第6章 生物质能及其利用
生物质能的处理和利用技术研究
生物质能的处理和利用技术研究生物质能是指来自生物质的能量，它是一种可再生能源，能够有效降低碳排放和减少对化石能源的依赖，因此备受关注。
如何高效地处理和利用生物质能，成为了研究的热点之一。
一、生物质能的来源生物质能的来源包括森林、农作物、草地、废弃物等。
森林生物质能包括树木、枝条、树皮、叶子等，是一种天然的生物质能；农作物生物质能主要来自粮食作物、饲料作物、油料作物和纤维作物；草地生物质能来自干草、青草等。
废弃物包括城市垃圾、工业废弃物、畜禽粪便等。
二、生物质能的处理技术生物质能的处理技术包括生物质的分解和转化两个方面。
生物质分解处理技术主要是指对生物质进行异养和自养分解，提取出生物质的有价值物质。
而生物质转化技术则是通过化学、物理等手段将生物质转化为其它形态的能源，以供使用。
1、生物质分解处理技术（1）生物质生物质分解生物质生物质分解技术是将生物质中的有机物质通过生物反应分解得到生物质气体或液体，如沼气和乙醇等。
这种技术主要是利用微生物在有氧或无氧环境下对生物质进行分解产生的发酵气来制备能源。
（2）热处理法热处理法主要是通过加热生物质使其在高温下分解，产生可燃气体或液体，如焦油和生物质炭等。
这种技术适用于高浓度生物质的处理，但会产生二氧化碳等废气。
（3）腐殖质化腐殖质化是利用生物质生物分解过程中释放出来的有机物质，以基质培育法或液体培育法培育微生物，并对其发酵产物进行提取。
2、生物质转化技术（1）热化学转化技术热化学转化技术是指通过高温热解、气化或液化生物质，将其转化为成品气体、液体或固体等，如生物质炭、生物质液体燃料等。
这种技术可以充分利用生物质，其固、液、气产品都可以作为工业化燃料、建材和化学原料。
（2）生物化学转化技术生物化学转化技术主要利用酶类或微生物，通过一系列反应，将生物质转化为生物质液体、气体或固体燃料。
比如利用酶解木质纤维素制取纤维素糖、乙醇等生物质产品。
三、生物质能的利用生物质能的利用主要包括热能、电能和燃料三个方面。
生物质能开发与利用
生物质能的开发与利用摘要生物能源——又称生物质能，就是太阳能以化学能形式贮存在生物中的能量形式，即以生物为载体的能量。
它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。
生物质能的原始能量来源于太阳，所以从广义上讲，生物质能是太阳能的一种表现形式随着社会的发展和技术的进步，人类对能源的需求越来越高，但是地球化石资源的储存量却在逐渐降低，同时，生态环境也不断恶化。
这些都迫使全球能源结构必须进行战略性调整，开发新的能源。
生物能源由于其可再生性，它的发展不仅可以从根本上解决能源危机，而且还能改善日益恶化的环境，振兴低碳经济需要发展生物质燃料,我国拥有开发和发展生物燃料的雄厚潜力。
站在保障国家能源安全和发展低碳经济的战略高度,为充分满足国民经济高速、持续发展对新型能源日益增长的需求,我国必须大力加快发展生物质能源,使之成为替代化石能源的重要新能源,开拓低碳经济的广阔路径。
本文阐述了当前我国生物能源的主要种类，生物能源的生产技术研究现状及生物能源在我国的发展现状，并展望了生物能源的发展前景关键字：生物能源;低碳经济;能源安全前言近年来，石油价格上涨和全球气候变化的影响，可再生能源开发利用日益受到国际社会的重视。
其中，生物能源作为目前可直接利用、能较大规模生产并替代运输燃料的能源产品之一，已成为可再生能源发展的重点。
但是，一些地方出现的一哄而上发展生物能源的倾向令人担忧。
因此，对发展生物能源进行全面、客观的评估，显得尤为重要。
严峻的情势特别是上世纪70年代世界石油危机爆发的巨响,使人类猛然惊醒,不得不开始反思和纠正自身不科学地利用能源的行为。
在深刻反思贪婪性消耗能源行为而觉醒的基础上,及时把发展新能源、节约能源、保障能源安全和可持续发展置于经济社会发展的战略地位,建立健全起符合本国实际需要的能源安全保障体系。
就我国而言,确保为13亿人口提供安全的、低成本的、“环境友好型”新能源。
生物质能的应用与发展
生物质能的应用与发展随着环保意识的不断增强，生物质能作为一种可再生能源备受关注。
生物质能主要来源于植物、动物和微生物等有机物，通过热化学转化或生物化学转化等方式转化为能源。
生物质能的应用范围较广，包括发电、加热、燃料等，具有可再生、减少温室气体排放等优点，有着广阔的发展前景。
一、生物质能的应用1. 发电生物质能发电是利用植物、动物等有机物质转化为燃料，通过发电机转化为电能。
其主要形式为生物质燃烧发电、生物质气化发电和生物质液化发电。
其中，生物质燃烧发电是最常见的形式，其过程中，生物质物料被燃烧后，热能被利用转化为电能，同时，也可以利用余热加热锅炉等设备，提高热能利用率。
生物质气化发电是将生物质物料转化为气体后，通过气体发电机转化为电能。
生物质液化发电是将生物质物料转化为液态燃料，再利用内燃机转化为电能。
发电方面，生物质能的应用可以减少对石化能源的依赖，达到环保和节能的目的。
2. 热能利用生物质能的热能利用主要包括直接燃烧、气化和液化等方式。
其中，直接燃烧和气化是最常见的方式。
直接燃烧是将生物质物料直接燃烧，用于供暖和加热等需要燃料的领域。
