万博娱乐-注册主页生物质能源 生物质能源论文 中国生物质能源网 生物质能源政策 生物质 什么是生物质能源 林业生物质能源 生物质燃料 生物质发电 生物质锅炉

　　生物质能源及其应用生物质能源及其应用BiomassEnergy百年来由于人类对于化石能源的过度开采，石油、煤炭等资源正在迅速耗尽。多数科学家相信，按照现有开采速度，石油将在40年内耗尽的增加使气候到达了突变的边缘。百年来大气中CO的含量由280ppm已增加至358ppm。各国政府在京都议定书中商定减少CO一个以可再生能源来取代石油的时代已经开始石油完全退出历史舞台是较漫长的过程，但是，趋势已经确立，可再生能源的开发正在全世界迅猛发展，它将不会逆转美国作为世界经济科技以及能源消耗的第一大国，已经制定了摆脱石油的战略方针。PresidentBush’sUnionSpeech：KeepingAmericacompetitiverequiresaffordableenergyherewehaveseriousproblem:Americaoil,whichoftenimportedfromunstablepartsbestwaythroughtechnologySince2001,wehavespentnearly$10billiondevelopcleaner,cheapermorereliablealternativeenergysourcesincredibleadvancesWealsofundadditionalresearchcutting-edgemethodsproducingethanol,justfromcornfromwoodchipsswitchgrassOurgoalnewkindethanolpracticalcompetitivewithinsixyearsBreakthroughsothernewtechnologieshelpusreachanothergreatgoal:replacemorethan75percentouroilimportsfromMiddleEastcountrycandramaticallyimproveourenvironment,movebeyondpetroleum-basedeconomymakeourdependenceMiddleEasternoil中国面临的能源及环保的形势格外严峻，中国的石油可能在18年内耗尽，中国是CO2的第二排放大国，仅次于美国2006年元月《可再生能源法》生效，2006年2月国家中长期科技发展纲要的颁布，以及国家对生产燃料乙醇实行补贴的措施等充分表明了中国政府的决心在可再生能源法第十六条中规定国家鼓励清洁、高效地开发、利用生物质燃料，鼓励发展能源作物。国家鼓励生产和利用生物液体燃料，石油销售企业应当将符合国家标准的生物液体燃料纳入其销售体系2006年2月国家科技部颁布的中长期科学和技术发展规划纲要中提出：国家科学发展的目标之一是：能源开发、节能技术和清洁能源技术取得突破，促进能源结构优化，能耗指标达到世界先进水平。在能源领域中，可再生能源低成本规模开发和利用被列为优先主题。在农业领域中，提出要重点研究开发高效、低成本、大规模农林生物质的培育、收集与转化的关键技术，沼气、固化与液化燃料等生物质能的生产关键技术2005年国家对生产燃料乙醇每吨补贴1883元，2006年为1628元，2007～2008年为1373元在各种可再生能源中，生物质能源占有极其重要的地位。