如何開發利用生物質能

① 生物質能的利用方式

生物質能的利用主要有直接燃燒、熱化學轉換和生物化學轉換等3種途徑。
1、直接燃燒：生物質的直接燃燒在今後相當長的時間內仍將是我國生物質能利用的主要方式。當前改造熱效率僅為10%左右的傳統燒柴灶，推廣效率可達20%至30%的節柴灶這種技術簡單、易於推廣、效益明顯的節能措施，被國家列為農村新能源建設的重點任務之一。
2、熱化學轉化：生物質的熱化學轉換是指在一定的溫度和條件下，使生物質汽化、炭化、熱解和催化液化，以生產氣態燃料、液態燃料和化學物質的技術。
3、生物化學轉換：生物質的生物化學轉換包括有生物質、沼氣轉換和生物質、乙醇轉換等。沼氣轉化是有機物質在厭氧環境中，通過微生物發酵產生一種以甲烷為主要成分的可燃性混合氣體即沼氣。乙醇轉換是利用糖質、澱粉和纖維素等原料經發酵製成乙醇。

② 最廣泛存在的能量源——生物質能是如何利用的

所謂生物質能（biomass energy），就是太陽能以化學能形式貯存在生物質中的能量形式，即以生物質為載體的能量。它直接或間接地來源於綠色植物的光合作用，可轉化為常規的固態、液態和氣態燃料，取之不盡、用之不竭，是一種可再生能源，同時也是唯一一種可再生的碳源。目前，很多國家都在積極研究和開發利用生物質能。但目前的利用率不到3%。目前人類對生物質能的利用，包括直接用作燃料的有農作物的秸稈、薪柴等；間接作為燃料的有農林廢棄物、動物糞便、垃圾及藻類等，它們通過微生物作用生成沼氣，或採用熱解法製造液體和氣體燃料，也可製造生物炭。現代生物質能的利用是通過生物質的厭氧發酵製取甲烷，用熱解法生成燃料氣、生物油和生物炭，用生物質製造乙醇和甲醇燃料，以及利用生物工程技術培育能源植物，發展能源農場。

加拿大亞伯達可再生柴油示範基地（ARDD）發布的一份研究稱油菜子可作為寒冷天氣用可再生柴油的生產原料。「ARDD的研究表明油菜子生物柴油及相關混合物尤其適合在寒冷的冬天使用」，研究中油菜子可再生柴油的混合比例為冬季月份2%，春季和夏季月份5%，而油菜子可再生柴油則由75%的菜子油和25%的動物脂組成。混合柴油在低溫下沒有表現出任何異常。

而諾維信公司、中糧集團日前與中國石化集團合作的開發利用農作物廢料玉米秸稈生產第二代燃料乙醇的項目則把我國生物質能的開發推向了規模化商業生產的流程。與石油燃料相比，第二代燃料乙醇能將溫室氣體排放量至少降低90%。纖維素燃料乙醇只需耗用極少或者根本無需使用礦物燃料，並能夠向電網供電，這對於降低空氣污染、緩解能源壓力有重大意義。

隨著城市規模的擴大和城市化進程的加速，世界城鎮垃圾的產生量和堆積量逐年增加。1991年和1995年，僅我國工業固體廢物產生量分別為5.88億噸和6.45億噸，同期城鎮生活垃圾量以每年10%左右的速度遞增。1995年中國城市總數達640座，垃圾清運量10750萬噸。而且這些垃圾的構成已呈現向現代化城市過渡的趨勢，有以下特點：一是垃圾中有機物含量接近1/3甚至更高；二是食品類廢棄物是有機物的主要組成部分；三是易降解有機物含量高。這些特點給我們留下了很大的研究和開發利用的空間，技術成熟後，不僅可以有效緩解城市能源危機，還可以解決城市垃圾問題，保護環境。