气化是将生物质物料分解为气体，然后使用气体进行加热等需要热能的领域。
液化是将生物质物料生产为液态燃料，用于供暖和加热等领域。
热能利用方面，生物质能的应用也是非常广泛的，可以减少对石化能源的依赖，实现绿色、低碳的生产方式。
3. 燃料目前，利用生物质能作为燃料应用最广泛的是生物质液体燃料和生物质气体燃料。
生物质液体燃料主要是生物柴油和生物乙醇等。
其中，生物柴油是将生物油料经过加工处理后制成的燃料，可以替代柴油；生物乙醇是将部分淀粉和纤维素质量转化为醇类化合物，可以替代汽油。
生物质气体燃料主要是生物甲烷、生物氢气等。
燃料方面，生物质能的应用可以减少对石化能源的依赖，同时也能减少环境污染。
二、生物质能发展的现状当前，全球生物质能的应用越来越广泛。
发达国家在生物质能的利用上更多侧重于发电、加热和燃料等方面。
生物质能及其利用
生物质能及其利用随着人类的发展，世界能源需求增长迅速，越来越多的人开始逐渐关注可再生能源，生物质能作为其中一种，因其广泛的来源和较低的污染性而备受瞩目。
本文将介绍生物质能的概念、来源、利用和前景。
一、生物质能的概念生物质能是指由生物质原料生产的可再生能源，包括生物质固体和液态燃料。
简而言之，生物质能是从植物、动物和微生物中获得的一类能源。
二、生物质能的来源生物质能来源广泛，常见的有农作物、林木、秸秆、畜禽粪便等，还可以利用废物、残渣和废弃物等，如厨余垃圾、废纸、废弃建筑材料等。
这些来源的生物质都可以被加工处理成各种类型的生物质能。
三、生物质能的利用生物质能的利用具有多样性和可持续性，可分为以下几个方面。
1.生物质热能利用生物质热能利用即是将生物质原料转化成热能，用于供暖或生产用热的过程。
其中最常见的方式是利用生物质锅炉，将生物质燃烧产生的热能传递到热水或蒸汽，用于供暖或工业用途。
2.生物质液态燃料利用生物质液态燃料利用是指将生物质原料转化成液态燃料，用于交通行业的燃料。
如利用生物质原料生产的生物柴油和乙醇燃料等。
这种方式已经在欧洲等地被广泛使用，成为了当地交通运输行业的重要燃料。
3.生物质气体燃料利用生物质气体燃料利用是指将生物质原料转化成气体燃料，用于发电和供应燃气。
这种方式具有可持续性和高效率，可以大量减少污染物的排放，如生物质气化的技术已经被广泛应用于欧洲。
4.生物质化学品利用生物质化学品是指将生物质原料转化成各种化学品，如乙二醇、丙烯、纤维素等，用于制造高附加值的产品。
这种方式可以创造更高的经济价值，并且对短缺资源的替代作用非常明显。
四、生物质能的前景生物质能的前景非常广泛，它可以满足未来能源需求的多样性和可持续性，被全球公认为最具发展潜力的新型能源之一。
目前，生物质能在发达国家和地区已经得到了广泛应用，但在发展中国家和地区，由于技术问题和成本限制，生物质能的应用还有待发展。
随着技术的不断提高和投入的增加，生物质能将逐步替代传统的化石能源，成为全球能源市场上不可或缺的一部分。
第6章 生物质能及其利用资料
生物质能
1 生物质的概念
生物质，是指有机物中除化石燃料外所有来源于动、植物和 微生物的物质，
包括动物、植物、微生物以及由这些生命体排泄和代谢的所 有有机物。
小知识：光合作用
新能源与分布式发电
1
2 生物质的来源
生物质能
获取生物质的途径大体上有两种情况： 一有机废弃物的回收利用， 一专门培植作为生物质来源的农林作物。 此外，某些光合成微生物也可以形成有用的生物质。
－含氧量多，易点燃，而不需太多氧气供应；
－密度小，容易充分烧尽，灰渣中残留的碳量小； －含碳量少，能量密度低，燃烧时间短；
－松散，体积大，不便运输。
新能源与分布式发电
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生物质能
（2）固体成型燃料 以木质素为黏合剂，将松散的秸秆、树枝和木屑等农林废弃 物挤压成特定形状的固体燃料，即压缩成型。 压缩成型可以解决天然生物质分布散、密度低、松散蓬松造 成的储运困难、使用不便等问题。 原料主要是锯末、木屑、稻壳、秸秆等，其中含有纤维素、 半纤维素和木质素，占植物成分的2/3以上。 一般将原料粉碎到一定细度后，在一定压力、温度和湿度条 件下，挤压成棒状、球状、颗粒状的固体燃料。
生物质长期以来为人类提供了最基本的燃料。 在不发达地区，生物质能在能源结构中的比例较高，例如在 非洲有些国家高达60%以上。
在当今世界能源消费结构中，仅次于煤炭、石油和天然气， 被称为“第四能源”。
新能源与分布式发电
5
3 生物质能及其特点
作为一种能源资源，生物质能具有如下特点： （1）可循环再生 （2）可存储和运输 （3）资源分散 （4）大多来自废物
生物质能
新能源与分布式发电
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生物质能
生物质能源利用简介ppt课件
干燥
粉碎
储存 计量
储存 计量
混合
成型
筛分
生物质型煤
生物质 干燥 粉碎 储存 计量
2.2 生物质固硫型煤燃烧特性
1）点火性能 可燃基挥发分比原煤高，进入炉膛后，生物质首先燃烧，使型
煤短时间达到着火点，生物质燃料燃烧后体积收缩，使型煤产生 很多孔道及空袭，形成多孔形球体。 2）燃烧机理
