生物質能(第三章)

1、n生物能是太陽能以化學能形式貯存在生生物能是太陽能以化學能形式貯存在生物中的一種能量形式，一種以生物質為物中的一種能量形式，一種以生物質為載體的能量，它直接或間接地來源于植載體的能量，它直接或間接地來源于植物的光合作用，在各種可再生能源中，物的光合作用，在各種可再生能源中，生物質能是獨特的，它是貯存的太陽能，生物質能是獨特的，它是貯存的太陽能，更是一種唯一可再生的碳源，可轉化成更是一種唯一可再生的碳源，可轉化成常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料。常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料。 n據(jù)估計地球上每年植物光合作用固據(jù)估計地球上每年植物光合作用固定的碳達定的碳達2x102x101111t t，含能量達，含能量達

2、3x103x102121J J，因此每年通過光合作用貯存在因此每年通過光合作用貯存在植物植物的枝、莖、葉中的太陽能，相當于的枝、莖、葉中的太陽能，相當于全世界每年耗能量的全世界每年耗能量的1010倍。倍。 n生物質是僅次于煤炭、石油、天然氣的生物質是僅次于煤炭、石油、天然氣的第四大能源，在整個能源系統(tǒng)占有重要第四大能源，在整個能源系統(tǒng)占有重要地位。生物質能一直是地位。生物質能一直是人類賴以生存的人類賴以生存的重要能源之一，就其能源當量而言，是重要能源之一，就其能源當量而言，是僅次于煤、油、天然氣而列第四位的能僅次于煤、油、天然氣而列第四位的能源，在世界能源消耗中，生物質能占總源，在世界能源消耗

3、中，生物質能占總能耗的能耗的14，但在發(fā)展中國家占，但在發(fā)展中國家占40以以上。上。，至今仍是許多發(fā)展中國家的重要能源。至今仍是許多發(fā)展中國家的重要能源。但由于柴薪的需求導致林地日減，應適當規(guī)劃但由于柴薪的需求導致林地日減，應適當規(guī)劃與廣泛植林。與廣泛植林。，牲畜的糞便，經干燥可直接燃燒供，牲畜的糞便，經干燥可直接燃燒供應熱能。若將糞便經過厭氧處理，可產生甲烷應熱能。若將糞便經過厭氧處理，可產生甲烷和肥料。和肥料。，制糖作物可直接發(fā)酵，轉變?yōu)橐掖?。，制糖作物可直接發(fā)酵，轉變?yōu)橐掖?。，同柴薪一樣，水生植物也可轉化成，同柴薪一樣，水生植物也可轉化成燃料。燃料。，主要成分包括：紙屑（占，主要成分包括

4、：紙屑（占4040）、）、紡織廢料（占紡織廢料（占20%20%）和廢棄食物（占）和廢棄食物（占20%20%）等。）等。將城市垃圾直接燃燒可產生熱能，或是經過熱將城市垃圾直接燃燒可產生熱能，或是經過熱分解處理制成燃料使用。分解處理制成燃料使用。，一般城市污水約含有，一般城市污水約含有0.020.020.030.03的固體與的固體與99%99%以上的水分，下水道污泥有望以上的水分，下水道污泥有望成為厭氧消化槽的主要原料。成為厭氧消化槽的主要原料。n建立以沼氣為中心的農村新的能量，物建立以沼氣為中心的農村新的能量，物質循環(huán)系統(tǒng)，使秸桿中的生物能以沼氣質循環(huán)系統(tǒng)，使秸桿中的生物能以沼氣的形式緩慢地的形

5、式緩慢地釋放出來，解決燃料問題。釋放出來，解決燃料問題。n種植柑蔗，木薯，海草，玉米，甜菜，種植柑蔗，木薯，海草，玉米，甜菜，甜高粱等，既有利于食品工業(yè)的甜高粱等，既有利于食品工業(yè)的發(fā)展，發(fā)展，植物殘渣又可以制造酒精以代替石油。植物殘渣又可以制造酒精以代替石油。n建立建立“能量林場能量林場”，“能量農場能量農場”，“海洋能量農場海洋能量農場”。 建立以植物為能源建立以植物為能源的發(fā)電廠。變的發(fā)電廠。變“能源植物能源植物”為為“能源作能源作物物”，如，如“石油樹石油樹”：綠玉樹，續(xù)隨子，：綠玉樹，續(xù)隨子，麻風果。麻風果。 綠玉樹綠玉樹(Euphorbia tirucalli L.)，英文名：，英

