11、生物质能源和材料 (2)教案资料
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11、生物质能源和材料 (2)
本课内容
能源问题
生物质能源的生产
生物乙醇 生物柴油 生物制氢
生物质材料
生物可降解塑料
能源问题
• 矿物燃料（石油、煤炭、天然气）的储量是有限的， 最终总会用尽，并且随着人口的增长和发展中国家 生活水平的提高，燃料的消耗速度越来越快。
• 据2006年的统计，石油、煤炭、天然气的可开采年 数分别是41年、63年和147年。由于每年需求量的 不断增加，预计可开采年数会不断缩短。
• 欧洲也是生物质能开发利用非常活跃的地区，新技 术不断出现，并在较多的国家得以应用。许多国家 都在开发应用甲醇和乙醇的液体燃料。
• 巴西的生物质能在能源利用量中占约占25%左右， 其中薪柴和甘蔗占50~60%，其余是农业废弃物。
• 巴西是乙醇燃料开发应用最有特色的国家，实施了 世界上规模最大的生物乙醇开发计划，原料主要是 甘蔗和木薯等。
SolSource solar stove can reach high temperatures over 400°C
生物质能源 biofuel
• 生物质biomass：任何动物、植物、微生物的身体， 以及它们的排泄物中所包含的有机物质。
分类
举例
陆生生物 能源作物
水生生物
甘蔗、玉米、木薯、能源林 海藻、微生物
全球可再生能源利用的发展趋势（除去水力发电）
Gigawatt
世界能源总消耗2013
化石燃料
2008年：8.2%
Hydropower：三峡水电站
风能：The 845 MW Shepherds Flat Wind Farm nearArlington, Oregon, USA
地热能： Nesjavellir Geothermal Power Station in Iceland
• 中国的生物质资源非常丰富，每年产生7x108吨秸秆， 2x108吨林地废弃物和木材加工剩余物，畜禽粪便 1.2x108吨。此外还有大量的食品加工、酿酒工业的 有机废渣、废水和城市有机垃圾。
生物质能源的发展
• 第一代生物燃料：产品主要为生物乙醇和生物柴油， 原料主要包括糖、淀粉、植物油。
• 第二代生物燃料：以农林废弃物、纸张、城市垃圾 中的木质纤维素类为原料制成，如纤维素乙醇。
• 自从1981年8月在内罗毕召开的联合国新能源和可 再生能源会议以来，生物质能源的技术研究和开发 利用已经成为全球热门课题之一，许多国家都制定 了相应的开发研究计划。
• 美国的生物质能利用在可再生能源中占第二位，仅 次于水力发电，用生物质能发电总装机容量已超过 10,000MW。
生物质能源的历史
潮汐能：世界最大潮汐电站Rance Tidal Power Station, France
太阳能：Solar Towers of thePS10 and PS20 solar thermal plants in Spain
光伏发电：Nellis Solar Power Plant,photovoltaic power plantin Nevada, USA
• 第三代生物燃料：用CO2和(海)水经光合作用生成 油藻，再炼制生产生物柴油和燃料乙醇，目前正进 入中试阶段。
• 另外，占温室效应气体大部分的CO2也主要来自矿 物燃料的燃烧：
– 石油：CH2 + 1.5O2 → CO2 + H2O – 煤炭：C + O2 → CO2 – 天然气：CH4 + 2O2 → CO2+ 2H2O
能源问题
• 能源是现代化生活所不可缺少的一部分，因此需要 寻找其他能够替代矿物燃料的能源。
• 目前乙醇燃料已占该国汽车燃料消费量的50%以上， 也是唯一不提供纯汽油的国家。
我国的生物质能源
• 我国石油储量只占世界储量的2%，消费量却高居 世界第二位，自1993年起我国已成为石油净进口国， 到2020年石油的进口依赖度将超过55%。
• 我国政府在《国家中长期科学和技术发展规划纲要 （2006-2020年）》中，把开发利用生物质资源列为 优先发展的课题。
– 生物质是碳平衡的能源，其使用不改变大气中CO2的 浓度，其利用可有效地抑制地球的温室效应。
