第一章生物質(zhì)的功能、概念及種類

0能源的發(fā)展一、能源的發(fā)展史1、柴草時(shí)期從火的發(fā)現(xiàn)到18世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命期間

2、煤炭時(shí)期煤炭的開采始于13世紀(jì)，而大規(guī)模開采并使其成為世界的主要能源則是18世紀(jì)中葉的事了。

能源、材料和信息被稱為人類社會(huì)發(fā)展的三大支柱。根據(jù)各個(gè)歷史階段所使用的主要能源；可以分為柴草時(shí)期、煤炭時(shí)期、石油時(shí)期、和常規(guī)能源向新能源的過(guò)渡。3、石油時(shí)期

第二次世界大戰(zhàn)之后，在美國(guó)、中東、北非等地區(qū)相繼發(fā)現(xiàn)了大油田及伴生的天然氣，每噸原油產(chǎn)生的熱量比每噸煤高一倍。二十世紀(jì)60年代初期，在世界能源消費(fèi)統(tǒng)計(jì)表里，石油和天然氣的消耗比例開始超過(guò)煤炭而居首位。

我國(guó)能源的結(jié)構(gòu)以煤炭為主的狀況還要延續(xù)相當(dāng)?shù)臅r(shí)間二、能源的含義其分類1、能源：能夠?yàn)槿祟愄峁┠撤N形式能量（機(jī)械能、熱能、電能、化學(xué)能等）的自然資源及其轉(zhuǎn)化物。或者說(shuō)是能量的來(lái)源稱為能源。2、能源的分類：（1）按能源的生成方式分：一次能源和二次能源一次能源：指在自然界現(xiàn)成存在，可以直接取得且不必改變其基本形態(tài)的能源。二次能源：指在非自然界現(xiàn)成存在，需要經(jīng)過(guò)處理得到的能源。及（2）按能源在當(dāng)代社會(huì)中的地位分：常規(guī)能源和新能源。常規(guī)能源也叫傳統(tǒng)能源，就是指已經(jīng)大規(guī)模生產(chǎn)和廣泛利用的能源。新能源指以新技術(shù)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)開發(fā)利用的能源。（3）按能否再生分（對(duì)一次能源）：可再生和非再生。（4）按其來(lái)源分（對(duì)一次能源）：來(lái)自地球以外天體的能源：太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能來(lái)自地球內(nèi)部的能源：地?zé)崮艿厍蛞黄渌祗w的作用產(chǎn)生的能源：潮汐能能源的種類能源的種類可歸納為以下幾類：生物能源(木柴、油脂和酒精)石化燃料(煤、石油和天然氣)自然能源(水力、風(fēng)力、太陽(yáng)能、地?zé)?核能石化燃料---煤在二億年前，枯死的植物倒入沼澤中，腐爛的植物被塵?；驔_積物覆蓋，沉積地底。按著陸地上長(zhǎng)出新的植物，繼續(xù)生長(zhǎng)、枯死、腐爛，如此不斷的進(jìn)行，層層相迭，摻雜爛泥、黏土，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間及地殼的變動(dòng)，再受到地?zé)岷蛪毫Φ挠绊?，散失大部分的水分，逐漸碳化而形成煤。

石油是遠(yuǎn)古時(shí)代沉積在海底湖泊中的動(dòng)植物的遺體，在海洋條件作用下經(jīng)過(guò)千百萬(wàn)年的漫長(zhǎng)轉(zhuǎn)化過(guò)程而生成。水中生物的遺骸下沉而埋沒于地下石化燃料---石油及天然氣因地?zé)峄虻貕旱茸饔米兂墒褪痛蠖嗉性谏硯r之類孔隙較多的巖石層中石化燃料---石油及天然氣天然氣與煤、石油類似，幾億年以前，地球上大多數(shù)地方還是汪洋大海，海里有各種動(dòng)植物，動(dòng)植物死后的殘骸在地下的高溫高壓下，轉(zhuǎn)化為天然氣和石油，天然氣是石油同成分的物質(zhì)氣化所產(chǎn)生。