6、文名：milk bush， 別名乳蔥樹、白別名乳蔥樹、白蟻樹、光棍樹、綠珊瑚、光枝樹、龍骨樹、神仙棒。大戟科蟻樹、光棍樹、綠珊瑚、光枝樹、龍骨樹、神仙棒。大戟科(Euphorbiaceae)，直立灌木或小喬木，高達，直立灌木或小喬木，高達49米，枝肉質，圓柱狀，米，枝肉質，圓柱狀，綠色，簇生或散生。葉缺少或僅有數(shù)枚散生，線狀，矩圓形。原產非洲。綠色，簇生或散生。葉缺少或僅有數(shù)枚散生，線狀，矩圓形。原產非洲。 綠玉樹莖干中的白色乳汁，其成分接近石油成分，不含硫，可以直接或綠玉樹莖干中的白色乳汁，其成分接近石油成分，不含硫，可以直接或與其它物質混合成原油，作為燃料油替代石油。綠玉樹還可作為沼氣的與

7、其它物質混合成原油，作為燃料油替代石油。綠玉樹還可作為沼氣的原料，具有可再生、可生物降解、對環(huán)境無污染或低污染和能持續(xù)利用原料，具有可再生、可生物降解、對環(huán)境無污染或低污染和能持續(xù)利用的特點，其沼氣產量是一般嫩枝綠草產氣量的的特點，其沼氣產量是一般嫩枝綠草產氣量的5-10倍，榨汁后剩余的纖倍，榨汁后剩余的纖維還可用作造紙原料或生活燃料，是極具競爭力的維還可用作造紙原料或生活燃料，是極具競爭力的“綠色綠色”能源。綠玉能源。綠玉樹將是未來能源危機時非常熱門的石油原料植物。樹將是未來能源危機時非常熱門的石油原料植物。白色乳汁有毒！白色乳汁有毒！乳汁含佛波醇乳汁含佛波醇-12，13-不飽和二酯化合物、

8、不飽和二酯化合物、4-去氧佛波醇去氧佛波醇-12，13-不飽和二酯化物、蒲公英甾醇、不飽和二酯化物、蒲公英甾醇、13-萵苣甾醇、大戟萵苣甾醇、大戟醇等。醇等。 綠玉樹綠玉樹綠玉樹綠玉樹綠玉樹綠玉樹麻風果麻風果麻風果麻風果n麻風樹果實的含油量很豐富，最高可達麻風樹果實的含油量很豐富，最高可達40%。果實榨出的油可以用作柴油發(fā)動機汽車的燃料，果實榨出的油可以用作柴油發(fā)動機汽車的燃料，剩余的殘渣可用于發(fā)電。剩余的殘渣可用于發(fā)電。 n每公頃每公頃 (麻風樹麻風樹)可以產油可以產油2700公斤，生產能用公斤，生產能用于發(fā)電的殘渣于發(fā)電的殘渣4000公斤。公斤。8000公頃麻風樹足公頃麻風樹足夠供應一座夠

9、供應一座1.5兆瓦的發(fā)電站，可以為兆瓦的發(fā)電站，可以為2500個個家庭供電。家庭供電。n自古以來，麻風樹的用處很少，僅局限于治療自古以來，麻風樹的用處很少，僅局限于治療瘧疾、建造柵欄和制作蠟燭。麻風樹果實可以瘧疾、建造柵欄和制作蠟燭。麻風樹果實可以用于調制治療便秘的藥物。麻風樹的樹液會刺用于調制治療便秘的藥物。麻風樹的樹液會刺激皮膚，其果實具有很強的毒性。吃掉激皮膚，其果實具有很強的毒性。吃掉3個未個未加工的麻風樹果實可能就會使人喪命。加工的麻風樹果實可能就會使人喪命。麻風果麻風果續(xù)隨子續(xù)隨子原產歐洲；我國引種栽培已原產歐洲；我國引種栽培已久，各地有野生，生于向久，各地有野生，生于向陽山坡。陽

10、山坡。 種子含油種子含油4060%，有毒，不能食，可，有毒，不能食，可制肥皂和軟皂，作潤滑油；制肥皂和軟皂，作潤滑油；種子藥用，能利尿、瀉下、種子藥用，能利尿、瀉下、通經，外用涂治疥癬、惡通經，外用涂治疥癬、惡瘡等癥，并可殺蟲。種子瘡等癥，并可殺蟲。種子含馬栗樹皮沈含馬栗樹皮沈(羧基香豆精羧基香豆精類類)、三掂成分、脂肪油、三掂成分、脂肪油、樹膠。樹膠。 續(xù)隨子續(xù)隨子學名：Euphorbia lathyris Linn. 英文名：Caper Spurge,Moleweed 科名：大戟科 Euphorbiaceae n即建立以獲取能源為目的的生物質生產基地，即建立以獲取能源為目的的生物質生產基地

11、，以能源農場的形式大規(guī)模培育生物質，并加工以能源農場的形式大規(guī)模培育生物質，并加工成可利用的能源。要對土成可利用的能源。要對土地進行合理規(guī)劃，盡地進行合理規(guī)劃，盡可能利用山地、非耕荒地和水域，選擇適合當可能利用山地、非耕荒地和水域，選擇適合當?shù)厣L條件的生物質品種進行培育、繁殖，以地生長條件的生物質品種進行培育、繁殖，以獲得足夠數(shù)量的高產能植物。在海洋、水域，獲得足夠數(shù)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，將基因工程能源農場或江河能源農場。同時，將基因工程等現(xiàn)代生物技術廣泛應用于能源農場中，以