– 生物质的S和N含量低，其应用可以降低SOx、NOx的 排放量，减少空气污染。燃烧生物质产生的硫比煤炭 少90%。
生物质能源的历史
• 1980年，荷兰农业大学真正提出将生物质作为能源 材料，1981年美国橡树岭国家实验室开始对生物质 能源技术进行安全性评估。
• 核能的处理比较困难，带放射性的废弃物的处理也 非常棘手，常常引起人们对安全性的担忧。而且铀 的资源也是有限的。
• 可再生能源renewable enery：从自然发生的过程中 所获得的能量，能够不断地再生。水力发电、太阳 能、风能、潮汐能、地热能、生物质能。
• 相比较而言，矿物燃料使用的技术成熟，使用方便， 成本较低。可再生能源的使用比较复杂一些，成本
• 能用于大规模能源生产的生物质主要是植物，包括 淀粉类、油料、木质纤维素类的原料，目标产物主 要有乙醇、丁醇、氢气、柴油等。
生物质能源
• 在可再生能源中，生物质能具有其它可再生能源所 不具备的优点：
–ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ只有生物质采取化学能的形式贮存能量，便于贮存， 可以在必要时才使用；
– 生物质燃料的化学构成与矿物燃料相似，主要是碳氢 化合物，可以使用与矿物能源相同的结构与装置；
CO2 光合作用
CO2 碳素循环
燃烧
CH2O
燃料
尸体地下沉积
石油 煤炭 天然气
生物质
• 生物质的用途：
– 生产清洁燃料：如沼气、生物乙醇、生物柴油； – 生产环境友好型的生物质来源的高分子材料：如生物
可降解塑料。
• 生物质能源biofuel：也叫生物燃料，即以生物为原 料生产的燃料乙醇、生物柴油等，能在运输领域中 大规模替代车用燃料和石油化工产品。
农林牧渔废弃物 秸秆、木材废弃物、禽畜粪便
废弃物 工业废弃物
酿酒、食品加工、制药、造纸废水
城市垃圾
生活垃圾、粪便
• 生物质是地球上太阳能最主要的吸收器和储存器， 通过光合作用，把太阳能富集起来，储存在有机物 中，是人类最主要的可再生能源之一。
生物质能实际上是一种自太阳能
太阳能电池能量转化效率约15%； 光合作用的效率约0.23%。
本课内容
能源问题
生物质能源的生产
生物乙醇 生物柴油 生物制氢
生物质材料
生物可降解塑料
能源问题
• 矿物燃料（石油、煤炭、天然气）的储量是有限的， 最终总会用尽，并且随着人口的增长和发展中国家 生活水平的提高，燃料的消耗速度越来越快。
• 据2006年的统计，石油、煤炭、天然气的可开采年 数分别是41年、63年和147年。由于每年需求量的 不断增加，预计可开采年数会不断缩短。
• 欧洲也是生物质能开发利用非常活跃的地区，新技 术不断出现，并在较多的国家得以应用。许多国家 都在开发应用甲醇和乙醇的液体燃料。
• 巴西的生物质能在能源利用量中占约占25%左右， 其中薪柴和甘蔗占50~60%，其余是农业废弃物。
• 巴西是乙醇燃料开发应用最有特色的国家，实施了 世界上规模最大的生物乙醇开发计划，原料主要是 甘蔗和木薯等。
SolSource solar stove can reach high temperatures over 400°C
生物质能源 biofuel
• 生物质biomass：任何动物、植物、微生物的身体， 以及它们的排泄物中所包含的有机物质。
分类
举例
陆生生物 能源作物
水生生物
甘蔗、玉米、木薯、能源林 海藻、微生物
全球可再生能源利用的发展趋势（除去水力发电）
Gigawatt
世界能源总消耗2013
化石燃料
2008年：8.2%
Hydropower：三峡水电站
风能：The 845 MW Shepherds Flat Wind Farm nearArlington, Oregon, USA
地热能： Nesjavellir Geothermal Power Station in Iceland
• 中国的生物质资源非常丰富，每年产生7x108吨秸秆， 2x108吨林地废弃物和木材加工剩余物，畜禽粪便 1.2x108吨。此外还有大量的食品加工、酿酒工业的 有机废渣、废水和城市有机垃圾。
生物质能源的发展