静态渗透式扩散燃烧 燃烧由表面及不断深入到内部，不会发生热解析炭冒烟现象。 3）固硫特性 生物质比煤先燃烧，形成的空隙起到了膨化疏松作用，使固硫 剂CaO颗粒内部不易发生烧结，可使空袭率增加，增大SO2和O2 向CaO颗粒内的扩散作用，提高钙的利用率。 可在较低的Ca/S下，使固硫率达到50%以上。
日本开发，间歇反应器，以He为载气，反应温度为250-400 0C， 催化剂为碱金属的碳酸盐，产油率为50%（采用发酵残渣为原料）。
Na2CO3+H2+2CO----2HCOONa+CO2 2C6H10O5+2HCOONa---2C2H10O4+H2O+CO2+Na2CO3 3）煤与生物质共同液化
可降低煤的液化温度，增加低分子量的戊烷可溶物，生物质与煤 相互作用机理不明。
汽油中可以掺入25%，提高辛烷值。Leabharlann 性质 相对密度（20 0C）
辛烷值 闪点
甲醇的燃料特性
数值
性质
0.80
馏程/0C
100 热值/（kJ/kg）
11 汽化潜热/（kJ/kg）
数值 65 19647 1105
2）甲醇生产工艺 生物质---合成气的制造----合成气净化---甲醇合成---甲醇精馏
两类催化剂： • ZnO-Cr2O3为基础的改良氧化物系统催化剂，反应压力34MPa, 温度
生物质能及其利用
生物质能及其利用1 生物质能的概述生物质能（biomass energy ），就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即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，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。
生物质能的原始能量来源于太阳，所以从广义上讲，生物质能是太阳能的一种表现形式。
目前，很多国家都在积极研究和开发利用生物质能。
生物质能蕴藏在植物、动物和微生物等可以生长的有机物中，它是由太阳能转化而来的。
有机物中除矿物燃料以外的所有来源于动植物的能源物质均属于生物质能，通常包括木材、及森林废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物、动物粪便等。
2 生物质能的分类2.1 林业资源林业生物质资源是指森林生长和林业生产过程提供的生物质能源，包括薪炭林、在森林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、树叶和木屑等；木材采运和加工过程中的枝丫、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2.2 农业资源农业生物质能资源是指农业作物(包括能源作物)；农业生产过程中的废弃物，如农作物收获时残留在农田内的农作物秸秆（玉米秸、高粱秸、麦秸、稻草、豆秸和棉秆等）；农业加工业的废弃物，如农业生产过程中剩余的稻壳等。
能源植物泛指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。
2.3生活污水和工业有机废水生活污水主要由城镇居民生活、商业和服务业的各种排水组成，如冷却水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水、粪便污水等。
工业有机废水主要是酒精、酿酒、制糖、食品、制药、造纸及屠宰等行业生产过程中排出的废水等，其中都富含有机物。
2.4城市固体废物城市固体废物主要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构成。
其组成成分比较复杂，受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因素影响。
生物质能源及其利用
4 在生物柴油方面，应结合退耕还林政策，大量种植 油料林木和重点支持规模化培育和发展国际研发热 点藻类是石油生产技术。
21
5
结论
5 因地制宜加快发展大量农业废弃生物质等低劣生物 质原料的生物燃气（沼气）生产并可将沼渣、沼液 用作优质农肥以便在发展新能源同时获得显著环境 生态效益。
6
3
生物质固体燃料的燃料特性
燃料种类
工业分析成分%
Wf Af
Vf
C
f
GD
Hf
元素组成%
热值C
f
GD
KJ/kg
C f S f N f P f K2O f
豆秸
5.10 3.13 74.65 17.12 5.81 44.79 0.11 5.85 2.86 16.33 16157
稻草 玉米秸 麦秸
4.97 13.86 65.11 16.06 5.06 38.32 0.11 0.63 0.146 11.28 13980 4.87 5.93 71.45 17.75 5.45 42.17 0.12 0.74 2.60 13.80 15550 4.39 8.90 67.36 19.35 5.31 41.28 0.18 0.65 0.33 20.40 15374
阶梯往复式炉排结构图
图4 倾斜往复炉排炉
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4 燃用生物质锅炉的种类和结构
图5 水平往复炉排炉
