发展生物质能源技术的作用和意义.docVIP

　　发展生物质能源技术的作用和意义 1、生物质能的种类及特点 生物质能源分布极广、产量巨大。据研究表明,全球每年形成的生物质达1800亿t,相当于3000亿GJ的能量,为全球现实能源消费的10倍,在理想状态下地球上的生物质潜力可达到现实能源消费的180~200倍。生物质的能量密度低,使用传统技术、在不考虑对环境的影响时,难以与化石能源竞争,这是其工程化应用一直受到限制的重要因素,它的种类如下。 (1)薪柴。这一种类的生物质通常指的是薪炭林产出的薪柴及用材林产生的枝桠、木材加工的下脚料。目前我国每年产出的薪柴约为2bull;1亿m3,其热值约为15MJ/kg,折合标准煤1bull;2亿t。 (2)秸杆(热值约为14bull;5MJ/kg)。我国是一个农业大国,因此秸杆产量特别大,在农田里约是粮食产量的1bull;1倍,每年各种作物产生的总量达6bull;2亿t。但其中仅有25%~30%被作为燃料使用,约合0bull;75亿t标准煤,其余的均弃之于田。 (3)粪便(热值约为13MJ/kg)。在我国每年其总量为8bull;2~8bull;4亿t,约合0bull;7亿t标准煤,但只有边远的牧区直接以此为燃料。现在一些地区采用微型沼气装置对其加以利用,一些大型饲养场近年为净化环境在以较大规模沼气化方式处理粪便,使之能源化。 (4)城市生活垃圾(热值为5~6MJ/kg)。我国城市生活垃圾的年产量已达1bull;5亿t。由于垃圾的特殊性,其热能利用率只有15%~25%,可产生电量400亿kWh,我国垃圾发电产业化正在从南到北形成。 (5)海洋生物。人们对海洋生物研究还比较少,但是海洋生物的潜力是极大的。美国可再生能源实验室近年应用现代技术开发海洋微藻,在户外种植表明,其脂质含量高达40%,每亩这种产品可提炼生物柴油1~2bull;5t,在近海种植其前景十分看好。 (6)污水与污油。我国人口众多,每年都有大量的污水污油产生,其中油脂每年可提炼生物柴油达200多万t,利用微生物技术可以使大量的高浓度的废水产生数量可观的氢气。 2、ldquo;种植rdquo;石油 2.1能源植物的种类能源植物是指那些具有较高的还原成烃的能力,可以产生接近石油成分或是石油替代品的富含油的植物,它们大致可以分为3类。 (1)富含类似石油的植物。其含油分子结构类似石油,如烷烃、环烷烃等。富含烃类的植物是最佳的植物燃料的来源,它生成石油的成本低,利用率高。如续随子、绿玉树、古巴香胶树、银叶菊等,是这类植物的杰出代表。古巴香胶树分泌的乳状汁液与柴油相似,不用提炼就可以当柴油用,每株树年产量可达40L。 (2)高糖、高淀粉和高纤维植物。用这类植物可以得到石油的替代品mdash;mdash;mdash;乙醇。这类植物的种类特别多,如木薯、马铃薯、甜菜、高粱、玉米、甘蔗等都是生产乙醇的上等原料。现在作为规模化的应用,以玉米、甘蔗为最多。 (3)富含油植物。经研究表明这类植物有上万种,在我国也有近千种。如桂北木美子的种子含油率高达64bull;4%,黄脉钧樟种子的含油率高达67bull;2%。这类植物不仅含油率高,而且储量也很大,如集中于我国内蒙古、陕西、甘肃、宁夏的白沙蒿和黑沙蒿种子的含油率为16%~23%,总量达50万t。能源植物不仅种类繁多,而且具有顽强的生命力,有的一次种植多年受益,有的能在恶劣的环境中生存。如古巴香胶树寿命可长达百年,沙蒿可在干旱炎热的环境中繁殖生长。 2.2能源植物的开发能源植物有很多种,作为工程应用需要根据环境特点对其进行筛选、驯化、培育,以获得最大的经济效益。在世界上首先闯入这一领域的是美国,20世纪70年代后期以诺贝尔奖得主卡尔文为代表的研究小组,从世界众多的植物中筛选出了其液体成分类似于石油的植物(如续随子、绿玉树等)。随后在南加州36bull;4亩的土地上试种,获得了年产50t植物石油的成果,从而开创了人工种植石油的先河。由此提出了营造ldquo;人工石油林rdquo;、生产光合作用产品、走技术上可行、经济上实用的植物能源开发之路的创见。卡尔文的成功在全球激起了研究植物能源的滚滚浪潮。美、英、日、俄、巴西、瑞士等国纷纷投入大量的物力、财力成立研究机构,加大研究开发力度。英国拨出150万亩土地营造石油林,巴西建起了200万亩的桉树林,瑞士计划用10年的时间用生物石油替代50%的年用油量,美国还将其研究扩展到工程微藻(所谓ldquo;工程微藻rdquo;即通过基因工程技术建构的微藻)的生产上,预计几年内用此提炼出的生物柴油(1983年美国科学家首先将亚麻子油的甲脂用于发动机,燃烧了1000h,并将以可再生的脂肪酸单脂定义为生物柴油,1984年美国和德国等国的科学家研究了采用脂肪酸甲脂或乙脂代替柴油作燃料,即采用来自动物或