• 第一代生物燃料：产品主要为生物乙醇和生物柴油， 原料主要包括糖、淀粉、植物油。
• 第二代生物燃料：以农林废弃物、纸张、城市垃圾 中的木质纤维素类为原料制成，如纤维素乙醇。
• 自从1981年8月在内罗毕召开的联合国新能源和可 再生能源会议以来，生物质能源的技术研究和开发 利用已经成为全球热门课题之一，许多国家都制定 了相应的开发研究计划。
• 美国的生物质能利用在可再生能源中占第二位，仅 次于水力发电，用生物质能发电总装机容量已超过 10,000MW。
生物质能源的历史
潮汐能：世界最大潮汐电站Rance Tidal Power Station, France
太阳能：Solar Towers of thePS10 and PS20 solar thermal plants in Spain
光伏发电：Nellis Solar Power Plant,photovoltaic power plantin Nevada, USA
• 第三代生物燃料：用CO2和(海)水经光合作用生成 油藻，再炼制生产生物柴油和燃料乙醇，目前正进 入中试阶段。
• 另外，占温室效应气体大部分的CO2也主要来自矿 物燃料的燃烧：
– 石油：CH2 + 1.5O2 → CO2 + H2O – 煤炭：C + O2 → CO2 – 天然气：CH4 + 2O2 → CO2+ 2H2O
能源问题
• 能源是现代化生活所不可缺少的一部分，因此需要 寻找其他能够替代矿物燃料的能源。
• 目前乙醇燃料已占该国汽车燃料消费量的50%以上， 也是唯一不提供纯汽油的国家。
我国的生物质能源
• 我国石油储量只占世界储量的2%，消费量却高居 世界第二位，自1993年起我国已成为石油净进口国， 到2020年石油的进口依赖度将超过55%。
• 我国政府在《国家中长期科学和技术发展规划纲要 （2006-2020年）》中，把开发利用生物质资源列为 优先发展的课题。
– 生物质是碳平衡的能源，其使用不改变大气中CO2的 浓度，其利用可有效地抑制地球的温室效应。
– 生物质的S和N含量低，其应用可以降低SOx、NOx的 排放量，减少空气污染。燃烧生物质产生的硫比煤炭 少90%。
生物质能源的历史
• 1980年，荷兰农业大学真正提出将生物质作为能源 材料，1981年美国橡树岭国家实验室开始对生物质 能源技术进行安全性评估。
• 核能的处理比较困难，带放射性的废弃物的处理也 非常棘手，常常引起人们对安全性的担忧。而且铀 的资源也是有限的。
• 可再生能源renewable enery：从自然发生的过程中 所获得的能量，能够不断地再生。水力发电、太阳 能、风能、潮汐能、地热能、生物质能。
• 相比较而言，矿物燃料使用的技术成熟，使用方便， 成本较低。可再生能源的使用比较复杂一些，成本
• 能用于大规模能源生产的生物质主要是植物，包括 淀粉类、油料、木质纤维素类的原料，目标产物主 要有乙醇、丁醇、氢气、柴油等。
生物质能源
• 在可再生能源中，生物质能具有其它可再生能源所 不具备的优点：
–ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ只有生物质采取化学能的形式贮存能量，便于贮存， 可以在必要时才使用；
– 生物质燃料的化学构成与矿物燃料相似，主要是碳氢 化合物，可以使用与矿物能源相同的结构与装置；
CO2 光合作用
CO2 碳素循环
燃烧
CH2O
燃料
尸体地下沉积
石油 煤炭 天然气
生物质
• 生物质的用途：
– 生产清洁燃料：如沼气、生物乙醇、生物柴油； – 生产环境友好型的生物质来源的高分子材料：如生物
可降解塑料。
• 生物质能源biofuel：也叫生物燃料，即以生物为原 料生产的燃料乙醇、生物柴油等，能在运输领域中 大规模替代车用燃料和石油化工产品。
农林牧渔废弃物 秸秆、木材废弃物、禽畜粪便
废弃物 工业废弃物
酿酒、食品加工、制药、造纸废水
城市垃圾
生活垃圾、粪便
• 生物质是地球上太阳能最主要的吸收器和储存器， 通过光合作用，把太阳能富集起来，储存在有机物 中，是人类最主要的可再生能源之一。
生物质能实际上是一种自太阳能
太阳能电池能量转化效率约15%； 光合作用的效率约0.23%。