㈠ 生物質什麼時候命名
生物質誕生於地球形成二十多億年之後,逐步演變成千萬種生物,而最早命名的生物也不是人類出現之後。
㈡ 生物質熱解
摘 要:主要論述了生物質熱解技術的原理、熱解反應過程、熱解工藝類型及影響因素。在分析國內外發展現狀的基礎上,提出生物質熱解技術主要存在的不足,對生物質熱解技術的發展前景進行了展望。
關鍵詞:生物質熱解;研究進展;發展現狀;展望
0 引 言
通過生物質能轉換技術可高效地利用生物質能源, 生產各種清潔能源和化工產品,從而減少人類對於化石能源的依賴,減輕化石能源消費給環境造成的污染。 目前,世界各國尤其是發達國家,都在致力於開發高效、無污染的生物質能利用技術,以保護本國的礦物能源資源,為實現國家經濟的可持續發展提供根本保障。
生物質熱解是指生物質在沒有氧化劑(空氣、氧氣、水蒸氣等)存在或只提供有限氧的條件下,加熱到逾500℃,通過熱化學反應將生物質大分子物質(木質素、纖維素和半纖維素)分解成較小分子的燃料物質(固態炭、可燃氣、生物油)的熱化學轉化技術方法。生物質熱解的燃料能源轉化率可達95.5%,最大限度的將生物質能量轉化為能源產品,物盡其用,而熱解也是燃燒和氣化必不可少的初始階段[1]。
1 熱解技術原理
1.1 熱解原理
從化學反應的角度對其進行分析, 生物質在熱解過程中發生了復雜的熱化學反應,包括分子鍵斷裂、異構化和小分子聚合等反應。木材、林業廢棄物和農作物廢棄物等的主要成分是纖維素、半纖維素和木質素。熱重分析結果表明,纖維素在52℃時開始熱解,隨著溫度的升高,熱解反應速度加快,到350~370℃時,分解為低分子產物,其熱解過程為:
(C6H10O5)n→nC6H10O5
C6H10O5→H2O+2CH3-CO-CHO
CH3-CO-CHO+H2→CH3-CO-CH2OH
CH3-CO-CH2OH+H2→CH3-CHOH-CH2+H2O
半纖維素結構上帶有支鏈,是木材中最不穩定的組分,在225~325℃分解,比纖維素更易熱分解,其熱解機理與纖維素相似[2]。
從物質遷移、能量傳遞的角度對其進行分析,在生物質熱解過程中,熱量首先傳遞到顆粒表面,再由表面傳到顆粒內部。熱解過程由外至內逐層進行,生物質顆粒被加熱的成分迅速裂解成木炭和揮發分。其中,揮發分由可冷凝氣體和不可冷凝氣體組成,可冷凝氣體經過快速冷凝可以得到生物油。一次裂解反應生成生物質炭、一次生物油和不可冷凝氣體。在多孔隙生物質顆粒內部的揮發分將進一步裂解,形成不可冷凝氣體和熱穩定的二次生物油。同時,當揮發分氣體離開生物顆粒時,還將穿越周圍的氣相組分,在這里進一步裂化分解,稱為二次裂解反應。生物質熱解過程最終形成生物油、不可冷凝氣體和生物質[3,4]。
1.2 熱解反應基本過程
根據熱解過程的溫度變化和生成產物的情況等, 可以分為乾燥階段、預熱解階段、固體分解階段和煅燒階段。
1.2.1 乾燥階段(溫度為120~150℃),生物質中的水分進行蒸發,物料的化學組成幾乎不變。
1.2.2 預熱解階段(溫度為150~275℃),物料的熱反應比較明顯,化學組成開始變化,生物質中的不穩定成分如半纖維素分解成二氧化碳、一氧化碳和少量醋酸等物質。上述兩個階段均為吸熱反應階段。
1.2.3 固體分解階段(溫度為275~475℃),熱解的主要階段,物料發生了各種復雜的物理、化學反應,產生大量的分解產物。生成的液體產物中含有醋酸、木焦油和甲醇(冷卻時析出來);氣體產物中有CO2、CO、CH4、H2等,可燃成分含量增加。這個階段要放出大量的熱。
1.2.4 煅燒階段(溫度為450~500℃),生物質依靠外部供給的熱量進行木炭的燃燒,使木炭中的揮發物質減少,固定碳含量增加,為放熱階段。實際上,上述四個階段的界限難以明確劃分,各階段的反應過程會相互交叉進[5,6]。
2 熱解工藝及影響因素
2.1 熱解工藝類型
從對生物質的加熱速率和完成反應所用時間的角度來看,生物質熱解工藝基本上可以分為兩種類型:一種是慢速熱解,一種是快速熱解。在快速熱解中,當完成反應時間甚短(<0.5s)時,又稱為閃速熱解。根據工藝操作條件,生物質熱解工藝又可分為慢速、快速和反應性熱解三種。在慢速熱解工藝中又可以分為炭化和常規熱解[5]。
