生物質(zhì)能利用原理與技術(shù) - 第二章生物質(zhì)能資源與植物_第1頁
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生物質(zhì)能利用原理與技術(shù)劉燦西南林業(yè)大學(xué)目錄第一章總論第二章

生物質(zhì)能資源與能源植物第三章

生物質(zhì)直接燃燒技術(shù)第四章

厭氧過程與沼氣技術(shù)第五章生物質(zhì)壓縮成型燃料技術(shù)第六章生物質(zhì)氣化技術(shù)第七章生物質(zhì)燃料乙醇技術(shù)第八章生物質(zhì)熱裂解技術(shù)第九章生物質(zhì)制氫與間接液化技術(shù)第十章植物油與生物柴油技術(shù)第十一章城市有機(jī)垃圾能源第二章生物質(zhì)能資源與能源植物第一節(jié)生物質(zhì)能的物質(zhì)基礎(chǔ)第二節(jié)生物質(zhì)資源量的估算方法第三節(jié)我國生物質(zhì)能資源第四節(jié)能源植物第一節(jié)生物質(zhì)能的物質(zhì)基礎(chǔ)生物質(zhì):廣義上是各種生命體產(chǎn)生或構(gòu)成生命體的有機(jī)質(zhì)的總稱。生物質(zhì)包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物為食物的動(dòng)物及其生產(chǎn)的廢棄物。生物質(zhì)的特點(diǎn):可再生性、低污染性、廣泛分布性。生物質(zhì)能:生物質(zhì)能是太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物中的一種能量形式,直接或間接來源于植物的光合作用。能夠作為能源而利用的統(tǒng)稱為生物質(zhì)能源。一、生物質(zhì)資源原料類型按原料的化學(xué)性質(zhì)分:糖類、淀粉、木質(zhì)纖維素物質(zhì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物薪柴、枝杈柴、柴草農(nóng)林加工廢棄物谷殼、果殼按原料來源分:人畜糞便和生活有機(jī)垃圾工業(yè)有機(jī)廢棄物能源植物二、生物質(zhì)能資源的特點(diǎn)與礦物質(zhì)比環(huán)境污染小煤的含氮、含硫量一般為0.5%-1.5%,而生物質(zhì)一般為0.2%一下。生物質(zhì)能蘊(yùn)藏量巨大,可再生。生物質(zhì)能具有普遍性,容易獲取??稍偕茉丛冢镔|(zhì)能是唯一可儲(chǔ)存于運(yùn)輸?shù)哪茉?。生物質(zhì)碳活性高、易燃,400℃時(shí)能量可完全釋放,而煤是800℃時(shí)釋放30%。質(zhì)量密度低,運(yùn)輸成本高。能量密度低。受環(huán)境影響大。三、生物質(zhì)化學(xué)組成1、碳:燃料中的主要元素,其含量多少?zèng)Q定燃料發(fā)熱值的高低。2、氫:常以碳?xì)浠衔锎嬖?,量越多,越容易燃燒。四、生物質(zhì)燃料的熱值熱值(calorificvalue),又稱卡值或發(fā)熱量。在燃料化學(xué)中,表示燃料質(zhì)量的一種重要指標(biāo)。單位質(zhì)量(或體積)的燃料完全燃燒時(shí)所放出的熱量。1kg生物質(zhì)完全燃燒所放出的熱量,稱為為高位熱值。高位熱值減去氣化潛熱值得到的熱量,即為1kg生物質(zhì)的低位熱值國內(nèi)計(jì)算燃燒值常取低位熱值(不注明的情況下)常見生物質(zhì)熱值常用燃料的熱值含水量與熱值的關(guān)系第二節(jié)生物質(zhì)資源量估算方法農(nóng)作物資源的估算薪材資源和面積有關(guān)人畜糞便資源,以人口數(shù)、禽畜存欄數(shù)、年平均排泄量為基礎(chǔ)計(jì)算。草資源和面積濕度有關(guān)。S:產(chǎn)量D:產(chǎn)率第三節(jié)我國的生物質(zhì)能資源三北地區(qū),農(nóng)業(yè)林業(yè)剩余物,邊際土地的木質(zhì)林能源植物東部沿海地區(qū),作物秸稈、畜禽糞便、生活和工業(yè)垃圾西南地區(qū),油料作物、薯類作物一、農(nóng)作物秸稈農(nóng)作物秸稈與畜爭飼問題在局部地區(qū)或今后更為突出:

