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      清潔能源與自然

      生物能(勿刪)

      發稿時間: 2014年10月31日    【 字體:

      1) 生物質能是什么?

      生物質是指由光合作用而產生的各種有機體,光合作用利用空氣中的二氧化碳和土壤中的水,將吸收的太陽能轉換為碳水化合物和氧氣。在各種可再生能源中,生物質能是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉化為化學能而儲存在生物中的一種能量形式,是以生物質為載體的能量,是一種唯一可再生的碳源,可轉化成常規固態、液態和氣態燃料。

      生物能是第四大能源,生物質遍布世界各地,其蘊藏量極大。世界上生物質資源數量龐大,形式繁多,其中包括薪柴、農林作物、尤其是為了生產能源而種植的能源作物,農業和林業殘剩物,食品加工和林產品加工的下腳料,城市固體廢棄物,生活污水和水生植物等等(中國生物質資源主要是農業廢棄物及農林產品加工業廢棄物、薪柴、人畜糞便、城鎮生活垃圾等四個方面)。生物質能的原始能量來源于太陽,所以從廣義上講,生物質能是太陽能的一種表現形式。

      2) 生物質能的利用

      生物質能是一種清潔優質的可再生能源,有著廣泛的用途。

      (1) 農作物秸稈是能源

      農作物秸稈是農業生產的副產品,也是我國農村的傳統燃料。秸稈資源與農業主要是種植業生產關系十分密切。

      據統計,我國農作物秸稈年產出量為6.04億噸,其中造肥還田及其收集損失約占15%,剩余5.134億噸。可獲得的農作物秸稈5.134億噸除了作為飼料、工業原料之外,其余大部分還可作為農戶炊事、取暖燃料,目前全國農村作為能源的秸稈消費量約2.862億噸,但大多處于低效利用方式即直接在柴灶上燃燒,其轉換效率僅為10%~20%左右。采用秸稈氣化技術,通過對秸稈不完全燃燒或干餾,獲得可燃氣作燃料。或將秸稈通過生物發酵產生沼氣作燃料。這些生物質能轉化技術可提高能源利用2~4倍,因此,加快秸稈的優質化轉換利用勢在必行。

      (2) 垃圾發電

      垃圾發電是把各種垃圾收集后,進行分類處理。其中:一是對燃燒值較高的進行高溫焚燒(也徹底消滅了病源性生物和腐蝕性有機要物),在高溫焚燒(產生的煙霧經過處理)中產生的熱能轉化為高溫蒸氣,推動渦輪機轉動,使發電機產生電能。二是對不能燃燒的有機物進行發酵、厭氧處理,最后干燥脫硫,產生一種氣體叫甲烷,也叫沼氣。再經燃燒,把熱能轉化為蒸氣,推動渦輪機轉動,帶動發電機產生電能。

      (3) 沼氣

      沼氣發酵又叫厭氧消化,是指利用人畜糞便、秸稈、污水等各種有機物在密閉的沼氣池內,在厭氧(沒有氧氣)條件下,被種類繁多的沼氣發酵微生物分解轉化,最終產生沼氣的過程。在這個過程中,微生物是最活躍的因素,它們把各種固體或是溶解狀態的復雜有機物,按照各自的營養需要,進行分解轉化,最終生成沼氣。沼氣是一種混合氣體,可以燃燒,因為這種氣體最先是在沼澤中發現的,所以稱為沼氣,它的主要成分是甲烷占55%~70%左右,二氧化碳占25%~40%左右,此外還有少量氫氣、硫化氫、一氧化碳、氮和氨等。

      (4) 新能源“生物柴油”

      “生物柴油”是一種石油替代品。眾所周知,普通柴油是從石油中提煉的,而“生物柴油”則可從動物、植物的脂肪中提取,在美國,目前主要從大豆中提取。這是因為美國的大豆產量很高,價格也便宜。此外,用“生物柴油”作汽車燃料對環保也有積極意義——排放的廢氣所含的二氧化碳遠沒有用普通柴油那么多,而二氧化碳正是加劇溫室效應的罪魁禍首。美國康奈爾大學的生態與農業科學專家戴維•迪溫塔爾教授曾對數種替代能源作了深入研究,結果發現,“大豆柴油”是一種極好的替代能源。與乙醇相比較,生產同等量的“大豆柴油”所消耗的能源要低得多。此外,原本使用普通柴油為燃料的發動機無須改動,就可改用“大豆柴油”,只是目前“大豆柴油”的生產成本還偏高,故售價略高于普通柴油。時下在美國,越來越多的私家車和政府及企業的車輛開始使用“生物柴油”,或普通柴油與“生物柴油”的混合燃料。據悉,生產“生物柴油”還有另一種原料:餐館用過的廢棄食用油和炸過薯條的黃油。