慢速熱解(又稱干餾工藝、傳統熱解)工藝具有幾千年的歷史,是一種以生成木炭為目的的炭化過程,低溫干餾的加熱溫度為500~580℃,中溫干餾溫度為660~750℃, 高溫干餾的溫度為900~1100℃。將木材放在窯內,在隔絕空氣的情況下加熱,可以得到占原料質量30%~35%的木炭產量。
快速熱解是將磨細的生物質原料放在快速熱解裝置中,嚴格控制加熱速率(一般大致為10~200℃/s)和反應溫度(控制在500℃左右), 生物質原料在缺氧的情況下,被快速加熱到較高溫度,從而引發大分子的分解,產生了小分子氣體和可凝性揮發分以及少量焦炭產物。可凝性揮發分被快速冷卻成可流動的液體,成為生物油或焦油,其比例一般可達原料質量的40%~60%。
與慢速熱解相比,快速熱解的傳熱反應過程發生在極短的時間內,強烈的熱效應直接產生熱解產物,再迅速淬冷,通常在0.5s內急冷至350℃以下,最大限度地增加了液態產物(油)。
常規熱解是將生物質原料放在常規的熱解裝置中,在低於600℃的中等溫度及中等反應速率(0.1~1℃/s)條件下,經過幾個小時的熱解,得到占原料質量的20%~25%的生物質炭及10%~20%的生物油[7~9]。
2.2 熱解影響因素
總的來講,影響熱解的主要因素包括化學和物理兩大方面。化學因素包括一系列復雜的一次反應和二次反應;物理因素主要是反應過程中的傳熱、傳質以及原料的物理特性等。具體的操作條件表現為:溫度、物料特性、催化劑、滯留時間、壓力和升溫速率[10]。
2.2.1 溫度
在生物質熱解過程中,溫度是一個很重要的影響因素, 它對熱解產物分布、組分、產率和熱解氣熱值都有很大的影響。生物質熱解最終產物中氣、油、炭各佔比例的多少,隨反應溫度的高低和加熱速度的快慢有很大差異。一般地說,低溫、長期滯留的慢速熱解主要用於最大限度地增加炭的產量,其質量產率和能量產率分別達到30%和50%(質量分數)[11~13]。
溫度小於600℃的常規熱解時,採用中等反應速率,生物油、不可凝氣體和炭的產率基本相等;閃速熱解溫度在500~650℃范圍內,主要用來增加生物油的產量,生物油產率可達80%(質量分數);同樣的閃速熱解,若溫度高於700℃,在非常高的反應速率和極短的氣相滯留期下,主要用於生產氣體產物,其產率可達80%(質量分數)。當升溫速率極快時,半纖維素和纖維素幾乎不生成炭[5]。
2.2.2 生物質材料的影響
生物質種類、分子結構、粒徑及形狀等特性對生物質熱解行為和產物組成等有著重要的影響[3]。這種影響相當復雜,與熱解溫度、壓力、升溫速率等外部特性共同作用,在不同水平和程度上影響著熱解過程。 由於木質素較纖維素和半纖維素難分解,因而通常含木質素多者焦炭產量較大;而半纖維素多者,焦炭產量較小。在生物質構成中,以木質素熱解所得到的液態產物熱值為最大;氣體產物中以木聚糖熱解所得到的氣體熱值最大[5]。
生物質粒徑的大小是影響熱解速率的決定性因素。粒徑在1mm以下時,熱解過程受反應動力學速率控制,而當粒徑大於1mm時,熱解過程中還同時受到傳熱和傳質現象的控制。大顆粒物料比小顆粒傳熱能力差,顆粒內部升溫要遲緩,即大顆粒物料在低溫區的停留時間要長,從而對熱解產物的分布造成了影響。 隨著顆粒的粒徑的增大,熱解產物中固相炭的產量增大。從獲得更多生物油角度看,生物質顆粒的尺寸以小為宜,但這無疑會導致破碎和篩選有難度,實際上只要選用小於1mm的生物質顆粒就可以了。
2.2.3 催化劑的影響
有關研究人員用不同的催化劑摻入生物質熱解試驗中,不同的催化劑起到不同的效果。如:鹼金屬碳酸鹽能提高氣體、碳的產量,降低生物油的產量,而且能促進原料中氫釋放,使空氣產物中的H2/CO增大;K+能促進CO、CO2的生成,但幾乎不影響H2O的生成;NaCl能促進纖維素反應中H2O、CO、CO2的生成;加氫裂化能增加生物油的產量,並使油的分子量變小。
另外,原料反應得到的產物在反應器內停留時間、反應產出氣體的冷卻速度、原料顆粒尺寸等,對產出的炭、可燃性氣體、生物油(降溫由氣體析出)的產量比例也有一定影響[5]。
2.2.4 滯留時間
