第一章生物质的功能、概念及种类

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生物质属可再生资源,生物质能由于通过植 物的光合作用可以再生,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SOX、NOX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 缺乏煤炭的地域,可充分利用生物质能; 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。
石化燃料---煤 • 在二亿年前,枯死的植物倒入沼泽中,腐 烂的植物被尘埃或冲积物覆盖,沉积地底。 按着陆地上长出新的 植物,继续生长、枯 死、腐烂,如此不断的进行,层层相迭, 掺杂烂泥、 黏土,经过长时间及地壳的变 动,再受到地热和压力的影响,散失大部 分的水分,逐渐碳化而形成煤。
石化燃料---石油及天然气
(五)生物质在我国未来可持续发展战略中的地位
1、能源替代 2、为环境减压 3、为“三农”解困
(六)我国生物质发展思路与原则
1、一矢三的,重在“三农” 2、不争粮地,生态先行 3、多元发展,因地制宜 4、突出重点,中小为主 5、资源循环,环境优先
三、 生物质利用技术途径
生物质能转化利用途径
1、直接燃烧 2、生物化学转换 3、热化学转换
核能
• 核能也称原子能,是一种高 效率,又持久的能源。核能 发电是利用铀 235的核分裂 连锁反应释出大量热能 , 将水变成水蒸气,利用这些 蒸气来 推动发电机发电。
广东阳江核电站
自然能源---水力
• 水力发电系利用河川、湖泊等位于高处具 有位能的水流至低处,将其中所含之位能 转换成水轮机之动能,再藉水轮机为原动 机,推动发电机产生电能。
汞含量高
60%
530%
相对于纽约当地人汞含量高660%。
(二) 生物质开发利用的可行性
• 这一课题在世界范围内引起了足够的重视。 • 现代科学技术的发展加快了这一课题的开 展。 • “生物炼制”将生物质工程带入工业化时 代。
(三)生物质开发利用概况
1、美国 2、巴西 3、欧盟
目前,生物质能技术的研究与开发已 成为世界重大热门课题之一,受到世 界各国政府与科学家的关注。许多国 家都制定了相应的开发研究计划,如 日本的阳光计划、巴西的酒精能源计 划等,其中生物质能源的开发利用占 有相当的比重。
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能源的发展
一、能源的发展史
能源、材料和信息被称为人类社会发展的三大支柱。
根据各个历史阶段所使用的主要能源;可以分为
柴草时期、煤炭时期、石油时期、和常规能源向新 能源的过渡。 1、柴草时期 2、煤炭时期 的事了。 从火的发现到18世纪产业革命期间 煤炭的开采始于13世纪,而大规模
开采并使其成为世界的主要能源则是18世纪中叶
(C6H10O5)n + nH2O
催化剂
nC6H12O6
C6H12O6
点燃
2C2H5OH+2CO2↑
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。
第三节 生物质能源及非能源生物基产品的潜力
一、 生物质能源的潜力 (一) 生物质能源的分类
(二) 生物质能源的利用前景
1、燃料乙醇 燃料乙醇是从植物中获取的糖经过发酵得到 的以淀粉类植物为原料。 在美国:玉米 巴西:甘蔗 木薯
2、生Hale Waihona Puke Baidu柴油
生物柴油是清洁的可再生能源,以大豆和 油菜籽等油料作物、油棕和黄连木等油料 木本果实、工程微藻等油料水生植物以及 动物油脂、废餐饮油为原料制成的液体燃 料。 一般以20%比例混掺到石化柴油中,称B20 柴油。
石油是远古时代沉积在海底湖泊中 的动植物的遗体,在海洋条件作用下经 过千百万年的漫长转化过程而生成。
水中生物的遗骸下沉而埋没于地下
因地热或地压等作用变成石油
