生物質(zhì)是地球上最廣泛存在的物質(zhì),它包括所有動物、植物和微生 物,以及由這些有生命物質(zhì)派生、排泄和代謝的許多有機質(zhì)。各種生物 質(zhì)都具有一定的能量。以生物質(zhì)為載體、由生物質(zhì)產(chǎn)生的能量,便是生 物質(zhì)能。
生物質(zhì)能是太陽能以化學能形式貯存在生物中的一種能量形式,它 直接或間接來源于植物的光合作用。地球上的植物進行光合作用所消費 的能量,占太陽照射到地球總輻射量的0.2%。這個比例雖不大,但絕 對值很驚人:光合作用消費的能量是目前人類能源消費總量的40倍? 見,生物質(zhì)能是一個巨大的能源。
人類以柴薪為能源,歷史長達百萬年。作為可直接利用的燃料,柴 薪利用貫穿于整個人類的文明發(fā)展史。除柴薪的直接燃燒外,生物質(zhì)能 的轉(zhuǎn)化利用技術(shù)還有沼氣生產(chǎn)、酒精制取、木制石油、生物質(zhì)能發(fā)電等。
生物質(zhì)能的來源
柴薪,至今仍是許多發(fā)展中國家的重要能源。但由于柴薪的需求導(dǎo) 致林地日減,應(yīng)適當規(guī)劃與廣泛植林。另外,水生植物同柴薪一樣,也 可轉(zhuǎn)化成燃料。
牲畜糞便經(jīng)干燥可直接燃燒供應(yīng)熱能。若將糞便經(jīng)過厭氧處理,可 產(chǎn)生甲烷和肥料。
制糖作物,如甘蔗、甜菜等可直接發(fā)酵,轉(zhuǎn)變?yōu)橐掖肌?
城市垃圾中的紙屑、紡織廢料和廢棄食物等,通過直接燃燒可產(chǎn)生 熱能,或是經(jīng)過熱分解處理制成燃料使用。
生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)化利用技術(shù)
生物質(zhì)能的開發(fā)和利用具有巨大的潛力,主要包括兩方面:一是建 立以沼氣為中心的農(nóng)村新能量、物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng),使秸稈中的生物能以沼 氣的形式緩慢地釋放出來,解決燃料問題;二是建立能量農(nóng)場、能量林 場及海洋能量農(nóng)場。
1.沼氣利用技術(shù)1776年,意大利科學家沃爾塔發(fā)現(xiàn)沼澤地里腐爛的 生物質(zhì)發(fā)酵,從水底冒出一連串的氣泡,分析其主要成分為甲烷和二氧 化碳等氣體。由于這種氣體產(chǎn)生于沼澤地,故俗稱“沼氣”。1781年, 法國科學家穆拉發(fā)明人工沼氣發(fā)生器。200多年過去了,如今全世界約 有農(nóng)村家用沼氣池530萬個,中國就占了92%。農(nóng)村沼氣池的主要填料 是豬糞、秸稈、污泥和水等。隨著農(nóng)村沼氣使用的日益推廣和大型厭氧 工程技術(shù)的進步,20世紀90年代以來,世界范圍內(nèi)的一些大型沼氣工程 有了迅速發(fā)展。
2.生物質(zhì)氣化將固體生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣體燃料,稱為生物質(zhì)氣化。其 基本原理是,含碳物質(zhì)在不充分氧化(燃燒)的情況下,會產(chǎn)生出可燃 的一氧化碳氣體,即煤氣。制造煤氣的設(shè)備稱為氣化爐,人們故意不給 足氧氣,讓含碳物質(zhì)在沒有足夠空氣的情況下燃燒,“燜”出一氧化碳 來。
3.生物質(zhì)液化將固體生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體燃料,稱為生物質(zhì)液化。它 包括間接液化和直接液化兩種。間接液化是指通過微生物作用或化學合 成方法生成液體燃料,如乙醇(酒精)、甲醇;直接液化則是采用機械 方法,用壓榨或提取等工藝獲得可燃燒的油品,如棉籽油等植物油,經(jīng) 提煉成為可替代柴油的燃料。
4.生物質(zhì)熱分解這是一項很有潛力的技術(shù),用于制取人造石油。一 些生物質(zhì)通過熱分解,可制取生物油、生物炭和可燃燒氣體,使生物質(zhì) 得到充分利用。
5.能源農(nóng)場即建立以獲取能源為目的的生物質(zhì)生產(chǎn)基地,以能源農(nóng) 場的形式大規(guī)模培育生物質(zhì),并加工成可利用的能源。要對土地進行合 理規(guī)劃,盡可能利用山地、非耕荒地和水域,選擇適合當?shù)厣L條件的 生物質(zhì)品種進行培育、繁殖,以獲得足夠數(shù)量的高產(chǎn)能植物。在海洋、 水域,要充分利用海藻和水生物提取能源,建立海洋能源農(nóng)場或江河能 源農(nóng)場。同時,將基因工程等現(xiàn)代生物技術(shù)廣泛應(yīng)用于能源農(nóng)場中,以 提高能源轉(zhuǎn)化率。