滯留時間在生物質熱解反應中有固相滯留時間和氣相滯留時間之分。固相滯留時間越短,熱解的固態產物所佔的比例就越小,總的產物量越大,熱解越完全。在給定的溫度和升溫速率的條件下,固相滯留時間越短,反應的轉化產物中的固相產物就越少,氣相產物的量就越大。氣相滯留期時間一般並不影響生物質的一次裂解反應過程,而隻影響到液態產物中的生物油發生的二次裂解反應的進程。當生物質熱解產物中的一次產物進入圍繞生物質顆粒的氣相中,生物油就會發生進一步的裂化反應,在熾熱的反應器中,氣相滯留時間越長,生物油的二次裂解發生的就越嚴重,二次裂解反應增多,放出H2、CH4、CO等,導致液態產物迅速減少,氣體產物增加。所以,為獲得最大生物油產量,應縮短氣相滯留期,使揮發產物迅速離開反應器,減少焦油二次裂解的時間[3~5]。
2.2.5 壓力
壓力的大小將影響氣相滯留期,從而影響二次裂解,最終影響熱解產物產量的分布。隨著壓力的提高,生物質的活化能減小,且減小的趨勢漸緩。在較高的壓力下,生物質的熱解速率有明顯的提高,反應也更激烈,而且揮發產物的滯留期增加,二次裂解較大;而在低的壓力下,揮發物可以迅速從顆粒表面離開,從而限制了二次裂解的發生,增加了生物油產量[14,15]。
2.2.6 升溫速率
升溫速率對熱解的影響很大。一般對熱解有正反兩方面的影響。升溫速率增加,物料顆粒達到熱解所需溫度的相應時間變短,有利於熱解;但同時顆粒內外的溫差變大,由於傳熱滯後效應會影響內部熱解的進行。隨著升溫速率的增大,溫度滯後就越嚴重,熱重曲線和差熱曲線的分辨力就會越低,物料失重和失重速率曲線均向高溫區移動。熱解速率和熱解特徵溫度(熱解起始溫度、熱解速率最快的溫度、熱解終止溫度)均隨升溫速率的提高呈線形增長。在一定熱解時間內,慢加熱速率會延長熱解物料在低溫區的停留時間,促進纖維素和木質素的脫水和炭化反應,導致炭產率增加。氣體和生物油的產率在很大程度上取決於揮發物生成的一次反應和生物油的二次裂解反應的競爭結果,較快的加熱方式使得揮發分在高溫環境下的滯留時間增加,促進了二次裂解的進行,使得生物油產率下降、燃氣產率提高[16~18]。
3 熱解技術研究現狀
3.1 國內研究現狀
與歐美一些國家相比,亞洲及我國對生物質熱解的研究起步較晚。近十幾年來,廣州能源研究所生物質能研究中心、浙江大學、東北林業大學等單位做了一些這方面的工作。
廣州能源研究所生物質能研究中心,目前研究方向重點為生物質熱化學轉化過程的機理及熱化學利用技術。其研究內容為:(1)高能環境下的熱解機理研究:等離子體熱解氣化、超臨界熱解等;(2)氣化新工藝研究:高溫氣化、富氧氣化、水蒸汽氣化等;(3)氣化技術系統集成及應用:新型氣化裝置、氣化發電系統等;(4)生物質氣化燃燒與直接燃燒:氣化燃燒技術、熱解燃燒技術、直接燃燒等。
浙江大學著眼於流化床技術在生物質清潔能源規模化利用上顯示出的巨大潛在優勢,在上世紀末成功開發了以流化床技術為基礎的生物質熱裂解液化反應器,並在先期成功試驗的基礎上,針對已有的生物質熱裂解液化工藝中能源利用率不高以及液體產物不分級等缺點,採用獨特的設計方案研發了生物質整合式熱裂解分級製取液體燃料裝置,得出了各運行參數對生物質熱解產物的得率及組成的影響程度,適合規模化製取代用液體燃料。目前正在開展深層技術和擴展應用的研究。
東北林業大學生物質能研究中心研究方向: 轉錐式生物質閃速熱解液化裝置。經過一系列的調試、實驗和改進後,現已經探索出了一些基本的設計規則和經驗。現階段設備製造已完成,即將進入實驗階段,為今後設備改進及技術推廣打好堅實的基礎。
另外在快速熱裂解研究上,沈陽農業大學在聯合國糧農組織(FTO)的協助下,從荷蘭的BTG集團引入一套50 kg/h旋轉錐閃速熱解裝置並進行了相關實驗研究;上海理工大學、華東理工大學、浙江大學、中國科學院廣州能源研究所、清華大學、哈爾濱工業大學和山東理工大學等單位也開展了相關實驗研究,目前正在開展深層技術和擴展應用的研究。在現在技術的支持下,用於商業運行的只有輸運床和循環流化床系統[19,20]。
河南農業大學農業部可再生能源重點開放實驗室也長期進行了生物質熱解方面的研究。「YNO4型生物質燃氣脫焦機」的誕生解決了現有生物質熱解氣化機組凈化裝置復雜、脫焦效率低且焦油難收集等問題,結構簡單,操作方便,避免了二次污染,系統運行可靠,維護費用低,經濟效益顯著,適用於各類生物質熱解氣化機組的配套及其商業化應用,已於2001年11月通過省科技廳技術鑒定,並已在許昌機電廠投入批量生產。