12、提等現(xiàn)代生物技術廣泛應用于能源農場中，以提高能源轉化率。高能源轉化率。n直接燃燒生物質來產生熱能、蒸汽或電直接燃燒生物質來產生熱能、蒸汽或電能；能；n利用能源作物生產液體燃料。目前具有利用能源作物生產液體燃料。目前具有發(fā)展?jié)摿Φ哪茉醋魑?，包括：快速成長發(fā)展?jié)摿Φ哪茉醋魑?，包括：快速成長作物樹木、糖與淀粉作作物樹木、糖與淀粉作物（供制造乙物（供制造乙醇）、含有碳氧化合物作物、草本作物、醇）、含有碳氧化合物作物、草本作物、水生植物；水生植物；n生產木炭和炭；生產木炭和炭； n生物質（熱解）氣化后用于電力生產，生物質（熱解）氣化后用于電力生產，如集成式生物質氣化器和噴氣式蒸汽燃如集成式生物質氣化器和

13、噴氣式蒸汽燃氣輪機（氣輪機（BIG/STIGBIG/STIG）聯(lián)合發(fā)電裝置；）聯(lián)合發(fā)電裝置；n對農業(yè)廢棄物、糞便、污水或城市固體對農業(yè)廢棄物、糞便、污水或城市固體廢物等進行厭氧消化，以生產沼氣和避廢物等進行厭氧消化，以生產沼氣和避免用錯誤的方法處置這免用錯誤的方法處置這些物質，以免引些物質，以免引起環(huán)境危害。起環(huán)境危害。n生物質能的利用技術大體上分為直接燃生物質能的利用技術大體上分為直接燃燒技術、物化轉化技術、生化轉化技術燒技術、物化轉化技術、生化轉化技術和植物油技術四大類，和植物油技術四大類，各類技術又包含各類技術又包含了不同的子技術。了不同的子技術。n直接燃燒大致可分四種情況：直接燃燒大致

14、可分四種情況： 爐灶燃燒；爐灶燃燒； 鍋爐燃燒；鍋爐燃燒； 垃圾焚燒；垃圾焚燒； 固型燃料燃燒。固型燃料燃燒。 n爐灶燃燒是最原始的利用方法，但一般爐灶燃燒是最原始的利用方法，但一般適用于農村或山區(qū)分散獨立的家庭用爐，適用于農村或山區(qū)分散獨立的家庭用爐，它的投資最省，但效它的投資最省，但效率最低，燃燒效率率最低，燃燒效率在在15-20%15-20%左右。左右。 n鍋爐燃燒采用了現(xiàn)代化的鍋爐技術，適鍋爐燃燒采用了現(xiàn)代化的鍋爐技術，適用于大規(guī)模利用生物質，它的主要優(yōu)點用于大規(guī)模利用生物質，它的主要優(yōu)點是效率高，并且可實現(xiàn)是效率高，并且可實現(xiàn)工業(yè)化生產。主工業(yè)化生產。主要缺點是投資高，而且不適于分散

15、的小要缺點是投資高，而且不適于分散的小規(guī)模利用，生物質必須相對比較集中才規(guī)模利用，生物質必須相對比較集中才能采用本技術。能采用本技術。n垃圾焚燒也是采用鍋爐技術處理垃圾，垃圾焚燒也是采用鍋爐技術處理垃圾，但由于垃圾的品位低，腐蝕性強，所以但由于垃圾的品位低，腐蝕性強，所以它要求技術更高，投資它要求技術更高，投資更大，從能量利更大，從能量利用的角度，它也必須規(guī)模較大才比較合用的角度，它也必須規(guī)模較大才比較合理。理。Power generation from landfill gas n固型燃料燃燒是把生物質固化成型后再固型燃料燃燒是把生物質固化成型后再采用傳統(tǒng)的燃煤設備燃用，主要優(yōu)點是采用傳統(tǒng)的

16、燃煤設備燃用，主要優(yōu)點是所采用的熱力設備是傳所采用的熱力設備是傳統(tǒng)的定型產品，統(tǒng)的定型產品，不必經過特殊的設計或處理，主要缺點不必經過特殊的設計或處理，主要缺點是運行成本高，所以它比較適合企業(yè)對是運行成本高，所以它比較適合企業(yè)對原有設備進行技術改造時，在不重復投原有設備進行技術改造時，在不重復投資前提下，以生物質代替煤，以達到節(jié)資前提下，以生物質代替煤，以達到節(jié)能的目的，或應用于對污染要求特別嚴能的目的，或應用于對污染要求特別嚴格的場所，如飯店燒烤等。格的場所，如飯店燒烤等。Truck unloading wood chips that will fuel the Tracy Biomass

