为什么说生物质能是由太阳能转变而来的

太阳是地球能量的一个源泉。生物利用自身的机能,把太阳能转换成生物能,这种生物能又通过食物链转移到其他生物体内,促使万物生长,经过亿万年的演化,筑就了如今五彩缤纷的世界。那么,什么样的生物能将太阳能转换成生物能呢?

9.1.1 自养生物与他养生物

生物学家至今也没有统计出,现在全球有多少种生物,因为生物的分类是一种非常繁杂和困难的研究,而且分类的标准也争论颇多,很难统一。但是,若按生物吸收和制造、供其自身生长和繁殖所需的营养方式来分,则可以把它们分成两大类:①自养生物②他养生物。

(1)自养生物。不是通过摄食其他动植物体生长繁殖,而是靠自身通过光合作用或化学合成生长繁殖的生物是自养生物更抽象地说,能直接将物理能量或化学能量转化为有机物——生物能量的生物是自养生物。能将物理能量转换成生物能量的生物有藻类如蓝藻、绿藻、甲藻、沟鞭藻、鞭毛藻、硅藻等,海生植物如巨型海草和红树林等,陆生植物如云杉和牡丹等。能将化学能量转换成生物能量的生物有铁细菌和硫细菌等。

自养生物

(2)他养生物。直接通过摄食其他生物体生长和繁殖的生物为他养生物。也就是说,能将客体(他体)的生物能,转换成自身的生物能的生物就是他养生物。如老虎、狼、海豚、鲨鱼、螃蟹、鱼鹰、牦牛和蜜蜂等。

他养生物

9.1.2 光合作用

我们知道,自养生物分两种:一种是将太阳能转换成生物能的自养生物,另一种是将化学能转化为生物能的自养生物。能将太阳能转换成生物能的自养生物,它们都有一个“能量转换器”——叶绿素。太阳能通过叶绿素转换成生物能的整个过程,就是光合作用的全过程。

光合作用过程示意图

叶绿素在阳光的照射下,获得了太阳能。它利用所获得的太阳能将从根部吸收来的水分(当然还有营养盐),以及叶子从空气中吸收来的二氧化碳转换成有机物——有机碳、葡萄糖等养分——生物能,同时释放出氧气,这个能量转换的过程被称为光合作用。光合作用可以分成两部分:①光反应,主要是利用太阳能分解从根部吸收来的水,“制造”氢离子和氧气,并将氧气释放到空气中②碳反应(暗反应),利用太阳能将光反应的“成果”和从叶子吸收来的二氧化碳转变为有机碳——有机物、葡萄糖等养分——生物能。

叶绿素是人类的生命素,也是人类的“保护神”。因为,它不但给我们提供赖以生存的能量和氧气,而且还替我们“清除”全球变暖的元凶——二氧化碳。所以,我们应该像爱护我们的生命一样去保护叶绿素,保护全球的植物。

属于太阳能转化形式的有电能、热能、风能、生物能等。

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。

扩展资料：

太阳辐射能作为一种自然能，以其储量丰富且无污染性显示了其独特的优势，已被国际公认为未最具竞争性的能之一。

我国陆地面积接收的太阳辐射总量在3.3×103kJ/(m2·年)～8.4×10kJ/(m²·年)之间，相当于2.4×10亿t标准煤，属太阳能资丰富的国家之一，太阳能利用前景十分广阔。

在人口膨胀、资紧张等问题困扰人类的今天，开发利用太阳能，提倡建造绿色建筑，充分体现了可持续发展和人类归自然的理念。

太阳中心通过氢转变为氦的核聚变反应释放大量能量，功率约为3.90×1023千瓦，这些能量以电磁波的形式射向四面八方，约8.5×1013千瓦到达地球表面，相当于全世界发电量的几十万倍。太阳能是一种资源丰富，可免费使用，又无需运输的能源。正是这些优势让太阳能在人类社会的很多方面发挥着不可替代的作用。太阳能电池，也叫作“光电池”，或者“太阳能芯片”。它只要被阳光照射到，就可以输出电流，是一种环保的发电方式。太阳能电池作为太阳能的一种重要应用，已经广泛地进入了人们的日常生活当中。那么，为什么太阳能电池能把光转化成电呢？

太阳能电池能把光转化为电，其基本原理是光生伏特效应。光生伏特效应最早于1839年由法国物理学家亚历山大·埃德蒙·贝可勒尔发现，是指在光照射下的半导体或半导体与金属组合的部位之间产生电势差的现象。当半导体（如硅）吸收了太阳光子，其中的电子会被激发到一个较高能量的激发态之中。它与所属原子的绑定就变得“松了”，从而可以在材料中运动。由于太阳能电池的特殊构造（比如半导体pn结）具有定向的内部电场，电子就只能在某个特定的方向上运动，形成电流供电。根据构成电池的导体或半导体材料的光电性质不同，发电本领也有差异，比如在室温下，只有波长小于1100纳米的光才能使晶体硅发电。

1883年第一块太阳能电池诞生，器件是用硒半导体覆盖一层金形成的半导体金属结，它的发电效率仅有1%。第一块具有实际应用价值的太阳能电池1954年诞生于贝尔实验室，20世纪60年代美国的卫星已经开始利用太阳能电池作为能量来源。1973年能源危机之后，各国开始认识到太阳能开发的重要性。

一般认为，太阳能电池的材料发生了四次重大变化。第一代太阳能电池以单晶硅、多晶硅、非晶硅为原料，发展最长久技术也最成熟。目前市场上大量生产的单晶硅与多晶硅的太阳能电池平均效率约为15%。质量较好的单晶硅片转换效率可以达到25%。第二代薄膜太阳能电池可分为碲化镉、砷化镓、铜铟硒化物、铜铟镓硒化物等。第三代太阳能电池是利用有机物和纳米科技，如光化学太阳能电池、染料光敏化太阳能电池、高分子太阳能电池、纳米结晶太阳能电池等。第四代太阳能电池则是针对电池吸收光的薄膜做出多层结构。

太阳能一般指太阳光的辐射能量.太阳能的主要利用形式有太阳能的光热转换、光电转换以及光化学转换三种主要方式.

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.

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