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生物能源优势与类型特点

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发布日期:2018-02-18 浏览次数:1398
核心提示:生物能源是人类最主要的可再生能源之一,是唯一能大规模替代石油燃料的能源产品,并且通过生物的活动,将生物质、水或其他无机物转化为沼气、氢气等为载体的可再生能源。生物燃料的特点在产品上具有多样性、原料上的多样性等特点。详细内容,请阅读全文!

生物能源既不同于常规的矿物能源,又有别于其他新能源,兼有两者的特点和优势,是人类最主要的可再生能源之一。生物能源是指通过生物的活动,将生物质、水或其他无机物转化为沼气、氢气等可燃气体或乙醇、油脂类可燃液体为载体的可再生能源。

洁净新能源有绿色能源之称,它的最大特点是燃烧或使用后不造成环境污染,有利于维持生态平衡。发展洁净新能源是未来能源业建设的发展方向。

目前,生物燃料主要被用于替代化石燃油作为运输燃料,如替代汽油的燃料乙醇和替代石油基柴油的生物柴油。在化石燃料储量逐步下降、环境保护日益严峻的背景下,生物燃料受到各国政府的高度重视。

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欧盟委员会积极推进生物燃料发展,制定了2015年生物燃料占运输燃料消费总量8%的目标。2011年8月16日,美国白宫宣布推出一项总额为5.1亿美元的计划,由农业部、能源部和海军共同投资推动美国生物燃料产业的发展,此外美国还通过法律手段强制在运输燃料中添加生物燃料,具体比例是柴油中添加2%的生物柴油,汽油中添加5%的燃料乙醇。英国政府从2006年起要求生产运输燃油的能源企业必须有3%的原料是来自可再生资源,并且比例将逐年提高。据国际能源机构(IEA)的数据,2010年全球生物燃料日产量为182.2万桶,2011年降至181.9万桶。

美国可再生燃料协会于2012年4月20日发布乙醇行业展望报告称,美国乙醇行业仍将处于在一个健康的位置,2011年是美国乙醇行业发展极好的一年,估计产量为1390万加仑,与行业直接和间接相关的就业人员达40.16万人,刺激了美国经济的提升。

到目前为止,这方面的发展一直基于玉米来源的乙醇,商业规模的纤维素乙醇生物炼制厂也取得了一些进展。

解释

生物质包括植物、动物及其排泄物、垃圾及有机废水等几大类。从广义上讲,生物质是植物通过光合作用生成的有机物,它的能量最初来源于太阳能,所以生物质能是太阳能的一种,它的生成过程如下:

叶绿素

CO2+H2O+太阳能(CH2O)+O2

叶绿素

每个叶绿素都是一个神奇的化工厂,它以太阳光作动力,把CO2和水合成有机物,它的合成机理目前人类仍未清楚。研究并揭示光合作用的机理,模仿叶绿素的结构,生产出人工合成的叶绿素,建成工业化的光合作用工厂,是人类的梦想。如果这一梦想能实现,它将根本上改变人类的生产活动和生活方式,所以研究叶绿素的机理一直是激动人心的科学活动。

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生物质能

生物质是太阳能最主要的吸收器和储存器。太阳能照射到地球后,一部分转化为热能,一部分被植物吸收,转化为生物质能;由于转化为热能的太阳能能量密度很低,不容易收集,只有少量能被人类所利用,其他大部分存于大气和地球中的其他物质中;生物质通过光合作用,能够把太阳能富集起来,储存在有机物中,这些能量是人类发展所需能源的源泉和基础。基于这一独特的形成过程,生物质能既不同于常规的矿物能源,又有别于其他新能源,兼有两者的特点和优势,是人类最主要的可再生能源之一。

分类

生物质具体的种类很多,植物类中最主要也是我们经常见到的有木材、农作物(秸秆、稻草、麦秆、豆秆、棉花秆、谷壳等)、杂草、藻类等。非植物类中主要有动物粪便、动物尸体、废水中的有机成分、垃圾中的有机成分等。

优势

第一,生物燃料是唯一能大规模替代石油燃料的能源产品,而水能、风能、太阳能、核能及其他新能源只适用于发电和供热。

第二,生物燃料是产品上的多样性。能源产品有液态的生物乙醇和柴油,固态的原型和成型燃料,气态的沼气等多种能源产品。既可以替代石油、煤炭和天然气,也可以供热和发电。

第三,生物燃料是原料上的多样性。生物燃料可以利用作物秸秆、林业加工剩余物、畜禽粪便、食品加工业的有机废水废渣、城市垃圾,还可利用低质土地种植各种各样的能源植物。

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第四,是生物燃料的“物质性”,可以像石油和煤炭那样生产塑料、纤维等各种材料以及化工原料等物质性的产品,形成庞大的生物化工生产体系。这是其他可再生能源和新能源不可能做到的。

第五,生物燃料的“可循环性”和“环保性”。生物燃料是在农林和城乡有机废弃物的无害化和资源化过程中生产出来的产品;生物燃料的全部生命物质均能进入地球的生物学循环,连释放的二氧化碳也会重新被植物吸收而参与地球的循环,做到零排放。物质上的永续性、资源上的可循环性是一种现代的先进生产模式。

第六,生物燃料的“带动性”。生物燃料可以拓展农业生产领域,带动农村经济发展,增加农民收入;还能促进制造业、建筑业、汽车等行业发展。在中国等发展生物燃料,还可推进农业工业化和中小城镇发展,缩小工农差别,具有重要的政治、经济和社会意义。

第七,生物燃料具有对原油价格的“抑制性”。生物燃料将使“原油”生产国从目前的20个增加到200个,通过自主生产燃料,抑制进口石油价格,并减少进口石油花费,使更多的资金能用于改善人民生活,从根本上解决粮食危机。