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4 燃用生物质锅炉的种类和结构 振动炉排炉
图6 抛煤机振动炉排炉
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4 燃用生物质锅炉的种类和结构
图7 英国秸秆振动炉排发电厂 1 －稻杆处理 2 －传送带 3 －切料 4 －进料机 5 －振动装置 6 －预热空气 7 －燃烧炉 8 －高压蒸汽 9 －涡轮机 10 －发电机 11 －冷凝器 12 －给水装置 13 －排渣 14 －袋式过滤器 15 －灰烬 16 －鼓风14机
生物质能的利用
生物质能的利用生物质能被定义为来自生物质的可再生能源，它包括各种有机材料，如木材、农作物废弃物、食品废料以及其他有机废弃物。
生物质能的利用不仅可以减少对有限资源的依赖，还有助于减少二氧化碳的排放，降低对环境的影响。
本文将重点介绍生物质能的利用方式及其在不同领域的应用。
一、生物质能的利用方式1. 生物质发电生物质发电是一种利用生物质能转化为电能的方式。
通过燃烧生物质，可以产生蒸汽驱动涡轮机来发电。
一些常用的生物质燃料包括木柴、秸秆、麦秸等。
生物质发电可以替代传统的煤炭发电，减少温室气体的排放，同时也能有效利用农作物废弃物和其他有机废弃物。
2. 生物质热能利用生物质热能利用是指将生物质能转化为热能，用于供热、供暖或者工业过程中的热能需求。
其中一种常见的方式是利用生物质燃烧产生的热能进行供热，例如利用木柴或秸秆进行锅炉燃烧，产生蒸汽或热水，用于供应家庭或工业领域的热能需求。
3. 生物质生物燃料生物质生物燃料是一种通过生物质转化而得到的燃料，如生物柴油、生物乙醇等。
生物质生物燃料可以替代传统的化石燃料，减少对石油及其他非可再生资源的需求。
同时，生物质生物燃料的燃烧会产生较少的空气污染物，对环境友好。
4. 生物质气化生物质气化是指将生物质转化为可燃气体的过程，主要产物是合成气，包括一氧化碳、氢气和二氧化碳等。
合成气可以用于发电、热能利用或化学合成等多个领域。
生物质气化技术的发展不仅可以提高生物质能的利用效率，还可以实现废弃物的资源化利用。
二、生物质能在不同领域的应用1. 农业领域在农业领域，生物质能可以用于农作物废弃物的处理和利用，如秸秆、稻草等可以用于生物质发电、生物质热能利用或生物质生物燃料的生产。
同时，生物质能还可以用于温室等设施的供热，提供良好的生长环境，促进农作物的生长和产量提高。
2. 工业领域生物质能在工业领域中也有广泛的应用。
比如生物质发电可以为工厂提供可持续的电力供应，生物质热能可以用于工业过程中的供热需求，生物质气化可以产生合成气用于化工生产。
《生物质能利用技术》课件
生物质能在交通领域的应用
生物质能在交通领域的应用主要包括 生物柴油、生物乙醇等替代燃料的使 用。这些替代燃料可以用作汽车、船 舶、飞机等交通工具的燃料，替代传 统的化石燃料。
《生物质能利用技 术》ppt课件
目 录
• 生物质能概述 • 生物质能利用技术 • 生物质能应用 • 生物质能发展前景与挑战 • 案例分析
01
生物质能概述
生物质能定义
生物质能定义
生物质能是指通过光合作用将太阳能转化为化学能，并储存在生物质中的可再 生能源。它是一种绿色、可再生的能源，具有低碳、环保、可持续等优点。
3
生物质热解技术的工艺流程较为复杂，需要高温 、真空等条件，投资和运行成本较高。
03
生物质能应用
生物质能在供热领域的应用
生物质能在供热领域的应用主要包括集中供热和分布式供热两种方式。集中供热主要应用于城市或工业园区，通过生物质锅 炉或生物质热电联产等方式，为大量用户提供热水或蒸汽。分布式供热则适用于小规模用户，如居民小区、办公楼等，通过 小型生物质锅炉或生物质壁挂炉等方式，满足用户个性化的供热需求。
生物质能在供热领域的应用具有环保、节能、经济等多重优势。与传统的化石能源相比，生物质能源燃烧产生的二氧化碳、 氮氧化物等污染物排放较少，有利于减少空气污染和温室气体排放。此外，生物质能源的利用还可以降低对化石能源的依赖 ，保障能源安全。
生物质能在电力领域的应用
生物质能在电力领域的应用主要包括生物质发电和生物质燃料电池等。生物质发电是指利用生物质能 转化为热能，再通过热能转化为电能的过程。生物质燃料电池则是利用生物质中的化学能直接转化为 电能的过程。
生物质能及其应用
各种生物质能
Energy woods
Agricultural Residues
Biological fuel rods
Waste
生物质能利用
4.生物质能的利用 生物质能的利用
4.1人类能源利用史 人类能源利用史 人类
生物质
煤炭
天然气、 天然气、石油
生物质能的利用
生物质能利用