核能核能也稱原子能，是一種高效率，又持久的能源。核能發(fā)電是利用鈾235的核分裂連鎖反應(yīng)釋出大量熱能，將水變成水蒸氣，利用這些蒸氣來(lái)推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

廣東陽(yáng)江核電站自然能源---水力水力發(fā)電系利用河川、湖泊等位于高處具有位能的水流至低處，將其中所含之位能轉(zhuǎn)換成水輪機(jī)之動(dòng)能，再藉水輪機(jī)為原動(dòng)機(jī)，推動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。小水電按照中國(guó)國(guó)家計(jì)委規(guī)定，水電站總?cè)萘吭?萬(wàn)kw以下的為小型水電站；5萬(wàn)—25萬(wàn)kw的為中型水電站；25萬(wàn)kw以上的為大型水電站。目前全世界使用的能源90%取自化石燃料，即煤炭、石油和天然氣，它們經(jīng)歷了上億年的時(shí)間才得以生成，因此是不可在生能源。從探明的儲(chǔ)量分析，現(xiàn)在地球上的煤炭、石油和天然氣的總儲(chǔ)量分別為：石油：1萬(wàn)億桶天然氣：120萬(wàn)億立方米煤炭：1萬(wàn)億噸三、能源現(xiàn)狀按照全世界對(duì)化石燃料的消耗速度計(jì)算，這些能源可供人類使用的時(shí)間大約還有：儲(chǔ)量有限的化石燃料四、新能源新能源與可再生能源含義和分類新能源含義：在中國(guó)是指除常規(guī)化石能源和大中型水力發(fā)電、核裂變發(fā)電之外的生物質(zhì)能、太陽(yáng)能、風(fēng)能、小水電、地?zé)崮芤约昂Ｑ竽艿纫淮文茉础?。第一章生物質(zhì)的概念、功能及種類1、地球生物質(zhì)循環(huán)以及生物質(zhì)的功能2、生物質(zhì)的特征3、生物質(zhì)能源及非能源生物基產(chǎn)品的潛力第一節(jié)地球生物質(zhì)循環(huán)以及生物質(zhì)的功能一、

生物質(zhì)概念生物質(zhì)是指經(jīng)過(guò)生物體生物活動(dòng)所形成，具有一定的能量、養(yǎng)分、機(jī)械強(qiáng)度或生理性功能的所有有機(jī)物質(zhì)。生物質(zhì)能的特點(diǎn)

1)可再生性生物質(zhì)屬可再生資源,生物質(zhì)能由于通過(guò)植物的光合作用可以再生,與風(fēng)能、太陽(yáng)能等同屬可再生能源,資源豐富,可保證能源的永續(xù)利用；

2)低污染性生物質(zhì)的硫含量、氮含量低、燃燒過(guò)程中生成的SOX、NOX較少；生物質(zhì)作為燃料時(shí)，由于它在生長(zhǎng)時(shí)需要的二氧化碳相當(dāng)于它排放的二氧化碳的量，因而對(duì)大氣的二氧化碳凈排放量近似于零，可有效地減輕溫室效應(yīng)；3)廣泛分布性缺乏煤炭的地域，可充分利用生物質(zhì)能；4)生物質(zhì)燃料總量十分豐富。生物質(zhì)能是世界第四大能源,僅次于煤炭、石油和天然氣。上海臺(tái)《一群死豬的奇幻漂流》二、生物質(zhì)在物質(zhì)循環(huán)中的功能和意義（一）生物質(zhì)開發(fā)利用的必要性1、資源緊張的緩解2、環(huán)境壓力的釋放3、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)以及生活水平提高的需求4、生態(tài)平衡的需要根據(jù)《紐約移民健康體檢報(bào)告》來(lái)自中國(guó)大陸的新移民體相對(duì)于來(lái)自其他亞洲國(guó)家的新移民鉛含量高44%鎘含量高60%汞含量高530%相對(duì)于紐約當(dāng)?shù)厝斯扛?60%。（二）

