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生物质能源的利用和发展文献综述
文献综述
生物质能源的利用和发展
姓名：
张原源
学号：
01201307030319
专业：
化学工艺
授课教师：
王海彦
生物质能源的利用和发展
前言
【关键词】生物能源的开发利用是当前国内外广泛关注的一个重大课题。
它不仅关系到各能源消费大国的能源安全问题，而且关系到各国能否胜利实现可持续发展。
由于生物质能所具有的可再生性、环保性、资源丰富性和可替代性等优点，生物质能的开发与利用的研究已越来越受到世界研究者的目光，世界各国如巴西、美国、欧盟均都投入了大量的人力物力财力研究生物质能并取得了较大的成绩，为其他国家的发展提供了借鉴经验。
我国出台的可再生能源法也极大的促进了我国生物质能源的发展。
目前纤维素的开发利用、农作物的秸秆利用、生物柴油的发展与利用、海洋微藻生物质能的开发与利用等方面生物质能的研究已经投入到实际生产当中去，而且随着分子生物学、基因工程原理遗传学原理的广泛应用，人们也已经开发出了用转基因烟草开发生物质能的方法。
21世纪是生物的世纪,是科学技术飞速发展的新世纪,可持续发展是当前经济发展的趋势所在.面对化石能源的枯竭和环境的污染,生物能源的开发利用为经济的可持续发展带来了曙光.生物能源作为可再生,污染极小的能源,具有无可比拟的优越性,必将为21世纪的经济发展和环境保护注入强大的推动力！
【摘要】生物质能源、现状、目前研究、发展
Theuseanddevelopmentofbiomassenergy
Abstract：
TheBio-energydevelopmentandutilizationiswidespreadconcernathomeandabroadasamajorissue.Itisnotonlyrelatedtotheenergyconsumingcountriesofenergysecurity,butalsototheabilityofStatestovictoryinachievingsustainabledevelopment.Sincebiomassisarenewable,environmentalprotection,resource-richandirreplaceableadvantagesofbiomassenergydevelopmentandutilizationofmoreandmoreattentionbyresearchersintheworld,theworldsuchasBrazil,UnitedStates,theEUhasinvestedagreatdealofhumanmaterialandfinancialresourcesofbiomassandhasmadegreatachievementsinthedevelopmentofothercountriessuppliedtheexperiences.Atpresentthedevelopmentandutilizationofcellulose,cropstrawutilization,developmentandutilizationofbio-diesel,marinemicroalgaebiomassenergysuchasbiomassenergydevelopmentandutilizationofresearchhasbeenputintoactualproduction,andalongwithmolecularbiologygeneticengineering,theextensiveapplicationofprinciplesofgenetics,ithasalsobeendevelopedwiththedevelopmentoftransgenictobaccobiomassmethod.The21stcenturyisthecenturyofbiologyistherapiddevelopmentofscienceandtechnology,thenewcentury,economicdevelopment,sustainabledevelopmentisthetrendofthecurrentlocation.Thefaceoffossilenergydepletionandenvironmentalpollution,bio-energydevelopmentandutilizationforthesustainableeconomicdevelopmentzonetothedawn.bio-energyasarenewable,pollution,minimalenergy,hasincomparablesuperiority,willforthe21stcenturyeconomicdevelopmentandenvironmentalprotectionintoapowerfuldrivingforce!