第八,生物燃料是创造就业机会和建立内需市场。巴西的经验表明,在石化行业1个就业岗位,可以在乙醇行业创造152个就业岗位;石化行业产生1个就业岗位的投资是22万美元,燃料行业仅为1.1万美元。联合国环境计划署发布的“绿色职业”报告中指出,“到2030年可再生能源产业将创造2040万个就业机会,其中生物燃料1200万个”。

因此,人类走向以生物能源开发利用为标志的可再生能源时代,意义十分重大:能大量利用农村的土地,提高农民收入。直接增加能源供给,改善大气环境,使二氧化碳的排放与吸收形成良性循环,缓解二氧化碳排放的压力。当前生物能源的主要形式有沼气,生物制氢,生物柴油和燃料乙醇沼气是微生物发酵秸秆,禽畜粪便等有机物产生的混合气体,主要成分是可燃的甲烷。生物氢可以通过微生物发酵得到,由于燃烧生成水,因此氢气是最洁净的能源。生物柴油是利用生物酶将植物油或其他油脂分解后得到的液体燃料,作为柴油的替代品更加环保.燃料乙醇是植物发酵时产生的酒精,能以一定比例掺入汽油,使排放的尾气更清洁。虽然现在的主要能源还是化石能源,但是生物能源的前途无量。虽然生物能源的开发利用处于起步阶段,生物能源在整个能源结构中所占的比例还很小,但是其发展潜力不可估量。以我国为例,目前全国农村每年有7亿吨秸秆,可传化为1亿吨的酒精.南方有大量沼泽地,可以种植油料作物,发展生物柴油产业。加上禽畜粪便,森林加工剩余物等。

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数目

由于地球上生物数量巨大,由这些生命物质排泄和代谢出许多有机质,这些物质所蕴藏的能量是相当惊人的。根据生物学家估算,地球上每年生长的生物能总量约1400—1800亿吨(干重),相当于目前世界总能耗的10倍。我国的生物质能也极为丰富,现在每年农村中的秸秆量约6.5亿吨,到2010年将达7.26亿吨,相当于5亿吨标煤。柴薪和林业废弃物数量也很大,林业废弃物(不包括炭薪林),每年约达3700万m3,相当于2000万吨标煤。

地位

随着人类大量使用矿物燃料带来的环境问题日益严重,各国政府开始关心重视生物质能源的开发利用。虽然各国的自然条件和技术水平差别很大,对生物质能今后的利用情况将千差万别,但总的来说,生物质能今后的发展将不再像最近200多年来一样日渐萎缩,而是重新发挥重要作用,并在整个一次能源体系中占据稳定的比例和重要的地位。

影响因素

简述

影响生物质能开发利用的因素很多,所以不同的预测方法结果差别很大,从100到300EJ,但不论哪种预测方法都说明了生物质在未来的能源体系中有特别重要的意义,不论那个时间,生物质能总是总能耗的10-30%之间。

我国状况

由于我国目前的生物质能主要是在农村经济中利用,所以农村未来能源需求和消耗情况对生物质能的开发利用量影响很大,有关资料对我国农村今后能源使用情况作了预测,这个指标可以较大程度上反映我国今后生物质能消耗的趋势。它的预测按两种,第一种是常规方案预测,即建立在现时生物质能发展情况的基础之上的预测,其结果是各时段(2000、2010、2030、2050)的生物质利用量的增长速度分别为8.9%、7.7%、8.0%、3.6%;第二种是加强方案预测,即以突出强调生物质能对化石能源的替代为依据的预测,其结果是各时段的发展速度分别为9.6%、8.0%、7.4%、4.5%。

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类型特点

燃料乙醇

概念:燃料乙醇一般是指提及浓度达到99.5%以上的无水乙醇。

特点:可作为新兴能源,减少石油消耗,保障国家能源安全;辛烷值高,抗爆性能好,可作为汽油添加剂,提高辛烷值,减少矿物燃料对大气污染;是可再生能源,利用农作物发酵生产乙醇,燃烧排放二氧化碳与作物在生长过程中消耗二氧化碳基本持平,可减少矿物燃料燃烧产生的二氧化碳。

生物柴油

概念:生物柴油是清洁的可再生能源,它是一大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黄连木等油料林木果实、工程薇藻等油料水生植物以及动物油脂、废餐饮油等为原料制成的液体燃料,是优质的石化柴油代替品。

特点:优良的环保性、较好的低温发动机启动性能、较好的安全性能、较好的安全性能、具有可再生性能、无需改动柴油发动机

生物沼气

概念:生物沼气是指利用城市生活垃圾、农作物废料甚至污泥等分解产生的气体,主要成分为甲烷和二氧化碳,可用于发电和供热。

生物丁醇

概念:生物丁醇是以生物为原料,通过与乙醇相似的发酵工艺制备而成的可再生能源。

特点:碳排放量较低、蒸汽压力较低、与汽油混合与水的宽容度较大,与汽油混合比较高

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微藻制油

概念:薇澡即指是生长在海中的藻类,是植物界的隐花植物,通过有效的利用太阳能,进行光合作用固定二氧化碳,将无机物转化为氢、高不饱和烷烃、油脂等能源物资。

特点:薇澡生物是可再生、速生生物、对大气二氧化碳没有净增加、人工培养资源占用小。

生物质发电

概念:生物质发电是指利用生物质所具有的生物质能进行的发电,是可再生能源发电的一种,包括农林废弃物直接燃烧发电、农林废弃物气化发电、垃圾焚烧发电、垃圾填埋发电、沼气发电等。

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