黑龍江:據(jù)專家推算,全省秸稈利用情況如下:燃料占40%,飼料占30%,還田10%,工業(yè)原料及其它占20%左右。但近年來,畜牧業(yè)發(fā)展迅速。新疆:小麥、玉米秸稈基本用于飼料,對這些秸稈用途的預(yù)測結(jié)果是,今后這類秸稈將全部用作飼料,無法進(jìn)行能源的規(guī)?;谩6?、林木生物質(zhì)按照能源利用方式可分為木質(zhì)生物質(zhì)能資源和油料生物質(zhì)能資源兩大類。木質(zhì)生物質(zhì)能資源主要包括:薪炭林、林業(yè)剩余物、灌木林平茬復(fù)壯以及經(jīng)濟(jì)林修剪、造林苗木截干、城市綠化樹和綠籬修剪產(chǎn)生的枝條等。油料生物質(zhì)能資源主要包括:木本油料樹種,其種實(shí)可以用來生產(chǎn)生物柴油。黑龍江調(diào)研顯示,當(dāng)?shù)亓謽I(yè)剩余物資源供應(yīng)比較分散,以人工為收集主,尤其是對于林業(yè)剩余物的收集方面更為突出。對于采伐過程中的剩余物,枝椏有一部分回土,一部分被群眾自己收集用于燒柴,樹根一般都留在山上。對于林產(chǎn)加工過程中的剩余物,例如鋸末和邊角碎料,一般用作燒柴或廢棄了。②油料生物質(zhì)能資源

木本油料林的主要樹種包括麻風(fēng)樹、黃連木、油桐、烏桕等方省區(qū),在南方和北方地區(qū)都有分布。據(jù)估算,全國主要油料樹種果實(shí)產(chǎn)量為224.5萬噸,但目前加工利用量僅為54.7萬噸。今后,通過集約經(jīng)營,還可以大幅度提高油料樹種果實(shí)產(chǎn)量,其中一部分適宜發(fā)展生物柴油的油料林可以改造為油料能源林,還有大量荒山荒坡土地可以考慮種植油料植物。三、畜禽糞便畜禽糞便主要來自牛、豬和雞,可按其存欄數(shù)及不同月齡確定糞便產(chǎn)量。中國農(nóng)業(yè)以家庭為基礎(chǔ),戶用沼氣是對散養(yǎng)畜禽糞便收集和利用的最好方式。畜禽糞便的規(guī)?;_發(fā)主要在大中型養(yǎng)殖場。四、城市生活垃圾城市垃圾產(chǎn)生量隨人口和城市化進(jìn)程而快速增加,2005年全國垃圾生成量已經(jīng)超過1.5億噸。目前垃圾無害化處理的比例仍然很小,2005年全國垃圾無害化處理量僅為8107.8萬噸,約占垃圾生成量的54%。處理方法主要是衛(wèi)生填埋、堆肥和焚燒發(fā)電三種方式城市生活垃圾中含有大量有機(jī)物,可以作為一種能源資源,我國城市生活垃圾的熱值約為900-1500kcal/kg。全國每年垃圾生成量按15000萬噸計(jì),則垃圾資源量可折合標(biāo)準(zhǔn)煤2357萬噸。五、工業(yè)有機(jī)垃圾中國農(nóng)副產(chǎn)品及食品加工業(yè)可產(chǎn)生大量有機(jī)廢棄物,如糧食、食品、制糖、造紙、釀酒、淀粉等在生產(chǎn)中都會(huì)產(chǎn)生大量的有機(jī)廢渣和廢水。工業(yè)廢棄物的利用途徑有堆肥、焚燒以及厭氧發(fā)酵等處理方式,有機(jī)廢水的處理方式主要為厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣。據(jù)估計(jì),中國農(nóng)產(chǎn)品加工產(chǎn)生的有機(jī)廢棄物可生產(chǎn)500億立方米沼氣,相當(dāng)于3500萬噸標(biāo)煤的能量。隨著城市化進(jìn)程和居民生活水平的提高,城市有機(jī)垃圾資源量可望快速增加。六、能源作物/植物

