如何开发利用生物质能

① 生物质能的利用方式

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。
1、直接燃烧：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。当前改造热效率仅为10%左右的传统烧柴灶，推广效率可达20%至30%的节柴灶这种技术简单、易于推广、效益明显的节能措施，被国家列为农村新能源建设的重点任务之一。
2、热化学转化：生物质的热化学转换是指在一定的温度和条件下，使生物质汽化、炭化、热解和催化液化，以生产气态燃料、液态燃料和化学物质的技术。
3、生物化学转换：生物质的生物化学转换包括有生物质、沼气转换和生物质、乙醇转换等。沼气转化是有机物质在厌氧环境中，通过微生物发酵产生一种以甲烷为主要成分的可燃性混合气体即沼气。乙醇转换是利用糖质、淀粉和纤维素等原料经发酵制成乙醇。

② 最广泛存在的能量源——生物质能是如何利用的

所谓生物质能（biomass energy），就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，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。目前，很多国家都在积极研究和开发利用生物质能。但目前的利用率不到3%。目前人类对生物质能的利用，包括直接用作燃料的有农作物的秸秆、薪柴等；间接作为燃料的有农林废弃物、动物粪便、垃圾及藻类等，它们通过微生物作用生成沼气，或采用热解法制造液体和气体燃料，也可制造生物炭。现代生物质能的利用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。

加拿大亚伯达可再生柴油示范基地（ARDD）发布的一份研究称油菜子可作为寒冷天气用可再生柴油的生产原料。“ARDD的研究表明油菜子生物柴油及相关混合物尤其适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为冬季月份2%，春季和夏季月份5%，而油菜子可再生柴油则由75%的菜子油和25%的动物脂组成。混合柴油在低温下没有表现出任何异常。

而诺维信公司、中粮集团日前与中国石化集团合作的开发利用农作物废料玉米秸秆生产第二代燃料乙醇的项目则把我国生物质能的开发推向了规模化商业生产的流程。与石油燃料相比，第二代燃料乙醇能将温室气体排放量至少降低90%。纤维素燃料乙醇只需耗用极少或者根本无需使用矿物燃料，并能够向电网供电，这对于降低空气污染、缓解能源压力有重大意义。

随着城市规模的扩大和城市化进程的加速，世界城镇垃圾的产生量和堆积量逐年增加。1991年和1995年，仅我国工业固体废物产生量分别为5.88亿吨和6.45亿吨，同期城镇生活垃圾量以每年10%左右的速度递增。1995年中国城市总数达640座，垃圾清运量10750万吨。而且这些垃圾的构成已呈现向现代化城市过渡的趋势，有以下特点：一是垃圾中有机物含量接近1/3甚至更高；二是食品类废弃物是有机物的主要组成部分；三是易降解有机物含量高。这些特点给我们留下了很大的研究和开发利用的空间，技术成熟后，不仅可以有效缓解城市能源危机，还可以解决城市垃圾问题，保护环境。

我国重庆一座垃圾发电厂装备了国产的焚烧炉。焚烧炉是垃圾发电核心设备，国产焚烧炉更适合国情——发达国家早已实现了垃圾分类，而我国的垃圾中，菜叶剩饭和废布料、纸片等混在一起，国产的焚烧炉就是为混合垃圾量身打造。

该垃圾发电厂负责人称，电厂现在每天可“吃掉”1500吨垃圾——这是主城日产生垃圾总量的近五成，一年发电超8000万千瓦时，年利润达到4000万元左右，可满足近5万户居民的用电需求。

世界各国在垃圾发电方面的投入越来越大，技术也慢慢成熟，这在未来的城市生活中，不仅解决了垃圾处理的难题，更为人们提供了新的能源来源！

③ 生物质能的主要利用形式包括哪些

生物质能的主要利用形式包括直接燃烧和发电、生物质裂解与干馏、生物质致密成型、生物质气化及发电、生物质热解液化、燃料乙醇、生物柴油、能源作物。

1、直接燃烧和发电：直接燃烧大致可分炉灶燃烧、锅炉燃烧、垃圾焚烧和致密成型燃料燃烧四种情况。我国小型生物质燃烧发电也已商业化，南方地区的许多糖厂利用甘蔗渣发电。广东、广西两地共有小型发电机组380台，总装机容量达800兆瓦，云南省也有一些此类电厂。