石油大多集中在沙岩之类孔隙较多的岩石层中
石化燃料---石油及天然气 • 天然气与煤、石油类似,几亿年 以前,地 球上大多数地方还是汪洋大 海,海里有各 种动植物,动植物死后的残骸在地下的高 温高压下,转化为天然气和石油,天然气 是石油同成分的物质气化所产生。

(1)按能源的生成方式分:一次能源和二次能源
一次能源:指在自然界现成存在,可以直接取得且不必 改变其基本形态的能源。
二次能源:指在非自然界现成存在,需要经过处理得到 的能源。
(2)按能源在当代社会中的地位分:常规能源和新 能源。
常规能源 也叫传统能源,就是指已经大规模生产和 广泛利用的能源。
新能源 指以新技术为基础,系统开发利用的能源。
将人畜粪便、作物秸杆、生活垃圾、有机 废水、活性污泥堆积在沼气池进行生物发 酵产生沼气,是生物能源利用的一种好的 形式。沼气用作生活燃料,热效率可达60 %,比秸杆直接燃烧的热效率高6倍左右, 而且沼液、沼渣可喂鱼,也是优质的有机 肥料(除含有氮磷钾以外,还含有许多腐植 质 )。
它的主要成分甲烷是一种理想的气体燃料,它无色无味,与 适量空气混合后即对燃烧。与其它燃气相比,其抗爆性能较 好,是一种很好的清洁燃料。
生物气体燃料—沼气 在沼泽、湖泊和水沟地带中,常常见到水 中有许多气泡冒出.它是由于一些微生物的活 动产生的一种臭鸡蛋气味的气体,叫做沼气。 沼气中含有甲烷、氯气、硫化氢、一氧化碳、 二氧化碳等多种气体,其中甲烷的含量大约为 65%左右。甲烷是一种可以燃烧的气体,它 的蓝色火焰可达1400℃的高温。因此,沼气 是一种优质燃料。
三角大戟
3、成型颗粒燃料
成型颗粒燃料,主要指生物质(秸秆)致 密成型燃料是将生物质(林业废弃物和农 作物秸秆)进行加工、生产出的一种具有 要求密度和热值的燃料。 利用方式: 打捆直接燃烧 气化,利用燃气发电
4、生物天然气
在欧洲,现代化的沼气生产、加工和应用 越来越受到重视和普及:
一是原料相对集中的进行厌氧发酵,为小 区供热发电; 二是经压缩净化后的沼气用于运输燃料或 民用燃气和发电。

第一章 生物质的概念、功能及种类
1、地球生物质循环以及生物质的功能 2、生物质的特征 3、生物质能源及非能源生物基产品的潜力
第一节 地球生物质循环以及生物质的功能
一、 生物质概念
生物质是指经过生物体生物活动所形成, 具有一定的能量、养分、机械强度或生理 性功能的所有有机物质。
生物质能的特点
1) 可再生性
4、化工液化技术
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 CO2
点燃
6n CO2 +5n H2O
注释:用纤维素(C6H10O5)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。
3、石油时期
第二次世界大战之后,在美国、中东、北非等地
区相继发现了大油田及伴生的天然气,每吨原油产
生的热量比每吨煤高一倍。 二十世纪60年代初期,在世界能源消费统计表 里,石油和天然气的消耗比例开始超过煤炭而居首 位。 我国能源的结构以煤炭为主的状况还要延续相当的时间
二、能源的含义其分类
1、能源:能够为人类提供某种形式能量(机械能、热 能、电能、化学能等)的自然资源及其转化物。或者 说是能量的来源称为能源。 2、能源的分类:
天然气:120万亿立方米 煤 炭:1万亿吨
按照全世界对化石燃料的消耗速度计算,这些能源可供 人类使用的时间大约还有:
储量有限的化石燃料
四、新能源
新能源与可再生能源含义和分类
• 新能源含义:在中国是指除常规化石能 源和大中型水力发电、核裂变发电之外 的生物质能、太阳能、风能、小水电、 地热能以及海洋能等一次能源。
上海台《一群死猪的奇幻漂流》
二、生物质在物质循环中的功能和意义
(一)生物质开发利用的必要性
1、资源紧张的缓解 2、环境压力的释放 3、经济增长以及生活水平提高的需求 4、生态平衡的需要
根据《纽约移民健康体检报告》 来自中国大陆的新移民体相对于来自其他 亚洲国家的新移民 铅含量高 44%