生物液体燃料是目前唯一可以用来在运输设备上替代石油燃料的可再生能源生物质及生物质能生物质及生物质能Biomass生物质是指在光合（PhotoSynthesis）作用下形成的有机物质，例如各种植物和浮游生物动物则是通过食物链以摄取植物及浮游生物而生，因此这类生物质的生成基础也是光合作用光合作用通过植物的呼吸、根茎的吸水在太阳光的照射下于叶绿体内将吸入的CO光合作用的机理十分复杂，最基础的反应是：6CO从能量转换的角度来看，枝叶上的叶绿体相当于将太阳能转换成化学能的转换器。而生物质则是一种能量的载体生物质在燃烧后，放出热量并又重新变为CO生物质具有多种成分和丰富的多样性，常以糖、淀粉、纤维素、木质素、油脂、蛋白质等形式存在种子、根、秆茎、叶和体液之中生物质的蕴藏量极其丰富。据测算，全球生物质所含的总能量约等于世界年耗总能量的20倍。生物质的资源首先要满足食物链及生态平衡的需要，但可用于能量供应的生物质资源其潜力仍然巨大中国是农业大国，可用的生物质能量蕴量仅植物秸秆年产量就达10亿吨干物质，相当于3亿吨石油。每年饲料粮、陈化粮约15亿吨，如能综合利用，在酿造酒精后，再以酒糟作为饲料，可生产数以百万吨计的乙醇中国还有大量的贫瘠土壤，不适合种植粮食、蔬菜，却可以种植能源作物中国农村中目前对生物质能源的浪费十分普遍，秸秆的直接焚烧其效率只有10～20％中国农村的能源需求缺口巨大，人均年耗只约05吨标准煤，为世界平均数的14。因此，生物质能源的开发利用将是我国新农村建设的重要内容我国生物乙醇年产量已经达百万吨，到“十一五”末，生物质能源有可能替代1000吨石油世界所有的农业大国巴西、美国、加拿大、印度、德国、法国等无不把生物质能源的开发利用放在重要的地位70年代的石油危机催生巴西燃料乙醇产业生物质能源与其它可再生能源的比较生物质能源与其它可再生能源的比较生物质能源的太阳能转换器就是绿叶，虽然总体效率较低，但其价格极其低廉。相比之下光伏电池虽然效率较高，但其转换器需要高纯度的单晶硅或多晶硅，价格昂贵太阳能与风能受自然环境的影响，具有间断性、随机性。其转换器的单位体积产出功率远小于原动机。一辆功率80KW的汽车需要靠40m伏电池来提供，一台100KW风力发电机叶径达到10米以上。因此，直接由太阳能及风能来驱动船舶或车辆是不可行的电能可以用电池来收集、储存和携带，但迄今为止大容量、快速充、放电的电池在功率密度上仍无法和液体燃料相比因此，风能及太阳能更适宜用于提供建筑及非移动设备的能量需求生物质能源则具有可收集、可储存及可携带性，经过液化处理后，生物液体燃料具有和石油燃料大致相同的能量密度。生物质能源是各种可再生能源中目前唯一可以用来在运输工具上替代石油燃料的能源，因此它占有重要的地位生物质的液化技术生物质的液化技术生物质能源的应用有各种方式：直接焚烧：垃圾发电、秸秆或蔗渣发电生物质气化：沼气池、沼气发电、沼气灶生物质液化：制成生物乙醇、生物柴油等液体燃料对国民经济最具重要意义，规模最大的是生物液体燃料的生产石油类燃料可分为两类：石油类燃料可分为两类：短碳链燃料（ShortCarbonChainFuel）：包括汽油（C5～C10）、液化气（C3～C4）、天然气（C1～C2）。特性：凝点及沸点低、低温流动性好，易于点燃而不易自燃。燃烧品质用辛烷值OctaneNumber（C8）来衡量（相应于汽 油标号），用于火花点燃式发动机（Spark Ignition Engine），俗称汽油机 长碳链燃料（LongCarbon Chain Fuel）：如各类轻柴油、重柴油、燃料 16或以上，其凝点及沸 点高、低温流动性较差，易于自燃而不 易被点燃，其燃烧品质用十六烷值 （Cetane Number）来衡量，用于压燃 式发动机（Compression Ignition Engine），俗称柴油机 为了取代这两类传统的石油燃料，分别有生物乙醇（Bioethanol）及生物柴油 （Biodiesel），它们采用不同的生物质 原料及不同的液化工艺 生物乙醇：许多生物质都可以用来酿制酒精 生物乙醇：许多生物质都可以用来酿制酒精 是最基本的和最小的有机化合物分子。