我國重慶一座垃圾發電廠裝備了國產的焚燒爐。焚燒爐是垃圾發電核心設備，國產焚燒爐更適合國情——發達國家早已實現了垃圾分類，而我國的垃圾中，菜葉剩飯和廢布料、紙片等混在一起，國產的焚燒爐就是為混合垃圾量身打造。

該垃圾發電廠負責人稱，電廠現在每天可「吃掉」1500噸垃圾——這是主城日產生垃圾總量的近五成，一年發電超8000萬千瓦時，年利潤達到4000萬元左右，可滿足近5萬戶居民的用電需求。

世界各國在垃圾發電方面的投入越來越大，技術也慢慢成熟，這在未來的城市生活中，不僅解決了垃圾處理的難題，更為人們提供了新的能源來源！

③ 生物質能的主要利用形式包括哪些

生物質能的主要利用形式包括直接燃燒和發電、生物質裂解與干餾、生物質緻密成型、生物質氣化及發電、生物質熱解液化、燃料乙醇、生物柴油、能源作物。

1、直接燃燒和發電：直接燃燒大致可分爐灶燃燒、鍋爐燃燒、垃圾焚燒和緻密成型燃料燃燒四種情況。我國小型生物質燃燒發電也已商業化，南方地區的許多糖廠利用甘蔗渣發電。廣東、廣西兩地共有小型發電機組380台，總裝機容量達800兆瓦，雲南省也有一些此類電廠。

2、生物柴油：目前我國生物柴油研究開發尚處於起步階段。先後有上海內燃機研究所和貴州山地農機所、中國農業工程研究設計院、遼寧省能源研究所、中國科技大學、河南科學院化學所、華東理工大學、雲南師范大學農村能源工程重點實驗室等單位都對生物柴油作了不同程度的研究，並取得可喜的成績。

3、生物質緻密成型：緻密成型燃料燃燒是把生物質固化成型後再採用傳統的燃煤設備燃用，主要優點是將分散和疏鬆的生物燃料進行集中和加密，以便於儲存和運輸，使之成為便捷和清潔高效的能源。主要缺點是生產成本偏高。

4、生物質氣化及發電：我國已開發出多種固定床和流化床小型氣化爐，以秸稈、木屑、稻殼、樹枝等為原料生產燃氣，熱值為4～10兆焦／立方米。

目前用於木材和農副產品烘乾的有800多台，村鎮級秸稈氣化集中供氣系統近600處。兆瓦級生物質氣化發電系統已推廣應用20多套。「十五」期間，按照國家高科技發展計劃（863計劃）已建成4兆瓦規模生物質氣化發電的示範工程。

5、能源作物：能源作物種植是近期發展起來的新型產業，是隨著生物質能開發與利用的不斷深入和擴大逐步形成的。能源作物是指各種用以提供能源的植物，通常包括速生薪炭林、能榨油或產油的植物、可供厭氧發酵用的藻類和其它植物等。

許多能源作物是自然生長的，收集比較困難。現在人們有意識地培育一些能源作物，經過嫁接、馴化、繁殖，不斷提高產量，以滿足對能源不斷增長的需要。甜高粱就是一種很好的能源作物。

④ 生物質能的利用途徑有哪些

生物質能（biomass energy ）,就是太陽能以化學能形式貯存在生物質中的能量形式,即以生物質為載體的能量.它直接或間接地來源於綠色植物的光合作用,可轉化為常規的固態、液態和氣態燃料,取之不盡、用之不竭,是一種可再生能源,同時也是唯一一種可再生的碳源.
生物質能的利用主要有直接燃燒、熱化學轉換和生物化學轉換等3種途徑.生物質的直接燃燒在今後相當長的時間內仍將是我國生物質能利用的主要方式.當前改造熱效率僅為10%左右的傳統燒柴灶,推廣效率可達20%-30%的節柴灶這種技術簡單、易於推廣、效益明顯的節能措施,被國家列為農村新能源建設的重點任務之一.生物質的熱化學轉換是指在一定的溫度和條件下,使生物質汽化、炭化、熱解和催化液化,以生產氣態燃料、液態燃料和化學物質的技術.生物質的生物化學轉換包括有生物質-沼氣轉換和生物質-乙醇轉換等.沼氣轉化是有機物質在厭氧環境中,通過微生物發酵產生一種以甲烷為主要成分的可燃性混合氣體即沼氣、乙醇轉換是利用糖質、澱粉和纖維素等原料經發酵製成乙醇.