17、Plant, Tracy, California.n物化轉換技術包括三方面：物化轉換技術包括三方面： 一是干餾技術；一是干餾技術；二是氣化制生物質燃氣；二是氣化制生物質燃氣；三是熱解制生物質油。三是熱解制生物質油。n干餾技術主要目的是同時生產生物質碳干餾技術主要目的是同時生產生物質碳和燃氣，它可以把能量密度低的生物質和燃氣，它可以把能量密度低的生物質轉化為熱值較高的固定轉化為熱值較高的固定碳或氣，碳和燃碳或氣，碳和燃氣可分別用于不同用途。優(yōu)點是設備簡氣可分別用于不同用途。優(yōu)點是設備簡單，可以生產碳和多種化工產品，缺點單，可以生產碳和多種化工產品，缺點是利用率較低，而且適用性較小，一般是利用率較

18、低，而且適用性較小，一般只適用于木質生物質的特殊利用。只適用于木質生物質的特殊利用。n生物質熱解氣化是把生物質轉化為可燃生物質熱解氣化是把生物質轉化為可燃氣的技術，根據(jù)技術路線的不同，可以氣的技術，根據(jù)技術路線的不同，可以是低熱值氣，也可以是是低熱值氣，也可以是中熱值氣。它的中熱值氣。它的主要優(yōu)點是生物質轉化為可燃氣后，利主要優(yōu)點是生物質轉化為可燃氣后，利用效率較高，而且用途廣泛，如可以用用效率較高，而且用途廣泛，如可以用作生活煤氣，也可以用于燒鍋爐或直接作生活煤氣，也可以用于燒鍋爐或直接發(fā)電。主要缺點是系統(tǒng)復雜，而且由于發(fā)電。主要缺點是系統(tǒng)復雜，而且由于生成的燃氣不便于儲存和運輸，必須有生成

19、的燃氣不便于儲存和運輸，必須有專門的用戶或配套的利用設施。專門的用戶或配套的利用設施。n熱解制油是通過熱化學方法把生物質轉熱解制油是通過熱化學方法把生物質轉化為液體燃料的技術，它的主要優(yōu)點是化為液體燃料的技術，它的主要優(yōu)點是可以把生物質制成油品可以把生物質制成油品燃料，作為石油燃料，作為石油產品替代品，用途和附價值大大提高，產品替代品，用途和附價值大大提高，主要缺點是技術復雜，目前的成本仍然主要缺點是技術復雜，目前的成本仍然太高。太高。n生物轉換技術主要是以厭氧消化和特種生物轉換技術主要是以厭氧消化和特種酶技術為主。酶技術為主。 n厭氧消化主要是把水中的生物質分解為厭氧消化主要是把水中的生物質

20、分解為沼氣，它包括小型的農村沼氣技術和大沼氣，它包括小型的農村沼氣技術和大型的厭氧處理污水的工型的厭氧處理污水的工程。它主要優(yōu)點程。它主要優(yōu)點是提供的能源形式為沼氣（是提供的能源形式為沼氣（CHCH4 4），非常），非常潔凈，具有顯著的環(huán)保效益，主要缺點潔凈，具有顯著的環(huán)保效益，主要缺點是能源產出低，投資大，所以比較適宜是能源產出低，投資大，所以比較適宜于以環(huán)保為目標的污水處理工程或以有于以環(huán)保為目標的污水處理工程或以有機易腐物為主的垃圾的堆肥過程。機易腐物為主的垃圾的堆肥過程。n利用生物技術（包括酶技術）把生物質利用生物技術（包括酶技術）把生物質轉化為乙醇的主要目的是制取液體燃料，轉化為乙醇

21、的主要目的是制取液體燃料，它的主要優(yōu)點可以使它的主要優(yōu)點可以使生物質變?yōu)榍鍧嵢忌镔|變?yōu)榍鍧嵢剂?，拓寬用途，提高效率，主要缺點是料，拓寬用途，提高效率，主要缺點是轉換速度太慢，投資較大，成本相對較轉換速度太慢，投資較大，成本相對較高。高。n植物油技術：植物油技術： 植物油技術也是生物質能植物油技術也是生物質能利用技術的一種，植物油除了可以作食利用技術的一種，植物油除了可以作食用或化工原料之外，也用或化工原料之外，也可以作為能源利可以作為能源利用。它的主要優(yōu)點是提煉和生產技術簡用。它的主要優(yōu)點是提煉和生產技術簡單，主要缺點是油產率較低，速度很慢，單，主要缺點是油產率較低，速度很慢，而且品種的篩選

