张向丹第二次修改1.docx

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张向丹第二次修改1

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新乡学院

毕业论文

题目生物质能的利用现状与前景

姓名张向丹

院系生命科学与技术系

专业班级生物技术及应用二班

学号2007191302008

指导教师徐鑫

撰写日期2010年4月10日

摘要：

随着能源问题日益严峻，人们探索将生物质能作为一种替代能源，进行了深入的研究，目前发展生物质产业已成为我国加快现代农业建设、发展农村循环经济的重大措施。

本文对生物质能资源状况，转化工艺，对生态环境的影响及前景进行了分析，并针对如何发展生物质能提出了建议。

关键词：

能源危机生物质能生态影响

Abstrat:

Withtheincreasinglyseriousofenergyproblems,wewillexplorebiologyenergyresourcesasasubstituteenergysources.conversionprocesses,theimpactontheecologicalenvironmentandtheprospectsareanalyzedbyus,andwegivethesuggestionsofhowtodevelopbiomassenergy.ThedevelopmentofbiomassindustryhasbecomeChinatospeedupconstructionofmodernagriculture,thedevelopmentofcirculareconomyinruralareasofmajormeasures.

Keywords:

energycrisisbiologyenergyresourcesecologicalimpactprospectadvice

目录

1.生物质资源范围广泛…………………………………………………

（1）

2．我国目前生产生物质能源主要在以下三个领域……………………（3）

3．目前我国生物质能源开发现状……………………………………（3）

4.生物质转化各种方式…………………………………………………（3）

5.生物质能的转化利用…………………………………………………（4）

6.生物质资源对生态环境的影响………………………………………（6）

7.生物质能利用前景及建议……………………………………………（6）　

8.参考文献…………………………………………………………………（9）

随着世界能源危机的日益严峻，越来越多的人把注意力投向了可再生的，清洁的生物质能源。

生物质是地球上最广泛存在的物质，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。

以生物质为载体、由生物质产生的能量，便是生物质能。

生物质能则是以生物质为载体的、蕴藏在生物质中的能量，即绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量形式。

地球上的植物进行光合作用所消费的能量，占太阳照射到地球总辐射量的0.2%。

这个比例虽不大，但绝对值很惊人：

光合作用消费的能量是目前人类能源消费总量的40倍（有数字处要注明参考文献）。

可见，生物质能是一个巨大的能源。

人类很早就学会了利用生物质能，如柴薪，除柴薪的直接燃烧外，生物质能的转化利用技术还有沼气生产、酒精制取、木制石油、生物质能发电等。

发展生物质产业已成为我国加快现代农业建设、发展农村循环经济的重大举措。

1.生物质资源范围广泛

中国现有森林、草原和耕地面积41.4亿公顷，理论上生物质资源理可达650亿吨/年以上（在但第平方公里土地面积上，植物经过光合作用而产生的有机碳量，每年约为158吨）（有数字处要注明参考文献）。

以平均热值为15000千焦/公斤计算，折合理论资源最为33亿标准煤，相当于中国目前年总能耗的3倍以上。

目前可以作为能源利用的生物质主要包括秸秆、薪柴、禽畜粪便、生活垃圾和有机废渣废水等。

目前中国秸秆资源量已超过7.2亿吨，约3.6亿吨标准煤，除约1.2亿吨作为饲料、造纸、纺织和建材等用途外其余6亿吨可作为能源用途：

薪柴的来源主要为林业采伐、育林修剪和薪炭林，中国年均薪柴产量约为1.27亿吨，折合标准煤0.74亿吨：

禽畜粪便资源量约1.3亿吨标准煤；城市垃圾量生产量约1.2亿吨左右，并以每年8%-10%的速度增，中国可开发的生物质能资源总量约7亿吨标准煤（有数字处要注明参考文献）。