2、生物柴油：目前我国生物柴油研究开发尚处于起步阶段。先后有上海内燃机研究所和贵州山地农机所、中国农业工程研究设计院、辽宁省能源研究所、中国科技大学、河南科学院化学所、华东理工大学、云南师范大学农村能源工程重点实验室等单位都对生物柴油作了不同程度的研究，并取得可喜的成绩。

3、生物质致密成型：致密成型燃料燃烧是把生物质固化成型后再采用传统的燃煤设备燃用，主要优点是将分散和疏松的生物燃料进行集中和加密，以便于储存和运输，使之成为便捷和清洁高效的能源。主要缺点是生产成本偏高。

4、生物质气化及发电：我国已开发出多种固定床和流化床小型气化炉，以秸秆、木屑、稻壳、树枝等为原料生产燃气，热值为4～10兆焦／立方米。

目前用于木材和农副产品烘干的有800多台，村镇级秸秆气化集中供气系统近600处。兆瓦级生物质气化发电系统已推广应用20多套。“十五”期间，按照国家高科技发展计划（863计划）已建成4兆瓦规模生物质气化发电的示范工程。

5、能源作物：能源作物种植是近期发展起来的新型产业，是随着生物质能开发与利用的不断深入和扩大逐步形成的。能源作物是指各种用以提供能源的植物，通常包括速生薪炭林、能榨油或产油的植物、可供厌氧发酵用的藻类和其它植物等。

许多能源作物是自然生长的，收集比较困难。现在人们有意识地培育一些能源作物，经过嫁接、驯化、繁殖，不断提高产量，以满足对能源不断增长的需要。甜高粱就是一种很好的能源作物。

④ 生物质能的利用途径有哪些

生物质能（biomass energy ）,就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式,即以生物质为载体的能量.它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用,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.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.当前改造热效率仅为10%左右的传统烧柴灶,推广效率可达20%-30%的节柴灶这种技术简单、易于推广、效益明显的节能措施,被国家列为农村新能源建设的重点任务之一.生物质的热化学转换是指在一定的温度和条件下,使生物质汽化、炭化、热解和催化液化,以生产气态燃料、液态燃料和化学物质的技术.生物质的生物化学转换包括有生物质-沼气转换和生物质-乙醇转换等.沼气转化是有机物质在厌氧环境中,通过微生物发酵产生一种以甲烷为主要成分的可燃性混合气体即沼气、乙醇转换是利用糖质、淀粉和纤维素等原料经发酵制成乙醇.

⑤ 什么是生物质生物质能的开发利用有哪几种形式

生物质（biomass）是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。生物质能则是太阳能以化学能形式储存在生物质中的能量形式，它一直是人类赖以生存的重要能源之一，是仅次于煤炭、石油、天然气之后第四大能源，在整个能源系统中占有重要的地位。生物质种类繁多，分别具有不同特点和属性，利用技术复杂、多样，纵观国内外生物质利用技术，均是将其转换为固态、液态和气态燃料加以高效利用，主要途径有：[2]
1、直接燃烧技术包括户用炉灶燃烧技术，锅炉燃烧技术、生物质与煤的混合燃烧技术，以及与之相关的压缩成型和烘焙技术。
2、生物转化技术小型户用沼气池、大中型厌氧消化。
3、热化学转化技术包括生物质气化、干馏、快速热解液化技术。
4、液化技术包括提炼植物油技术、制取乙醇、甲醇等技术
5、有机垃圾能源化处理技术。

