生物质发电是否会产生污染
生物质发电项目是清洁能源,用农林废弃物燃烧发电排除的二氧化碳,植物进行光合作用进行吸收,燃烧后的灰渣都是优质的肥料。现在国内都是直燃锅炉没有助燃的东西。生物质中所含的硫等有害元素比煤炭要地很多很多可以说无硫主要是碳和氢,人类把沉积了上百万年的碳在短短100多年的时间释放出去了,肯定会带来温室效应。秸秆的能源化利用已经被公认为属于二氧化碳“零排放”的燃料,基于《京都议定书》的CDM机制已经明确秸秆的能源化利用可以计入二氧化碳减排技术序列,现在在国内一台3万的机组CDM大概600多万左右这些都是创收(可能不准)因为各个项目运行状况不同,一般买CDM的大多是欧洲国家
1、生物制颗粒燃料企业有大气污染物、水污染物、固体废物。
2、生物质燃料由秸秆、稻草、稻壳、花生壳、玉米芯、油茶壳、棉籽壳等以及"三剩物"经过加工产生的块状环保新能源。
3、生物质颗粒作为一种新型的颗粒燃料以其特有的优势赢得了广泛的认可。与传统的燃料相比,不仅具有经济优势也具有环保效益,完全符合了可持续发展的要求。
首先,由于形状为颗粒,压缩了体积,节省了储存空间,也便于运输,减少了运输成本。
其次,燃烧效益高,易于燃尽,残留的碳量少。与煤相比,挥发份含量高燃点低,易点燃密度提高,能量密度大,燃烧持续时间大幅增加,可以直接在燃煤锅炉上应用。
生物质能的利用主要是将生物质制成生物质颗粒和能源块来替代燃煤,这是比较基础的应用,相对来说效率还不是很高,现在很多地方都在推行甲醇汽油的应用,生物质可以用来通过物理加工系统将秸秆等生物质气化,回收为甲醇,依靠添加剂可以使甲醇汽油用来部分乃至完全替代汽油,这个就能产生比较大的经济效益和强烈的保护生态环境的结果。
氢能是非常清洁的能源,完全没有生态破坏和环境污染,是很有前途的一种新能源,氢能源的制备还很复杂,还不能以很低的投资建造一个氢能源生产厂,所以氢能源还不流行,因为推广全新的新能源还需要很长的路要走。
所以总结起来就是氢能源最清洁,生物质能源最合用,太阳能明天必能成为我们的好帮手。
1.煤
煤的开采会导致地面下沉(地下开采)和地表破坏(露天开采),污染和破坏地下蓄水层,产生粉煤灰等大量固体废弃物,侵占土地。煤炭运输过程中还不可避免地排放粉尘,污染当地大气。最严重的是煤炭燃烧所致的大气污染,无论是发电用煤还是工业终端用煤,都将向大气中排放二氧化碳、二氧化硫和烟尘等有害物质。煤炭燃烧是温室气体二氧化碳的最大来源。按单位有效能所排放的大气污染物计算,煤炭是对环境危害最严重的化石燃料。
2.石油和天然气
石油和天然气的开采对环境的影响与开采方式有关。陆上油气开采会导致土地破坏、地下水污染,海上油气开采会影响渔业和海洋生物环境,两者都会排放液态和固态废物。石油在生产、储存、运输过程中如果发生泄漏,将会对环境造成较大的影响。石油和天然气也同属化石矿物燃料,燃烧时都会向大气中排放碳,但因不同矿物燃料的含碳量不同,燃用同量的煤、石油和天然气,各自排放的二氧化碳量也不同,燃石油较燃煤少30%,燃天然气则较燃煤少50%,故燃天然气相对比较清洁。
3.水电
水电是一种洁净的二次能源,但在大型水电工程的建设过程中,仍会对环境产生影响。修建水库会淹没大片土地,吞没森林,损害动植物物种,需要大规模安置移民。大坝会扰乱河流的自然流量,造成河床破坏,伤害水中生态系统,干扰鱼类和其他水生动物的产卵和迁徙方式,也将引起湿度变化和降雨等气候变化。
4.生物质能
生物质燃料是一种传统能源,也是许多国家农村的主要能源。生物质燃烧会产生大量烟尘,造成区域性大气污染;过度消耗薪柴,会使植被遭到破坏,加剧森林的退化,加大“温室效应”的压力。大量使用秸秆和畜粪代替薪柴,会导致秸秆不能还田,使土壤有机质减少,肥力降低,生态环境恶化。
5.核能