生物质资源范围广泛、数量巨大，而且存在分散，不像矿物性燃料那样集中。

其主要有：

薪柴燃料、农作物废弃物、畜禽粪便、能源植物、城市废物。

1.1薪柴燃料

至今仍是许多发展中国家的重要能源。

但由于柴薪的需求导致林地日减，应适当规划与广泛植林。

1.2牲畜粪便

牲畜的粪便，经干燥可直接燃烧供应热能。

若将粪便经过厌氧处理，可产生甲烷和肥料。

1.3城市废弃物

1.3.1城市垃圾

主要成分包括：

纸屑（占40％）、纺织废料（占20%）和废弃食物（占20%）等（有数字处要注明参考文献）。

将城市垃圾直接燃烧可产生热能，或是经过热分解处理制成燃料使用。

1.3.2城市污水

一般城市污水约含有0.02％～0.03％的固体与99%以上的水分（有数字处要注明参考文献），下水道污泥有望成为厌氧消化槽的主要原料。

1.4农作物废弃料及能源植物

农作物废弃物主要有秸秆（稻草、麦秸、棉花秸等）、杂草、稻壳、花生壳等。

能源作物指专门作为能源的作物，目前用于油料作物种植的树种有：

麻风树、油桐、乌桕、漆树、核桃、油茶、黄连木、油橄榄、油翅果、四合木等。

其中，制糖作物可直接发酵，转变为燃料乙醇或生物柴油等液体燃料。

液体燃料的主要生产原料为玉米、油菜、陈化小麦、甜高粱、甘蔗、木薯、红薯等作物及秸秆，苦配巴、麻疯树、桉树、黄鼠草等植物。

目前，国际上生物质能源替代石油的路线是：

谷物、秸秆、其他植物等一发酵一乙醇一车用油、乙烯、无毒溶剂及上百种化工、原材料产品等。

1.5木质生物质资源

通过生物化学、热化学变换方法，把木质生物质制成具有各种功能性的生态环境材料，将成为21世纪人类从化石资源向生物质资源转换的一个标志。

每年由光合作用生产的植物生物质约2000亿t，相当于全世界每年能源消费总量的10倍（有数字处要注明参考文献）。

其中，树木固定的木质生物质占90%～95%。

因此，作为一次资源利用时，木质生物质存在着十分充足的潜在量，用木质生物质资源代替化石资源已经势在必行。

2.我国目前生产生物质能源主要在以下三个领域

一是开发和利用农业生物质资源生产燃气和发电，以生物质能源替代其他能源；二是开发和利用农副产品及粪便、垃圾、柴草等，以发展农村沼气替代煤炭等资源；三是开发和利用能源作物，从能源作物中提取燃料油，加工生产生物柴油等液体燃料。

3．目前我国生物质能源开发现状

我国发展森林生物质能源，潜力是巨大的。

我们国家现有的森林植被就能够提供生物质能源的生物量，目前能提供3亿吨，合2亿吨标煤，把这部分能源都利用起来，可以减少十分之一的化石能源的消耗（有数字处要注明参考文献）。

这几年退耕还林之后，特别是西部地区，大量种植一些灌木，主要沙柳、刺槐等，可以把它加工成颗粒状物，直接用来发电。

我国现有木本油料树种的种植面积400多万公顷，种子含油量40%以上的有154种，现在产量能够达到500万吨。

同时，我国又有5700万公顷的宜林荒山荒地，可以种植这些生物质能源树种（有数字处要注明参考文献）。

而且有一些盐碱地、沙化土地还有矿区的复垦地，都是发展生物质能源的潜力所在。

4.生物质各种转化方式

生物质和固体有机废料除可通过燃烧直接利用外，目前国外研究的重点集中在将其进一步加工制或更有价值的能源产品上，如燃料气、燃料油及各种化学品等．生物质的转化方式有多种，本文重点介绍热化学转化方式，即利用生物质气化、热解及液化工艺进行能源材料生产的研究。

4.1.1生物质气化工艺

在生物质气化过程中，原料在限量供应的空气或氧气及高温条件下，被转化成燃料气。

生物质气化工艺的主要产品是低热值及中热值燃料气。

这些燃料气可以直接用于发电，以及合成各种化学品及其他民用用途。

4.1.2生物质裂解工艺

在加热条件下，生物质裂解生成气体、液体及固体产物。

这一过程为生物质热解过程。

热解产物物态的比例主要取决于热解方式及热解反应工艺参数。

高加热速率的高速及超高速热解主要获得液体或气体产品，而低温低传热速率的热解工艺则以固体炭为主要产物。

现代热解工艺及热解机理的研究主要集中在流体产物的热解研究方面。

根据不同的转化条件，生物质热解工艺可以得到固体、液体或气体为主的能源材料。

4.1.3生物质液化工艺

生物质液化是指在较低的热解温度（<500摄氏度）较高的压力及还原环境条件下，原料经较长时间分解反应形成液体产品的过程．该工艺可以给出物理及化学性质都较稳定的烃类产品。

