书城科普青少年应该知道的能源
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第6章 光合作用——生物质能

1.有机之能——生物质能

生物质是指有机体,这是通过光合作用而形成的各种有机体,包括所有生物。而所谓生物质能,就是贮存在生物质中的太阳能,这种太阳能是以化学能形式存在的。这是一种以生物质为载体的能量,它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用。现在,人们可以把这些生物质转化为常规的固态、液态和气态燃料。

生物质能是一种可再生能源,同时它也是唯一一种可再生的碳源。其它像煤、石油、天然气,也是碳源,但它们不可再生。

生物质能的原始能量来源于太阳,所以从广义上讲,生物质能是一种特殊形式的太阳能。它蕴藏在植物、动物和微生物等可以生长的有机物中,而这些有机体是由太阳能转化而来的。

生物质的种类很多,它们来源于林业、农业、生活污水和工业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便。

林业生物质资源包括:森林里的零散木材、残留的树枝、树叶和木屑等;林业生产加工过程中的枝丫、锯末、木屑、梢头、板皮和截头等;林业副产品的废弃物,如果壳和果核等。

农业生物资源包括:收割庄稼时残留在农田内的玉米秸、高粱秸、麦秸、稻草、豆秸和棉秆等;加工稻谷时剩余的稻壳等。此外还包括各种用以提供能源的植物,通常包括草本能源作物、油料作物、制取碳氢化合物植物和水生植物等几类。

生活污水和工业有机废水包括:家里的冷却水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水、粪便污水等。工业生产排出的含有丰富有机物的废水。

城市固体废物包括:是由城镇居民生活垃圾,商业、服务业垃圾和少量建筑业垃圾等固体废物。其组成成分比较复杂,受如下因素影响:当地居民的平均生活水平、能源消费结构、城镇建设、自然条件、传统习惯以及季节变化等。

畜禽粪便:畜禽排出的粪便、尿及其与垫草的混合物,它们主要由是粮食、农作物秸秆和牧草等转化而来。

沼气:就是由生物质能转换而来的一种可燃气体,它通常可以供农家用来烧饭、照明。

2.独树一帜——生物质能的特点

生物质能种类繁多,归纳起来,生物质能有如下特点:

(1)可再生性。

生物质属可再生资源,生物质能可以在生物圈内循环再生,与风能、太阳能等同属可再生能源,资源丰富,可保证能源的永续利用。

(2)低污染性。

生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的污染物质较少;生物质作为燃料时,由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量,因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零,可有效地减轻温室效应。

(3)广泛分布性。

生物质能是世界上最为广泛的可再生能源。

(4)生物质燃料总量十分丰富。

生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然气。生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量,相当于目前世界总能耗的10倍。

3.循序渐进——生物质能的利用

生物质能一直是人类赖以生存的重要能源,它在整个能源系统中占有重要地位。生物质能将成为未来可持续能源系统的重要组成部分,在不久的将来,采用新技术生产的各种生物质将逐步替代化石燃料。

生物质能是太阳能的一种表现形式,目前人类对生物质能的利用,包括直接用作燃料的有农作物的秸秆、薪柴等;间接作为燃料的有农林废弃物、动物粪便、垃圾及藻类等,它们通过微生物作用生成沼气,或采用热解法制造液体和气体燃料,也可制造生物炭。目前主要应用有沼气、压缩成型固体燃料、气化生产燃气、气化发电、生产燃料酒精、热裂解生产生物柴油等。

生物质资源虽然丰富,但是它尚未被人们合理利用,多半直接当薪柴使用,效率低,影响生态环境。现代生物质能的利用是通过生物质的厌氧发酵制取甲烷,用热解法生成燃料气、生物油和生物炭,用生物质制造乙醇和甲醇燃料,以及利用生物工程技术培育能源植物,发展能源农场。

目前,生物质能已成为世界重大热门课题之一,世界众多科学家已经深入研究。目前,科学家已经研究出了生物质能的各种技术,如利用垃圾处理站,回收沼气,用于发电,同时生产肥料;还研制出乙醇燃料,用纤维素废料生产酒精。

4.现实为鉴——生物质能对我国的意义

我国是一个农业大国,又是一个经济迅速发展的国家,21世纪将面临着经济增长和环境保护的双重压力。因此改变能源生产和消费方式,开发利用生物质能等可再生的清洁能源资源对建立可持续的能源系统,促进国民经济发展和环境保护具有重大意义。

开发利用生物质能对我国农村更具特殊意义。我国人口众多,人均耕地面积少,80%人口生活在农村,秸秆和薪柴等生物质能是农村的主要生活燃料。尽管煤炭等商品能源在农村的使用迅速增加,但生物质能仍占有重要地位。这可以帮助这些地区脱贫致富,奔向小康生活。

生物质能优质转换技术不仅能够让农民用上优质能源,同时也可让乡镇企业的工厂用上优质能源。由于中国地广人多,光靠煤、石油、天然气不可能完全满足广大农村日益增长的需求,而且世界生态环境形势严峻,需要我们保护环境,限制二氧化碳等温室气体排放,这对以煤炭为主要热能资源的我国农村发展是很不利的。

随着农村经济发展和农民生活水平的提高,农村对于优质燃料的需求日益迫切。传统能源利用方式已经难以满足农村现代化需求,生物质能优质化转换利用势在必行。