22、和培育也較困難。而且品種的篩選和培育也較困難。 有發(fā)展前景的生物質生化轉換技術包括：有發(fā)展前景的生物質生化轉換技術包括：（1）生物質熱化學轉換制氫技術）生物質熱化學轉換制氫技術 氫能是公認的高效清潔能源，在后化石氫能是公認的高效清潔能源，在后化石燃料時代將發(fā)揮重要的作用。生物質催燃料時代將發(fā)揮重要的作用。生物質催化裂解制氫方向是發(fā)展一個新的可再生化裂解制氫方向是發(fā)展一個新的可再生能源制氫技術，與燃料電池組合成為對能源制氫技術，與燃料電池組合成為對環(huán)境完全無害的高效能源系統(tǒng)。環(huán)境完全無害的高效能源系統(tǒng)。有發(fā)展前景的生物質生化轉換技術包括：有發(fā)展前景的生物質生化轉換技術包括：（2）木質素生物質制取

23、燃料乙醇）木質素生物質制取燃料乙醇 燃料乙醇可用作汽車代用燃料或與汽油組成混燃料乙醇可用作汽車代用燃料或與汽油組成混合燃料，節(jié)約石油并減少有害氣體的排放，將合燃料，節(jié)約石油并減少有害氣體的排放，將固體生物質廢棄物轉化成燃料乙醇是未來最重固體生物質廢棄物轉化成燃料乙醇是未來最重要的發(fā)展方向。該技術屬第二代生物燃料技術，要的發(fā)展方向。該技術屬第二代生物燃料技術，目標是開發(fā)木質纖維素生物質，生產便宜的能目標是開發(fā)木質纖維素生物質，生產便宜的能夠用于制造燃料、化學制品和材料的糖，關鍵夠用于制造燃料、化學制品和材料的糖，關鍵問題是如何降低酶的成本，基本路線是將木質問題是如何降低酶的成本，基本路線是將木質

24、素和半木質素通過酶轉換成糖，然后發(fā)酵成乙素和半木質素通過酶轉換成糖，然后發(fā)酵成乙醇。醇。第一代生物燃料中生產燃料乙醇的原料主要是玉米、甘蔗等第一代生物燃料中生產燃料乙醇的原料主要是玉米、甘蔗等, 生產生物柴油生產生物柴油的原料主要是大豆、菜籽油等；的原料主要是大豆、菜籽油等；第二代生物燃料指的是以麥稈、草和木材等農林廢棄物為主要原料第二代生物燃料指的是以麥稈、草和木材等農林廢棄物為主要原料, 采用生采用生物纖維素轉化為生物燃料的模式物纖維素轉化為生物燃料的模式, 主要有纖維素乙醇技術、合成生物燃主要有纖維素乙醇技術、合成生物燃油技術、生物氫技術、生物二甲醚技術等眾多發(fā)展方向油技術、生物氫技術、

25、生物二甲醚技術等眾多發(fā)展方向, 其中，纖維素其中，纖維素乙醇和合成生物燃油是最為重要的第二代生物燃料產品。目前第二代生乙醇和合成生物燃油是最為重要的第二代生物燃料產品。目前第二代生物燃料目前的問題在于用來分解纖維素的酶成本太高物燃料目前的問題在于用來分解纖維素的酶成本太高, 用不可食用的纖用不可食用的纖維素生產酒精也需要先把它們變成糖類，商業(yè)化的項目還不多。維素生產酒精也需要先把它們變成糖類，商業(yè)化的項目還不多。 第三代生物燃料是以微藻為原料生產的各種生物燃料第三代生物燃料是以微藻為原料生產的各種生物燃料, 也稱為微藻燃料。微也稱為微藻燃料。微藻燃料的研發(fā)始于藻燃料的研發(fā)始于1978 年美國能

26、源部資助的水上能源作物計劃起初是以年美國能源部資助的水上能源作物計劃起初是以生物氫為目的生物氫為目的, 1982 年逐漸轉向了生物柴油和燃料乙醇。除美國外年逐漸轉向了生物柴油和燃料乙醇。除美國外, 以以色列、歐洲各國、加拿大、阿根廷、澳大利亞和新西蘭等國家也逐步開色列、歐洲各國、加拿大、阿根廷、澳大利亞和新西蘭等國家也逐步開始了微藻燃料的研發(fā)。第三代生物燃料的油脂很難提煉始了微藻燃料的研發(fā)。第三代生物燃料的油脂很難提煉, 從海藻中提煉從海藻中提煉生物燃料的研究正處于實驗室階段生物燃料的研究正處于實驗室階段, 距離實現(xiàn)商業(yè)化階段還比較遠。距離實現(xiàn)商業(yè)化階段還比較遠。n生物質利用過程中具有生物質利

27、用過程中具有COCO2 2零排放特性；由于生物質在零排放特性；由于生物質在生長時需要的生長時需要的COCO2 2相當于利用它時排放的相當于利用它時排放的COCO2 2的量，因而的量，因而對大氣的對大氣的COCO2 2凈排放量近似于零，大量使用生物質能可凈排放量近似于零，大量使用生物質能可有效降低溫室效應。有效降低溫室效應。n 生物質含硫、含氮都較低，灰分含量也很少，燃燒后生物質含硫、含氮都較低，灰分含量也很少，燃燒后SOxSOx、NOxNOx和灰塵排放量比化石燃料小得多，是一種相和灰塵排放量比化石燃料小得多，是一種相對清潔的燃料。國際能源機構的有關研究表明，秸稈對清潔的燃料。國際能源機構的有關