一般可不经或只经简单的再氢化过程即可做为石油制品进入市场。

这一工艺通常需加催化剂来促进加氢和脱氧反应。

同时亦可控制产物形成的选择性。

生物质液化工艺主要用于生产含氧值低，热值高的液体能源材料。

这种液体材料一般可不经或稍经处理后即可代替市售石油制品。

4.2热转化工艺的特点

与常规能源材料（煤、石油和木材）相比，这种工艺生产出的生物质能源主要有以下几个优点：

（1）可将不易利用的固体材料转化成流体材料，故利用价值太幅度提高；

（2）可利用种种废料及剩余物生产，变废为宝，并减少废弃物对土地的污染；

（3）生物质能衡的利用不增加大气中CO2及SO2的含量，是一种可以再生的、干净的能源。

5.生物质能的转化利用

生物质能的开发和利用具有巨大的潜力，主要包括两方面：

一是建立以沼气为中心的农村新能量、物质循环系统，使秸秆中储存的生物能以沼气的形式释放出来，解决燃料问题；二是充分利用土地、山地，海洋等资源建立生物质生产基地。

5.1沼气利用技术

人类发现、利用沼气，已有200多年的悠久历史。

如今全世界约有农村家用沼气池530万个，中国就占了92％（有数字处要注明参考文献）。

农村沼气池的主要填料是猪粪、秸秆、污泥和水等。

随着农村沼气使用的日益推广和大型厌氧工程技术的进步，90年代以来，世界范围内的一些大型沼气工程有了迅速发展。

生产过程中，粮食、肉类和气体燃料源源不断的产生。

粮食和肉类提供给社会。

气体燃料沼气可以作为农村生活的能源。

有机肥返回田间，可大大减少农业生产对化肥的依赖，从而降低了农作物的生产成本，同时也减少施用化肥对地表水的污染

5.2生物质气化

生物质气化转化为可燃气的研究，目前在我国已开展很多年，并取得很大的进展。

在我国很多省已经推广应用。

生物质气化的原理为：

在转化炉内，干燥的生物质在热空气、水蒸气中不完全燃烧，产生大量的一氧化碳和炽热的炭，水蒸气和炽热的炭反应，产生一氧化碳和氢气。

这些高温的可燃气排出后，再用于加热空气和生物质的干燥，然后进入气柜作为能源。

生物质干燥产生的高湿气体作为原料进入反应炉。

秸秆气化集中供气技术为解决农田焚烧秸秆、缓解农村能源供应短缺问题开辟了一条很好的路子。

秸秆气化后的草灰可以作为钾肥返还农田，生产的焦油可以成为化工原料，真正实现了“废物－资源－产品”的良性循环。

一公斤农作物秸秆可产生近2立方米的可燃气，每立方米燃气0.2元钱，每个农户平均月燃气费30－40元。

秸秆气化集中供气的价格明显低于使用液化气的价格，而且使用方便，清洁卫生，很受老百姓欢迎。

目前秸秆气化实际运行中，还存在一些问题，比如转化炉的寿命以及交友对管道的堵塞等问题需要解决。

研制高效，耐用的转化炉。

5.3生物质液化

生物质液化是将固体生物质转化为液体燃料。

它包括间接液化和直接液化两种。

间接液化是指利用微生物或化学合成方法生成液体燃料，如乙醇（酒精）、甲醇；直接液化则是采用机械方法，用压榨或提取等工艺获得可燃的油品，如棉籽油等植物油，经提炼成为可替代柴油的燃料。

5.4生物质热分解

这项技术用于制取人造石油，很有潜力。

一些生物质通过热分解，可制取生物油、生物炭和可燃气体，使生物质得到充分利用。

5.5生物质生产基地

建立生物质生产基地大规模培育生物质，并加工成可利用的能源。

要对土地进行合理规划，尽可能利用山地、非耕荒地和水域，选择适合当地生长条件的生物质品种进行培育、繁殖，以获得足够数量的高产能植物。

在海洋、水域，要充分利用海藻和水生物提取能源，建立海洋能源基地或江河能源基地。

发展循环经济可充分利用各种农业有机废弃物，应用微生物一生物技术实现废弃物资源化和产业化，从中索取生物质能（作为洁净替代能源）是未来能源建没的方向之一。

也就是说，在节能（如石油）措施的同时，将基因工程等现代生物技术广泛应用于能源基地中，从而提高能源转化率。

6.生物质资源对生态环境的影响

生物质是一种清洁的低碳燃料，其含硫和含氮量均较低，同时灰分份额也很小，所以燃烧后SO2、NOx和灰尘排放量比化石燃料要小得多，是一种清洁燃料，同时，生物质对生态环境的最大贡献还在于其具有CO2零排放的特点，大气中的CO2和地面上的水经光合作用产生用来形成生物质的碳水化合物，如将生物质燃烧利用，则大气中的氧和生物质的碳相互作用生成CO2和水，这个过程是循环的，所以生物质同时是一种可再生资源，可视为取之不尽的永久能源[28]（？

？

），其利用过程中没有增加大气中CO2的含量，这对于缓解日益严重的"温室效应"有着特殊的意义。

燃烧废弃物对环境产生很大污染。

城市缺少清洁的生物质燃料，大量消耗化石能源，对环境造成严重污染。

生物质能转化路线是“太阳能一生物质一乙醇燃料一能量利用一二氧化碳和水”。

使用生物质液化燃料排放的氮氧化物、颗粒和二氧化碳较少，而二氧化碳通过光合作用，又能被能源作物所吸收，从而实现能源的可再生和二氧化碳的封闭循环，充分体现了“绿色”和“循环”的理念。