能源植物:是指直接用于提供能源為目的的植物。能源植物分類廣泛,按植物學(xué)分類、地域分類、化學(xué)分成分類等。按化學(xué)成分分類糖類淀粉類油料類纖維素類烴類能源植物甘蔗、甜高粱、甜菜玉米、甘薯、木薯大豆、油菜、向日葵、花生亞麻、速生林、芒草續(xù)隨之、綠玉樹、銀膠菊、西谷椰子含烴汁液能源作物的改良大部分能源植物是自然生長的,收集困難,產(chǎn)量穩(wěn)定。為了滿足對能源植物不斷增加的需求量,需要對能源植物以下方面進(jìn)行改進(jìn):栽培方法抗病抗災(zāi)性能產(chǎn)量的穩(wěn)定程度繁殖,育種穩(wěn)定、難易程度光合效率生長周期長短雜交育種物理誘變育種化學(xué)誘變育種細(xì)胞工程5.基因工程能源植物種子改良技術(shù)雜交育種2、物理誘變育種是不同種類的射線(α射線是α離子,就是質(zhì)子;β射線是電子;γ射線是電磁波;X射線,10~100nm的電離射線)對植物種子進(jìn)行照射,引起:自身不能修復(fù)的DNA斷裂修復(fù)時(shí)造成染色體缺失染色體重復(fù)染色體倒位染色體易位就會(huì)引起種子基因突變。離子注入誘變育種太空育種(1)離子注入誘變育種一束離子束射向一塊材料時(shí),離子束射到材料以后,受到固體材料的抵抗而速度慢慢減低下來,并最終停留在材料中,這一現(xiàn)象就叫做離子注入。變異率高變異譜寬變異速度快技術(shù)穩(wěn)定可靠,易行。(2)太空育種

3、化學(xué)誘變育種化學(xué)誘變育種是用化學(xué)誘變劑處理植物材料,以誘發(fā)遺傳物質(zhì)的突變,從而引起形態(tài)特征的變異,然后根據(jù)育種目標(biāo),對這些變異進(jìn)行鑒定、培育和選擇,最終育成新品種例如:秋水仙素特點(diǎn):誘發(fā)突變率較高染色體畸形較少誘變范圍廣4、細(xì)胞工程全能性原理:在多細(xì)胞生物中每個(gè)個(gè)體細(xì)胞的細(xì)胞核具有個(gè)體發(fā)育的全部基因,只要條件許可,都可發(fā)育成完整的個(gè)體。(1)植物組織培養(yǎng)(2)花藥、花粉培育

單倍體培養(yǎng)(小黑麥、水稻等)5、基因工程基因工程(geneticengineering)又稱基因拼接技術(shù)和DNA重組技術(shù),是以分子遺傳學(xué)為理論基礎(chǔ),以分子生物學(xué)和微生物學(xué)的現(xiàn)代方法為手段,將不同來源的基因按預(yù)先設(shè)計(jì)的藍(lán)圖,在體外構(gòu)建雜種DNA分子,然后導(dǎo)入活細(xì)胞,以改變生物原有的遺傳特性、獲得新品種、生產(chǎn)新產(chǎn)品。優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)及綜合性狀改良:控制某項(xiàng)指標(biāo)的基因(如控制淀粉合成——美國40—60%、脂肪合成、成熟時(shí)間、作物產(chǎn)量)抗性基因工程育種:抗病、抗蟲(抵抗病毒、病菌、抗蟲害)例如:蘇云金桿菌(BT)抗逆基因育種:耐除草劑的基因、抗旱基因—仙人掌基因七、重要的能源植物1、甜高粱甜高粱簡介

雅津甜高粱,平均高度為5m左右,糖錘度平均在16—23%,耐旱、耐澇、耐鹽堿、耐瘠薄,平均畝產(chǎn)籽粒250kg,秸稈5噸左右,成熟期95—160天不等,每畝需要種子1kg左右,平均高度3—5m。雅津甜高粱種子優(yōu)勢