28、研究表明，秸稈的平均含硫量只有的平均含硫量只有3.80 3.80 ，而煤的平均含硫量約達，而煤的平均含硫量約達1%1%。且低溫燃燒產生的氮氧化物較少，所以除塵后的煙氣且低溫燃燒產生的氮氧化物較少，所以除塵后的煙氣不進行脫硫，煙氣可直接通過煙囪排入大氣。不進行脫硫，煙氣可直接通過煙囪排入大氣。n生物質資源分布廣、產量大、轉化方式多種多樣。生物質資源分布廣、產量大、轉化方式多種多樣。n可借鑒傳統(tǒng)能源利用技術，與其他非傳統(tǒng)性能源相比可借鑒傳統(tǒng)能源利用技術，與其他非傳統(tǒng)性能源相比較，技術上的難題較少。較，技術上的難題較少。n可再生性。生物質通過植物的光合作用可以再生，與可再生性。生物質通過植物的光合作

29、用可以再生，與風能、太陽能同屬可再生能源，生物質資源豐富，可風能、太陽能同屬可再生能源，生物質資源豐富，可保證能源的可持續(xù)利用。秸稈燃燒后通常會有保證能源的可持續(xù)利用。秸稈燃燒后通常會有3%5%3%5%的的灰分，這種灰以鍋爐飛灰和灰渣、爐底灰的形式被收灰分，這種灰以鍋爐飛灰和灰渣、爐底灰的形式被收集，含有豐富的營養(yǎng)成分如鉀、鎂、磷和鈣，可用作集，含有豐富的營養(yǎng)成分如鉀、鎂、磷和鈣，可用作高效農業(yè)肥料。高效農業(yè)肥料。n植物僅能將極少量的太陽能轉化成有機植物僅能將極少量的太陽能轉化成有機物；物；n單位土地面的有機物能量偏低；單位土地面的有機物能量偏低； n缺乏適合栽種植物的土地；缺乏適合栽種植物的

30、土地；n有機物的水分偏多有機物的水分偏多(50%(50%95%) 95%) 。n人類發(fā)現(xiàn)、利用沼氣，已有悠久的歷史。人類發(fā)現(xiàn)、利用沼氣，已有悠久的歷史。17761776年，意大利科學家沃爾塔發(fā)現(xiàn)沼澤年，意大利科學家沃爾塔發(fā)現(xiàn)沼澤地里腐爛的生物質發(fā)酵，從水底冒出一地里腐爛的生物質發(fā)酵，從水底冒出一連串的氣泡，分析其主要成分為甲烷和連串的氣泡，分析其主要成分為甲烷和二氧化碳等氣體。由于這種氣體產生于二氧化碳等氣體。由于這種氣體產生于沼澤地，故俗稱沼澤地，故俗稱“沼氣沼氣”。n1781年，法國科學家穆拉發(fā)明人工沼氣年，法國科學家穆拉發(fā)明人工沼氣發(fā)生器。發(fā)生器。200多年過去了，如今全世界約多年過去了

31、，如今全世界約有農村家用沼氣池有農村家用沼氣池530萬個，中國就占了萬個，中國就占了92。農村沼氣池的主要填料是豬糞、。農村沼氣池的主要填料是豬糞、秸稈、污泥和水等。隨著農村沼氣使用秸稈、污泥和水等。隨著農村沼氣使用的日益推廣和大型厭氧工程技術的進步，的日益推廣和大型厭氧工程技術的進步，上世紀上世紀90年代以來，世界范圍內的一些年代以來，世界范圍內的一些大型沼氣工程有了迅速發(fā)展。大型沼氣工程有了迅速發(fā)展。n沼氣是有機廢棄物（糞便、樹葉、秸稈沼氣是有機廢棄物（糞便、樹葉、秸稈等）經過厭氧發(fā)酵的產物，是一項制備等）經過厭氧發(fā)酵的產物，是一項制備容易，用途廣泛，綜合容易，用途廣泛，綜合效益顯著的能源

32、效益顯著的能源技術。沼氣主要成分是甲烷和二氧化碳，技術。沼氣主要成分是甲烷和二氧化碳，其中甲烷含量（容積比）一般為其中甲烷含量（容積比）一般為60%60%70%70%，二氧化碳含量為二氧化碳含量為30%30%40%40%。n甲烷是一種理想的氣體燃料，它無色無甲烷是一種理想的氣體燃料，它無色無味，與適量空氣混合后即對燃燒。每立味，與適量空氣混合后即對燃燒。每立方米純甲烷的發(fā)熱方米純甲烷的發(fā)熱量量為為34000焦耳，每立焦耳，每立方米沼氣的發(fā)熱量約為方米沼氣的發(fā)熱量約為2080023600焦焦耳。即耳。即1立方米沼氣完全燃燒后，能產生立方米沼氣完全燃燒后，能產生相當于相當于0.7千克無煙煤提供的熱

