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為何說“生物質能”是人類未來發(fā)展的重要能源？
作者：貝斯爾 | 發(fā)布時間：2024-04-29
你知道嗎？人類正在陷入“能源危機”，“停油限電”就是最好的證明。很多自然資源正在不斷枯竭，那么人類又該如何破局呢？“新能源”一定是破解危機的重要手段。
“新能源”又稱非常規(guī)能源，是指傳統(tǒng)能源之外的各種能源形式。很多人對新能源都僅限于“新能源汽車”。今天我們就來說一說，能改變人類未來發(fā)展的重要新能源—“生物質能”。
為何說“生物質能”是人類未來發(fā)展的重要能源？
1、什么是生物質能？
相信很多人都會覺得陌生，簡單來說，就是太陽能以化學能形式貯存在生物質中的能量形式。生物質能是以“生物質”為載體的能量，生物質又大多源于綠色植物的光合作用，可轉化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)及氣態(tài)燃料，所以生物質能就成了取之不盡、用之不竭的一種可再生能源，也是唯一一種可再生的碳源。我們可以總結為：綠色環(huán)保、無污染的可再生資源。
生物質包括植物通過光合作用生成的有機物，例如植物動物的排泄物、垃圾以及有機廢水等，生物質的能源就來源于太陽，所以生物質能也是太陽能的一種。
生物質是太陽能主要的吸收器和儲存器，生物能源通過光合作用，把太陽能聚集在一起，而這些能量就是人類發(fā)展不可獲缺的新能源。
2、生物質能的主要來源有哪些呢？它為什么被稱作“零碳”能源？
生物質是一個巨大的能源，它的來源主要有薪柴、木質廢棄物、農業(yè)秸稈、牲畜的糞便、制糖作物廢料以及城市垃圾和污水、水生植物等，由此可見，相比于煤、石油、天然氣等不可再生能源，生物質的來源要更廣泛一些。
所謂“零碳”，不是沒有二氧化碳排放，而是利用植樹等自然方式補充等量的氧氣，與人們排放的二氧化碳相抵，達到平衡。
生物質能主要利用農業(yè)剩余物、生活污水垃圾、有機廢渣廢料、以及畜禽類的糞便這些物質在自然分解的情況下，將釋放出甲烷等溫室效應更強的氣體，可以實現(xiàn)一個循環(huán)再利用的過程。
在生物質能作為零碳能源的利用過程中，如果增加碳的收集和存儲過程，收集產生的CO2，能夠創(chuàng)造負碳排放，這樣就可以成為環(huán)境修復的方式之一。
因此生物質能被廣泛認為是限制全球變暖、達到碳中和不可或缺的組成部分。生物質能不僅具備了零碳能源的屬性，更將為負碳能源積極發(fā)揮作用。
3、“生物質能”能成為人類未來發(fā)展的重要能源嗎？
生物質能源是一種非常理想的可再生資源，你想想，人類每天生產生活，每年都有大量的工業(yè)、農業(yè)廢水、廢料產出，即使不被利用，廢氣處理也是非常頭疼的事情。
世界上87%的能源需求目前都來源于石化燃料，而這些燃料在燃燒時會向空氣中排放大量的CO2。而生物質能作為燃料的時候，生物質在生長時需要的CO2的量相當于它燃燒的CO2的量，因此大氣中的CO2凈排量近似為零，并且生物質中硫的含量極低，所以利用生物質作為代替能源對于改善環(huán)境減少大氣中的CO2含量以及減少溫室效應都有極大的好處。
在未來，生物質也將作為石化燃料的“替代能源”向社會提供各方面的可再生資源，生物質能也將成為人類未來發(fā)展的重要能源。
目前生物質能作為國際公認的零碳可再生資源，已經通過發(fā)電、供熱、供氣等方式應用于工業(yè)、農業(yè)、交通生活等多個領域了，并且是其他可再生能源無法替代的。
目前我國生物質能源化利用量約有4.61億噸，實現(xiàn)碳減排放約為2.18億噸。未來生物質能將結合生物能源與碳捕獲和存儲技術，創(chuàng)造負碳排放，并將在各個領域為我國2030年碳達峰和2060年的碳中和做出巨大貢獻。
我國是一個農業(yè)大國，生物質資源十分豐富，對生物質能源利用極為重視，已連續(xù)在四個五年計劃將生物質能利用技術的研究與應用列為重點科技攻關項目，并開展了生物質能利用新技術的研究與開發(fā)，取得了較大的進展。
生物質能利用技術有哪些？
（一）生物質燃料的特性
生物質的轉化可以分為物理方法、熱化學轉化方法、生物轉化方法。物理方法只是改變生物質的形狀、致密度，以便于應用和儲藏；熱化學轉化法是通過熱化學將生物質轉化制備得到一氧化碳、氫氣、小分子烴或生物質油等物質；生物轉化是通過微生物或酶把生物質進行生化反應的過程。
生物質燃料的特性，如下：
1、含碳量少，生物質燃料的含碳量最高不會超過50%，相當于褐煤的含碳量。特別是固定碳的含量明顯比煤少，所以該燃料燃燒的時間短，而且能量密度比較低。