自原始农业社会，秸秆和薪柴就一直是主要的燃料， 原始农业社会，秸秆和薪柴就一直是主要的燃料， 这就是传统生物质能，有时统称薪 这就 年 薪炭在世界能源消耗中所占比例仍高达73.8%。 。 随着化石燃料的大量开发利用， 随着化石燃料的大量开发利用，薪炭能源的比例逐渐 下降。 下降。 1973年能源危机的爆发及矿物能源的严重污染，使可 年能源危机的爆发及矿物能源的严重污染， 年能源危机的爆发及矿物能源的严重污染 再生能源，得到了国际上的广泛重视和发展。 再生能源，得到了国际上的广泛重视和发展。 更为广泛的生物质来源，更多的生物质能利用方式， 更为广泛的生物质来源，更多的生物质能利用方式， 逐渐被人类发现并普及应用。 逐渐被人类发现并普及应用。 专家估计， 世纪中叶采用 专家估计，到21世纪中叶采用新技术生产的各种生物 世纪中叶采用新技术生产的各种生物 质替代燃料将占全球总能耗的40％ 以上。 质替代燃料将占全球总能耗的 ％ 以上。
生物质能特点
中国的生物质能资源结构
生物质能分类
3.生物质能的分类 生物质能的分类
依据来源的不同， 依据来源的不同，可以将适合于能源利用的生物质 来源的不同 分为林业资源 农业资源、生活污水和工业有机废水、 林业资源、 分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、 城市固体废物和畜禽粪便等五大类 等五大类。 城市固体废物和畜禽粪便等五大类。 1）林业资源 ） 林业生物质资源是指森林生长和林业生产过程提供 的生物质能源 的生物质能源。 2）农业资源 ） 农业生物质能资源是指农业作物 作物； 农业生物质能资源是指农业作物；农业生产过程中 废弃物；农业加工业的废弃物等 废弃物等。 的废弃物；农业加工业的废弃物等。 3）生活污水和工业有机废水 和工业有机废水 ）生活污水和工业 生活污水主要由城镇居民生活、 生活污水主要由城镇居民生活、商业和服务业的各 种排水组成 工业有机废水主要是酒精、酿酒、制糖、 组成。 种排水组成。工业有机废水主要是酒精、酿酒、制糖、 食品、制药、 食品、制药、造纸及屠宰等行业生产过程中排出的废 水等。
生物质能的利用
③广泛的分布性 。
生物质能的利用
• 阅读教材，谈谈人类是如何利 用生物质能的
生物质能的利用方式
1、直接燃烧 2、生物化学转换 3、热化学转换
1、直接燃烧
缺点:
生物质燃烧 过程的生物质能 的净转化效率在 20－40％之间。
（C6H10O5)n +6n O2 点燃 6n CO2 +5n H2O
乙醇汽油的优点
乙醇汽油是用90%的普 通汽油与10%的燃料乙 醇调和而成。首先，乙醇 汽油增加汽油中的含氧量， 使燃烧更充分，有效地降 低了尾气中有害物质的排 放；第二，有效提高汽油 的标号，使发动机运行更 平稳；第三，可有效消除 火花塞、气门、活塞顶部 及排气管、消声器部位的 积炭，可以延长主要部件 的使用寿命。
3、热化学转换 生物质 复杂的化学反应 可燃性气体
生物质能的利用方式
• 阅读教材P50”拓展视野“5）n代表植物枝叶的 主要成分
2、生物化学转换
a、利用植物的秸杆、枝叶、杂草等制取沼气
b、用含糖类、淀粉（C6H10O5）n较多的农 作物（如玉米、高粱）为原料，制取乙醇。
（C6H10O5)n + nH2O
催化剂
nC6H12O6
C6H12O6 催化剂 2C2H5OH+2CO2↑
生物质能的利用
第二课时
生物质能的利用
• 生物质能来源于哪里呢？生物质能 包括那些呢？有什么样的特点？请 同学们阅读教材P49第一段。
生物质能来源于植物及其加工产品贮 存的能量。包括农业的废弃物，水生植物，油
料植物，工业有机废物，动物粪便
生物质能源是一种理想的可再生能源， 其具有以下特点：
①可再生性；
生物质能及其利用技术的探讨
生物质能及其利用技术的探讨
生物质能是指动植物在生长和代谢过程中所储存的能量，包括植物的
木材、秸秆、草等以及动物的粪便、骨头等。
生物质能具有可再生、较为
充足且分布广泛等特点，是一种绿色、可持续的能源资源。
目前，生物质
能已经成为了世界各国重要的能源之一，被广泛运用于发电、加热、照明、工业加工等领域。
生物质能的利用技术主要包括生物质能发电技术、生物质能热利用技术、生物质制氢技术和生物质转化油技术等。
其中，生物质能发电技术是
应用最为广泛的一种利用方式，主要包括生物质直接燃烧发电和生物质气
化发电等。
生物质能热利用技术则是指将生物质能转化为热能，进而用于
发电、加热或照明等方面。
生物质制氢技术则是利用生物质能源制取氢气，以替代传统的化石燃料制氢方法。
生物质转化油技术则是将生物质能源转
化为液态燃料，以替代石油等传统的化石燃料。
随着全球能源需求的不断增加以及环境保护意识的提高，生物质能的
利用技术也在不断发展和创新。
特别是近年来，生物质能在新能源领域中
的地位越发重要，各国也在积极推动生物质能技术的发展和应用。
在未来，生物质能有望成为一个稳定、可持续、可靠的新能源资源，为实现能源可
持续发展做出重要贡献。
生物质能的研究及其利用
生物质能的研究及其利用生物质能作为一种绿色且可再生的能源，在当今社会中得到了越来越多的关注。
生物质能是指以动植物残渣、农业废弃物、林业废弃物、城市固体废弃物以及粮食作物废弃物、蔗渣等为原料进行的直接、间接转化而获得的能源，其来源广泛，产量稳定，资源丰富，深受人们的青睐。
生物质能的研究始于20世纪初，经过数十年的研究和探索，逐渐形成了生物质能的现代化利用模式。
从生物质资源的开发、利用技术、生产过程、能源产品等各个方面进行研究，最终形成了一整套完整的生物质能利用技术。
在生物质能的利用过程中，一个主要的问题是如何将生物质能有效地转化为可用的能源。