33、量。千克無煙煤提供的熱量。n第一階段的水解把不溶解的有機化合物第一階段的水解把不溶解的有機化合物和聚合和聚合物，通過酶法轉化為可溶解的有物，通過酶法轉化為可溶解的有機物。機物。n第二階段再將上一步轉化成的產物如碳第二階段再將上一步轉化成的產物如碳水化合水化合物、蛋白質、脂肪類、醇等發(fā)酵物、蛋白質、脂肪類、醇等發(fā)酵為有機酸。為有機酸。n第三階段由有機酸發(fā)酵產生甲烷。第三階段由有機酸發(fā)酵產生甲烷。n密閉：沼氣發(fā)酵是多種嫌氣性細菌活動密閉：沼氣發(fā)酵是多種嫌氣性細菌活動的結果，的結果，所以要造成細菌活動的缺氧條所以要造成細菌活動的缺氧條件。在建造沼氣池時一定要密閉，隔絕件。在建造沼氣池時一定要密閉，隔

34、絕空氣，不漏氣，不漏水?？諝?，不漏氣，不漏水。n適宜的溫度：適宜的溫度：一般沼氣池在一般沼氣池在20 40 時產氣量最高。時產氣量最高。 n充足的養(yǎng)分：充足的養(yǎng)分：細菌正常生成，需要從發(fā)酵原料細菌正常生成，需要從發(fā)酵原料中吸取充足的養(yǎng)分，主要是碳、氮和無機鹽。中吸取充足的養(yǎng)分，主要是碳、氮和無機鹽。沼氣發(fā)酵原料中，人畜糞尿主要是氮素來源，沼氣發(fā)酵原料中，人畜糞尿主要是氮素來源，作物秸稈等纖維素物質主要是碳素來源。作物秸稈等纖維素物質主要是碳素來源。n充足的水分：充足的水分：一般要求發(fā)酵原料的含水量占總一般要求發(fā)酵原料的含水量占總質量的質量的8080左右，過稀或過濃都對產氣不利。左右，過稀或過濃

35、都對產氣不利。n適合的酸堿環(huán)境：適合的酸堿環(huán)境：一般發(fā)酵池的酸堿度控制在一般發(fā)酵池的酸堿度控制在pHpH為為7 78.58.5。 n我國生物質能資源相當豐富，僅各類農我國生物質能資源相當豐富，僅各類農業(yè)廢棄物（如秸稈等）的資源業(yè)廢棄物（如秸稈等）的資源量每年即量每年即有有3.083.08億噸標煤，薪柴資源量為億噸標煤，薪柴資源量為1.31.3億噸億噸標煤，加上糞便、城市垃圾等，資源總標煤，加上糞便、城市垃圾等，資源總量估計可達量估計可達6.56.5億噸標煤以上，約相當于億噸標煤以上，約相當于19951995年全國能源消費總量的一半。年全國能源消費總量的一半。n在占中國人口在占中國人口8080的

36、農村，人們生活主的農村，人們生活主要以秸稈和薪柴為燃料。要以秸稈和薪柴為燃料。19981998年全國農年全國農村居民總能耗為村居民總能耗為365Mtce,365Mtce,其中其中56.756.7（365Mtce365Mtce）來自于稻草、秸稈和薪柴。）來自于稻草、秸稈和薪柴。發(fā)展中國農村沼氣利用技術可以滿足居發(fā)展中國農村沼氣利用技術可以滿足居民生活和工業(yè)生產的能源需要。因此，民生活和工業(yè)生產的能源需要。因此，作為一項優(yōu)先發(fā)展的技術，沼氣利用可作為一項優(yōu)先發(fā)展的技術，沼氣利用可以幫助農村人口擺脫貧困，增加收益。以幫助農村人口擺脫貧困，增加收益。n從從19911991年到年到19981998年，中

37、國農村能源總能年，中國農村能源總能耗從耗從568 Mtce568 Mtce增加到了增加到了672 Mtce,672 Mtce,增長幅增長幅度為度為18.318.3，平均年增長率為，平均年增長率為2.42.4。農。農村對優(yōu)質能源的需求日益增長。但是單村對優(yōu)質能源的需求日益增長。但是單靠傳統(tǒng)能源技術不能滿足這種需求。因靠傳統(tǒng)能源技術不能滿足這種需求。因此，研究和應用沼氣技術對優(yōu)質能源對此，研究和應用沼氣技術對優(yōu)質能源對生產有著重大的意義。生產有著重大的意義。n農村家用沼氣池生產的沼氣主要用來做農村家用沼氣池生產的沼氣主要用來做生活燃料。修建一個容積為生活燃料。修建一個容積為6 6立方米的沼立方米的

