经济到技术上都容易开采的全部石油的一半。

尽管地质勘探技术有了惊人的进步，但所探明的新的石油储量明显减少，因为现有石油消费量同新勘探到的石油量的比例是4∶1。

据美国石油业协会估计，地球上尚未开采的原油储藏量已不足两万亿桶，可供人类开采时间不超过95年。在2050年到来之前，世界经济的发展将越来越多地依赖煤炭。其后在2250到2500年之间，煤炭也将消耗殆尽，矿物燃料供应枯竭。面对即将到来的能源危机，全世界认识到必须采取开源节流的战略，即一方面节约能源，另一方面开发新能源。

节能就是拯救明天

目前世界一些工业化国家都在采取节能措施，联合热电（又称“同时发热发电”）就是比较热门的话题之一。普通发电厂的能源效率只有35％，而多达65％的能源都作为热白白浪费掉了。联合热电就要将这部分热用来发电或者为工业和家庭供热，因此可使能源利用率提高到85％以上，大大节约了初级能源。

“原煤气化发电”是领先于世界的清洁能源技术，世界第一套大型煤炭气化发电设施已于1994年在荷兰投入试运行。这套设施将原煤经气化和除硫后用来发电，可使效率达到43－50％，而且基本不污染环境。据专家们估计，原煤气化技术可作为火力发电厂的发展方向，目前的电厂到2030年几乎将全部改成煤炭气化发电，到那时可使同样数量的煤发的电量增加一倍。欧洲能源委员会已经决定设立专项基金用于这一新技术的推广。

欧美发展替代能源

伊朗核危机和由此引发的国际原油价格攀升，不久前的俄乌天然气之争，这些因素引发欧美发达国家有关“摆脱石油”的政治讨论浪潮。尤其是严重依赖于石油和天然气进口的欧洲，能源再次成为政治议事日程的重点。奥地利《新闻报》2月16日在头版发表文章，称欧美发达国家重新重视发展石油替代能源。

在很多欧洲国家，一度失宠的核能重获新生：荷兰经济部宣布几年内将新建三座核电站，波兰、爱沙尼亚、立陶宛、法国也有类似计划，芬兰和罗马尼亚的核设施正在建造当中。同时，欧洲国家也在大力开发生物质能、风能、太阳能等。

尽管美国对中东石油的依赖性远低于欧洲，仅占美国石油总需求的20%，但布什总统在对国民发表讲话时称，美国将斥资数十亿美元发展生物汽油，以减少对中东地区石油的依赖程度。

开源又节流 啤酒变燃料 环保车受宠 瑞典15年后摆脱石油

和其他西方发达国家一样，瑞典曾经相当依赖石油能源。完成如此惊人转变，瑞典的秘诀就是大力发展石油替代能源，如风能、生物质能、太阳能等。瑞典的绿色可持续发展之路，成为人类解决能源危机的范本。

（1）普遍：太阳光普照大地，没有地域的限制无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，便于采集，且无须开采和运输。

（2）无害：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。

（3）巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。

（4）长久：根据太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。

太阳能作用：

（1）光热利用

它的基本原理是将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。目前使用最多的太阳能收集装置，主要有平板型集热器、真空管集热器、陶瓷太阳能集热器和聚焦集热器（槽式、碟式和塔式）等4种。通常根据所能达到的温度和用途的不同，而把太阳能光热利用分为低温利用（<200℃）、中温利用（200～800℃）和高温利用（>800℃）。目 前低温利用主要有太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、太阳能采暖（太阳房）、太阳能温室、太阳能空调制冷系统等，中温利用主要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等，高温利用主要有高温太阳炉等。

（2）发电利用

新能源未来太阳能的大规模利用是用来发电。利用太阳能发电的方式有多种。已实用的主要有以下两种。

1、光—热—电转换。即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。前一过程为光—热转换，后一过程为热—电转换。这种方式简单易行，成本低廉回报大，适合在中国大面积推广。

2、光—电转换。其基本原理是利用光生伏特效应将太阳辐射能直接转换为电能，它的基本装置是太阳能电池。可惜这种发电方式效率只有10%，其成本大于寿命，没有任何经济价值。在制造太阳能电池的过程中，往往会产生二次污染。

（3）太阳能电池

材料要求：耐紫外光线的辐射，透光率不下降。钢化玻璃作成的组件可以承受直径25毫米的冰球以23米/秒的速度撞击。

用途：太阳能发电广泛用于太阳能路灯、太阳能杀虫灯、太阳能便携式系统，太阳能移动电源，太阳能应用产品，通讯电源，太阳能灯具，太阳能建筑等领域。

太阳能在2050年前可能将成为电力的主要来源，受助于发电设备成本大跌。IEA报告表示，2050年前太阳能光伏(PV)系统将最多为全球贡献16%的电力，来自太阳能发电厂的太阳能热力发电(STE)将提供11%的电力。

（3）光化利用

这是一种利用太阳辐射能直接分解水制氢的光—化学转换方式。它包括光合作用、光电化学作用、光敏化学作用及光分解反应。

光化转换就是因吸收光辐射导致化学反应而转换为化学能的过程。其基本形式有植物的光合作用和利用物质化学变化贮存太阳能的光化反应。

植物靠叶绿素把光能转化成化学能，实现自身的生长与繁衍，若能揭示光化转换的奥秘，便可实现人造叶绿素发电。太阳能光化转换正在积极探索、研究中。

通过植物的光合作用来实现将太阳能转换成为生物质的过程。巨型海藻。

（4）燃油利用

欧盟从2011年6月开始，利用太阳光线提供的高温能量，以水和二氧化碳作为原材料，致力于“太阳能”燃油的研制生产。截止目前，研发团队已在世界上首次成功实现实验室规模的可再生燃油全过程生产，其产品完全符合欧盟的飞机和汽车燃油标准，无需对飞机和汽车发动机进行任何调整改动。