7.生物质能利用前景及建议

7.1生物质能发展前景是广阔的

首先，我国林业生物质能源原料丰富。

已发现油料植物中种子含油率在40％以上的植物有150多种，能够规模化培育利用的乔灌木树种有10多种（有数字处要注明参考文献）。

其次，可以利用边际性土地种植非粮能源作物。

据资料介绍，我国有1亿公顷左右的山地、滩涂、盐碱地等边际性土地，不宜种植粮食作物，但可以种植能源等专业植物。

如果利用这些土地的20%，每年约产出10亿吨生物质源，至少每年可产出生物柴油和酒精约1亿吨。

第三，我国农林业的废弃物都可作为生物能源原料。

我国每年生产粮食5亿吨，会产出近7亿吨秸秆废弃物，这都可以成为生物能源的主要原料。

此外，农业生产中的畜禽粪便，森林中的枯枝腐叶，城市的工业有机废弃物，城市生活中废弃的厨余垃圾、泔水油等等，所有的有机物质都可以转化为生物能源。

7.2生物质能利用的方向

生物质能是由植物的光合作用固定于地球上的太阳能，最有可能成为21世纪主要的新能源之一。

植物每年贮存的能量约相当于世界主要燃料消耗的10倍；而作为能源的利用量还不到其总量的1%。

这些未加以利用的生物质，为完成自然界的碳循环，其绝大部分由自然腐解将能量和碳素释放，回到自然界中。

事实上，生物质能源是人类利用最早、最多、最直接的能源，至今，世界上仍有15亿以上的人口以生物质作为生活能源。

生物质燃烧是传统的利用方式，不仅热效率低下，而且劳动强度大，污染严重。

通过生物质能转换技术可以高效地利用生物质能源，生产各种清洁燃料，替代煤炭，石油和天然气等燃料，生产电力。

而减少对矿物能源的依赖，保护国家能源资源，减轻能源消费给环境造成的污染。

生物质能源将成为未来持续能源重要部分，到2015年，全球总能耗将有40%来自生物质能源（有数字处要注明参考文献）。

中国生物质的能源利用绝大部分用于农村生活能源，极少部分用于乡镇企业的工业生产：

而利用方式长期来一直以直接燃烧为主，只是近年来才开始采用新技术利用生物质能源，但规模较小。

普及程度较低，在国家，甚至农村的能源结构中占有极小的比例。

生物质直接燃烧方式不仅热效率低下，而且大量的烟尘和余灰的排放使人们的居住和生活环境日益恶化，严重损害了妇女、儿童的身心健康。

此外，还对生态、社会和经济造成极其不利的影响：

1.在必须使用生物质能源而利用方式不合理的情况下，必然对森林等自然资源进行不合理采伐，破坏了自然植被和生态平衡；2.对于有机垃圾、有机废水、有机废渣、禽畜粪便以及部分农业废弃物等资源没有充分加以利用，不仅造成资源浪费，而且使其成为主要的有机污染源，除造成严重的大气和水污染之外，还排放大量的温室气体，加剧了全球温室效应；3.同时，随着经济的迅速发展和人民生活水平的提高，能源短缺问题必将成为21世纪阻碍国家经济的持续发展的重大问题，必须予以足够的重视，并采取有效措施着力加以解决。

事实上，大力开发和利用生物质能源，对于缓解21世纪的能源、环境和生态问题具有重要意义，产生诸多利益；4.减少污染，改善人民生活条件。

不管是有机污水处理、城镇垃圾能源的利用还是秸秆热解利用中一个重要的共同点解决环境污染问题，这也是大部分生物质利用的首要目标。

5.解决农村能源供应问题，提高农民生活水平。

中国农村能源供应紧张，而生物质源丰富，所以可利开展利用生物质能，可以改善农村的能量供应。

提高他们的生活水平。

6.改善能源结构，减轻对对环境的压力。

中国可开发的生物资源达7亿吨，如果能充分开发，可以在中国的能源消费中占重要的地方，这对改善中国能源结构，减少中国对石化燃料的依赖，进而减少中国CO2和SO2等污染物的排放，最终缓解能源消耗给环境造成的压力有重要的意义家学者的广泛关注与支持，为中国的生物质能源事业创造有益的发展环境。

生物质由于能量密度低、分散分布、利用过程需增加预处理，或转换设备成本较高，与化石能源产品竞争处于劣势地位，因才较难被消费者接受。

总的来说，生物质能开发必须克服下面的困难：

一是降低生物质能的转化成本；二是利用生物质能，发展能源作物时，不对生态环境产生不利影响，不与人争粮食。

化石能源在逐渐稀缺过程中，生物质能依靠科技进步开发成本会不断降低，可以预见，生物质能前景广阔。

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