生物质能开发利用的概述

《生物质能开发利用的概述》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、能源工程4生物质能开发利用的概述——能源工程课题论文刘雅俊南京大学化学化工学院111130075摘要：生物质能源是惟一可再生、可替代化石资源转化成气态、液体和固态燃料以及其他化工原料或者产品的碳资源。随着化石资源的枯竭和人类对全球性环境问题的关注,生物质能源替代化石资源利用的研究和开发,已成为国内外众多学者研究和关注的热点。关键词：生物质；生物质能；沼气；微藻生物能源工程4前言生物质是地球上存在最广泛的物质,它包括所有动物、植物和微生物以及由这些有生命物质派生、排泄和代谢的许多有机质。生物质能源是一种可以与环境协调发展的可再生能源。通过现代生物质能转化技术可以将生物质转化成各种清洁燃料

2、,替代煤炭、石油和天然气等矿物能源。目前,生物质能源的研究与开发技术主要包括物理转化、热化学转化和生物转化三大类,其中生物转化技术主要是以酶法水解和微生物发酵为手段,促进生物质转化的过程。从世界范围看,生物质能转化的原料主要还是玉米、小麦等淀粉类粮食作物。与石油燃料相比,以农作物为原料转化的产品成本较高,且受人口、土地等因素限制,产量也不可能大幅度增加。植物秸秆等农业废弃物中富含葡萄糖和木糖等可发酵糖,以大量廉价的农作物废料和植物秸秆等木质纤维素为原料是解决能源危机的有效途径。以下将详略介绍三代生物质能源技术及其概况。第一代生物质能源以玉米、甘蔗等农作物为原料生产生物乙醇，或者以大豆、

3、油菜籽、油棕榈等油料作物为原料加工生物柴油。它们都存在着产量低、成本高、经济性差、与其它农作物争夺土地、导致国际粮食价格提升等缺点。而且油料植物主要有麻疯树、油桐树、油茶、黄连木等,它们仅生长在少数地域,且要受到季节变换以及生长周期的影响,不能够源源不断地长期产油。国内目前的生物柴油工厂大都以廉价的餐饮废油脂为原料，餐饮废油存在质量不稳定、来源分散等问题。第二代生物质能源技术可以直接把农业废弃物等木质素纤维素转化为燃料，其中以生物质裂解气化技术为主。生物质气化是把生物质在高温的条件下裂解成为小分子的气体物质，设备要求较高，且产物储存困难，一般需要再次转化，成本很高。虽然这两代生物质能运

4、用上有困难和不足之处，但依国情和地理环境形势也有很多优点可取。对于一代生物质能早有大量讨论，本文将着重介绍二代生物质能以及具有分布广泛、油脂含量高、环境适应能力强、生长周期短、产量高等众多特点的第三代生物质能——海藻生物燃料。正文1．“沼气”的开发和利用目前新型生物质能的主流应用方向有热化学转化和生物化学转换两种，其中生物化学转换包括“生物质-乙醇转换”“生物质-柴油转换”和“生物质-沼气转换”三种。生物乙醇是从甘蔗、玉米、薯类作物或农作物秸秆中提炼、加工，生物柴油是用油菜籽、向日葵、大豆等油料作物加工而成。但是前两者虽然可以缓解能源压力、减小环境污染，但考虑到世界上的粮食短缺问题，用

5、粮食作物生产燃料无异于挖肉补疮。世界银行研究指出，2005-2007年玉米价格上涨超过60%，美国的生物转能源计划则是一主要诱因（美国目前是世界第一大生物燃料生产国）。因此，“生物质-乙醇转换”“生物质-柴油转换”的广泛推广应用存在着很大限制，而“生物质-沼气转换”则不存在这样的问题。能源工程41776年，意大利科学家沃尔塔发现沼泽地里腐烂的生物质发酵，从水底冒出一连串的气泡，分析其主要成分为甲烷和二氧化碳等气体。由于这种气体产生于沼泽地，故俗称“沼气”。在沼气发酵过程中，有发酵性细菌、产氢产乙酸菌、耗氧产乙酸菌、食氢产甲烷菌等五大类微生物参加沼气发酵。它们在发酵过程中的作用及对生存条

6、件的要求，有以下三个阶段：第一个阶段落：液化。在沼气发酵中首先是发酵性细菌群利用它所分泌的胞外酶，如纤维酶、淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶等，对有机物进行体外酶解，也就是把禽畜粪便、作物秸秆、豆制品加工后的废水等大分子有机物分解成能溶于水的单糖、氨基酸、甘油和脂肪等小分子化合物这个阶段叫液化阶段。第二个阶段：产酸。这个阶段是三个细菌群体的联合作用，先由发酵性细菌将液化阶段产生的小分子化合物吸收进细胞内，并将其分解为乙酸、丁酸、氢和二氧化碳等，再由产氢乙酸菌把发酵性细菌产生的丙酸、丁酸转化为甲烷菌可利用的乙酸、氢和二氧化碳等。另外，还有耗氧产乙酸菌群，这种细菌群体利用氧和二氧化碳生产乙酸，还能代

7、谢糖类产生乙酸，它们能转变多种有机物为乙酸。液化阶段和产酸阶段是一个连续过程，统称不产甲烷阶段。在这个过程中，不产甲烷的细菌种类繁多，数量巨大，它们主要的作用是为产甲烷菌提供营养和为产甲烷菌创造适宜的厌氧条件，消除部分毒物。第三个阶段：产甲烷。在此阶段中，产甲烷细菌群可以分为食氢产甲烷菌和依乙酸产甲烷菌两面三刀大类群。已研究过的就有70多种产甲烷菌，它们利用以上不产甲烷的三中菌群所分解转化的甲酸、乙酸、氢和二氧化碳小分子化合物等生成甲烷。178