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生物质能源与低碳生活

[日期:2012-01-05] 来源:  作者:高一生物教研组 [字体: ]

伴随着现代经济的飞速发展GDP快速增加的同时也带来了环境的日益恶化。这主要是因为对资源的不合理利用和过度开发所造成的。在我国主要能源物质仍就是煤炭和石油,而这些燃料燃烧后释放的CO2是温室气体引发温室效应中的最主要来源。为此为了建设新时代下的低碳经济,我们必须进行新能源的开发,在经济发展的同时保护生态环境实此为了建设新时代下的低碳经济,我们必须进行新能源的开发,在经济发展的同时保护生态环境实现双赢的经济发展形态。此为了建设新时代下的低碳经济,我们必须进行新能源的开发,在经济发展的同时保护生态环境实现双赢的经济发展形态。

低碳经济是以大幅度降低CO2排放量为主要手段,以提高能源利用率、实现经济可持续性发展为最终目标。在低碳经济中最为重要的是发展低碳能源物质,而由生物质组成或萃取的固、液和气体生物燃料又是其重要组成部分。

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。它包括所有的植物、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。如农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便等,具有可再生性、低污染性和广泛分布性。

生物质能是指通过光合作用而形成的各种有机体中的能量,所以从广义上来讲它是太阳能的一中表现形式。它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。

生物燃料泛指由生物质组成或萃取的固体、液体或气体燃料。可以替代由石油制取的汽油和柴油,是一种新兴的可再生燃料也是能源开发利用的重要方向。

现行的生物燃料分为一下三大类

第一类是液体生物燃料,包括利用淀粉类、糖类和纤维类生物材料生产的玉米燃料乙醇、木薯燃料乙醇和纤维素燃料乙醇, 其中燃料酒精是应用最广泛的生物燃料,是较为理想的汽油替代品,已在一些国家和地区得到广泛使用。此外利用动物和植物油脂生产的生物柴油等。生物柴油即脂肪酸甲酯,是一种清洁的可再生能源,采用天然油脂为原料,与甲醇(或其他低级脂肪醇)经过一步酯交换反应生产的一种液体燃料。

第二类是固体生物燃料,主要包括成型燃料、“热电联产”与直接燃烧等。像把生物质固化为成型燃料,利用生物质材料燃烧转化生成电能,或利用生物质汽化生成燃气燃烧发电等。该技术将低品味的生物质转化为高品味的易储存、易运输、能量密度高的生物质颗粒状燃料,热利用效率显著提高,能效可达45%,超过一般煤的能效。通过技术改进,生物质直接燃烧的能效已显著提高,直接燃烧的能效已达30%(如丹麦的Energy 2秸杆发电厂,瑞典的Umea Energy垃圾热电厂)。

第三类是气体生物燃料,包括沼气、生物质汽化、生物质制氢等。沼气作为一种可再生能源,其主要成分为甲烷,最突出特点就是清洁,能有效地利用有机垃圾、人畜粪便、废弃农作物秸秆等低劣生物质原料。由于生物燃气符合可持续发展的要求,以及其具备的绿色、清洁、环保等特性,欧盟、日本、美国等发达国家越来越青睐于生物燃气的使用,并已在气体储存、运输和输送方面奠定了良好的工作基础。 沼气发酵可以综合利用有机废物和农作物秸秆,对水资源和土壤等再生和资源化有促进作用。近年来沼气生产和污水处理耦合的研究成为新的研究热点。由于沼气生产和污水处理耦合,可以同时获得能源生产和环境治理(水资源再生)的双重效益,从而使新型沼气生产技术具有更加美好的应用前景。通过种植水葫芦治理污水,同时充分利用太阳能的光合作用吸收二氧化碳进一步净化空气。水葫芦生长迅速,在适宜的温度下其倍增周期为7天左右,其碳氮比为25~30,是一种理想的沼气原料,与动物排泄物混合可以进行厌氧发酵生产沼气。这样不仅有效地治理了污水,同时又合理地利用了水葫芦和动物排泄物(人粪尿),使之变废为宝,一举两得。 生物质制氢  氢气是一种可再生、高热值的清洁能源,在燃烧时只产生水作为产物,而不产生氮氧化物、硫化物和颗粒等大气污染物或二氧化碳等温室气体。近年来随着氢气贮存技术(如氢化物合金)和燃料电池技术的迅速发展,氢气的制取和利用日益受到重视,被认为是一种最有潜力的替代能源。生物产氢的重要发展方向是以生物质为原料制取氢气。该项技术的应用将不仅局限于产生高浓度有机废水的食品加工、发酵等行业,而且还可以用城市污水处理厂的剩余污泥、生活垃圾等其他有机废弃物为原料生产氢气。欧洲开发了生物质直接气化制氢技术,过程简单、产氢速度快,显示出巨大潜力,成本显著低于生物质发电再电解制氢、乙醇制氢,欧洲正在积极开发这项技术。尽管氢被炒得很热,但是根据美国能源政策委员会的报告,通过对氢的原料可供给性、CO2减排性、与现有基础设施的相容性、到2020 年与汽油的竞争性等4项指标比较,认为氢还不具备竞争优势。美国科学院预测,氢需要再经过50年的全力研发才能显示出其优越性。

目前对生物质能的利用,主要有直接燃烧、热化学转换和生物化学转换等3种途径。包括直接用作燃料的有农作物的秸秆、薪柴等;生物质的直接燃烧在今后相当长的时间内仍将是我国生物质能利用的主要方式。间接作为燃料的有农林废弃物、动物粪便、垃圾及藻类等,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。此外还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。另外也对生物质能利用技术进行了研究,已开发出有:户用沼气池、节柴炕灶、薪炭林、大中型沼气工程、生物质压块成型、气化与气化发电、生物质液体燃料等。

生物质能源是绿色环保型的能源,是可持续健康发展的能源,具有巨大的发展潜力和优势。在我国生物燃料很丰富,生物质能发展已经初见成效,投资前景极为广阔。相信随着全社会都能关注生物质能源发展,定能为发展低碳经济,实现双赢的经济发展形态提供资源。



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