同時,該實驗室與河南商丘三利新能源有限公司對生物質熱解產物進行了綜合利用的研究,並形成了配套設備。根據農作物秸稈資源存在著季節性、分散性的特點和運輸、儲存難的矛盾,採取了分散和集中的模式,即在農作物秸稈易收集的范圍內建造小型生物質熱解裝置,就地使用生物質燃氣, 然後將便於運輸的生物質炭、焦油、木醋液收集,建設若干集中加工廠,生產多種產品以供各種用途,較適合我國的國情。
3.2 國外研究現狀
生物質熱解技術最初的研究主要集中在歐洲和北美。20世紀90年開始蓬勃發展,隨著試驗規模大小的反應裝置逐步完善,示範性和商業化運行的熱解裝置也被不斷地開發和建造。歐洲一些著名的實驗室和研究所開發出了許多重要的熱解技術,20世紀90年代歐共體JOULE計劃中生物質生產能源項目內很多課題的啟動就顯示了歐盟對於生物質熱解技術的重視程度。
但較有影響力的成果多在北美涌現,如加拿大的Castle Capital有限公司將BBC公司開發的10Kg/h~25Kg/h的橡膠熱燒蝕反應器放大後,建造了1500Kg/h~2000 kg/h規模的固體廢物熱燒蝕裂解反應器,之後,英國Aston大學、美國可再生能源實驗室、法國的Nancy大學及荷蘭的Twente大學也相繼開發了這種裝置。
荷蘭Twente大學反應器工程組及生物質技術(BTG)集團研製開發了旋轉錐熱裂解反應器,由於工藝先進、設備體積小、結構緊湊,得到了廣泛的研究和應用;Hamberg木材化學研究所對混合式反應器鼓泡床技術進行了改進和發展,成功地採用靜電撲捉和冷凝器聯用的方式,非常有效地分離了氣體中的可凝性煙霧。ENSYN基於循環流化床的原理在義大利開發和建造了閃速熱解裝置(RTP),還有一些小型的實驗裝置也相繼在各研究所安裝調試。
傳統的熱解技術不適合濕生物質的熱轉化。針對這個問題,歐洲很多國家己開始研究新的熱解技術,這就是Hydro Thermal Upgrading(HTU)。將濕木片或生物質溶於水中,在一個高壓容器中,經過15min(200℃,300bar)軟化,成為糊狀,然後進入另一反應器(330℃,200bar)液化5~15min。經脫羧作用,移去氧,產生30%CO2、50%生物油,僅含10%~15%的氧。荷蘭Shell公司證明:通過催化,可獲得高質量的汽油和粗汽油。這項技術可產生優質油(氧含量比裂解油低),且生物質不需乾燥,直接使用[21,22]。
4 前景與展望
面對化石能源的枯竭和環境污染的加劇,尋找一種潔凈的新能源成了迫在眉睫的問題。現在全世界都把目光凝聚在生物質能的開發和利用上。生物質能利用前景十分廣闊,但真正實際應用還取決於生物質的各種轉化利用技術能否有所突破。
隨著技術的不斷完善,研究的方向和重點也在拓寬,以前側重熱解反應器類型及反應參數,以尋求產物最大化,而現在整體利用生物質資源的聯合工藝以及優化系統整體效率被認為是最大化熱解經濟效益、具有相當大潛力的發展方向;除此之外,提高產物品質,開發新的應用領域,也是當前研究的迫切要求。
我國生物質熱解技術方面的研究進展緩慢,主要是因為研究以單項技術為主,缺乏系統性,與歐美等國相比還有較大差距。 特別是在高效反應器研發、工藝參數優化、液化產物精製以及生物燃油對發動機性能的影響等方面存在明顯差距。同時,熱解技術還存在如下一些問題:生物油成本通常比礦物油高,生物油同傳統液體燃料不相容,需要專用的燃料處理設備;生物油是高含氧量碳氫化合物,在物理、化學性質上存在不穩定因素,長時間貯存會發生相分離、沉澱等現象,並具有腐蝕性;由於物理、化學性質的不穩定,生物油不能直接用於現有的動力設備,必須經過改性和精製後才可使用;不同生物油品質相差很大,生物油的使用和銷售缺少統一標准,影響其廣泛應用。以上問題也是阻礙生物質高效、規模化利用的瓶頸所在[6]。
針對以上存在的差距和問題,今後的研究應主要集中在如何提高液化產物收率,尋求高效精製技術,提高生物油品質,降低運行成本,實現產物的綜合利用和工業化生產等方面。同時加強生物質液化反應機理的研究,特別是原料種類及原料中各種成分對熱化學反應過程及產物的影響。在理論研究的基礎上,將現有設備放大,降低生物油生產成本,逐漸向大規模生產過渡,完善生物油成分和物理特性的測定方法,制定統一的規范和標准,開發生物油精製與品位提升新工藝,開發出用於熱化學催化反應過程中的低污染高效催化劑,使其能夠參與化石燃料市場的競爭[23]。?
