生物质能如何利用?
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。
生物质能的主要利用形式包括直接燃烧、热化学转换和生物化学转换等3种途径。
1、直接燃烧
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。生物质的直接燃烧和固化成型技术的研究开发主要着重于专用燃烧设备的设计和生物质成型物的应用。
现已成功开发的成型技术按成型物形状主要分为大三类:以日本为代表开发的螺旋挤压生产棒状成型物技术,欧洲各国开发的活塞式挤压制的圆柱块状成型技术,以及美国开发研究的内压滚筒颗粒状成型技术和设备。
2、热化学转换
是指在一定的温度和条件下,使生物质气化、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。
①生物质气化:生物质气化技术是将固体生物质置于气化炉内加热,同时通入空气、氧气或水蒸气,来产生品位较高的可燃气体。它的特点是气化率可达70%以上,热效率也可达85%。生物质气化生成的可燃气经过处理可用于合成、取暖、发电等不同用途,这对于生物质原料丰富的偏远山区意义十分重大,不仅能改变他们的生活质量,而且也能够提高用能效率,节约能源。
②生物质碳化
生物质颗粒碳化燃料是各种生物质经过干燥、转性、混料、成型、碳化等复杂过程连续生产出来的一种新型燃料,其与煤性质相同,是可供各种燃烧机、生物质锅炉、熔解炉、生物质发电等的高效、可再生、环保生物质燃料,此种燃料在国际认证为零污染燃料。
③生物质热解
通常是指在无氧或低氧环境下,生物质被加热升温引起分子分解产生焦炭、可冷凝液体和气体产物的过程,是生物质能的一种重要利用形式。
3、生物质化学转换
通过生物质的厌氧发酵制取甲烷,用热解法生成燃料气、生物油和生物炭,用生物质制造乙醇和甲醇燃料,包括有机物质-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。生物制氢,生物质通过气化和微生物催化脱氢方法制氢。
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。
生物质能的利用
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。
目前人类对生物质能的利用,包括直接用作燃料的有农作物的秸秆、薪柴等;间接作为燃料的有农林废弃物、动物粪便、垃圾及藻类等,它们通过微生物作用生成沼气,或采用热解法制造液体和气体燃料,也可制造生物炭。生物质能是世界上最为广泛的可再生能源。据估计,每年地球上仅通过光合作用生成的生物质总量就达1440~1800亿吨( 干重 ),其能量约相当于20世纪90年代初全世界总能耗的3~8倍。但是尚未被人们合理利用,多半直接当薪柴使用,效率低,影响生态环境。现代生物质能的利用是通过生物质的厌氧发酵制取甲烷,用热解法生成燃料气、生物油和生物炭 ,用生物质制造乙醇和甲醇燃料,以及利用生物工程技术培育能源植物,发展能源农场。
生物质能的分类
依据来源的不同,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。
林业资源:林业生物质资源是指森林生长和林业生产过程提供的生物质能源,包括薪炭林、在森林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、树叶和木屑等;木材采运和加工过程中的枝丫、锯末、木屑、梢头、板皮和截头等;林业副产品的废弃物,如果壳和果核等。
农业资源:农业生物质能资源是指农业作物(包括能源作物);农业生产过程中的废弃物,如农作物收获时残留在农田内的农作物秸秆(玉米秸、高粱秸、麦秸、稻草、豆秸和棉秆等);农业加工业的废弃物,如农业生产过程中剩余的稻壳等。能源植物泛指各种用以提供能源的植物,通常包括草本能源作物、油料作物、制取碳氢化合物植物和水生植物等几类。
生活污水和工业有机废水:生活污水主要由城镇居民生活、商业和服务业的各种排水组成,如冷却水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水、粪便污水等。工业有机废水主要是酒精、酿酒、制糖、食品、制药、造纸及屠宰等行业生产过程中排出的废水等,其中都富含有机物。
城市固体废物:城市固体废物主要是由城镇居民生活垃圾,商业、服务业垃圾和少量建筑业垃圾等固体废物构成。其组成成分比较复杂,受当地居民的平均生活水平、能源消费结构、城镇建设、自然条件、传统习惯以及季节变化等因素影响。
畜禽粪便:畜禽粪便是畜禽排泄物的总称,它是其他形态生物质(主要是粮食、农作物秸秆和牧草等)的转化形式,包括畜禽排出的粪便、尿及其与垫草的混合物。
生物质能是指植物叶绿素将太阳能转化为化学能储存在生物质内部的能量,通过热化学转换技术将固体生物质转换成可燃气体、焦油等,通过生物化学转换技术将生物质在微生物的发酵作用下转换成沼气、酒精等,通过压块细密成型技术将生物质压缩成高密度固体燃料等。
生物质能源包括:能源林木、能源作物、水生植物、各种有机的废弃物等,它们是通过植物的光合作用转化而成的可再生资源。
生物质有广义和狭义之分,广义上的生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体,即一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质,包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。
狭义上的生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质。
扩展资料:
生物质能具有四大特征:
1、一是可再生性。由于可以通过植物的光合作用而形成,生物质能与风能、太阳能等一样是可再生能源,源源不断生产,保障永续利用。
2、二是绿色环保。一方面,由于生物质中硫含量、氮含量很低,燃烧过程中基本不会造成有害气体;另一方面,生物质燃烧排放释放的二氧化碳的量与其生长需要的二氧化碳相当,因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零,不会加剧温室效应。
3、三是分布广泛、总量丰富。根据生物学家的估算,陆地每年生产1000亿一1250亿吨生物质;海洋年生产500亿吨生物质。生物质能源的年生产量远远超过全世界年能源需求总量。
4、四是广泛应用性。生物质能源可以以沼气、压缩成型固体燃料、气化生产燃气、气化发电、生产燃料酒精、热裂解生产生物柴油等形式存在,应用在国民经济的各个领域。
参考资料来源:百度百科-生物质能
参考资料来源:人民网-“古典”能源迈上复兴路-中国生物质能开发利用成果丰硕