2、揮發(fā)分多，該燃料中的碳多數(shù)和氫結合成分子量較低的碳氫化合物，遇熱易分解析出揮發(fā)物，揮發(fā)分里所含能量占其所有能量的一半以上，若燃燒不充分會產生黑煙污染環(huán)境。
3、含氧量多，使得生物質易燃，且不需要太多的氧氣供應。
4、生物質燃料密度小，比較容易燃燒盡，灰渣中殘留的碳少，但對燃料的運輸不利。與煤的燃燒類似，生物質燃料的燃燒過程可以分為預熱、干燥、揮發(fā)分析出和焦炭燃燒四個階段。在250℃時熱分解開始，在325℃時揮發(fā)分可以析出近80%。
（二）生物質壓縮成型
生物質燃料在直接燃燒時存在揮發(fā)分逸出過快、空氣供給難以控制等問題，這些問題在一般的爐灶中不易解決，村民使用時也控制不好。為了改善此類問題，將分布散、形體輕、儲運困難、使用不便的生物質燃料壓縮成型后使用，能提高燃料的熱值，改善燃燒性能，此項技術稱為生物質壓縮成型技術。
20世紀80年代，此項技術得到較大規(guī)模的發(fā)展。農村以秸稈、稻殼等為主的生物質資源豐富，在收集過程中盡可能減少夾帶泥土，防止燃燒時結渣，條件允許宜采用機械化收集。壓縮成型過程中的加熱一方面可以使原料中含的木質素軟化，起到粘結的作用；另一方面還可以使原料本身變軟，容易壓縮?；蛘呒尤胝辰Y劑，例如加入10%—20%的煤粉或炭粉可以達到增加壓塊熱值的作用，再者加入粘結劑可增加粘結力便于成型。
保型是在生物質成型后的一段套筒內進行的，其內徑略大于壓縮成型的最小部位直徑，以便使已成型的物料消除部分應力，隨著溫度的降低固定形狀。生物質壓縮成型燃料可廣泛應用于各種類型的家庭取暖爐、熱水鍋爐、熱風爐和小型發(fā)電設備，是煤料的一種很好的替代品。
（三）生物質能現(xiàn)代化利用技術
隨著人類的進步和社會的發(fā)展，人們對能源的需求數(shù)量越來越多，品位越來越高，對生物質能的利用也改變了傳統(tǒng)的直接燃燒方式，先將其轉化為高品位能源，然后再進行利用。在轉換技術方面最近大力發(fā)展的新技術主要有氣化技術和干餾技術。
1、氣化技術
生物質氣化是生物質熱化學轉換的一種技術，是在不完全燃燒條件下，將原料加熱，使較高分子量的有機碳氫化合物鏈裂解，變成較低分子量的CO、H2、CH4等可燃氣體，在轉換過程中要加氣化劑。
目前氣化技術是生物質熱化學轉化技術中最具實用性的一種。氣化反應過程同時包括固體燃料的干燥、熱分解反應、還原反應和氧化反應。
秸稈、稻殼、柴草等農業(yè)廢棄物氣化利用熱值高。據(jù)測算，直接燃燒只能利用其熱值的20%，這不但造成了資源的極大浪費，而且焚燒的煙霧也對大氣環(huán)境造成了嚴重污染；若將其放到氣化爐灶內燃燒，則可使熱值的利用率提高到80%以上，機械統(tǒng)一控制空氣的供給量，可使燃燒充分，煙塵排放量少，殘余的灰燼也很少（小于7%），比一般農家直接燃燒熱值利用率可提高60%以上。
2、生物質干餾制氣
生物質干餾技術以其燃氣熱值高、產能大等優(yōu)勢，成為生物質能利用的一個重要方向。生物秸稈經破碎后連續(xù)裝入干餾爐頂，靠輸料機擠壓和秸稈自重落入干餾室內，實現(xiàn)連續(xù)干餾制氣過程。干餾爐為立式箱形結構，外熱式。干餾爐由干餾室和燃燒室組成，干餾室兩側各有一個燃燒室，燃燒室又分為加熱段和空氣預熱段。
采用干餾方法生產的生物質燃氣符合城市燃氣質量要求，可用于發(fā)電或作為城市燃氣氣源。
以上兩種制氣方法，若應用壓縮成型后的生物質燃料為原料，其轉化效率要遠遠高于秸稈等生物質原料直接粉碎后應用的效率，產氣熱值也會大大提高。
（四）生物質能合理應用
1、沼氣利用技術
生物質汽化：將固體生物質轉化為氣體燃料，稱為生物質汽化。其基本原理是含碳物質在不充分氧化（燃燒）的情況下，會產生出可燃的一氧化碳氣體，即煤氣。制造煤氣的設備稱為汽化爐，人們故意不給足氧氣，讓含碳物質在沒有足夠空氣的情況下燃燒，“燜”出一氧化碳來。
2、生物質液化
將固體生物質轉化為液體燃料，稱為生物質液化。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，經提煉成為可替代柴油的燃料。
3、生物質熱分解
這是一項很有潛力的技術，用于制取人造石油。一些生物質通過熱分解，可制取生物油、生物炭和可燃燒氣體，使生物質得到充分利用。
4、能源農場
即建立以獲取能源為目的的生物質生產基地，以能源農場的形式大規(guī)模培育生物質，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條件的生物質品種進行培育、繁殖，以獲得足夠數(shù)量的高產能植物。在海洋、江河，要充分利用海藻和水生物提取能源，建立海洋能源農場或江河能源農場。同時，將基因工程等現(xiàn)代生物技術廣泛應用于能源農場中，以提高能源轉化率。