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㈢ 生物質棵粒原料在爐內一斤能燃燒多長時間
你好,您問的應該是生物質顆粒燃料(學名:生物質成型燃料),生物質顆粒燃料根據原材料不同燃燒的時間長短也不相同,可以這樣說原材料決定了熱值,而熱值又決定了燃燒時間。
另外鍋爐大小不同,也會影響燃燒時間,那麼爐子大小因素先不考慮,我們先來分析下不同原材料加工的生物質顆粒燃料到底可以燃燒多久。
目前市場上根據原材料劃分可以分為以下幾大類:
秸稈類生物質顆粒燃料:原材料秸稈 低位熱值3200大卡左右/公斤
花生殼類生物質顆粒燃料:原材料花生殼 低位熱值3800大卡左右/公斤
稻殼類生物質顆粒燃料:原材料稻殼 低位熱值3300大卡左右/公斤
雜木生物質顆粒燃料:原材料雜木 低位熱值3900大卡左右/公斤
松木生物質顆粒燃料:原材料松木 低位熱值4200大卡左右/公斤
根據上面熱值參數可以看出秸稈類加工的生物質顆粒燃料熱值最低,松木加工的生物質顆粒燃料熱值最高,按熱值排序從高到低排序的話:
松木>雜木>花生殼>稻殼>秸稈(熱值決定了燃燒時間)
那麼生物質顆粒燃料在爐子內可以燃燒多久呢,經過實際試驗數據如下:
松木低位熱值4200大卡/公斤,可以燃燒50-60分鍾
雜木低位熱值3900大卡/公斤,可以燃燒45-55分鍾
稻殼低位熱值3300大卡/公斤,可以燃燒30分鍾左右
花生殼低位熱值3800大卡/公斤,可以燃燒40-50分鍾左右
秸稈低位熱值3200大卡/公斤,可以燃燒25-30分鍾左右
以上就是關於生物質顆粒燃料可燃燒多長時間的詳細解答,如有更多問題歡迎關注我們,謝謝。
㈣ 什麼是生物質
生物質介紹
生物質是指利用大氣、水、土地等通過光合作用而產生的各種有機體,即一切有生命的可以生長的有機物質通稱為生物質。它包括植物、動物和微生物。廣義概念:生物質包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物為食物的動物及其生產的廢棄物。有代表性的生物質如農作物、農作物廢棄物、木材、木材廢棄物和動物糞便。狹義概念:生物質主要是指農林業生產過程中除糧食、果實以外的秸稈、樹木等木質纖維素、農產品加工業下腳料、農林廢棄物及畜牧業生產過程中的禽畜糞便和廢棄物等物質。特點:可再生性。低污染性。廣泛分布性。
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㈤ 生物質主要成分是什麼
生物質是指通過光合作用而形成的各種有機體,包括所有的動植物和微生物。生物質能則是太陽能以化學能形式儲存在生物質中的能量形式。生物質是指利用大氣、水、土地等通過光合作用而產生的各種有機體,即一切有生命的可以生長的有機物質通稱為生物質。特點:可再生性。低污染性。廣泛分布性。資源豐富。碳中性。
生物質的主要成分
1、糖類:常見的糖類生物質有纖維素、澱粉、麥芽糖和葡萄糖。兩個葡萄糖分子之間脫水後,它們的分子就會連到一起,成為澱粉,有利於貯存;更多的葡萄糖分子脫水後聚集起來就形成了一個更大的集團——纖維素,這個物質就相對比較穩定了,自然界中只有某些細菌類(如沼氣菌)能把它分解成為澱粉或葡萄糖。有的葡萄糖則被細胞轉化為其他物質,參與各種生命活動,在不同的條件下與不同的物質組成為不同的碳框架物質。
2、醛類:生物質內一個羰基(C=O)基團和一個氫基(-H)基團,可以組合成為一個新的基團,叫醛基(CHO)基團,有這個基團的物質叫醛,我們相當熟悉的甲醛,碳框架中只有一個碳的醛類,甲醛的重要特點就是它能使蛋白質穩定,具有防腐作用。
3、酸::生物質內一個羰基(C=O)基團和一個羥基(-OH)基團,可以組合成為羧基(COOH)基團,有這個基團的物質叫酸,甲酸、乙酸、丙酸、脂肪酸、氨基酸都是與我們的生活有密切關系的「酸」。甲酸又稱蟻酸,蜜蜂蜇人時,會向人體注入了一點蟻酸,會引起局部皮膚紅腫和疼痛。乙酸就是醋酸,用糧食做的,因為糧食中的澱粉可分解成為葡萄糖,再在一定的條件下轉化成食醋。它連在一起的碳框架碳的個數是兩個,所以食醋學名叫乙酸;如果連在一起的碳框架碳的個數為三個,叫丙酸,人們熟悉的乳酸就是一種丙酸,葡萄糖在一定條件下還可轉化為乳酸。如果碳框架中的碳的個數是多個,並且是首尾相接的排成一列的,就統稱為脂肪酸;如果再結合一個氨基,就成為大家熟悉的氨基酸。
4、醇:葡萄糖在一定的條件下還可以變成醇,醇是碳框架中含有羥基(-OH)的物質,如乙醇,就是酒精,在自然界中,熟透的水果可能有酒精的味道,就是葡萄糖變成了乙醇的原因,釀酒就是利用了這一變化。自然界中很多醇都有特殊的香味,現在人們常說的植物精油,有些就是醇。