研制设计的“太阳能”燃油原型机，主要由两大技术部分组成：第一部分利用集中式太阳光线聚集产生的高温能量，辅之ETH Zürich 自主知识产权的金属氧化物材料添加剂，在自行设计开发的太阳能高温反应器内将水和二氧化碳转化成合成气（Syngas），合成气的主要成分为氢气和一氧化碳；第二部分根据费-托原理（Fischer-Tropsch Principe），将余热的高温合成气转化成可商业化应用于市场的“太阳能”燃油成品.

地球资源指的是：地球能提供给人类衣、食、住、行、医所需要的物质原料，也称为"自然资源"（natural resources）。

陆地上重要的自然资源有六种，它们是：1）淡水、2）森林、3）土地、4）生物种类、5）矿山、6）化石燃料（煤炭、石油和天然气）

矿产资源

地球是人类栖身之所，衣食之源。地球上的矿物已知有3300多种，并构成多样的矿产资源。人类目前使用的95％以上的能源、80％以上的工业原材料和70％以上的农业生产资料都是来自于矿产资源。

矿产资源一般分为金属矿产、非金属矿产、能源矿产等，有固体、液体、气体三种形态。

地球资源是有限和不可再生的，对矿产资源的过度掘取和不合理的开发利用，必将带来资源的枯竭和对地球生态环境的负面影响。合理有效地利用地球资源，维护人类的生存环境，已经成为当今世界所共同关注的问题。

矿产资源被誉为现代工业的“粮食”和“血液”，是人类社会发展的命脉。矿产资源不仅是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础，更是全球经济的产业基础。

不仅在经济领域，矿产资源同样在政治领域显示着其重要的价值。纵观上个世纪大大小小几百次战争，无论是两次世界大战，抑或是海湾战争，除了对领土的争夺外，各种矿产资源的占有权更是常常成为引发战争爆发的导火索。而为了保证国家在非常时期的安全，世界上有许多国家很早就着手进行矿产资源的战略储备。

人口资源环境

环境问题的三种主要类型是资源利用、人口增长和环境污染。

资源利用：人们所利用的环境中的任何东西都是自然资源。一些自然资源能在一个相对比较短的时间内自然地恢复或再生，称为可再生资源。可再生资源包括阳光、风和树木等。一些自然资源是不能被恢复或再生的， 们称它们为不可再生资源，如煤、石油和其它金属和非金属矿产资源。当不可再生资源被过度开发利用时，最终必将会枯竭。

人口增长：随着医学、农业的发展和卫生条件的改善，人的寿命得到延长，死亡率开始下降，全球人口数量在不断增长。但是，随着人口的不断增长，对资源均需求也同步增长。因此，人口与资源是人类社会发展的一大矛盾。

环境污染：环境对生物产生负面影响的任何变化称为环境污染。环境污染经常是伴随着有益于人类的活动而产生的，例如煤来发电带来了大气污染，用杀虫剂杀死农作物的害虫带来了土壤环境污染等。环境污染的重要因素是人类活动对地球的侵害。

能源

能源是可以为人类提供能量的自然资源，是人类赖以生存和社会赖以发展的物质基础。

煤炭：煤是由远古的植物因埋在地下而形成的一种固态化石燃料。

虽然煤炭的燃烧造成环境污染，但在未来的100年里，煤炭仍然是一种主要的能源。洁净煤燃烧技术成为当前能源领域开发的热点，许多国家都在开发保持空气清洁的煤炭燃烧技术。

石油：石油又叫原油，它是一种浓稠的黑色液体，由几亿年前生活在海洋中和较浅的内海中的小动物、海藻、原生生物形成的。大多数的石油储藏在地下砂岩层或石灰岩层的小孔中。石油的形成需要几亿年的时间，从这一点上讲，它是一种不可再生的资源。

把地下石油开采出来后，通过加热蒸馏，从原油中可以分离出燃料和其他产品。石油占全世界能源消费的1/3以上，它是大多数汽车、飞机和轮船的燃料。许多家庭也用石油取暖。塑料、油漆、药品和化妆品等都是从原油中提取的。

天然气：天然气是储存于地下多孔岩石或石油中的可燃气体，它的成因与石油的成因相似。由于它比石油轻，所以常位于石油上部。 国西部也有单独成矿的天然气矿藏。

天然气具有清洁、价格低廉和供应安全等特点，它的缺点是极易燃烧，气体泄露会引起爆炸，并发生火灾。

开发清洁能源：像其他活动一样，自然资源的生成需要消耗一定的能量，大规模的用水、土地的恢复、地貌的改造等都离不开大量的能源消耗。大量使用化石能源而造成的环境恶化危害着地球。人类惟一的出路就是寻求替代能源——可再生能源。

可再生能源：包括水电能、风能、波动能、潮汐能、地热能、生物能、太阳能等等。

地球上的自然资源分为"可再生"与"不可再生"两大类。

可再生的自然资源指的是在太阳光的作用下，可以不断自己再生的物质。最典型的可再生资源有植物、生物质能、太阳能、风能等。