⑤ 什麼是生物質生物質能的開發利用有哪幾種形式

生物質（biomass）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，它一直是人類賴以生存的重要能源之一，是僅次於煤炭、石油、天然氣之後第四大能源，在整個能源系統中佔有重要的地位。生物質種類繁多，分別具有不同特點和屬性，利用技術復雜、多樣，縱觀國內外生物質利用技術，均是將其轉換為固態、液態和氣態燃料加以高效利用，主要途徑有：[2]
1、直接燃燒技術包括戶用爐灶燃燒技術，鍋爐燃燒技術、生物質與煤的混合燃燒技術，以及與之相關的壓縮成型和烘焙技術。
2、生物轉化技術小型戶用沼氣池、大中型厭氧消化。
3、熱化學轉化技術包括生物質氣化、干餾、快速熱解液化技術。
4、液化技術包括提煉植物油技術、製取乙醇、甲醇等技術
5、有機垃圾能源化處理技術。

⑥ 生物質能的開發利用有哪兩個方面

通常的垃圾發電技術是將垃圾投入焚燒爐中燃燒，由垃圾燃燒產生的熱量製造蒸汽驅動蒸汽輪機發電。垃圾中含有大量的鹽分和氯乙烯等物質，燃燒後會產生一種含有氯元素的氣體，這種氣體在溫度達到300℃時就會嚴重腐蝕鍋爐及管道，所以發電用蒸汽的溫度只能控制在250℃左右。通常垃圾發電技術的發電效率只能達到10%-15%，普通火力發電的發電效率則在40%左右，因而這樣的垃圾發電技術普及和實用的難度大。
美國皮內拉斯的垃圾發電站年發電量為100億kw.h，每周可處理120多萬噸的垃圾，垃圾燃燒後的廢渣用於鋪路。荷蘭政府也撥出巨款設計建造若干大型垃圾發電站。
日本首座「超級垃圾發電機組」於1996年11月，在群馬縣榛名町正式試運行。這種「超級垃圾發電技術」的特點是採用蒸汽輪機的同時增設燃氣輪機，利用烯氣輪機產生的熱將鍋爐產生的250℃左右的蒸汽溫度提高到400℃。由於蒸汽溫度得到大幅度提高，發電效率可上升到31%。據測算，如果將日本全國每天產生的垃圾全部用於發電，每天可發電6000萬kWh.，相當於100座中型火力發電站的發電能力。
環保專家認為，由於大幅度提高垃圾發電效率的技術不斷開發成功，垃圾發電將有可能迅速發展，它不僅可以解決垃圾處理場地不足的問題，還可以化害為得，減少環境污染，並可望成為很有潛力的電力來源。
五、生物質固化成型技術
生物質固化成型技術是將經過粉碎、具有一定粒度的生物質，放入擠壓成型機中，在一定壓力和溫度的作用下，製成棒狀、塊狀或粒狀物的加工工藝。成型燃料熱性能優於木材，與中質混煤相當，而且點火容易，便於運輸和貯存。
生物質壓製成型技術把農、林業中的廢棄物轉化成能源，使資源得到綜合利用，並減少了對環境的污染。成型燃料可作為生物質氣化爐、高效燃燒爐和小型鍋爐的燃料，也可以進一步炭化，作為冶金、化工等行業的還原劑、添加劑等。
生物質熱壓緻密成型機理，主要是木質素起膠粘劑的作用。木質素在植物組織中有增強細胞壁和粘合纖維的功能，屬非晶體，有軟化點，當溫度達到70-110℃時，粘合力開始增加，在200-300℃時發生軟化、液化。此時再加以一定的壓力，並維持一定的熱壓滯留時間，可使木質素與纖維緻密粘接，遂使大部分物料變開，冷卻後生物質即可固化型。另外，粉碎的生物質顆粒互相交織，也增加了成物強度。
壓製成型機的基本結構用於生物質緻密成型的設備，主要有螺旋擠壓式、活塞沖壓式和環模滾壓式幾種類型。
六、種植「石油」作物技術