Keywords：
Biomassenergy,status,use,development
目录
生物质能源的利用和发展2
1引言5
1生物能源概述5
1.1对生物能源含义有代表性的的看法：
6
1.2生物质能与常规能源的相似性及可获得性6
1.3生物能源的分类6
7
2生物质能源目前的发展状况7
2.1国外开发生物能源的经验7
2.1.1巴西生物能源发展7
2.1.2美国生物能源发展8
2.1.3欧盟生物能源发展8
2.2中国生物能源利用现状8
2.3制约我国生物质能开发利用的因素8
2.3.1缺乏总体规划和发展8
2.3.2经济效益不高9
2.3.3技术尚需革新9
2.4我国可再生能源法对于生物质能源的促进9
3生物质能源的研究方面与利用9
3.1陆地纤维素目前开发应用概况10
3.1.1纤维素降解的困难所在10
3.1.2纤维素开发酒精的研究情况10
3.1.3目前酒精生产面临的问题——与粮争地10
3.2农作物秸秆的综合利用11
3.2.1目前解决“秸秆焚烧”所存在的问题11
3.2.2解决“秸秆焚烧问题”的对策与建议12
3.2.3秸秆利用与循环经济13
3.3生物柴油的现状与发展前景13
3.3.1生物柴油的现状与发展前景13
3.3.2生物柴油的主要特性13
3.3.3生物柴油的生产方法15
3.3.4生物柴油的应用前景分析15
3.4微藻生物质可再生能源的开发利用16
3.4.1利用藻类作热解材料具有如下优点。
16
3.4.2微藻生物柴油的生产工艺16
3.4.3降低生物柴油的成本,提高生物燃料的可行性的方式17
3.4.4微藻生物柴油未来发展趋势18
3.5其他研究进展18
3.5.1海水和沙漠转化生物燃料并释放淡水研究18
3.5.2基因技术有望使烟叶成为生物燃料原料19
4展望未来与发展规划19
4.1展望未来19
4.2我国生物质能的发展规划19
5结语20
参考文献：
20
引言
随着世界能源消耗量的不断加剧，能源安全已经愈来愈深刻地影响着当今全球经济社会的发展。
人们深刻认识到石油、煤、天然气等化石能源的资源有限性及其使用过程中产生的环境污染问题。
而生物能源（即能够直接或间接地通过绿色植物的光合作用，把太阳能转化为化学能后固定贮存在生物体内）因其具有可再生性、环保性、资源丰富性和可替代性而日益引起国际社会的共同关注。
美国、日本、德国、巴西等国家已走在了生物能源发展的前列。
生物质能源的优点在于其既是保障能源安全的重要途径之一，又兼具减轻环境污染的特点。
在这一点上，作为生物质能源家族一员的能源作物更是表现得淋漓尽致。
如甜高粱，不仅可以通过能量转换替代化石液体燃料，保障能源安全，同时还能保障粮食安全，而且还能吸收二氧化碳，加工过程中无污染，原料得以物尽其用。
生物质能源的优点还在于它是可再生能源领域唯一可以转化为液体燃料的能源。
它不仅具有资源再生、技术可靠的特点，而且还具有对环境无害、经济可行、利国利农的发展优势。
生物质能源的优点还在于它可以有效促进能源农业的发展，能够助推社会主义新农村建设的发展。
能源作物的大面积种植可以开发利用闲置的荒漠地、盐碱地，有利于这些质地差的土壤逐渐改良，更有利于农业产业结构调整，还可以培育出致力于可再生能源利用领域的新型农民。
不仅如此，它还可以吸纳农村剩余劳动力，增加农民收入，农民的收入来源也变得更加多元化。
1生物能源概述
能源是人类活动的物质基础，简单地说，凡是能被人类利用以获得有用能量的各种来源都可以称为能源。
在某种意义上讲，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。