生物質(zhì)開發(fā)利用的可行性這一課題在世界范圍內(nèi)引起了足夠的重視?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展加快了這一課題的開展。“生物煉制”將生物質(zhì)工程帶入工業(yè)化時(shí)代。（三）生物質(zhì)開發(fā)利用概況1、美國(guó)2、巴西3、歐盟目前，生物質(zhì)能技術(shù)的研究與開發(fā)已成為世界重大熱門課題之一，受到世界各國(guó)政府與科學(xué)家的關(guān)注。許多國(guó)家都制定了相應(yīng)的開發(fā)研究計(jì)劃，如日本的陽(yáng)光計(jì)劃、巴西的酒精能源計(jì)劃等，其中生物質(zhì)能源的開發(fā)利用占有相當(dāng)?shù)谋戎?。日本的?yáng)光計(jì)劃現(xiàn)在的日本是一個(gè)風(fēng)景漪麗、環(huán)境優(yōu)美的太平洋島國(guó)，而發(fā)生于20世紀(jì)中葉的東京光化學(xué)煙霧、痛骨病等事件卻聞名于全球，引起了當(dāng)時(shí)日本政府的高度重視。啟動(dòng)“陽(yáng)光計(jì)劃”是日本政府為對(duì)付能源危機(jī)和建設(shè)無(wú)公害社會(huì)制定并推行的新能源開發(fā)計(jì)劃。在2000年以前，組織國(guó)立研究機(jī)構(gòu)企業(yè)和大學(xué)，對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、合成天然氣和氫能的利用技術(shù)和設(shè)備制造進(jìn)行研究和開發(fā)。采用最大程度節(jié)約能源、資源和減少排放的簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)未來(lái)的化學(xué)工業(yè)，為了地球環(huán)境而變革現(xiàn)有技術(shù)。巴西的酒精能源計(jì)劃為減少石油對(duì)環(huán)境的污染，巴西政府大力扶持生態(tài)能源開發(fā)。以甘蔗為原料生產(chǎn)酒精，將使用的所有汽油都添加20％到25％的酒精，這減少了石油的消耗和污染。全國(guó)酒精計(jì)劃在實(shí)施期間得到的補(bǔ)貼為400億美元，但由于新技術(shù)的開發(fā)，這筆費(fèi)用早已收回。（四）我國(guó)生物質(zhì)開發(fā)利用現(xiàn)狀1、沼氣2、生物質(zhì)氣化3、生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)4、生物液體燃料（五）生物質(zhì)在我國(guó)未來(lái)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中的地位

1、能源替代2、為環(huán)境減壓3、為“三農(nóng)”解困（六）我國(guó)生物質(zhì)發(fā)展思路與原則1、一矢三的，重在“三農(nóng)”2、不爭(zhēng)糧地，生態(tài)先行3、多元發(fā)展，因地制宜4、突出重點(diǎn)，中小為主5、資源循環(huán)，環(huán)境優(yōu)先三、生物質(zhì)利用技術(shù)途徑1、直接燃燒2、生物化學(xué)轉(zhuǎn)換3、熱化學(xué)轉(zhuǎn)換生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用途徑

4、化工液化技術(shù)1、直接燃燒注釋:用纖維素（C6H10O5）n代表植物枝葉的主要成分（C6H10O5)n+6nCO26nCO2+5nH2O點(diǎn)燃缺點(diǎn):

