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生物质能

更新时间:2022-01-22 09:54:57

生物质能是指太阳能通过光合作用以生物的形态储存的能量,也即绿色植物所固定的太阳能。据估计,全球陆地绿色植物固定的太阳能,约占到达地表太阳能的4%~5%,为400亿千瓦;而水下植物所利用的太阳能,比陆地植物要多若干倍。全球生物每年产生的总能量是当今世界每年能源消耗量的10~20倍。当然,并不是所有的生物质都作为能源资源利用,目前真正利用的只是其中很小一部分,包括林产品下脚料、薪柴、农作物秸杆和皮壳、水生作物以及作为沼气资源的人畜粪便和城市生活、生产过程的一些废弃物等。

目前生物质能资源通常作为农村生活用能源,在农村家庭炉灶中直接燃用。这方面存在着两个问题:一是可作为能源的生物质能资源未能充分利用;

二是利用率极低,一般家用炉灶的热效率均低于20%。大量的能源资源未能有效利用。因此,积极开发研制实用高效的生物质能转化、利用装置,是提高生物质能利用率的必然途径。

现在使用的转化技术主要是生物质厌氧消化生产沼气;生物质发酵制取酒精;生物质热分解气化等。

生物质能转换成沼气是利用各种有机物在一定温度、湿度、酸碱度和隔绝空气的条件下,经过微生物发酵分解作用,产生一种可燃混合气体,其主要成分为甲烷和二氧化碳。由于这种气体最先在沼泽中发现,故称为沼气。

沼气的成分随发酵原料的配比、成分、发酵温度等因素而变化。其一般组成及含量为甲烷50%~70%、氢0.5%~2%、二氧化碳25%~40%、一氧化碳0.5%~1%,此外,还含有少量氮气、氧气、氨及硫化氢等。沼气发酵的原料极为丰富,包括农作物秸杆、人畜粪便、树叶杂草、水生生物质、城镇生活垃圾、污水,及屠宰场、造纸厂、糖厂、酒厂、食品厂、酿造厂、皮革厂等工厂排放的废水、废物等。

沼气是一种高热值燃气,具有较高的使用价值。作为生活用燃气,沼气是一种理想的农村家庭燃料,不仅方便、干净,还可节约大量生产原料。同时,它还可用作机械的动力能源和工业生产上的化工原料。大力发展沼气、对于我国广大农村的现代化建设有着十分重要的作用和现实意义。

生物质转化为酒精是将生物质转化为液体燃料--酒精。是研究历史较长、应用范围较广且最受人们关注的生物质能量转换应用技术,在能源的开发与利用方面极有前途。

生物质生产酒精的工艺主要有两类,一类为热解法,另一类为水解法或发酵法。热解法的基本原理、工艺系统及操作运行条件等都与石油精炼的催化裂化过程相似,目前应用不多。水解法的关键工艺之一是将大分子的纤维素转化为酵母可以利用的小分子葡萄糖。根据将纤维素降解为葡萄糖的方法又可分为酸法水解和酶法水解。目前酸法水解应用较多,且工艺已比较成熟。

目前,国外在应用技术的开发研究和生物质生产酒精的产量及利用方面都已达到较高水平。美国、巴西、法国、日本、新西兰、菲律宾等国都投入技术力量对木材、甘蔗、玉米、稻草、高粱杆及城市垃圾等生产酒精的技术进行了广泛的研究,并取得了显著成果。其中,巴西是发展燃料酒精工业最快的国家。1981年,巴西生产酒精12亿加仑,绝大部分用于汽车燃料,约占该国汽车燃料的50%。

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