5、酯:生物體內的酸和醇會生成酯,廣泛存在於自然界,例如乙酸和乙醇可以生成乙酸乙酯,在酒、食醋和某些水果中就有這種特殊的香味的物質,所以陳年的老酒和老醋都十分香;乙酸異戊酯存在於香蕉、梨等水果中;苯甲酸甲酯存在於丁香油中;水楊酸甲酯存在於冬青油中。脂肪酸的甘油酯是動植物油脂的主要成分;酯是蠟的主要成分。
三條脂肪酸鏈與甘油組合,形成甘油三酸脂,就是一種脂肪類物質,我們平時食用的油,它們的成份都是甘油三酸脂。膽固醇、維生素D和生物體內的很多激素如性激素都是脂肪類物質。
6、苯:還有一種叫「苯」的物質也廣泛存在於生物體內,它的碳框架結構為六個碳圍成一個環,叫「苯環」,含有這種「苯環」的物質,大多有特殊的香味,被稱為「芳香族」物質,在脂肪酸一類物質中,碳沒有形成環狀,被稱為「脂肪族」物質。
7、酚:植物體內的「苯環」如果和一個羥基(-OH)集團組合起來,那就不是醇,而是「酚」了,在自然界中廣泛存在於植物的樹皮和果實,是單寧的主要組分,它能使植物的花和果實顯示各種不同的顏色,也是許多染料的主要組成成份。酚類物質能和氨基結合,使蛋白質穩定,適量的酚類物質對人體有利。
8、胺:胺在自然界中分布很廣,其中大多數是由氨基酸脫羧生成的。工業制備胺類的方法多是由氨與醇或鹵代烷反應製得,產物為各級胺的混合物,分餾後得到純品。由醛、酮在氨存在下催化還原也可得到相應的胺。
㈥ 生物質的應用是什麼
生物質的應用包括大量至關重要的而且常常可以反映政策的內容,包括能源、環境、農業、全球貿易、交通運輸和土地使用規劃等,這些內容極為復雜。生物質是極為豐富且有多種用途的可再生資源,目前佔全球初級能源供應12%的份額,也佔到了歐洲共同體初級能源供應的4%。各種假設與預測表明,2030—2050年,生物質在全球能源需求中將會達到15%~35%的比重。到2030年,歐洲共同體的初級生物能源潛力總量將達2.5億~2.9億噸石油當量,而在2003年,僅為0.69億噸石油當量。
生物質燃料生產可能的途徑
然而,如果沒有任何補貼,生物質往往會無法與今天廣泛使用的用於發電或汽車燃料的化石燃料競爭。但是,這種缺憾可能會變得並不重要,在能源供給中,生物質將會具有更大的潛能。
用生物質作為一種能量資源是自然碳循環的一部分,因為燃燒時釋放到大氣層中的二氧化碳量基本上等於在光合作用光合作用是指在生物體內從光能轉化為化學能的一系列酶—催化劑過程。它的初始物質是二氧化碳和水,能量來源是光(電磁、輻射);而終端產物是氧(含有能量的)和碳水化合物,如蔗糖、葡萄糖、澱粉。這一過程是可以論證的最重要的生物化學途徑,因為地球上所有的生物都直接或間接地依靠這種作用。這是一種發生在較高等植物、藻類以及細菌(如藍藻)體內的一種復雜的過程。中被生物質所吸收的量。培育和轉化生物質給料(指供送入機器或加工廠的原料)的非能源密集型加工技術具有一種二氧化碳平衡功能。生物質可以提供的能源形式包括熱量、電力、氣體的,液體的或固體的加熱燃料和汽車燃料。三種主要的生物質能轉化加工技術為:(1)熱化學技術,如燃燒、熱解和汽化;(2)生物技術,如發酵和酶的水解;(3)油脂化學技術,如植物油和動物脂肪的煉制。
從廣義上講,生物燃料(可以培育或栽培的稱為「農業燃料」)定義為由源自死亡不久的生物體(絕大部分為植物)構成的固體、液體或氣體燃料。據此,可以與化石燃料區別開來,後者源自死亡已久的生物質。從理論上講,生物燃料可以產自任何(生物學的)碳源。最常見的植物都是具有能夠俘獲太陽能的光合作用的植物。許多不同的植物和源自植物的物質都可被用於生物燃料的製造。生物燃料的應用已經遍布全球,在歐洲、亞洲和美洲的生物燃料工業正在蓬勃發展,最常見的用途是車用液體燃料。所以,可再生的生物燃料的使用可以減少人們對石油的依賴性並提高能源的安全性。生物燃料的生產與使用的各種當代的要素有緩解石油價格的壓力、食品與燃料之爭、碳排放的水平、可持續性生物燃料生產、森林的濫伐與土壤流失的影響、人權方面的內容、減少貧困的潛力、生物燃料價格、能源的平衡與效率以及集中於分散生產的模式等。
最大的技術挑戰之一,就是研發一些用特殊手段將生物質能轉化為可供車用的液態燃料的方式。為達此目的,有兩種最常用的戰略:(1)增加糖類作物(甘蔗、甜菜、甜高粱等)或澱粉(玉米、穀物等)的產量,然後將其做發酵處理,生成乙醇(酒精);(2)增加那些能夠(自然地)生產油脂的植物,如油棕櫚樹、大豆或藻類的產量。當這些油料被加熱時,它們的黏度就會下降,這樣就可以在柴油發動機內進行直接燃燒,也可以將這些油經過化學處理後產生燃料(如生物柴油);木材和木材的副產品可以被轉化為生物燃料,如木(煤)氣、甲醇或乙醇燃料。
從2006年的石油價格來看,一些生物燃料已經具備了競爭力(參見下表),如果石油價格長期保持高位的話,研究與開發工作將會使更多的生物燃料投入使用。隨著人們對農作物關注的增加,有三種植物都可供利用:草、樹木和藻類。草和樹生長在乾燥的土地上,但加工處理工藝比較復雜。目前的觀點是將樹的所有生物質(特別是由樹的細胞壁構成的纖維素)轉化為燃料。