常含于水果及蜂蜜之中。在酒 粬的参与下，单糖可直接分解为乙醇及CO 蔗糖可在甘蔗和甜秆重榨取，蔗糖是由果糖和葡萄糖复合而成的，当要酿制酒精时，首先需要水解成单糖， 这一过程需要加温，并有转化酶的参与 果糖葡萄糖 淀粉可在粮食类作物的种子、块茎中提取（如米、麦、木薯、玉米、高梁 ），淀粉是一种葡萄糖元以长链的高分子相聚合，在加温及催化的条件 下，这些长链可被打断，并水解为单糖，这一过 程又长称为糖化过程。以淀粉制食用酒精在我国 最为普遍 纤维素广泛地存在于植物秸秆、枝叶中。纤维素是葡萄元以蜂窝状结构聚合的一种 高分子，由于其结构稳定，要将其水解较 为困难。传统的方法是加酸水解，然后再 将水解物的酸性中和。 1997，Iogen，a privately held company, based Ottawa,Ontario, Canada， announced massproduce ethanol from enzymes wastefiber 最近用酶水解纤维素的方法在国内有了突破。中国丰原生化集团宣布已经研制出一系列纤维素水 解酶，从而为大规模、低成本地用秸秆酿制乙醇 铺平了道路 在许多原料中同时含有油脂、蛋白质，发酵后混合物通过沉淀、蒸馏，可以得酒糟（蛋白质 饲料）、植物油。 酒精中大部分水分可以通过在常压下蒸馏分离。但由于酒精与水共沸，故只能得纯度为955％ 的酒精。由于燃料乙醇需要与汽油混合，要求 纯度在99％以上，这时进一步的脱水必须在真 空下进行。下图为乙醇制造的一般工艺过程 乙醇燃料（ 乙醇燃料（E100 E100）的优缺点及其 ）的优缺点及其 在发动机上的应用 在发动机上的应用 OH），其热值约为汽油的65％（按重量计），这意味 着同样功率的发动机要使用更多的燃料。 但由于燃料内的氧参与燃烧，故燃烧完全， 并只需要较少的空气。每千克乙醇燃烧所 需要的空气比汽油少38～40％。因此对于 同排量的E100发动机，只要加大了燃料 的供应量，动力性并不受影响，甚至于稍 乙醇的辛烷值为108，显著高与汽油，这意味着它具有很好的抗爆性，可容许点 燃式发动机有较高的压缩比，以提高热 效率 乙醇的汽化潜热约为汽油的255％，在蒸发时会使空气冷却。因乙醇燃料使发动 机低温冷起动不利，需要有专门的对策， 如加大点火能量等 乙醇的沸点很低（78），故要注意防止其燃料系统过热而产生气阻 乙醇对某些金属有腐蚀性，并使塑料老化，故有些部件要更换材料或加以涂层 E100发动机的CO排放降低，HC及NOx则变化较小。但醛类有害物增加 50100 150 200 250 300 350 400 450 500 RAW AFTER CAT Gasoline 0% Gasohol 22% Ethanol 100% Ethanol “Aldehyde” Emission Comparison 脱水的纯乙醇与汽油共溶，但一旦乙醇中含水量超过1％，就会使乙醇与汽油分 层。因此E100可以用含水的普通工业酒 精，而与汽油掺混的燃料乙醇则必须脱 水。由此乙醇与水有极强的亲和力能吸 收空气中的水分，故应密封储存 总之纯乙醇燃料发动机需要对发动机作一定的改造，并有一定缺点。因此世界上除巴西之外， E100发动机的应用都不广泛，大部分国家采 用E20、E15、E10、E8等燃料，这时发动机 不用改造即可直接使用。乙醇不利影响得到了 消除，而其燃烧品质优良的优点仍有一定的体 中国已经在六省27市（包括武汉）试点推广E10乙醇汽油的使用 乙醇能否用于柴油机？