核能对环境的影响具有很大的不确定性,铀矿的开采与加工、燃料循环与发电、核废料与废弃核电站的处置,其中每一个环节都有可能向周围环境泄漏有毒或放射性物质。尽管核事故发生的概率很低,核能的安全性不比其他能源差,与化石燃料相比,对环境的损害也较小,但公众对核安全的忧虑仍是核能发展的一大障碍,所以评估核能对环境的影响是比较困难的。
6.太阳能、风能、地热和潮汐能
太阳能、风能、地热和潮汐能都是可再生能源,对环境影响较小。地热对环境的不利影响包括排放二氧化碳等气体、污染地下水、废弃地热井的地面塌陷等;太阳能的大规模利用需占用大片土地;潮汐电站的设计中要考虑海洋鱼类的生态环境问题。但这些新能源同属清洁能源,它们的大量开发利用,有利于改善环境状况。
综上所述,矿物能源传统的开发利用方式需要付出巨大的环境代价,对温室效应贡献突出,其中尤以燃煤带来的危害最大。积极寻求各种替代矿物燃料的清洁能源,如发展水电、核电及各类新能源,以改善能源结构,减轻环境污染,势在必行。鉴于矿物燃料在近期内仍将作为能源结构中的重要组成部分,不断研究应用矿物燃料,开发利用更为合理的新技术,以缓解环境危机是十分必要的。
本来是发电行业龙头的燃煤发电,因为生产过程中的污染问题而地位大跌,部分燃煤发电厂甚至处于被抛弃的边缘。
梳理完燃煤发电和以太阳能发电为首的可再生资源发电,大家可能会发现,不管是火力发电还是可再生资源发电,都存在这一种发电方式的身影,这种方式就是——生物质发电。
我国是农林大国,这在某种程度上保证了我国生物质发电的燃料来源。在资源的划分上来看,生物质属于可再生能源,生物质发电自然也是可再生能源发电中的一员;而熊发电方式上来看,通过燃烧将生物质能转化为电能的生物质发电,则是妥妥的火力发电。对于生物质发电来说,其糅杂了可再生能源发发电与火力发电的优势。
其一,生物质发电主要包括农林生物质发电、垃圾发电、沼气发电等等,这些燃料来源广泛,由于生物质发电所需的能量是燃料燃烧所散发的能量,对于燃料的质量要求不高,许多被其他行业淘汰下来的劣质燃料也可以投入使用,因此,生物质发电历来就有变废为宝的说法。
其二,生物质发电足够稳定,不需要地区与环境的限制,只要能够保证燃料的充足,生物质发电厂就能够按时按量发电。
但是,生物质发电的处境却也不容乐观。作为一个刚刚起步的行业,生物质发电并没有能力完成自负盈亏。不仅如此,生物质发电在更多意义上属于福利发电,这一属性决定了它很难独自完成资金的回笼,更多时候,生物质发电的资金回流靠的是政府的资金补贴。但是,由于整改原因,政府的补贴迟迟不能到位,巨大的资金缺口使得诸多电厂纷纷倒闭。
生物质是由植物的光合作用固定于地球上的太阳能,每年经光合作用产生的生物质约1700亿吨,其能量约相当于世界主要燃料消耗的10倍,而作为能源的利用量还不到其总量的l%。这些未加以利用的生物质,为完成自然界的碳循环,其绝大部分由自然腐解将能量和碳素释放。
通过生物质能转换技术可以高效地利用生物质能源,生产各种清洁燃料,替代煤炭,石油和天然气等燃料,生产电力,从而减少对矿物能源的依赖,保护国家能源资源,减轻能源消费给环境造成的污染。目前,世界各国,尤其是发达国家,都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术,以达到保护矿产资源,保障国家能源安全,实现CO2减排,保持国家经济可持续发展的目的。
生物质燃料:是指将生物质材料燃烧作为燃料,一般主要是农林废弃物(如秸秆、锯末、甘蔗渣、稻糠等),主要区别于化石燃料。在目前的国家政策和环保标准中,直接燃烧生物质属于高污染燃料,只在农村的大灶中使用,不允许在城市中使用。生物质燃料的应用,实际主要是生物质成型燃料(BiomassMouldingFuel,简称"BMF"),是将农林废物作为原材料,经过粉碎、混合、挤压、烘干等工艺,制成各种成型(如块状、颗粒状等)的,可直接燃烧的一种新型清洁燃料。