與油類和油類產品價格相比的生物燃料價格
發展中國家的生物燃料
許多發展中國家都在建立自己的生物燃料工業。這些國家擁有極為豐富的生物質資源,而隨著人們對生物質和生物燃料需求量的增加,生物質正在變得更有價值。世界各地的生物燃料開發的進度不盡相同,印度和中國等國正在大力發展生物乙醇和生物柴油技術。印度正在擴大麻風樹屬的種植,這是一種可用於生產生物柴油的產油作物。印度的糖酒精研究的目標是在車用燃料中達到5%的份額。中國是一個重要的生物乙醇生產國。開發生物燃料的成本也是非常高昂的。在發展中國家,生物質能可以為生活在農村的人們提供加熱和做飯的燃料。牲畜的糞便和農作物的殘余物常常被用作燃料。國際能源署的數據表明,在發展中國家初始能源中約30%是由生物質提供的。全球20多億人用生物燃料作為他們的初始能源來源,用於戶內做飯的生物燃料的使用往往會產生健康問題和污染。據國際能源署2006年的《世界能源展望》,生物質燃料使用時不通風現象已經造成了全球130萬人的死亡。解決這一問題的方法是改進爐灶和使用替代燃料。然而,燃料具有對生物(尤其是人)的傷害性,而可替代燃料則又過於昂貴。從1980年或更早以來,人們就開始設計生產出極低成本、較高燃燒效率且低污染的生物質能灶具。
「生物燃料的生產一直頗受質疑,因為生物燃料的生產肯定會提高農作物的價格,進而從整體上影響食品安全!」
問題在於教育與分配的缺乏、腐敗橫生以及外國的投資過少等。在沒有幫助或資助(如小額信貸)的情況下,發展中國家的人們往往不能解決這些問題。一些組織,如中間技術開發集團(Intermediate Technology Development Group)的工作就是為那些無法得到生物燃料的人們建立使用這種燃料和替代燃料的設施。
目前生物燃料生產與使用的問題。人們認為生物燃料的優點在於:減少溫室氣體的排放,減少化石燃料的使用,增加國家能源的安全性,加快了農村的發展並為未來提供可持續性能源。生物燃料的局限性在於:生物燃料生產的原材料必須迅速得到補充,而且必須對生物燃料的生產過程進行創新性設計和不斷補充,這樣方能以最低的價格獲得最多的燃料,而且能夠獲得最大的環境效益。廣義而言,第一代生物燃料的生產加工僅能為我們提供極少的份額,造成這種現象的原因如下所述。第二代加工技術能夠為我們提供更多的生物燃料和更好的環境效益,但其加工技術的主要障礙是投資成本:預計建立第二代生物燃料生產加工的成本高達5億歐元。目前,關於生物燃料的有利與不利之間的爭議時常出現。政治學家和大型企業正在推動以農作物為原料的乙醇生物燃料的進程,並以此為石油的替代品。實際上,這一措施正在加速全球糧食價格的飛速上漲,使得亞馬孫河流域的叢林被毀滅,並使全球變暖加劇。
石油價格的調節
生物燃料使用的全球安全意義。如果石油需求量的增加未被抑制,則會使石油消費國更易受到傷害,嚴重時會使石油供給中斷並會導致油價劇烈波動。有報道表明,生物燃料可能終有一天會成為一種可替代能源,但是,生物燃料的使用對全球能源安全的意義,經濟的、環境的和公共健康的意義還有待於進一步評估。經濟學家不同意生物燃料生產規模的擴大會影響石油價格的說法。在交易市場上,如果不使用生物燃料的話,石油價格將會比目前的還要高15%,汽油價格也會高出25%。可替代能源的有序供給將有助於平抑汽油價格。生物燃料的使用規模受到了極大的限制,而且成本昂貴,這使得它的價格與石油價格之間存在著極大的差異,由於這種能源成本的基本要素之一就是食品的價格,所以生物燃料的生產也代表著對食品價格的調節作用。
「來源於植物的生物燃料轉化為能量,從本質上講是植物通過光合作用獲得的太陽能的再利用。太陽與可用能(與總量的換算)轉化效率比較表明,太陽能發電板的能量效率是穀物乙醇的100倍,是最好的生物燃料的10倍之多。」
上漲的食品價格——「食品與燃料」之爭。這是一個引起全球爭論的話題。對此,美國國家穀物生產者聯合會(National Corn Growers Association)就認為生物燃料並不是主要原因。一些人認為,問題在於政府對生物燃料支持的結果。另一些人則認為,原因在於石油價格的上漲。食品價格上漲的影響對於較貧窮的國家尤甚。在一些國家中,凍結生物燃料生產的呼聲高漲,那裡的人們認為生物燃料不應與食品生產展開競爭,更不能「人口奪食」!生物燃料生產所追求的目的應該在於不會影響到1億多目前因食品價格上漲而處於危險邊緣的人們的生活。