乙醇会降低柴油燃料的十六烷值，因 此在柴油机上使用较大比例的乙醇会使 发动机粗暴，爆压增高，振动噪声增加 乙醇与柴油不互溶，因此需要添加表 面亲和剂，或乳化等措施 因此，乙醇在柴油机上还没有得到广 泛的使用 乙醇在发动机上应用的若干新技术 乙醇在发动机上应用的若干新技术 柔性燃料发动机FFV（FlexibleFuel Vehicle） 受供应及价格的影响，车主 常需要燃用不同标号的E燃料，从E0到 E100。FFV的电子控制燃料系统，可以 识别燃料成分，自动调整燃料系统的工 作参数，保证发动机的正常运行。FFV 在巴西深受欢迎 乙醇制氢技术用等离子体可将含水乙醇重整为富氢的气体。 这种富氢气体是一种更为优良燃料，可实现汽油机的稀薄燃烧，并使污染大 幅度降低 在脱除CO后，可以成为燃料电池的 氢源，这一课题正在进行研究 生物柴油（ 生物柴油（Biodiesel Biodiesel）） 动植物油脂主要成分是甘油三酸酯，即三个脂肪酸和丙三醇（甘油）化合而成， 其分子量约为300左右。脂肪酸由羧基和 碳氢的长链（16－20）所组成。当每一 个碳键都和氢相结合时，称为饱和脂肪 酸，动物脂肪中含有丰富的饱和脂肪酸。 当存在C双键（C＝C）时，为不饱和脂 肪酸，大部分植物油富含不饱和脂肪酸 尽管植物油很易于提取，但直接燃烧植物油效果不好。最早的例子可追溯到100 年前柴油机的发明者鲁道夫狄塞尔使用 花生油来作为燃料。为了能够在柴油机 中使用，需要进行化学处理。通常是加 进甲醇并用氢氧化钾（钠）为催化剂， 用酯交换反应来打断酯链，使三个脂肪 酸分别和三个甲醇相结合，生成脂肪酸 甲酯（Fatty Acid Methyl Esters，简称 FAME），并置换出甘油 脂肪酸甲酯由于其源于生物质，又可用于柴油机故被称为生物柴油，记作B100 用动物油脂制取B100工艺简单，油脂与甲醇、氢氧化钾的比例为100：10：1～2，经搅拌，加 温反应2小时即可得100％生物柴油及10％甘油 甘油对于燃烧不利，需要与生物柴油分离B100 B100与传统柴油的比较 与传统柴油的比较 B100是含氧燃料，其CHO的比值约为77：12：11，而柴油则为87：12：1 B100的热值低于柴油，按体积计约低8％左右，按重量计约125％ B100的流动性较柴油差，影响其冬季的使用，其凝点在-15～10 B100是一种有机溶剂，有可能将有机沉淀物溶解，并进入燃料系统 不同生物质源对B100的影响，主要表现在脂肪酸的不饱和度以及碳链的长短 脂肪酸的不饱和度还对B100的稳定性发生影响，不饱和度高的脂肪酸甲酯，其 碳双键有可能在光照或受热的条件下发 生氧化，产生沉淀和胶质 十六烷值随碳链增长及不饱和度的降低而增加，而凝点也随碳链增长及不饱和度的 降低而增加 B100 B100对污染的影响 对污染的影响 B100有利于CO、HC及碳粒，但会使NOx的排放增加。不同源的B100的影响 有所不同，豆油源的B100可使NOx增加 16％ 当B100与柴油掺混后，其负面影响将会减少，特别是当替代率＜20％时。因此， 大多国家均使用B8（巴西）、B15（德 国）、B20（美国）等混合油 中国在生物柴油方面起步较晚。根据我国国情，前阶段重点开展研究从木本能 源作物中提取生物柴油 总总 结结 在交通能源中，生物液体燃料是目前唯一可替代石油的能源载体。由于纤维乙 醇生产技术的突破，燃料乙醇的产量将 会迅速增加。 小于20％的低替代率的混合燃料技术已经成熟，高替代率的应用技术应该是重 点研究的课题，以便为规模化使用作好 技术储备 在船舶中大量使用的柴油机，其代用燃料的研究落后于汽油机。中国如何开发 和生产生物柴油，需要采取适合国情的 策略

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