據專家預測，地球上的石油資源僅夠維持到21世紀30年代。為了滿足現代化生活的需求，目前世界各國在注意節約能源的同時，積極尋找石油的替代能源，而選育種植石油作物，用植物油替代石油是一個重要途徑。其主要方法有以下兩個方面。
1、在一些經濟發達國家，通過擴大種植甘蔗、甜高梁、甜菜、甘薯以及速生林，提高產品產量，通過對這些農、林產品採用熱解技術製取液體燃料。1997年10月在德國召開國際燃料研討會上，有關學者建議，利用基因技術，選育優良品種，提高油菜籽產量，加工榨取大量菜籽的脂肪酸含量和抗病害能力，增加油菜籽產量，加工榨取大量菜籽油，從自然條件來看，目前比較現實的是開發植物油，它是一種可再生能源，可替代石油。從車輛製造方面看，採用像菜籽油這樣的植物燃料，不需要對現有的汽車發動機結構作大的改動，在製造技術方面也不存在在的困難。從生態效果來看，採用植物燃料的汽車所排放的廢氣將遠低於汽油，因此對生態環境較有利；此外對人體健康也不易產生直接的危害。
2、開發新的石油作物。人類為尋找石油的替代能源，選育出了高光效的石油植物。據報道，植物界，可有於製成石油品種很多，不少喬木、灌木、草類、藻類等都含有極可觀的天然煉油物質。
巴西的一種香膠樹，半年之內每棵樹可分泌出20-30kg膠汁，不必提煉即可作燃料。在美國加州農場發現的野生黃鼠草，每公頃產量可提煉出1000kg石油，人工種植時產油可達6000kg；美國加州大學培育的石油草，含碳氫化合物的白色乳狀液，稍加提煉便可以得到石油；美國還在其西海岸附近的海域中培育出一種巨型海藻，一晝夜可長60厘米，其含油量很高。日本的一個科研小組宣布，他們成功地從一種淡水藻類中提出取出了石油。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，它不僅對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。這種淡水藻廣泛分布在世界各地的湖泊沼澤中。
諾貝爾獎得主美國的卡爾教授早在1984年已開發出首個人工石油種植場，而且得到每公頃120-140桶石油的收成。他的成就推動了全球石油植物研究，美國已有一個上百萬平方米的速生林提煉石油。英國也批准興建一所石油植物園，而瑞士制訂出一個利用植物石油，取代全國半數石油耗量的計劃。

⑦ 如何利用生物工程開發生物質能

自然界植物的光合作用雖然很普遍，但是光合效率多數不高，植物生長緩慢，尤其是多年生木本植物。有科學家設想，如果把植物的光合效率提高到千分之五以上，則植物吸收二氧化碳的能力和它本身的繁殖能力就會非常驚人。現在國際上正在提倡「綠色能源」，並希望21世紀生物工程大顯身手。目前，已有一些可喜的苗頭，利用基因工程、細胞工程和微生物工程的技術，開辟了生物質能的新領域。例如，紐西蘭培育了一種高光效植物，它能在一年之內使一個樹芽繁育100萬株樹苗，三個月內幼樹可長高1.5米。美國賓夕法亞州立大學育出一種雜交的楊樹，能使千分之六的太陽能轉化為碳水化合物。而在美國加利福尼亞大學培育的熱帶大戟科植物，每公頃可產油約100桶。最近中國科學院石家莊農業現代化研究所利用生物工程技術培育樹苗，年產能力達150萬株，他們在高度集約化立體培養架上，一次可生產試管苗10000株/平方米，這相當於常規密植育苗的10倍以上。這些高技術成果，給人們帶來無限希望，預示著科學的巨大潛力。人類從植物光合作用中尋求突破，終將擺脫化學能源的束縛，爭取一個清潔持久的綠色世界，並不是遙不可及的夢想。