镉含量高
• 日本的阳光计划 • 现在的日本是一个风景漪丽、环境优美的太平洋岛 国,而发生于20世纪中叶的东京光化学烟雾、痛骨 病等事件却闻名于全球,引起了当时日本政府的高 度重视。启动“阳光计划”是日本政府为对付能源 危机和建设无公害社会制定并推行的新能源开发计 划。在2000年以前,组织国立研究机构企业和大学, 对太阳能发电、地热发电、合成天然气和氢能的利 用技术和设备制造进行研究和开发。采用最大程度 节约能源、资源和减少排放的简化生产工艺过程来 实现未来的化学工业,为了地球环境而变革现有技 术。
小水电
• 按照中国国家计委规定,水电站总容量在5 万kw以下的为小型水电站;5万—25万kw的 为中型水电站;25万kw以上的为大型水电 站。
三、能源现状
目前全世界使用的能源90% 取自化石燃料, 即煤炭、石油和天然气,它们经历了上亿年 的时间才得以生成,因此是不可在生能源。
从探明的储量分析,现在地球上的煤炭、石油 和天然气的总储量分别为: 石 油:1万亿桶
(3)按能否再生分(对一次能源):可再生和非再 生。
(4)按其来源分(对一次能源): 来自地球以外天体的能源:太阳能、风能、 水能、生物质能 来自地球内部的能源:地热能 地球一其它天体的作用产生的能源:潮汐 能
能源的种类
• • • • •
能源的种类可归纳为以下几类: 生物能源(木柴、油脂和酒精) 石化燃料(煤、石油和天然气) 自然能源(水力、风力、太阳能、地热) 核能
二、 生物质的化学组成和特点
生物质基本上由糖类、淀粉、蛋白质、油脂、纤 维素、半纤维素和木质素组成,它们属于可再生 资源。 将生物质转换为气体燃料比较容易,与化石燃料 相比生物质类物质含碳少,产热值低。 较低的含硫量使得其在燃烧过程中比较清洁 生物质的营养成分较低,质地粗糙,适口性差。 生物质资源比较分散、分布不均,收集困难。
巴西的酒精能源计划 为减少石油对环境的污染,巴西政府大力扶 持生态能源开发。以甘蔗为原料生产酒精, 将使用的所有汽油都添加20%到25%的酒精, 这减少了石油的消耗和污染。全国酒精计划 在实施期间得到的补贴为400亿美元,但由于 新技术的开发,这笔费用早已收回。
(四) 我国生物质开发利用现状
1、沼气 2、生物质气化 3、生物质压缩成型技术 4、生物液体燃料
• 生物柴油
非食用油脂: 棉区的棉籽油和南方的冬闲地的菜籽油 厨余油脂和废弃动物油脂 开发麻风树、黄连木、油棕等木本油料林。
• 大戟科、萝摩科、菊科、桃金娘 一公顷象草平均每年可收获12t生物石油科以及豆科植物,从它们的茎、 叶伤口处有乳白色或黄褐色液体 流出来,其中含有与石油成分相 似的碳氢化合物 • 一英亩三角大戟可生产相当于 50 吨石油的燃料。
沼气除直接燃烧用于炊事、烘干农副产品、供暖、照明和气 焊等外,还可作内燃机的燃料以及生产甲醇、福尔马林、四 氯化碳等化工原料。自80年代以来建立起的沼气发酵综合利 用技术沼气为纽带,物质多层次利用、能量合 理流动的高效 农产模 式 ,巳逐渐成为我国农村地区利用沼气技术促进可持 续发展的有效方法。
中国农业资源和环境的承载力十分有限,发展农业和农村经 济,不能以消耗农业资源、牺牲农业环境为代价。发展农村 沼气,优化广大农村地区能源消费结构,是中国能源战略的 重要组成部分,对增加优质能源供应、缓解国家能源压力具 有重大的现实意义。
3、热化学转换
生物质
复杂的化学反应
可燃性气体
第二节 生物质的特征
根据状态不同,可分为: 绿色生物质和非绿色生物质 固体生物质和液体生物质 按有效成分可分为: 糖用生物质 淀粉用生物质 纤维素用生物质 油料生物质 蛋白质用生物质 活性物原料生物质
按照来源来分: ① 农业生产品 ② 种植农业废弃物 ③ 林业废弃物 ④ 园林废弃物 ⑤ 养殖废弃物 ⑥ 加工废弃物 ⑦ 生活废弃物及人粪尿 ⑧ 能源生物
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