⑥ 生物质能的开发利用有哪两个方面

通常的垃圾发电技术是将垃圾投入焚烧炉中燃烧，由垃圾燃烧产生的热量制造蒸汽驱动蒸汽轮机发电。垃圾中含有大量的盐分和氯乙烯等物质，燃烧后会产生一种含有氯元素的气体，这种气体在温度达到300℃时就会严重腐蚀锅炉及管道，所以发电用蒸汽的温度只能控制在250℃左右。通常垃圾发电技术的发电效率只能达到10%-15%，普通火力发电的发电效率则在40%左右，因而这样的垃圾发电技术普及和实用的难度大。
美国皮内拉斯的垃圾发电站年发电量为100亿kw.h，每周可处理120多万吨的垃圾，垃圾燃烧后的废渣用于铺路。荷兰政府也拨出巨款设计建造若干大型垃圾发电站。
日本首座“超级垃圾发电机组”于1996年11月，在群马县榛名町正式试运行。这种“超级垃圾发电技术”的特点是采用蒸汽轮机的同时增设燃气轮机，利用烯气轮机产生的热将锅炉产生的250℃左右的蒸汽温度提高到400℃。由于蒸汽温度得到大幅度提高，发电效率可上升到31%。据测算，如果将日本全国每天产生的垃圾全部用于发电，每天可发电6000万kWh.，相当于100座中型火力发电站的发电能力。
环保专家认为，由于大幅度提高垃圾发电效率的技术不断开发成功，垃圾发电将有可能迅速发展，它不仅可以解决垃圾处理场地不足的问题，还可以化害为得，减少环境污染，并可望成为很有潜力的电力来源。
五、生物质固化成型技术
生物质固化成型技术是将经过粉碎、具有一定粒度的生物质，放入挤压成型机中，在一定压力和温度的作用下，制成棒状、块状或粒状物的加工工艺。成型燃料热性能优于木材，与中质混煤相当，而且点火容易，便于运输和贮存。
生物质压制成型技术把农、林业中的废弃物转化成能源，使资源得到综合利用，并减少了对环境的污染。成型燃料可作为生物质气化炉、高效燃烧炉和小型锅炉的燃料，也可以进一步炭化，作为冶金、化工等行业的还原剂、添加剂等。
生物质热压致密成型机理，主要是木质素起胶粘剂的作用。木质素在植物组织中有增强细胞壁和粘合纤维的功能，属非晶体，有软化点，当温度达到70-110℃时，粘合力开始增加，在200-300℃时发生软化、液化。此时再加以一定的压力，并维持一定的热压滞留时间，可使木质素与纤维致密粘接，遂使大部分物料变开，冷却后生物质即可固化型。另外，粉碎的生物质颗粒互相交织，也增加了成物强度。
压制成型机的基本结构用于生物质致密成型的设备，主要有螺旋挤压式、活塞冲压式和环模滚压式几种类型。
六、种植“石油”作物技术
据专家预测，地球上的石油资源仅够维持到21世纪30年代。为了满足现代化生活的需求，目前世界各国在注意节约能源的同时，积极寻找石油的替代能源，而选育种植石油作物，用植物油替代石油是一个重要途径。其主要方法有以下两个方面。
1、在一些经济发达国家，通过扩大种植甘蔗、甜高梁、甜菜、甘薯以及速生林，提高产品产量，通过对这些农、林产品采用热解技术制取液体燃料。1997年10月在德国召开国际燃料研讨会上，有关学者建议，利用基因技术，选育优良品种，提高油菜籽产量，加工榨取大量菜籽的脂肪酸含量和抗病害能力，增加油菜籽产量，加工榨取大量菜籽油，从自然条件来看，目前比较现实的是开发植物油，它是一种可再生能源，可替代石油。从车辆制造方面看，采用像菜籽油这样的植物燃料，不需要对现有的汽车发动机结构作大的改动，在制造技术方面也不存在在的困难。从生态效果来看，采用植物燃料的汽车所排放的废气将远低于汽油，因此对生态环境较有利；此外对人体健康也不易产生直接的危害。
2、开发新的石油作物。人类为寻找石油的替代能源，选育出了高光效的石油植物。据报道，植物界，可有于制成石油品种很多，不少乔木、灌木、草类、藻类等都含有极可观的天然炼油物质。
巴西的一种香胶树，半年之内每棵树可分泌出20-30kg胶汁，不必提炼即可作燃料。在美国加州农场发现的野生黄鼠草，每公顷产量可提炼出1000kg石油，人工种植时产油可达6000kg；美国加州大学培育的石油草，含碳氢化合物的白色乳状液，稍加提炼便可以得到石油；美国还在其西海岸附近的海域中培育出一种巨型海藻，一昼夜可长60厘米，其含油量很高。日本的一个科研小组宣布，他们成功地从一种淡水藻类中提出取出了石油。这种藻类在吸收二氧化碳进行光合作用的过程中体内蓄集了石油，它不仅对二氧化碳的吸收率高，而且其石油生成能力远远超过预想的程度。提取出的石油不仅发热量高、而且氮、硫含量少。这种淡水藻广泛分布在世界各地的湖泊沼泽中。
诺贝尔奖得主美国的卡尔教授早在1984年已开发出首个人工石油种植场，而且得到每公顷120-140桶石油的收成。他的成就推动了全球石油植物研究，美国已有一个上百万平方米的速生林提炼石油。英国也批准兴建一所石油植物园，而瑞士制订出一个利用植物石油，取代全国半数石油耗量的计划。