生物质能的转化主要有两种方式：热化学转化和生物化学转化。
其中，热化学转化包括燃烧、气化和液化三种，而生物化学转化则包括发酵和生物化学反应两种。
在目前的能源转换技术中，生物质能转化主要被用于生产固体燃料、液体燃料和气体燃料。
在固体燃料方面，木材、秸秆等材料可以通过压碎或破碎的方式制成颗粒状的木屑或秸秆燃料，被广泛用于燃烧锅炉和工业炉灶中。
在液体燃料方面，生物柴油、生物乙醇等被广泛应用于交通运输领域。
在气体燃料方面，生物气体、沼气等则被广泛利用于城市居民生活和工业生产等领域。
生物质能不仅能够替代传统的化石能源，减少对化石燃料的依赖性，同时还能有效地降低二氧化碳和其他污染物的排放，使得空气质量得到改善，环境保护得到了提升。
此外，生物质能的开发还能够促进当地的经济发展，提高农民的收入水平，创造更多的就业机会。
当然，生物质能的利用也存在一些问题和挑战，如生物质能的碳排放问题、资源回收和再利用问题、生物质能生产技术的转型问题、生物质能产业链的完善等等。
但这些问题也在生物质能研究者的不断探索和创新中得到了逐步的解决和突破，使得生物质能利用技术不断得到提升和发展。
总的来说，生物质能作为一种绿色环保、可再生的能源，具有独特的优势和巨大的潜力，其研究进展和利用模式的不断完善，将有助于未来世界更好地应对能源危机和环境问题。
生物质能的应用
生物质能源的应用生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，即一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质。
它包括植物、动物和微生物。
广义概念：生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。
有代表性的生物质如农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便。
狭义概念：生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素（简称木质素）、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质。
而所谓生物质能，就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即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，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。
依据来源的不同，可以将适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便等五大类。
它具有可再生性低污染性，广泛分布性，生物质燃料总量十分丰富，广泛应用性的特性，所以它也得到了广泛的应用。
下面介绍一些生物质能的应用技术和应用。
1.直接燃烧目前，生物质直接燃烧技术是最简便、最具潜力的生物质资源有效利用方式之一。
但由于生物质燃料与化石燃料相比，在物理、化学性质等方面存在着较大的差异，因此对燃烧设备的设计要求和燃烧方式的选择也不同于化石燃料。
要充分的利用好生物质能直接燃烧，那就要首先了解它的特性。
生物质燃料组成成分的特点是：(1)生物质含水分多，含硫量低；(2)生物质含碳量少，固定碳含量更少，热值普遍偏低；(3)生物质含氧量高，挥发份明显较多；(4)生物质灰份少、密度小，尤其是农作物秸秆。
因此，生物质燃料的燃烧过程是强烈的化学反应过程，又是燃料和空气间的传热、传质的过程，主要分为挥发份的析出、燃烧和残余焦炭的燃烧、燃尽两个独立的阶段。
根据生物质能直接燃烧的特性，生物质的直接燃烧和固化成型技术的研究开发主要着重于专用燃烧设备的设计和生物质成型物的应用。
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2 生物质能利用的形式
生物质能利用，主要是将生物质转变为可直接利用的热能、 电能和可存储的燃料。 生物质的组成与化石燃料大体相同，利用方式也类似。常规 能源的利用技术无需大改，即可应用于生物质能。
但生物质的种类繁多，各有不同的属性和特点，应用方式也 趋于多样，可能远比化石燃料的利用更复杂。
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（3）禽畜粪便 主要来源是大牲畜和大型畜禽养殖场，集约化养殖所产生的 畜禽粪便就有4亿吨左右。 主要分布在河南、山东、四川、河北等养殖业和畜牧业较为 发达的地区。
（4）城市垃圾和废水 工业有机废水排放量高达20多亿吨(不含乡镇工业)。每年城 市垃圾产量不少于1.5亿吨，有机物的含量约为37.5％。
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3 液体生物质燃料
主要包括燃料乙醇、植物油、生物柴油等，都可以直接代
替柴油、汽油等由常规液体燃料。 生成途径有热裂解 (已介绍)和直接液化法等。 固态生物质经一系列化学加工过程，转化成液体燃料，称 为生物质的直接液化。 直接液化得到的产品，物理稳定性和化学稳定性都更好。