生物質(zhì)燃燒過(guò)程的生物質(zhì)能的凈轉(zhuǎn)化效率在20－40％之間。2、生物化學(xué)轉(zhuǎn)換a、利用植物的秸桿、枝葉、雜草等制取沼氣b、用含糖類、淀粉（C6H10O5）n較多的農(nóng)作物（如玉米、高粱）為原料，制取乙醇。（C6H10O5)n+

nH2OnC6H12O6催化劑C6H12O62C2H5OH+2CO2↑點(diǎn)燃乙醇汽油的優(yōu)點(diǎn)乙醇汽油是用90%的普通汽油與10%的燃料乙醇調(diào)和而成。首先，乙醇汽油增加汽油中的含氧量，使燃燒更充分，有效地降低了尾氣中有害物質(zhì)的排放；第二，有效提高汽油的標(biāo)號(hào)，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行更平穩(wěn)；第三，可有效消除火花塞、氣門、活塞頂部及排氣管、消聲器部位的積炭，可以延長(zhǎng)主要部件的使用壽命。

3、熱化學(xué)轉(zhuǎn)換復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)生物質(zhì)可燃性氣體第二節(jié)生物質(zhì)的特征根據(jù)狀態(tài)不同，可分為：綠色生物質(zhì)和非綠色生物質(zhì)固體生物質(zhì)和液體生物質(zhì)按有效成分可分為：糖用生物質(zhì)淀粉用生物質(zhì)纖維素用生物質(zhì)油料生物質(zhì)蛋白質(zhì)用生物質(zhì)活性物原料生物質(zhì)按照來(lái)源來(lái)分：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)品種植農(nóng)業(yè)廢棄物林業(yè)廢棄物園林廢棄物養(yǎng)殖廢棄物加工廢棄物生活廢棄物及人糞尿能源生物二、生物質(zhì)的化學(xué)組成和特點(diǎn)生物質(zhì)基本上由糖類、淀粉、蛋白質(zhì)、油脂、纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成，它們屬于可再生資源。將生物質(zhì)轉(zhuǎn)換為氣體燃料比較容易，與化石燃料相比生物質(zhì)類物質(zhì)含碳少，產(chǎn)熱值低。較低的含硫量使得其在燃燒過(guò)程中比較清潔生物質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)成分較低，質(zhì)地粗糙，適口性差。生物質(zhì)資源比較分散、分布不均，收集困難。第三節(jié)生物質(zhì)能源及非能源生物基產(chǎn)品的潛力一、生物質(zhì)能源的潛力（一）生物質(zhì)能源的分類（二)生物質(zhì)能源的利用前景1、燃料乙醇燃料乙醇是從植物中獲取的糖經(jīng)過(guò)發(fā)酵得到的以淀粉類植物為原料。在美國(guó)：玉米巴西：甘蔗木薯2、生物柴油生物柴油是清潔的可再生能源，以大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黃連木等油料木本果實(shí)、工程微藻等油料水生植物以及動(dòng)物油脂、廢餐飲油為原料制成的液體燃料。一般以20%比例混摻到石化柴油中，稱B20柴油。生物柴油

非食用油脂：棉區(qū)的棉籽油和南方的冬閑地的菜籽油廚余油脂和廢棄動(dòng)物油脂開發(fā)麻風(fēng)樹、黃連木、油棕等木本油料林。

大戟科、蘿摩科、菊科、桃金娘科以及豆科植物，從它們的莖、葉傷口處有乳白色或黃褐色液體流出來(lái)，其中含有與石油成分相似的碳?xì)浠衔镆挥€三角大戟可生產(chǎn)相當(dāng)于50噸石油的燃料。一公頃象草平均每年可收獲12t生物石油

三角大戟3、成型顆粒燃料成型顆粒燃料，主要指生物質(zhì)（秸稈）致密成型燃料是將生物質(zhì)（林業(yè)廢棄物和農(nóng)作物秸稈）進(jìn)行加工、生產(chǎn)出的一種具有要求密度和熱值的燃料。利用方式：打捆直接燃燒氣化，利用燃?xì)獍l(fā)電4、生物天然氣在歐洲，現(xiàn)代化的沼氣生產(chǎn)、加工和應(yīng)用越來(lái)越受到重視和普及：一是原料相對(duì)集中的進(jìn)行厭氧發(fā)酵，為小區(qū)供熱發(fā)電；二是經(jīng)壓縮凈化后的沼氣用于運(yùn)輸燃料或民用燃?xì)夂桶l(fā)電。生物氣體燃料—沼氣