⑦ 如何利用生物工程开发生物质能

自然界植物的光合作用虽然很普遍，但是光合效率多数不高，植物生长缓慢，尤其是多年生木本植物。有科学家设想，如果把植物的光合效率提高到千分之五以上，则植物吸收二氧化碳的能力和它本身的繁殖能力就会非常惊人。现在国际上正在提倡“绿色能源”，并希望21世纪生物工程大显身手。目前，已有一些可喜的苗头，利用基因工程、细胞工程和微生物工程的技术，开辟了生物质能的新领域。例如，新西兰培育了一种高光效植物，它能在一年之内使一个树芽繁育100万株树苗，三个月内幼树可长高1.5米。美国宾夕法亚州立大学育出一种杂交的杨树，能使千分之六的太阳能转化为碳水化合物。而在美国加利福尼亚大学培育的热带大戟科植物，每公顷可产油约100桶。最近中国科学院石家庄农业现代化研究所利用生物工程技术培育树苗，年产能力达150万株，他们在高度集约化立体培养架上，一次可生产试管苗10000株/平方米，这相当于常规密植育苗的10倍以上。这些高技术成果，给人们带来无限希望，预示着科学的巨大潜力。人类从植物光合作用中寻求突破，终将摆脱化学能源的束缚，争取一个清洁持久的绿色世界，并不是遥不可及的梦想。

⑧ 如何运用生物质能

植物通过叶绿素，在太阳光的作用下将二氧化碳和水合成为碳水化合物，从而完成了将太阳能变成化学能，并将其储存在生物体内的转换过程。地球上每年通过植物的光合作用合成的储存在植物体内的化学能大约相当于全世界每年消耗的能源总量的10倍。植物体内储存的能量称为生物质能。生物质能可以通过燃烧转换为热能，燃烧产生的二氧化碳又可再次通过光合作用转换成生物质能，因此，生物质能是可再生的能源。现在普通植物对太阳能的利用效率仅约4%，如果使植物对太阳能的利用效率提高到5%，那么，全世界现有农田的1/10所增产的农作物所提供的能量就相当于每年全世界消耗的化石能源的能量。因此，生物质能是一种很有前途的可再生能源。
生物质能可以直接燃烧，我国农村还有一半以上居民用燃烧木柴、秸秆取暖和炊事。但植物的直接燃烧会污染空气而影响生态环境。如果通过生物化学和热化学作用将植物变成甲烷、酒精，则可以获得高效、低价的能源，而且这些新产生的能源对空气污染和生态环境的影响轻微。但是这类能源的转换效率低，而且往往受季节和地区的影响。
如果在汽油中掺入10%～20%的酒精，使之变成汽油醇，则在汽车发动机不做任何改造的条件下开动汽车，除了可节省汽油，还可减少汽车尾气中一氧化碳和碳氢化合物的排放量。但到目前为止，用糖或淀粉通过发酵来生产酒精的成本还较高，而且还要消耗粮食。因此如果能用农作物的副产品如植物纤维（秸秆、木屑、锯末等）生产廉价的酒精，则可大量节省汽油，并可减少汽车尾气对环境的污染。
另外，科学家也在寻找能直接产生烃类的植物，并将其变成农作物。除了大豆、油菜籽、油棕、油桐等作物外，已经发现了四十几种能产生烃类的植物。经过人工优选的油棕，每万平方米可收获14吨油料。海南的一种油楠大乔木的树芯内有一种黄色的油状树液，可直接用于照明，每棵大树可产生10～20千克这种可燃树液。另外，在海洋中还有某些海带或海藻类植物可以提炼合成天然气甚至可提炼汽车用的汽油和柴油。有研究认为，一公顷油菜田可生产1200升植物油和1060升氧气。其中植物油只有经过加工处理，可以变成生物柴油。种植各种能变成烃类的能源植物，可以实现将农田变成“油田”，而且是可再生的油田。在新世纪，各种能源植物的研究将成为发达国家开发可再生能源的新途径，而且还会使农业复兴。
生物质能的主要发展领域还包括：生物纤维发酵生产酒精；生物质热分解气化产生一氧化碳、氢气、甲烷等气体，经过净化可用于发电；在我国农村，将植物的秸秆等有机物封闭在窖中，在缺氧环境中使之发酵，产生沼气可用于取暖、炊事和照明。沼气还可用来发电，每立方米沼气可发电1.25～1.45千瓦时。由于我国还有8亿多居民生活在农村，因此发展沼气在我国有广阔的前景，而且发展沼气还可以将发酵后的秸秆等作为农肥使用，不仅增加土壤的肥力，还保护了环境。