      (5) 能源新秀——海帶

      巨型海帶的實用價值,在國外已有實例可查。據國內一位專家指出,美國政府在加州外海開辟了一片面積400平方千米的海底農場,專門種植巨型海帶,每到收獲季節,以特殊的采收船采收之后,或利用海帶本身具有的細菌自然發酵,或以人工方法加速發酵,它一年所產生的合成天然氣高達6.226多億立方米,可供5萬人口的城市一年之用,這是以美國家庭的燃料耗用量而言的。

      (6) 能源新秀——巨藻

      巨藻可以用來提煉藻膠,制造五光十色的塑料、纖維板,也是制藥工業的原料。近年來,科學家們對巨藻進行了新的研究,發現它含有豐富的甲烷成分,可以用來制造煤氣。這一發現是引人矚目的。美國有關方面樂觀地估計,這一新的綠色能源具有誘人的前景。將來,它甚至可以滿足美國對甲烷的需求。
      巨藻可以在大陸架海域進行大規模養殖。由于成藻的葉片較集中于海水表面,這就為機械化收割提供了有利條件。巨藻的生長速度是極為驚人的,每晝夜可長高30厘米,一年可以收割3次。

      最近,日本出光興產中央研究所的生物化學研究所等組成的科研小組宣布,他們成功地從一種淡水藻類中提取出了石油。這種藻類在吸收二氧化碳進行光合作用的過程中體內蓄集了石油。在研究過程中發現,這種藻類不僅二氧化碳的吸收率高,而且其石油生成能力遠遠超過預想的程度。提取出的石油不僅發熱量高,而且氮、硫含量少。

      3) 生物質能的優點有哪些?

      生物質能具備下列優點:

      (1) 提供低硫燃料;

      (2) 提供廉價能源(于某些條件下);

      (3) 將有機物轉化成燃料可減少環境公害(例如,垃圾燃料);

      (4) 與其他非傳統性能源相比較,技術上的難題較少。

      4) 生物質能的轉化技術

      生物質能的開發和利用具有巨大的潛力,主要包括兩方面:一是建立以沼氣為中心的農村新能量、物質循環系統,使秸稈中的生物能以沼氣的形式緩慢地釋放出來,解決燃料問題;二是建立能量農場、能量林場及海洋能量農場。

      (1) 生物質汽化

      將固體生物質轉化為氣體燃料,稱為生物質汽化。其基本原理是含碳物質在不充分氧化(燃燒)的情況下,會產生出可燃的一氧化碳氣體,即煤氣。制造煤氣的設備稱為汽化爐,人們故意不給足氧氣,讓含碳物質在沒有足夠的空氣的情況下燃燒,“燜”出一氧化碳來。

      (2) 生物質液化

      將固體生物質轉化為液體燃料,稱為生物質液化。它包括間接液化和直接液化兩種。間接液化是指通過微生物作用或化學合成方法生成液體燃料,如乙醇(酒精)、甲醇;直接液化則是采用機械方法,用壓榨或提取等工藝獲得可燃燒的油品,如棉籽油等植物油,經提煉成為可替代柴油的燃料。

      (3) 生物質熱分解

      這是一項很有潛力的技術,用于制取人造石油。一些生物質通過熱分解,可制取生物油、生物炭和可燃燒氣體,使生物質得到充分利用。

      (4) 能源農場

      即建立以獲取能源為目的的生物質生產基地,以能源農場的形式大規模培育生物質,并加工成可利用的能源。要對土地進行合理規劃,盡可能利用山地、非耕荒地和水域,選擇適合當地生長條件的生物質品種進行培育、繁殖,以獲得足夠數量的高產能植物。在海洋、水域,要充分利用海藻和水生物提取能源,建立海洋能源農場或江河能源農場。同時,將基因工程等現代生物技術廣泛應用于能源農場中,以提高能源轉化率。


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