当今世界，能源的发展是全世界、全人类共同关心的问题，也是我国社会经济发展的重要问题。
按能源是否具有可再生性，可以将能源分为不可再生能源和可再生能源两大类。
不可再生能源主要包括化石能源，如煤、石油、天然气和核能等；可再生能源是指通过天然作用或人工活动能再生更新、可为人类反复利用的自然资源，如小水电、太阳能、风能、生物能源、地热能、海洋能和固体废物等。
目前，从世界范围看，生物能源利用在各种形式的可再生能源利用的总份额中所占比重最大，是一种理想的可再生能源。
1.1对生物能源含义有代表性的的看法：
（1）利用具有能源价值的植物和有机废弃物等生物质作为能源，称为生物质能。
它是由太阳能源、空气、水、土壤等的作用而成，可取之不尽。
（2）生物能源，又叫绿色能源，就是通过种植含有大量能源的植物（如一些可以快速生长的树和草类），并对这些植物进行加工转换而生产出的电力、气体和液体燃料等二次能源。
（3）生物能源，在生物学领域中，是表征生物体量的名词。
在能源资源领域，多数情况下被定义为在一定量的生物体蓄积量中，除去化石资源后剩余的有机资源。
（4）生物能源也称为生物质能。
生物质是指有机物中除化石燃料外的所有来源于动、植物能再生的物质。
生物质能则是指直接或间接地通过绿色植物的光合作用,把太阳能转化为化学能后固定和贮藏在生物体内的能量。
1.2生物质能与常规能源的相似性及可获得性
生物质能的载体是有机物，所以这种能源是以实物的形式存在的，是唯一一种可储存和可运输的可再生能源。
而且它分布最广,不受天气和自然条件的限制，只要有生命的地方即有生物质存在。
从利用方式上看，生物质能与煤、石油内部结构和特性相似，可以采用相同或相近的技术进行处理和利用，利用技术的开发与推广难度比较低。
另外，生物质可以通过一定的先进技术进行转换，除了转化为电力外，还可生成油料、燃气或固体燃料，直接应用于汽车等运输机械或用于柴油机，燃气轮机、锅炉等常规热力设备，几乎可以应用于目前人类工业生产或社会生活的各个方面，所以在所有新能源中，生物质能与现代的工业化技术和目前的现代化生活有最大的兼容性，它在不必对已有的工业技术做任何改进的前提下即可以替代常规能源，对常规能源有很大的替代能力，这些都是今后生物质能发挥重要作用的依据。
从化学的角度上看，生物质的组成是C-H化合物，它与常规的矿物燃料，如石油、煤等是同类。
由于煤和石油都是生物质经过长期转换而来的，所以生物质是矿物燃料的始祖，被喻为即时利用的绿色煤炭。
正因为这样，生物质的特性和利用方式与矿物燃料有很大的相似性，可以充分利用已经发展起来的常规能源技术开发利用生物质能。
但与矿物燃料相比，它的挥发组分高，炭活性高，含硫量和灰分都比煤低，因此，生物质利用过程中SO2、NOx的排放较少，造成空气污染和酸雨现象会明显降低；这也是开发利用生物质能的主要优势之一。
1.3生物能源的分类
生物能源取材广泛，通常包括农业生物能源（农业作物、农业废弃物等）、林业生物能源（木炭、薪材、林业废弃物等）、微生物能源（主要为藻类、细菌）、城市及工业废物残渣和动物粪便等。
（1）农业生物能源。
农业生物能源来源极为广泛，主要有农业作物和农业废弃物两大类。
农业作物的种类很丰富，如甜高粱、稻米、木薯、甘薯、油菜籽、玉米、花生等；农业废弃物，如秸秆、枝条、谷壳等。
（2）林业生物能源。
林业生物能源和农业生物能源一样，在能源利用中起着十分重要的作用。
林业生物能源主要来自森林生态系统，它的主要组成部分是木柴能源，包括薪柴、木炭、林业废弃物和作为燃料用的其他木质产品。