38、沼氣池，每天投入相當于氣池，每天投入相當于4 4頭豬的糞便發(fā)酵，頭豬的糞便發(fā)酵，它所產的沼氣能解決它所產的沼氣能解決4 4口人家庭點燈、做口人家庭點燈、做飯的燃料問題。飯的燃料問題。n沼氣還可以用于農業(yè)生產中，如溫室保沼氣還可以用于農業(yè)生產中，如溫室保溫、烘烤農產品、沼氣防蛀、儲備糧食、溫、烘烤農產品、沼氣防蛀、儲備糧食、水果保鮮等。沼氣也水果保鮮等。沼氣也可發(fā)電做農機動力，可發(fā)電做農機動力，大、中型沼氣工程生產的沼氣可用來發(fā)大、中型沼氣工程生產的沼氣可用來發(fā)電、燒鍋爐、加工食品、采暖或供給城電、燒鍋爐、加工食品、采暖或供給城市居民使用。例如，河南南陽市從市居民使用。例如，河南南陽市從2020

39、世世紀紀7070年代開始至今，有年代開始至今，有3 3萬戶城市居民使萬戶城市居民使用沼氣。用沼氣。n從環(huán)保角度講，沼氣中的甲烷是作用強烈的溫室氣體，從環(huán)保角度講，沼氣中的甲烷是作用強烈的溫室氣體，其導致溫室效應的效果是二氧化碳的其導致溫室效應的效果是二氧化碳的23倍，控制甲烷倍，控制甲烷及沼氣排放已成為保護大氣的一個重要方面；從能源及沼氣排放已成為保護大氣的一個重要方面；從能源角度講，沼氣又是性能較好的燃料，純燃料熱值為角度講，沼氣又是性能較好的燃料，純燃料熱值為21.98MJ/m3(甲烷含量甲烷含量60%、二氧化碳含量、二氧化碳含量32%)，屬，屬中等熱值燃料；沼氣還是生物質可再生能源。因此

40、，中等熱值燃料；沼氣還是生物質可再生能源。因此，高效利用沼氣，具有控制沼氣污染、開發(fā)新能源的雙高效利用沼氣，具有控制沼氣污染、開發(fā)新能源的雙重意義。以沼氣作為動力機的燃料，帶動發(fā)電機運轉，重意義。以沼氣作為動力機的燃料，帶動發(fā)電機運轉，獲得高品位電能的沼氣發(fā)電技術，是沼氣綜合利用的獲得高品位電能的沼氣發(fā)電技術，是沼氣綜合利用的有效方式之一，已成為國際趨向的技術路線。有效方式之一，已成為國際趨向的技術路線。n專家預測，到專家預測，到20502050年，以生物質能為重年，以生物質能為重要組成部分的可再生能源，將以相同或要組成部分的可再生能源，將以相同或低于礦物燃料的價格，提供全球低于礦物燃料的價格

41、，提供全球 3/53/5的的電力和電力和2/52/5的直接燃料。的直接燃料。一一生物質直接燃燒發(fā)電技術生物質直接燃燒發(fā)電技術二二生物質氣化發(fā)電技術生物質氣化發(fā)電技術三三沼氣發(fā)電技術沼氣發(fā)電技術四四生活垃圾焚燒發(fā)電生活垃圾焚燒發(fā)電五五生物質混合燃燒發(fā)電技術生物質混合燃燒發(fā)電技術混合燃燒主要有三種方式：混合燃燒主要有三種方式：l一種是將生物質原料直接送入燃煤鍋爐，一種是將生物質原料直接送入燃煤鍋爐，與煤共同燃燒，生產蒸汽，帶動蒸汽輪與煤共同燃燒，生產蒸汽，帶動蒸汽輪機發(fā)電；機發(fā)電；l另一種是先將生物質原料在氣化爐中氣另一種是先將生物質原料在氣化爐中氣化生成可燃氣體，再通入燃煤鍋爐，可化生成可燃氣體，再通入燃煤鍋爐，可燃氣體與煤共同燃燒，產生高溫蒸汽帶燃氣體與煤共同燃燒，產生高溫蒸汽帶動蒸汽輪機發(fā)電。動蒸汽輪機發(fā)電。l第三種是并行燃燒方式，將生物質和煤第三種是并行燃燒方式，將生物質和煤分別送入獨立的鍋爐燃燒，產生蒸汽供分別送入獨立的鍋爐燃燒，產生蒸汽供汽輪機發(fā)電。汽輪機發(fā)電。 一一新型生物質原料的培育新型生物質原料的培育生物質原料供應從以傳統(tǒng)廢棄物為主向新型生物質原料供應從以傳統(tǒng)廢棄物為主向新型資源選育和規(guī)?；嘤l(fā)展，發(fā)展方向主要資源選育和規(guī)?；嘤l(fā)展，發(fā)展方向主要包括微藻、油脂類、淀粉類、糖類、