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（2）沼气 中国农村推广的沼气池多为水压式沼气池。 截至2006年底，全国农村约有2200多万户农村家庭已经利用 上了沼气能源。 尤其是在西部地区，发展更快。 沼气发酵技术对工厂废水、城市生活垃圾、农业废弃物等有 非常好的处理效果，有积极的环保意义。
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造酒精的甜高粱，产糖的甘蔗，及向日葵等油料作物。 此外，海洋和湖泊也提供大量生物质。
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2.2 其它形式的生物质
（1）动物粪便 动物粪便是从植物体转化而来的，富含有机物，数量也很大。 发酵释放大量温室气体；若处理不善，还会对水体造成污染。 （2）城市垃圾 城市垃圾成分比较复杂，居民生活垃圾，办公、服务业垃圾， 部分建筑业垃圾和工业有机废弃物都含有大量有机物。 猜一猜：平均每个家庭每年会产生多少垃圾？
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3 生物质发电的发展状况
生物质发电起源于1970s年代。 1988年，诞生世界上第一座秸秆生物燃烧发电厂。 1992年，英国第一家利用动物粪便的电厂建成。 2000年，欧盟15国电力的1.5%来自生物质能。
生物质发电产业保持持续稳定的增长，主要集中在发达国家， 但印度、巴西和东南亚等发展中国家也积极研发或者引进技 术建设生物质直燃发电项目。
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四 生物质能发电简介
1 生物质发电的基本原理
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生物质发电是利用生物质直接燃烧或转化为某种燃料后燃 烧所产生的热量发电。 生物质发电的流程，大致分两个阶段： 一般先把各种可利用的生物原料收集起来，通过一定程 序的加工处理，转变为可以高效燃烧的燃料； 再把燃料送入锅炉中燃烧，产生高温高压蒸汽，驱动汽 轮发电机组发出电能。 生物质能发电的发电环节与常规火力发电是一样的，所用 的设备也没有本质区别。
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4 我国的生物质资源
中国拥有丰富的生物质资源，理论总量有50 亿吨左右。 （1）秸秆等农业生物质 每年农作物秸秆产量达7亿吨，可作为能源的约有3亿吨。此 外，一些大型米厂每年可收集2000万吨左右的稻壳。
（2）林木生物质 林木生物质资源大多分布在我国的主要林区，其中西藏、四 川、云南三省区的蕴藏量越占全国总量的一半。
（3）有机废水 工业有机废水和生活污水，往往也含有丰富的有机物。
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3 生物质能及其特点
生物质能，指蕴藏在生物质中的能量，
是直接或间接地通过光合作用，把太阳能转化为化学能后固定 和贮藏在生物体内。
每年生成的生物质总量达1400～1800亿吨，所蕴含的生物质能 相当于目前世界耗能总量的10倍左右。
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2004年，世界生物质发电装机已达3900万千瓦，是风电、
光电、地热等可再生能源发电量的总和。
欧盟及美国等众多国家已将其列入重点发展及扶植项目。 欧盟到2010年底，生物质能利用量比2003年翻一番。
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作为农业大国，我国对生物质能发电也极为重视。
生物质能发电的同时，常常还可实现资源的综合利用。如余 热、灰渣，等等。
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2 生物质发电的特点
生物质能发电具有如下特点： （1）适于分散建设、就地利用 （2）技术基础较好、建设容易 （3）碳排放比化石燃料少 （4）变废为宝，更加环保
发展生物质能发电，也有一些问题需要注意： （1）转化设备必须安全可靠。 （2）能源作物需要占用大量土地
2003年以来，国家先后核准了若干秸秆发电示范项目。
截至2010年底，生物质能发电总装机规模达550万千瓦。
根据 二OO七年八月《可再生能源中长期发展规划》确定的 发展目标，到2020年生物质发电总装机容量达到3000万千瓦。 总的说来，生物质能发电行业有着广阔的发展前景。
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生物质能发电的特殊性在于燃料的准备。一般要对生物质 进行一定的预处理，如烘干、压缩、成型等。 不采用直接燃烧方式的，还需要通过特殊的工艺流程，实 现生物质原料到气态或液态燃料的转换。 生物质发电涉及原料的收集、打包、运输、贮存、预处理、 燃料制备、燃烧过程的控制、灰渣利用等诸多环节。