1、煤炭的开发利用对环境的不利影响。
煤炭消费过程中产生大量二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物、一氧化碳、烟尘和汞等污染物,是造成大气污染和酸雨的主要原因。煤炭消费过程也排放温室气体,造成全球性环境问题。煤炭在开采过程中会造成矿山生态环境的破坏, 威胁生物栖息环境。主要包括对地表的破坏、引起岩层的移动、矿井酸性排水、煤矸石堆积、煤层甲烷排放等。
2、石油和天然气勘探开采和加工利用对环境的不利影响。
油田勘探开采过程中的井喷事故、采油废水、钻井废水、洗井废水、处理人工注水产生的污水的排放;气田开采过程中产生的地层水,含有硫、卤素以及锂、钾、溴、铯等元素,其主要危害是使土壤盐渍化;油气田开采过程中的硫化氢排放;炼油废水、废气(含二氧化硫、硫化氢、氮氧化物、烃类、一氧化碳和颗粒物)、废渣(催化剂、吸附剂反应后产物)排放;海上采油影响海洋生态系统,石油因井喷、漏油、海上采油平台倾覆、油轮事故和战争破坏等原因泄入海洋,对海洋生态系统产生严重影响;在交通运输业,机动车尾气等造成大气污染,排放一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、铅等污染物;等等。
3、水电开发对环境的不利影响。
水电是一种相对清洁的能源,但其对生态环境仍有多方面的不利影响,主要表现在:截流造成污染物质扩散能力减弱,水体自净能力受影响;淹没土地、地面设施和古迹,影响自然景观,尤其是风景区;泥沙淤积会使上游河道截面缩小,河床抬高,下游河岸被冲刷,引起河道变化;改变地下水的流量和方向,使下游地下水位升高,造成土壤盐碱化,甚至形成沼泽,导致环境卫生条件恶化而引起疾病流行;建设过程采挖石料和填土,破坏自然环境;泄洪道变流装置的安装造成对鱼类等水生生物的破坏,截流阻断鱼类洄游等;会改变河流水深、水温、流速及库区小气候,对库区水生和陆生生物产生不利影响;可能会诱发地震;小水电站还会向生物圈排放一些温室气体(特别是由于水库中生物质的腐烂而产生的甲烷);等等。
4、核能开发利用对环境的影响。
核能对环境的影响主要来自两个阶段:核燃料生产和辐射后燃料的处理。由于人类无论何时何地都处于各种来源的天然放射性辐射之中,通常燃料生产过程的放射性污染较轻,一般不构成严重危害。但它毕竟对人体有害,故仍须予以充分注意。
5、可再生能源开发利用对环境影响的不利影响。
可再生能源开发利用整体上较传统化石能源来说,更加清洁安全,但是开发利用可再生能源仍然会带来一些环境问题。如风能开发中,风机会产生噪声和电磁干扰,并对景观和鸟类产生负面影响等。太阳能开发也会产生不利环境影响,主要是占用土地、影响景观等。此外,制造光伏电池需要高纯度硅,属能源密集产品,本身需要消耗大量能源。含镉光伏电池(CdTe, CIGS)的有毒物质排放虽然在安全范围之内,但公众仍担心对健康的危害。生物质能利用对环境的不利影响,主要是占用大量土地,可能导致土壤养分损失和侵蚀,生物多样性减少,以及用水量增加。用汽车运输生物质会排放污染物。另外,农村居民使用薪柴和秸杆等生物质能作炊事和供热燃料的传统利用方式引起的室内空气污染,对居民健康产生严重危害。地热资源开发利用的环境影响主要是地热水直接排放造成地表水热污染;含有害元素或盐分较高的地热水污染水源和土壤;地热水中的CO2 和H2 S等有害气体排放到大气中;地热水超采造成地面沉降等。海洋能是洁净的能源,对环境不会产生大的不利影响。但潮汐电站会对海岸线生态环境带来一定影响;波浪能发电装置能起到使海洋平静的消波作用,有利于船舶安全抛锚和减缓海岸受海浪冲刷,但波浪能发电装置给许多水生物提供了栖息场所,促使其繁殖生长,可能会堵塞发电装置;海洋温差发电装置的热交换器采用氨作工质,氨可能会污染海洋环境;建在河口的盐差能发电装置,还要解决河水中的沉淀物和保护海洋生物的问题。