能源效率在物理學與工程學,包括機械與電子工程學中,能量效率是一個量綱一級量,其值介於0到1之間,當用100相乘時,以百分比表示。在一個處理過程中的能量效率以eta表示,其定義為:效率η=輸出/輸入,式中輸出為機械工作的量(以瓦計),或是處理工程中釋放出來的能量(以焦耳計),而輸入則指輸入供加工處理所使用的能量或工作量。根據能量轉換原理,在一個密閉體系內的能量效率永遠不會超過100%。與生物燃料的能源平衡。用原材料進行生物燃料的生產需要能量(如農作物的種植、最終產品的轉化與運輸以及化肥、滅草劑和殺真菌劑的生產與使用),而且也會對環境產生影響。生物燃料的能量平衡是由燃料生產過程中所輸入的能量與它在汽車發電機內燃燒時所釋放出能量的比較,這會因輔料和預計的使用方式而變化。從向日葵籽生產出來的生物柴油可以產生0.46倍於化石燃料的輸出效率;從大豆產生的生物柴油所產生的輸出效率則可達化石燃料的3.2倍。與從石油煉制的汽油和柴油的輸出效率相比,生物柴油分別是前者的0.805倍,後者的0.84倍。
對於生物燃料來說,生產每英熱單位的能量所需輸入的能量要大於化石燃料:石油可以用泵從地下抽到地面,而且其能量效率要高於生物燃料。然而,這並不是一個用石油取代生物燃料的必需條件,而使用生物燃料也並不會對環境產生影響。人們已經進行了關於生物燃料生產能源平衡計算方面的研究,結果顯示,因所採用的生物質和生產地點不同將會導致能源平衡的極大差異。生物燃料生產的生命周期評估表明,在某些條件下,生物燃料的生產僅僅限制了能量的儲存和溫室氣體的排放。化肥輸入和遠距離的生物質運輸能夠減少溫室效應氣體(GHG)的儲存。
人們可以設計生物燃料生產工廠的位置,以便盡量減少所需運輸的距離,建立農業管理制度,以限制用於生物生產所使用的化肥量。一項關於歐洲溫室氣體排放的研究發現,用農作物種子(如歐洲油菜籽)所製成的生物柴油的「油井—車輪」(WTW)CO2排放量可能幾乎與從化石燃料製取的柴油的CO2排放量相當。這表明一個簡單的結果:產自澱粉類農作物的生物乙醇所產生的CO2排放量幾乎與產自化石燃料的汽油的一樣多。這項研究表明,第二代生物燃料具有低CO2排放量的特點。其他獨立的LCA研究表明,同等當量的生物燃料與化石燃料相比,前者的CO2排放量是後者的50%左右。如果使用了第二代生物燃料生產技術或者減少化肥的生產,則可以減少80%~90%的CO2排放量。通過使用副產品提供熱量(如用甘蔗渣生產乙醇),溫室效應氣體的排放量還將下降。
具有相互依存作用的植物的搭配能夠提高效率。一個實例就是利用來自工業產生的廢熱進行乙醇的生產,然後進行冷卻和循環,用於替代能夠使大氣升溫的水熱蒸發。
水力能由流動的水體產生的能量。
水力能或水動力能是活動著的水產生的力或能量。它可以被聚集起來供人類使用。在進行大規模的商業用電之前,水力能被用於灌溉和多種機械,如水磨坊、紡織機械的運轉、鋸木廠等。在一個工廠(作坊)里,可以通過下落的水產生壓縮空氣,然後利用這種壓縮空氣去推動遠離水源的機械運行。
水力能的利用已有數百年的歷史。在印度,建起了水輪機和水磨坊;在羅馬帝國,人們用水力機械磨麵粉,還用於鋸開木材和石料。從蓄水池內釋放出的水波浪能被用於提取金屬礦——這就是所謂的「水清洗(礦石)法」。水清洗法在中世紀的英國得到了廣泛的應用,後來的人們用此法萃取鉛和鋅。再後來,該法演化為水力選礦法,廣泛應用於美國加利福尼亞州的黃金礦的淘選工藝中。在中國和其他遠東地區,人們用水力作為「水輪機」,將水從地下抽到地表,引入灌溉的水渠中去。19世紀30年代是世界上運河的修築高峰期,人們利用一種傾斜面的鐵路藉助水的能量在陡峭的上坡、下坡上拉動河裡的駁船行駛。直接的機械能傳遞需要利用當地的瀑布,如19世紀後半葉,在美國密西西比河的聖安東尼(Saint Anthony)瀑布,水的落差可達50英尺,人們在那裡建起了許多代客加工的磨坊,這些磨坊的建立促進了明尼阿波利斯(美國明尼蘇達州東南部城市)的發展。水力能的利用也呈現網狀發展,利用多條管線從源頭將具有壓力的液體(如泵)輸往終端用戶,以供機械的運行。如今,水力能的最大用途就是發電,它可以使人們用上來自水力的廉價能量。
㈦ 生物質是什麼意思
生物質是指利用大氣、水、土地等通過光合作用而產生的各種有機體,即一切有生命的可以生長的有機物質通稱為生物質。它包括植物、動物和微生物。廣義概念:生物質包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物為食物的動物及其生產的廢棄物。有代表性的生物質如農作物、農作物廢棄物、木材、木材廢棄物和動物糞便。
狹義概念:生物質主要是指農林業生產過程中除糧食、果實以外的秸稈、樹木等木質纖維素、農產品加工業下腳料、農林廢棄物及畜牧業生產過程中的禽畜糞便和廢棄物等物質。特點:可再生性。低污染性。廣泛分布性。
㈧ 什麼是生物質和生物質能
生物質全稱;可再生物質;木柴;農作物稈類(玉米秸稈、水稻稈、蘆葦等)。由可再生物質產生的能量即為生物質能。
㈨ 生物質顆粒做好後能放多長時間
生物質顆粒存放的要求,根據濟南唐誠嘉信的說法,是要取決於存放的溫度。