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（2）沼气 利用微生物代谢作用来生产产品的工艺过程称为发酵。 沼气发酵又称为厌氧消化，有机物质在一定的水分、温度 和厌氧条件下，通过多种微生物的分解代谢，最终形成甲烷 和二氧化碳等混合性气体。 沼气池必须符合多种条件（微生物生存、繁殖）： －沼气池要密闭。 －维持20～40℃。 －要有充足的养分。 －发酵原料要含适量水。 －pH值一般控制在7～8.5。
世界之最： 利用植物原料生产乙醇产品最早的国家（俄）。 乙醇燃料开发利用最有特色的国家（巴西） 。 美国汽车用油添加乙醇的也很高。
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（2）植物油 利用含油植物的果实、叶、茎，经压榨、提取、萃取和精炼 等处理得到的油料。 发热量一般可达37~39MJ/kg，比柴油稍小。 单独使用或与柴油混合，植物油都可在柴油机里直接燃烧。 不过直接燃烧会在汽缸中留下未烧完的碳。
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生物质能的主要分布区在西南、东北、河南、山东等地。
我国生物质能的分布与常规能源有一定程度的互补，在一次 能源蕴藏量较低的地区往往有开发生物质能的巨大潜力。
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二 生物质能利用概述
1 生物质能利用的历史
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自原始农业社会，秸秆和薪柴就一直是主要的燃料，这就 是传统生物质能，有时统称薪炭。 1860年，薪炭在世界能源消耗中所占比例仍高达73.8%。 随着化石燃料的大量开发利用，薪炭能源的比例逐渐下降。 1973年能源危机的爆发及矿物能源的严重污染，使可再生能 源，得到了国际上的广泛重视和发展。 更为广泛的生物质来源，更多的生物质能利用方式，逐渐 被人类发现并普及应用。 专家估计，到21世纪中叶采用新技术生产的各种生物质替 代燃料将占全球总能耗的很大比重。
生物质长期以来为人类提供了最基本的燃料。 在不发达地区，生物质能在能源结构中的比例较高，例如在 非洲有些国家高达60%以上。 在当今世界能源消费结构中，仅次于煤炭、石油和天然气， 被称为“第四能源”。
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3 生物质能及其特点
作为一种能源资源，生物质能具有如下特点： （1）可循环再生 （2）可存储和运输 （3）资源分散 （4）大多来自废物
一专门培植作为生物质来源的农林作物。
此外，某些光合成微生物也可以形成有用的生物质。
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2.1 农林作物形成的生物质
（1）农林作业和加工的废弃物 例如：农作物的秸秆，残渣和谷壳； 林木的残枝、树叶、锯末、果核、果壳等。 （2）专门培植的农林作物 例如：
白杨等薪炭林树种，桉树等能源作物，苜蓿等草本植物。
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（2）固体成型燃料
其能源密度相当于中等烟煤，热值显著提高，便于储运。
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2 气体生物质燃料
气体燃料的优点包括： ① 既可直接燃烧，又能用来驱动发动机和涡轮机； ② 能量转化效率比生物质直接燃烧高； ③ 便于运输；等等。 （1）木煤气 可燃的生物质在高温条件下经过干燥、干馏热解、氧化还原 等过程后，能产生可燃性混合气体，称为生物质燃气，俗称 “木煤气” 。 主要成分有CO、H2、CH4、CmHn等可燃气体和CO2、O2、N2 等不可燃气体及少量水蒸气。另外，还有由多种碳氧化合物 组成的大量煤焦油。
新能源与分布式发电17 Nhomakorabea生物质能
（2）沼气 人畜粪便、农林废弃物、有机废水等，在密封装置中利用特
定微生物分解代谢，能产生可燃的混合气体，称为沼气。
主要成分是甲烷(CH4)，通常体积占60%～70%。 甲烷的发热值很高，完全燃烧时仅生成CO2和H2O，并释放热 能，是一种清洁燃料。 1m3 沼气的含热量相当于0.8kg标准煤。
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（1）木煤气
原料多为原木生产及木材加工的残余物、薪柴、农副产物。 不同的生物质气化所产生的混合气体成分可能稍有差异。
目前常用的生物质燃气发生器，有热裂解装置和气化炉。 热裂解是指在隔绝空气或空气不足的不完全燃烧条件下， 将生物质原料加热，将生物质大分子中的化学键切断，使其 分解为分子量较低的CO2、H2、CH4等可燃气体。 气化炉原理：将原料送入炉内，加燃料后点燃，同时通过 进气口向炉内鼓风，通过一系列氧化还原反应形成煤气。 生物煤气中可燃气体所占比例较低，热值较低。