林业生物能源在未来能源利用领域中存在着巨大的开发潜力和广阔的市场前景。
（3）微生物能源。
微生物能源资源丰富，是重要的生物能源，在生物能源的开发利用中起着不容忽视的作用。
微生物中的蓝绿藻、光合菌、厌氧菌等都可以通过不同的方法产生氢气。
2生物质能源目前的发展状况
2.1国外开发生物能源的经验
现代意义上的生物能源的开发，已有几十年的历史。
20世纪70年代初的石油危机，使得欧美国家积极寻找替代能源，积极地从事生物能源等可再生能源的研究和开发，围绕新型生物能源作物培育和生物能源转换技术等方面展开进行研究和试验，并从政策上给生物能源的开发给予支持。
2.1.1巴西生物能源发展
1973年，石油危机爆发，沉重打击了巴西经济，致使政府下决心发展石油替代产业。
1975年，巴西政府启动“生物能源计划”和“全国实施发展燃料乙醇生产计划”，两大计划的核心是用甘蔗作原料，生产燃料乙醇，作为车用动力。
巴西政府在数年内投入数十亿美元，扶持该上述两大计划的实施。
到20世纪90年代，燃料乙醇产量达1万吨，居世界第一位。
巴西发展石油替代产业，与本国支柱产业蔗糖生产相结合，逐步形成甘蔗生产一燃料酒精一乙醇汽车，一个全新的生产链。
这些乙醇加工厂在糖价高时生产食用糖出口，在糖价低时生产燃料酒精供本国使用。
现在不仅国际石油价格对巴西社会经济影响大大减弱，农民的甘蔗种植与蔗糖生产也相对稳定。
2.1.2美国生物能源发展
美国生物能源的研究和开发方面，对大量的能源作物进行研究和试验，并制定了“能源农场”开发研究计划，同时推进生物质能技术和装置的商业化应用，实现了规模化产业经营。
美国的玉米产量列全球之首，20世纪80年代，玉米生产过剩，由于国际粮食市场疲软，出口困难。
而生产燃料乙醇为玉米转化寻找到了出路。
美国于2000年开始实施“开发和推进生物质产品和生物能源”的法案，计划将用生物质能替代30%的交通领域石油消费，2003年美国燃料乙醇的总生产能力达到约840万吨。
2010年将超过1200万吨。
2.1.3欧盟生物能源发展
欧盟地处能源十分紧缺的地区，石油、天然气、煤炭等传统能源主要依靠进口。
大力开发节约型替代能源便成为欧盟一项重要的能源课题。
欧洲在生物柴油合成、生物质发电等方面居世界领先地位，2004年，欧洲已有10万吨级的利用秸秆生产柴油的装置投产，2003年欧盟生物柴油产量达到130万吨。
秸秆发电方面，以丹麦为例，1988年丹麦诞生了第一座秸秆生物燃烧发电厂。
目前，已建立了130家秸秆发电厂。
秸秆发电技术现已走向世界，被联合国列为重点推广项目。
石油的消费量却比1973年下降了50%。
这一巨变的背后，是秸秆发电等可再生资源占了丹麦全国能源消费量的24%以上。
值得关注的是，欧美各国在开发生物能源的过程中，都把能源开发和农村经济的复兴结合起来，取得了较好的效果。
另外，各国政府在资金投人、政策支持等方面，对生物能源的开发起了关键作用，如生物能源生产研发技术的先期投资、减免环境税等，都值得我国借鉴。
2.2中国生物能源利用现状
中国已经开发出多种固定床和流化床气化炉，以秸秆、木屑、稻壳、树枝为原料生产燃气。
2006年用于木材和农副产品烘干的有800多台，村镇级秸秆气化集中供气系统近600处，年生产生物质燃气2,000万立方米。
中国政府及有关部门对生物质能源利用也极为重视，己连续在四个国家五年计划将生物质能利用技术的研究与应用列为重点科技攻关项目，开展了生物质能利用技术的研究与开发，如户用沼气池、节柴炕灶、薪炭林、大中型沼气工程、生物质压块成型、气化与气化发电、生物质液体燃料等，取得了多项优秀成果。