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。
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。 2006年(丙戌年)底全国已经建设农村户用沼气池1870万口,生活污水净化沼气池14万处,畜禽养殖场和工业废水沼气工程2,000多处,年产沼气约90亿立方米,为近8000万农村人口提供了优质生活燃料。
中国已经开发出多种固定床和流化床气化炉,以秸秆、木屑、稻壳、树枝为原料生产燃气。2006年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,年生产生物质燃气2,000万立方米。
发展生物质能源重在解决“五难”
面对全球性的减少化石能源消耗,控制温室气体排放的形势,利用生物质能资源生产可替代化石能源的可再生能源产品,已成为我国应对全球气候变暖和控制温室气体排放问题的重要途径之一,国家出台了具体的补贴措施,并且规划到2015年,生物质能发电将达1300万千瓦的目标。然而受原料收集难、政策补贴不到位等难题,生物质能源产业的发展规模和水平远远低于风能、太阳能的利用。如何发挥生物质能企业的生产积极性,尽快解决这些难题,为此,记者采访了中国农村能源行业协会生物质专委会秘书长肖明松,国家发展和改革委员会能源研究所研究员秦世平教授,以及可再生能源学会生物质能专业委员会秘书长袁振宏。
一难:认识不够
生物质能源正处在一个很尴尬的境地。国家发展和改革委员会能源研究所秦世平研究员开门见山地告诉本刊记者:“要说重要,在可再生能源中生物质能源是最重要的,但相比而言,它的产业化程度,发展规模都是最差的。这其中有一些客观原因,也有一些属于认识问题。”
生物质能源的重要性体现在以下四点,秦世平介绍:第一,我国是地少人多的国家,农林剩余物、城市垃圾等废弃物是生物质资源的主要来源,以往农民处理秸秆大多是一把火点着,城市垃圾多是填埋,但废弃物的处理是个刚性需求,随着国家对CO2的排放限制的提高,生物质的能源化利用成为更为先进和有效的方法;第二,我国化石能源短缺,其中液体燃料是最缺少的,而液体燃料只有利用生物质可以转化;第三,生物质能的各个生产阶段都是可以人为干预的,而风能、太阳能只能靠天吃饭,发电必须配合调峰,而生物质能源则不需要,甚至可以为其他能源提供调峰;第四,生物质原料需要收集,这样能够增加农民收入,刺激当地消费,可以有效促进农村经济的发展。一个2500万~3000万千瓦的电厂,在原料收集阶段农民获得的实惠约有五六千万元。“三农”问题解决好了,对于整个社会发展将起到非常重要的作用。
除了客观上发展规模受限以外,秦世平认为:对生物质能的认识各不相同,对其投资的额度,与地方的GDP增长是不相符的,资源的分散性导致生物质能源在一地的投资,最多也就2亿多;这在某些政府官员那来看,生物质能源有点像“鸡肋”,有呢吃不饱,丢了又有点可惜,并且地方政府还要帮助协调农民利益、禁烧等“麻烦事”。由此导致生物质能源整体项目规模较小,技术投入不足,尽管它是利国利农的好事,却处于发展欠佳的尴尬地位。
可再生能源学会生物质能专业委员会秘书长袁振宏也在电话里向记者表示,相比于煤炭、石油、天然气这些传统能源,生物质能源在技术上的投入显然要低得多。对于生物质能源发展,首先要从上层统一思想,提高对生物质能源重要性的认识,并要在技术上加大投入。
二难:补贴门槛过高