⑧ 如何運用生物質能

植物通過葉綠素，在太陽光的作用下將二氧化碳和水合成為碳水化合物，從而完成了將太陽能變成化學能，並將其儲存在生物體內的轉換過程。地球上每年通過植物的光合作用合成的儲存在植物體內的化學能大約相當於全世界每年消耗的能源總量的10倍。植物體內儲存的能量稱為生物質能。生物質能可以通過燃燒轉換為熱能，燃燒產生的二氧化碳又可再次通過光合作用轉換成生物質能，因此，生物質能是可再生的能源。現在普通植物對太陽能的利用效率僅約4%，如果使植物對太陽能的利用效率提高到5%，那麼，全世界現有農田的1/10所增產的農作物所提供的能量就相當於每年全世界消耗的化石能源的能量。因此，生物質能是一種很有前途的可再生能源。
生物質能可以直接燃燒，我國農村還有一半以上居民用燃燒木柴、秸稈取暖和炊事。但植物的直接燃燒會污染空氣而影響生態環境。如果通過生物化學和熱化學作用將植物變成甲烷、酒精，則可以獲得高效、低價的能源，而且這些新產生的能源對空氣污染和生態環境的影響輕微。但是這類能源的轉換效率低，而且往往受季節和地區的影響。
如果在汽油中摻入10%～20%的酒精，使之變成汽油醇，則在汽車發動機不做任何改造的條件下開動汽車，除了可節省汽油，還可減少汽車尾氣中一氧化碳和碳氫化合物的排放量。但到目前為止，用糖或澱粉通過發酵來生產酒精的成本還較高，而且還要消耗糧食。因此如果能用農作物的副產品如植物纖維（秸稈、木屑、鋸末等）生產廉價的酒精，則可大量節省汽油，並可減少汽車尾氣對環境的污染。
另外，科學家也在尋找能直接產生烴類的植物，並將其變成農作物。除了大豆、油菜籽、油棕、油桐等作物外，已經發現了四十幾種能產生烴類的植物。經過人工優選的油棕，每萬平方米可收獲14噸油料。海南的一種油楠大喬木的樹芯內有一種黃色的油狀樹液，可直接用於照明，每棵大樹可產生10～20千克這種可燃樹液。另外，在海洋中還有某些海帶或海藻類植物可以提煉合成天然氣甚至可提煉汽車用的汽油和柴油。有研究認為，一公頃油菜田可生產1200升植物油和1060升氧氣。其中植物油只有經過加工處理，可以變成生物柴油。種植各種能變成烴類的能源植物，可以實現將農田變成「油田」，而且是可再生的油田。在新世紀，各種能源植物的研究將成為發達國家開發可再生能源的新途徑，而且還會使農業復興。
生物質能的主要發展領域還包括：生物纖維發酵生產酒精；生物質熱分解氣化產生一氧化碳、氫氣、甲烷等氣體，經過凈化可用於發電；在我國農村，將植物的秸稈等有機物封閉在窖中，在缺氧環境中使之發酵，產生沼氣可用於取暖、炊事和照明。沼氣還可用來發電，每立方米沼氣可發電1.25～1.45千瓦時。由於我國還有8億多居民生活在農村，因此發展沼氣在我國有廣闊的前景，而且發展沼氣還可以將發酵後的秸稈等作為農肥使用，不僅增加土壤的肥力，還保護了環境。