一、耐旱二、耐澇:甜高粱遭洪水浸泡1周,大水退后能很快恢復(fù)生長三、耐鹽堿:甜高粱可忍受的鹽濃度為0.5-0.9%,高于玉米(0.3-0.7%)、小麥(0.3-0.6%)和水稻(0.3-0.7%)等作物。四、耐高溫、耐嚴(yán)寒:甜高粱對土壤的適應(yīng)能力很強(qiáng),pH值從5.0-8.5,均能很好生長。適應(yīng)栽培的區(qū)域廣泛,10℃以上積溫2600-4500℃的地區(qū)(從海南島至黑龍江),均可栽培。五、耐瘠?。河凶魑镏械摹榜橊劇敝^六、糖份含量高:莖稈富含糖份,汁液錘度15-23七、高產(chǎn):甜高粱植株高大(3-5m),一般莖稈產(chǎn)量75噸/公頃左右,高產(chǎn)記錄為168噸/公頃,籽粒產(chǎn)量2.25-6噸/公頃。莖稈纖維含量14-18%,每公頃產(chǎn)纖維達(dá)9-15噸。雅津甜高粱秸稈、籽粒主要用途用途之一:奶牛、肉牛、羊等最佳高能飼料用途之二:乙醇(籽粒也可)用甜高粱生產(chǎn)乙醇的成本只有甘蔗的44%—80%用途之三:純高粱原酒(籽粒也可)用途之四:制糖用途之五:纖維板用途之六:代理煤炭的顆粒燃料用途之七:食用水果甜高粱桿用途之八:制味精用途之九:制醋用途之十:造紙?zhí)鸶吡煌瑫r(shí)具備經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會(huì)效益經(jīng)濟(jì)效益各國能源、食品、養(yǎng)殖等領(lǐng)域生態(tài)效益充分利用邊際非耕地土地資源社會(huì)效益:帶動(dòng)地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),增加農(nóng)民收入,增加國家、地區(qū)財(cái)政收入雅津甜高粱種子獨(dú)有性目前全球甜高粱種子適應(yīng)性、抗逆性等表現(xiàn)最佳的品種只有中國的雅津甜高粱種子。雅津?qū)<以谵r(nóng)業(yè)部、科技部領(lǐng)導(dǎo)的帶領(lǐng)下,自1976年研究試驗(yàn)改良至1994年比較成型,1995年召開第一屆全國甜高粱會(huì)議,1997年我們承辦了“國際第一屆甜高粱會(huì)議暨第二屆全國甜高粱會(huì)議”,1999年后我們的種子開始銷售美國、歐盟、東南亞、非洲等國家,1997年后美國、印度、巴西等國基本沒有新的品種。2007年10月我們承辦了“全國第三屆甜高粱會(huì)議”。目前已經(jīng)推廣近40個(gè)國家和地區(qū)。雅津甜高粱種子可以適應(yīng)印尼到俄羅斯、巴西到美國、南非到摩洛哥、埃及、印度等各種氣候的土地情況,抗倒伏、抗病、高產(chǎn)、高糖特性比較突出。目前我們已經(jīng)具備了甜高粱的近180個(gè)主要品種和配套的加工甜高粱秸稈飼料、秸稈原酒、秸稈乙醇等中小型設(shè)備生產(chǎn)能力。雅津與美國甜高粱種子比較特性美國的甜高粱含糖量逐年降低,一般糖錘度在6-13%,蟲害嚴(yán)重,而且容易倒伏,發(fā)芽率低于80%,適應(yīng)范圍很狹小。而且不能給予技術(shù)轉(zhuǎn)讓,也不能提供免費(fèi)培訓(xùn)。我們的甜高粱,一般糖錘度在16-22%,抗病蟲害,抗倒伏,發(fā)芽率高于85%,適應(yīng)區(qū)域廣泛,關(guān)鍵技術(shù)無償轉(zhuǎn)讓,而且提供免費(fèi)的技術(shù)培訓(xùn)。生產(chǎn)乙醇的理想原料

近年來,能源危機(jī)和環(huán)境污染日益嚴(yán)重,越來越多的國家已經(jīng)認(rèn)識(shí)到可再生綠色能源的重要性。甜高粱就是這樣的一種理想的替代資源。