对生物质能源的支持,国家采取了多种补贴手段。但补贴门槛过高,手续繁琐、先垫付后补贴也困扰着不少企业。财政部财建[2008]735号文件规定,企业注册资本金要在1000万元以上,年消耗秸秆量要在1万吨以上,才有条件获得140元/吨的补助。对此,中国农村能源行业协会生物质专委会秘书长肖明松认为:1000万元的注册资金,是国家考虑防范企业经营风险时的必要手段,这对大企业无所谓,但对一些中小公司则很难达到。而1万吨秸秆的年消耗量,需要相当规模的贮存场地,由此带来的火灾隐患,成本增加问题也是企业不得不考虑的事情。事实上,如果扩大鼓励面的话,三五千吨也是适用的。受制于这些现实难题,财政部的万吨补贴政策遭遇落地难。
而参与国家补贴政策制定的秦世平对此解释说,国家制订政策的初衷并不鼓励生物质能源企业因陋就简,遍地开花,而是鼓励企业专门从事生物质能源,培养骨干型企业,这就需要一定的物质基础。一万吨的厂子,固定资产就大概需要400万元,加上流动资金,1000万元并不算多。而万吨规模在能源化利用上,刚称得上有点规模,只要是同一个业主,生产点可以分散,如果规模太小,补贴监管成本也太高。对于补贴方式上,秦世平承认存在一定缺陷,整个机制缺乏能源主管部门、技术部门的参与。制度怎样更有利于监管,公平公开还有待于进一步完善。而该行业的快速发展,补贴政策功不可没,但不能因为出现一些问题,因噎废食,取消这个补贴政策,那将会对刚刚起步的生物质能源化利用产业造成重大的打击。因为国家补贴不仅仅是提供资金,还表明国家对该行业的支持态度,对企业和投资具有强力的引导作用。
除此之外,固定电价也是补贴的重要一块。生物质发电是0.75元/度,垃圾和沼气发电是0.65元/度。增值税实行即征即退,所得税按销售收入的90%来计算。袁振宏则指出政府鼓励生产,生产完了没有销路,这个产业还是发展不起来。所以生产者和用户两头都要鼓励,为企业开拓市场。产业发展了国家才有政策,反过来不给政策,企业也难有市场。
三难:布局不好要吃亏
到底企业要建多大产能的好?秦世平经常碰到有企业负责人向他请教。
“没有最好,只有最适合的,适合的就是最好的。比如苏南地区每人只有几分地,那就没法收,这些地方就没法建大厂,但东北垦区就比较适合建大型电厂,有条件上规模,成本才越低,效益才越高。一定要因地制宜。密集地区可以建气化发电,做成型燃料,不一定去建发电厂。”
肖明松也建议企业要多方考虑,合理布局,否则很容易陷入发展困局。建生物质能电厂首先要考虑可持续发展,原料分散,就需要分散性利用,要考虑水资源、电力、人文环境是不是可以支撑这个项目。
四难:成本价格难控
受耕作制度的限制,我国农村土地高度分散,从资源的收集储存运输带来很大不利因素,在后续的环节上会放大很多倍。“有些人认为收集半径的扩大就是多一个油钱,实际上运输工具、人力成本都不一样。”秦世平解释说,“装机容量3万千瓦的生物质电厂,一年大概需要25万-30万吨秸秆,按我国户均10亩耕地计算,需要大约20万农户来完成,那么收购时你要带秤,光开票都需要20万张。还要一个个装车,不能实现高效的机械化。”
肖明松也非常理解企业的苦楚。“生物质能源要依赖农业,资源掌握在老百姓手里,农民的市场意识很好,完全随行就市。如果收集半径过大,需要农民花费大量时间收集、运输,那农民就会要求按外出打工时计算人力成本,如此一来,企业为原料支出的成本就会大大提高。如果企业坚持不抬价,就可能造成企业吃不饱,缩量生产,影响经济效益。每度电原料成本如果超出一定范围,无论怎么发电都是赔钱。加上人工费用近年来的快速增加,成本成了扼住企业脖子的一道枷锁。”
“所以准备入行的企业首先要考虑的是原料资源的可获得性,如果不成熟千万不要贸然进入。”肖明松认为地方政府可以进行协调,比如利用示范效应,鼓励农民种植秸秆作物,做好企业加农户的结合,平衡好企业和农户之间的利益。