⑨ 我國生物質能的開發利用有哪些

1．我國的生物質能資源情況

我國擁有豐富的生物質能資源，據測算，我國理論生物質能資源50×108t左右，是我國目前總能耗的4倍。生物質能資源按原料的化學性質分，主要為糖類、澱粉和木質纖維素類。按原料來源分，則主要包括以下幾類：（1）農業生產廢棄物，主要為作物秸稈。（2）薪柴、枝丫柴和柴草。（3）農林加工廢棄物，木屑、谷殼和果殼。（4）人畜糞便和生活有機垃圾等。（5）工業有機廢棄物、有機廢水和廢渣等。（6）能源植物，包括所有可作為能源用途的農作物、林木和水生植物資源等。其中來源最廣、儲量最大、利用前景最可觀的是農業生物質和林業生物質這兩大類。

1）農業生物質

農業生物質資源包括農產品加工廢棄物和農作物秸稈，如圖7.13所示。農產品加工廢棄物有花生殼、玉米芯、稻殼和甘蔗渣等；農作物秸稈包括水稻秸稈、小麥秸稈和玉米秸稈等。據統計，我國各地區主要農業生物質的可利用總量約為5.6×108t，排名前三的地區分別是山東、河南、河北，而秸稈類農業生物質資源利用的主要方向為24%用於飼用，15%用於還田，2.3%用於工業，剩餘的約60%用於露地燃燒或薪柴。因此，我國的農業生物質資源的應用潛力非常大。

圖7.16生物質能開發利用的主要技術

2）化學轉化

生物質的化學轉化涉及氣化、液化和熱解等三個方面。

（1）氣化：

生物質氣化是指在一定的溫度條件下，藉助氧氣或水蒸氣的作用，使高聚合的生物質發生熱解、氧化、還原等反應，最終轉化為CO，H2和低分子烴類等可燃氣體的過程。在我國，應用生物質氣化技術最廣的領域是生物質氣化發電（BGPG）。生物質氣化發電的成本約為0.2～0.3元/（kW·h），已經接近或優於常規發電，其單位投資約為3500～4000元/kW，僅為煤電的60%～70%，具備進入市場競爭的條件，發展前景非常廣闊。

（2）液化：

生物質液化技術是指在高溫高壓的條件下，進行生物質熱化學轉化的過程。通過液化，可將生物質轉化成高熱值的液體產物，即將固態的大分子有機聚合物轉化成液態的小分子有機物，生物柴油就是利用生物質液化技術生產出的可再生燃料。油料作物如大豆、油菜、棕櫚等在酸性或鹼性催化劑和高溫的作用下發生酯交換反應，生產相應脂肪酸甲酯或乙酯，再經過洗滌乾燥後得到生物柴油。與傳統的石化能源相比，其硫和芳烴含量低，十六烷值高，閃點高，具有良好的潤滑性，可添加到化石柴油中。

（3）熱解：

生物質熱解是指利用熱能將生物質的大分子打斷，從而轉化為含碳原子數目較少的低分子化合物的過程，即生物質在完全缺氧條件下，經加熱或不完全燃燒後，最終轉化成高能量密度的氣體、液體和固體產物的過程，而木炭就是利用生物質熱解技術生產出的重要產物。木炭產品包括白炭、黑炭、活性炭、機制炭四大類，其中應用范圍最廣的是活性炭。活性炭是具有發達孔隙結構、強吸附力、比表面積巨大等一系列優點的木炭。在我國，活性炭廣泛應用於葡萄糖、味精和醫葯等產業的生產。

3）生物轉化

生物轉化技術是指依靠微生物發酵或者酶法水解作用，對生物質進行生物轉化，生產出乙醇、氫、甲烷等液體或氣體燃料的技術。生物轉化的生物質原料包括澱粉和木質纖維素兩大類。玉米、木薯、小麥等澱粉類糧食作物是生物轉化的主體，但是以農作物為原料轉化的產品成本較高，且易受土地和人口的因素限制，產量無法大幅度增加。因此以廉價的農作物廢料等木質纖維素為原料的生物轉化技術才是解決能源危機的有效途徑。然而，木質纖維素的結構和組分與澱粉類原料有很大的不同，解決高效、低成本降解木質纖維素原料的問題是木質纖維素轉化產物取代化石燃料的根本途徑。