在沼澤、湖泊和水溝地帶中，常常見到水中有許多氣泡冒出．它是由于一些微生物的活動(dòng)產(chǎn)生的一種臭雞蛋氣味的氣體，叫做沼氣。沼氣中含有甲烷、氯氣、硫化氫、一氧化碳、二氧化碳等多種氣體，其中甲烷的含量大約為65％左右。甲烷是一種可以燃燒的氣體，它的藍(lán)色火焰可達(dá)1400℃的高溫。因此，沼氣是一種優(yōu)質(zhì)燃料。

將人畜糞便、作物秸桿、生活垃圾、有機(jī)廢水、活性污泥堆積在沼氣池進(jìn)行生物發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，是生物能源利用的一種好的形式。沼氣用作生活燃料，熱效率可達(dá)60％，比秸桿直接燃燒的熱效率高6倍左右，而且沼液、沼渣可喂魚，也是優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料(除含有氮磷鉀以外，還含有許多腐植質(zhì))。它的主要成分甲烷是一種理想的氣體燃料，它無(wú)色無(wú)味，與適量空氣混合后即對(duì)燃燒。與其它燃?xì)庀啾?，其抗爆性能較好，是一種很好的清潔燃料。沼氣除直接燃燒用于炊事、烘干農(nóng)副產(chǎn)品、供暖、照明和氣焊等外，還可作內(nèi)燃機(jī)的燃料以及生產(chǎn)甲醇、福爾馬林、四氯化碳等化工原料。自80年代以來(lái)建立起的沼氣發(fā)酵綜合利用技術(shù)沼氣為紐帶，物質(zhì)多層次利用、能量合理流動(dòng)的高效農(nóng)產(chǎn)模式，巳逐漸成為我國(guó)農(nóng)村地區(qū)利用沼氣技術(shù)促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的有效方法。中國(guó)農(nóng)業(yè)資源和環(huán)境的承載力十分有限，發(fā)展農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)，不能以消耗農(nóng)業(yè)資源、犧牲農(nóng)業(yè)環(huán)境為代價(jià)。發(fā)展農(nóng)村沼氣，優(yōu)化廣大農(nóng)村地區(qū)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，是中國(guó)能源戰(zhàn)略的重要組成部分，對(duì)增加優(yōu)質(zhì)能源供應(yīng)、緩解國(guó)家能源壓力具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。沼氣發(fā)酵的優(yōu)點(diǎn)（一）白色能源——沼氣煮飯、燒水可用沼氣代替柴和煤，也可以用沼氣化替柴油、汽油開動(dòng)內(nèi)燃機(jī)，還可以建造沼氣發(fā)電站把生物能轉(zhuǎn)換成電能利用。沼氣本身還是寶貴的化工原料，用它可以生產(chǎn)三氯甲烷，四氯化碳等產(chǎn)品；又是塑料、纖維、橡膠、染料的原料之一。（二）增加肥效農(nóng)作物所需的肥料有氮肥，磷肥和鉀肥。糞及稻草等農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品除含氮磷和鉀外，尚含有碳、氫等元素。農(nóng)村在使用這些肥料時(shí)必須在糞坑內(nèi)漚爛，才能用作肥料，在漚爛期中碳、氫元素白白浪費(fèi)。將這些肥料放在沼氣池里，密閉發(fā)酵，則碳、氫元素變?yōu)檎託?，而氮、磷、鉀等元素不變，這是一舉兩得。（三）消除病害糞便中所含病原菌需要空氣才能生活，因此在隔絕空氣的情況下很快死亡。糞便中的蟲卵，因糞液中含氨較多亦被殺死。（四）處理污泥應(yīng)用活性污泥法處理城市污水及工業(yè)廢水余下大量污泥，