五难:技术投入小
“我国的生物质能源技术与国外有一定的差距,但目前的技术加上国家的补贴可以维持产业化经营。技术进步永无止境,国外的技术、设备成本太高并不一定适合我们,轿车科技水平高,但要是去农田就不如拖拉机。”秦世平笑着向记者打了个比方。科研部门每年都在做前端的研究,力度并不大。从实验室到田间再到工业企业的规模化生产,技术的创新需要一个较长的时间。企业可以一边生产一边进行探索。
“目前存在的问题是,有些研究成果与生产有些脱节,并没有转化为生产力,推向社会。”肖明松说,一方面技术部门因缺少资金,无法进行规模化生产,另一方面为了尽可能多地收回技术成本,企业有意拉长新技术向市场投放的周期。“但是,我们现在面临的是国际化的市场,如果抱着老的技术不放,一旦有新技术投放市场,企业始终面临着效率低下,最终难以维持。”
“生物质能源的技术投入还很小,从宏观方面来说,现有能源还没有用尽。垄断企业控制着部分能源的终端,也限制了中小企业的技术投入。中石油若投入生物质能源,生产乙醇汽油很容易,因为燃料乙醇按标准要求添加到汽油里形成乙醇汽油,整个产业链他们可以控制,别人加不进去。当大能源还能够持续的时候,就不会在生物质能源上下太大的力气。”此外,国际石油、煤炭,天然气价格有一个联动关系,当他们的价格逼近生物质能源的产品价格时,企业就会有更多的利润,当化石能源资源枯竭到一定程度的时候,生物质能源的优势就体现出来了。 1. 直接燃烧
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. 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。
3. 液体生物燃料
由生物质制成的液体燃料叫做生物燃料。生物燃料主要包括生物乙醇、生物丁醇、生物柴油、生物甲醇等。虽然利用生物质制成液体燃料起步较早,但发展比较缓慢,由于受世界石油资源、价格、环保和全球气候变化的影响,20世纪70年代以来,许多国家日益重视生物燃料的发展,并取得了显著的成效。
4.沼气
沼气是各种有机物质在隔绝空气(还原)并且在适宜的温度、湿度条件下,经过微生物的发酵作用产生的一种可燃烧气体。沼气的主要成分甲烷类似于天然气,是一种理想的气体燃料,它无色无味,与适量空气混合后即可燃烧。
1) 沼气的传统利用和综合利用技术
我国是世界上开发沼气较多的国家,最初主要是农村的户用沼气池,以解决秸秆焚烧和燃料供应不足的问题,后来的大中型沼气工程始于1936年,此后,大中型废水、养殖业污水、村镇生物质废弃物、城市垃圾沼气的建立扩宽了沼气的生产和使用范围。
自20世纪80年代以来,建立起的沼气发酵综合利用技术,以沼气为纽带,将物质多层次利用、能量合理流动的高效农业模式,已逐渐成为我国农村地区利用沼气技术促进可持续发展的有效方法。通过沼气发酵综合利用技术,沼气用于农户生活用能和农副产品生产加工,沼液用于饲料、生物农药、培养料液的生产,沼渣用于肥料的生产,我国北方推广的塑料大棚、沼气池、气禽畜舍和厕所相结合的“四位一体”沼气生态农业模式,中部地区以沼气为纽带的生态果园模式,南方建立的“猪-果”模式,以及其他地区因地制宜建立的“养殖-沼气”、“猪-沼-鱼”和“草-牛-沼”等模式,都是以农业为龙头,以沼气为纽带,对沼气、沼液、沼渣的多层次利用的生态农业模式。沼气发酵综合利用生态农业模式的建立使农村沼气和农业生态紧密结合,是改善农村环境卫生的有效措施,也是发展绿色种植业、养殖业的有效途径,已成为农村经济新的增长点。
2)沼气发电技术