政策方面，2005年2月28日，第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议通过了《可再生能源法》，2006年1月1日起已经正式实施，并于2006年陆续出台了相应的配套措施。
这表明中国政府已在法律上明确了可再生能源包括生物质能在现代能源中的地位，并在政策上给予了巨大优惠支持，因此，中国生物质能发展前景和投资前景极为广阔。
中国在生物质能源方面，目前主要是雅津甜高粱秸秆和籽粒加工乙醇，渣加工颗粒燃料作为替代煤炭的可再生能源。
在光能应用方面，中国的光能农业发展处于国际领先地位，太阳能和农作物种子的直接结合，促使太阳能深层次的发展和利用。
2.3制约我国生物质能开发利用的因素
开发、利用生物质能源是我国目前应对能源危机和环境恶化两大难题的必然选择。
然而，要加速生物质能源的开发、利用，并使之尽快成为一大新兴产业，形成对石油的全部或部分替代，仍然面临着诸多制约因素。
2.3.1缺乏总体规划和发展
思路发展生物质能源产业涉及的层面和环节众多，投资巨大，仅依赖于市场机制难以奏效，必须借助于强有力的“政府之手”。
这是因为国家环境战略的实施在相当长时间内是国家意志、政府行为，而国家能源战略也不完全是市场行为。
我国目前尚没有制订出适合国情的生物质能源发展国家战略和发展计划，从而严重束缚了企业的手脚，使得我国生物质能源产业的发展缓慢。
目前，生物燃料乙醇的年产量才100多万t，生物柴油也刚刚起步，我国的生物能源产业发展的规模还非常小。
如果政府仍不主导生物质能源的发展，那么与发达国家的差距将进一步拉大。
所以，政府的当务之急是进行相关的立法，明确相应的产业发展、扶持政策。
2.3.2经济效益不高
虽然政府和社会十分关心生态效益和经济效益，但在市场经济条件下生物质能源产业能否形成并得到长足发展关键在于其能否带来经济效益，因为经济主体（农户和企业）不仅看重它的技术效率和发展前景，而且更看重它的经济效率。
目前，我国生物质能源产业刚刚起步，而且其产品乙醇和生物柴油生产所采用的主要原料都是农产品。
但是用粮食生产乙醇不具有成本优势，燃料乙醇的生产依赖于国家的财政补贴和税收优惠。
企业每生产1t燃料乙醇可得到国家财政1800元的补贴，并免征5％消费税，增值税实行先征后返。
这一状况决定了目前我国乙醇汽油的生产模式很难进入商业化运行阶段。
目前我国生物质能源产业经济效益低下的原因：
①规模经济问题。
对于一个人口接近13亿的农业大国，在未来相当长的时间内，粮食安全仍将是一个首要问题，所以生物质产业的发展以富裕粮食作为加工原料是没有出路的，必须依赖农作物秸秆等生物质。
由于农业生产加工过程相对分散，农作物秸秆等生物质的收集成本比较高，直接结果是生物质能源和生物材料的生产成本高于石油开发成本，因而生物质产业的经济效益的提升应寄希望于规模经济。
②结构问题。
通过开发空闲地等边际性土地，改善农业产业结构，大量种植能源植物，发展能源农业，以便为生物质能源产业发展提供更优质的原材料。
③技术效率低下问题。
目前生物质的加工转化率较低，直接制约经济效益的提升。
④生物质能源的外部性补偿问题。
生物质能源的开发利用能够净化空气、改善环境，从经济学角度上说，这种正的外部性应该得到补偿，因而在实践中探索对生物质产业进行适当补偿，也是提升该产业经济效益的一种途径。
2.3.3技术尚需革新
当前制约我国生物质能源产业发展的最大瓶颈在于生物质转化的技术效率较低和自主知识产权少、创新能力不足。
当务之急就是建立、完善一系列符合国情的政策支持和技术标准，切实加强发展规划和扶持政策研究工作，实行官、产、学、研4方面联合行动，瞄准最紧迫的领域进行科技攻关，从而为产业发展提供强大的技术支撑，帮助企业降低生产成本。