雅津甜高粱與其他作物的乙醇生產(chǎn)率的對比作物crop乙醇ethanol升/公頃年Liter/ha/year甜高粱sweetsorghum6106liters/ha甘蔗sugarcane4700liters/ha番薯yam1790liters/ha玉米maize1883liters/ha甜高粱與甘蔗的乙醇生產(chǎn)的對比作物crop年周期cyclesayear收獲次數(shù)Timesofharvest總產(chǎn)量Total噸ton莖稈stem噸/公頃年Ton/ha/year乙醇ethanol升/公頃年Liter/ha/year甘蔗sugarcane43180-24045-604680210*52*甜高粱sweetsorghum莖稈stem1245-6046-60412652.5*52.5*籽粒seeds3.5-6.53.5-6.519805*5*合計(jì)total

6106飼料的對比Comparison

of

feedFeedstuff

飼料Total

areasin4years4年面積合計(jì)TotalProductionin

4

years4年產(chǎn)量合計(jì)Averageoutput

per

mu平均畝產(chǎn)Compared

with

corn與玉米對比muTonkg(%)Corn玉米18,77416,825896100Barley

大麥6,2814,80576685SweetSorghum甜高粱9,91922,1502,234249.2《中華人民共和國可再生能源法》

“國家鼓勵(lì)清潔、高效地開發(fā)利用生物質(zhì)燃料,鼓勵(lì)發(fā)展能源作物。國家鼓勵(lì)生產(chǎn)和利用生物液體燃料。石油銷售企業(yè)應(yīng)當(dāng)按照國務(wù)院能源主管部門或者省級人民政府規(guī)定,將符合國家標(biāo)準(zhǔn)的生物液體燃料納入其燃料銷售體系?!?/p>

國家發(fā)改委“可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃”精神

“RenewableEnergyDevelopmentPlanofMid-andLongTerm"byNationalDevelopmentandReformCommission甜高粱制取生物液體燃料流程

甜高粱種植SweetsorghumPlantation莖稈收集StemCollection

生物乙醇BioEthanol酒精廢渣Residues液體燃料市場FuelMarket

合成燃料BTL

牲畜飼料

Feedstuff

谷物Corn糧食市場CornMarketProcedureforLiquidBio-fuel牲畜Animals

四家乙醇廠:吉林,河南,黑龍江,安徽

4

Bio-ethanolPlants:Anhui,Heilongjiang,Henan,Jilin全國年產(chǎn)量:1,020.000噸/年糧食用量:3,264,000噸/年成本:4702.5元/噸安徽豐原32萬噸/年Anhui320.000t/y

黑龍江金玉10萬噸/年

Heilongjiang100.000t/y河南天冠30萬噸/年Henan300.000t/y

吉林省吉林30萬噸/年Jilin300.000t/yNationalBio-ethanoloutput:1,020,000t/yGrainConsumption:3,264,000t/yCost:470Euro/t2、能源甘蔗甘蔗是禾本科甘蔗屬植物,產(chǎn)于熱帶、亞熱帶地區(qū)。莖稈含糖量為干物質(zhì)重量的55%—70%加工時(shí),將榨出的甜漿汁經(jīng)濃縮制得的蔗糖結(jié)晶,是人類必需的食品在醫(yī)藥、工業(yè)各方面有著廣泛的用途。蔗渣可以釀酒,制酒精或作飼料和肥料,也是很好的造紙?jiān)虾腿剂稀?/p>

關(guān)于甘蔗的起源,一般有三種說法,一是起源于印度,二是起源于南太平洋的新幾內(nèi)亞,三是起源于中國。

中國是世界上古老的甘蔗種植國之一,甘蔗栽培具有悠久的歷史。早在公元前四世紀(jì),我國就有種植甘蔗的歷史記載。東漢張衡《七辯》一文已有“沙糖”之稱。南朝陶弘景《名醫(yī)別錄》記有“蔗出江東為勝,廬陵亦有好者。廣州一種數(shù)年生,皆大如竹,長丈余,取汁為沙糖,甚益人。又有荻蔗節(jié)疏而細(xì),亦可啖也。”記載了甘蔗品種和栽培地區(qū),甘蔗可制砂糖亦可生吃。有關(guān)甘蔗的描述在中國古代文獻(xiàn)中屢見不鮮。至唐朝大歷年間已有制冰糖的記載。

福建農(nóng)林大學(xué)甘蔗綜合研究所作為國家糖料作物改良甘蔗分中心農(nóng)業(yè)部甘蔗遺傳育種重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室和農(nóng)業(yè)部甘蔗及制品質(zhì)檢中心“十五”國家“863”計(jì)劃、“948”行業(yè)重大

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