沼气燃烧发电时随着大型沼气池建设和沼气综合利用的不断发展而出现的一项沼气利用技术,它将厌氧发酵处理产生的沼气用于发动机上,并装有综合发电装置,以产生电能和热能。沼气发电具有高效、节能、安全和环保等特点,是一种分布广泛且价廉的分布式能源。沼气发电在发达国家已收到广泛重视和积极推广。生物质能发电并网电量在西欧一些国家占能源总量的10%左右。
3) 沼气燃料电池技术
燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的装置。当源源不断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂时,它可以连续发电。依据电解质的不同,燃料电池分为碱性燃料电池(AFC)、质子交换膜(PEMFC)、磷酸(PAFC)、溶融碳酸盐(MCFC)及固态氧化物(SOFC)等。
燃料电池能量转换效率高、洁净、无污染、噪声低,既可以集中供电,也适合分散供电,是21世纪最有竞争力的高效、清洁的发电方式之一,它在洁净煤炭燃料电站、电动汽车、移动电源、不间断电源、潜艇及空间电源等方面,有着广泛的应用前景和巨大的潜在市场。
5.生物制氢
氢气是一种清洁、高效的能源,有着广泛的工业用途,潜力巨大,来生物制氢究逐渐成为人们关注的热点,但将其他物质转化为氢并不容易。生物制氢过程可分为厌氧光合制氢和厌氧发酵制氢两大类。
6. 生物质发电技术
生物质发电技术是将生物质能源转化为电能的一种技术,主要包括农林废物发电、垃圾发电和沼气发电等。作为一种可再生能源,生物质能发电在国际上越来越受到重视,在我国也越来越受到政府的关注和民间的拥护。
生物质发电将废弃的农林剩余物收集、加工整理,形成商品,及防止秸秆在田间焚烧造成的环境污染,又改变了农村的村容村貌,是我国建设生态文明、实现可持续发展的能源战略选择之一。如果我国生物质能利用量达到5亿吨标准煤,就可解决目前我国能源消费量的20%以上,每年可减少排放二氧化碳中的碳量近3.5亿吨,二氧化硫、氮氧化物、烟尘减排量近2500万吨,将产生巨大的环境效益。尤为重要的是,我国的生物质能资源主要集中在农村,大力开发并利用农村丰富的生物质能资源,可促进农村生产发展,显著改善农村的村貌和居民生活条件,将对建设社会主义新农村产生积极而深远的影响。
7.原电池
通过化学反应时电子的转移制成原电池,产物和直接燃烧相同但是能量能充分利用。 脂肪燃料快艇(说明:本词条顶部图片即为脂肪燃料快艇)
新西兰业余航海家和环境保护家皮特·贝修恩宣布,他将驾驶以脂肪为动力的快艇“地球竞赛”号,进行一次环球航行。据悉,贝休恩将于2008年3月1日从西班牙的瓦伦西亚出发,开始全长约4.5万公里的环球航行。贝休恩表示,他打算挑战英国船只“有线和无线冒险”号于1998年创造的75天环球航行的世界纪录。
脂肪当燃料“地球竞赛”号被称为世界上最快的生态船,造价240万美元,融合多项高科技。“地球竞赛”号长约23.8米,形似一只展翅欲飞的天鹅。船身有三层外壳保护,内有两个功能先进的发动机,最高时速可达每小时40节(约74公里),即使航行在巨浪中,速度也不会减慢。
虽然动物脂肪种类丰富,但贝修恩计划只利用人类脂肪转化成的生物燃料作为“地球竞赛号”的动力来源,百分之百采用生物燃料完成一次环游世界的环保之旅。
为了能募集到足够的脂肪生物燃料,贝修恩身先士卒,主动躺到了手术台上。然而整形医生尽管做了很大努力,从他体内抽出的脂肪也只够制造100毫升的生物燃料。他的两名助手抽出的10升脂肪能够制成7升生物燃料,可供“地球竞赛”号航行15公里。
而皮特进行“绿色”环游世界之旅,以打破英国“有线和无线冒险者”号于1998年创造的75天环游世界的纪录,总共需要7万升的生物燃料,也就是说,皮特需要胖子志愿者们捐赠出大约7万公斤的脂肪。
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。