目前我国亟待进行科技攻关的领域：
①陈化粮或农作物秸秆等纤维质生物质制酒精或生物柴油的发酵、提炼技术研究；②生物质能源的液化技术研究；③生物技术和转基因技术在能源农业上的应用研究；④开发高浓度乙醇发动机或纯乙醇发动机等相关研究等。
2.4我国可再生能源法对于生物质能源的促进
2005年2月28日颁布，2006年1月1日实施的《可再生能源法》是我国一部非常重要的对能源领域进行调整的法律，它不仅弥补了我国能源法体系的一个空缺，使我国能源法的体系趋向完整，而且从制度设计的角度看，也属于我国能源领域比较成熟和比较先进的立法，是我国能源政策法制化的具体体现，可以较好地实现能源可持续发展的目标。
《可再生能源法》和配套法律法规的出台，为可再生能源的开发利用创造了较好的环境，仅燃料乙醇项目正在立项的规模就超过1200万吨，生物柴油研究和试验性生产全面启动，通过建立可再生能源基金的办法将使我国陆的可再生能源生产能力得到迅速提高。
由于生物质能源在环境效应、生产成本和农业综合效益方面的特殊作用，生物质能应该作为可再生能源的重要组成部分优先开发；交通燃料替代的紧迫性和经济性需要将生物柴
油的生产列为重点，以油菜为原料生产生物柴油是较佳选择，利用原料生产和转化技术的优势开创新兴产业。
3生物质能源的研究方面与利用
目前陆地纤维素的开发利用、农作物的秸秆利用、生物柴油的发展与利用、海洋微藻生物质能的开发与利用等方面生物质能的研究已经投入到实际生产当中去，而且随着分子生物学、基因工程原理遗传学原理的广泛应用，人们也已经开发出了用转基因烟草等方法开发生物质能的方法。
3.1陆地纤维素目前开发应用概况
纤维素是自然界中最丰富的碳水化合物，超过其它碳水化合物的总和，是一类可再生的重要的资源和能源，也是数量最大的一类环境污染物。
它不溶于水，在环境中比较稳定，只有在产纤维素的酶的微生物的作用下，才能分解成简单的糖类。
因此，纤维素酶自1906年从蜗牛消化液中被发现起就受到世界各国的重视。
随着人口的迅猛发展和人民生活水平的不断提高，能源危机、食物短缺、环境污染等日益严重地困扰着整个世界。
寻找开发新的能源、节省粮食、减少环境污染的有效途径显得越来越重要，井已引起吐界许多国家的重视。
植物每年通过光合作用产生达1000亿吨纤维素，是自然界为人类提供的一笔巨大的物质财富，而且纤维素类物质是地球上唯一的数量巨大而又未得到充分利用的可再生的资源，除少数用于造纸、建筑、纺织等行业外，大部分未被充分利用，白白地烂掉或扔掉，有些还造成严重的环境污染（如农作物的秸杆、城市的垃圾等）。
3.1.1纤维素降解的困难所在
在微生物降解纤维素物质过程中，酶和纤维素底物直接接触是纤维素水解的先决条件。
只有使酶从有机体扩散至纤维素复杂结构的内部才能完成。
任何限制纤维素与酶接近的结构特征，都会减少纤维素对酶降解的敏感性。
木质素虽然对纤维素的酶解反应没有损害作用，但由于它包在纤维素外部，能阻止酶分子对纤维素的进攻，从而降低反应速率。
因此对木质纤维素进行预处理，改变天然纤维结构，降低纤维素结晶度，脱去木质素，可以大大提高酶解效率。
3.1.2纤维素开发酒精的研究情况
多年来，中外学者对纤维素的开发利用进行了大量的探索，对分解纤维素的微生物、纤维素酶、纤维素的酶水解、纤维素生产SCP等己有四十多年的研究历史，但研究用纤维素类资源生产燃料酒精及化工产品确近二十年的事。
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