⑨ 我国生物质能的开发利用有哪些

1．我国的生物质能资源情况

我国拥有丰富的生物质能资源，据测算，我国理论生物质能资源50×108t左右，是我国目前总能耗的4倍。生物质能资源按原料的化学性质分，主要为糖类、淀粉和木质纤维素类。按原料来源分，则主要包括以下几类：（1）农业生产废弃物，主要为作物秸秆。（2）薪柴、枝丫柴和柴草。（3）农林加工废弃物，木屑、谷壳和果壳。（4）人畜粪便和生活有机垃圾等。（5）工业有机废弃物、有机废水和废渣等。（6）能源植物，包括所有可作为能源用途的农作物、林木和水生植物资源等。其中来源最广、储量最大、利用前景最可观的是农业生物质和林业生物质这两大类。

1）农业生物质

农业生物质资源包括农产品加工废弃物和农作物秸秆，如图7.13所示。农产品加工废弃物有花生壳、玉米芯、稻壳和甘蔗渣等；农作物秸秆包括水稻秸秆、小麦秸秆和玉米秸秆等。据统计，我国各地区主要农业生物质的可利用总量约为5.6×108t，排名前三的地区分别是山东、河南、河北，而秸秆类农业生物质资源利用的主要方向为24%用于饲用，15%用于还田，2.3%用于工业，剩余的约60%用于露地燃烧或薪柴。因此，我国的农业生物质资源的应用潜力非常大。

图7.16生物质能开发利用的主要技术

2）化学转化

生物质的化学转化涉及气化、液化和热解等三个方面。

（1）气化：

生物质气化是指在一定的温度条件下，借助氧气或水蒸气的作用，使高聚合的生物质发生热解、氧化、还原等反应，最终转化为CO，H2和低分子烃类等可燃气体的过程。在我国，应用生物质气化技术最广的领域是生物质气化发电（BGPG）。生物质气化发电的成本约为0.2～0.3元/（kW·h），已经接近或优于常规发电，其单位投资约为3500～4000元/kW，仅为煤电的60%～70%，具备进入市场竞争的条件，发展前景非常广阔。

（2）液化：

生物质液化技术是指在高温高压的条件下，进行生物质热化学转化的过程。通过液化，可将生物质转化成高热值的液体产物，即将固态的大分子有机聚合物转化成液态的小分子有机物，生物柴油就是利用生物质液化技术生产出的可再生燃料。油料作物如大豆、油菜、棕榈等在酸性或碱性催化剂和高温的作用下发生酯交换反应，生产相应脂肪酸甲酯或乙酯，再经过洗涤干燥后得到生物柴油。与传统的石化能源相比，其硫和芳烃含量低，十六烷值高，闪点高，具有良好的润滑性，可添加到化石柴油中。

（3）热解：

生物质热解是指利用热能将生物质的大分子打断，从而转化为含碳原子数目较少的低分子化合物的过程，即生物质在完全缺氧条件下，经加热或不完全燃烧后，最终转化成高能量密度的气体、液体和固体产物的过程，而木炭就是利用生物质热解技术生产出的重要产物。木炭产品包括白炭、黑炭、活性炭、机制炭四大类，其中应用范围最广的是活性炭。活性炭是具有发达孔隙结构、强吸附力、比表面积巨大等一系列优点的木炭。在我国，活性炭广泛应用于葡萄糖、味精和医药等产业的生产。

3）生物转化

生物转化技术是指依靠微生物发酵或者酶法水解作用，对生物质进行生物转化，生产出乙醇、氢、甲烷等液体或气体燃料的技术。生物转化的生物质原料包括淀粉和木质纤维素两大类。玉米、木薯、小麦等淀粉类粮食作物是生物转化的主体，但是以农作物为原料转化的产品成本较高，且易受土地和人口的因素限制，产量无法大幅度增加。因此以廉价的农作物废料等木质纤维素为原料的生物转化技术才是解决能源危机的有效途径。然而，木质纤维素的结构和组分与淀粉类原料有很大的不同，解决高效、低成本降解木质纤维素原料的问题是木质纤维素转化产物取代化石燃料的根本途径。