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為何說“生物質(zhì)能”是人類未來發(fā)展的重要能源？
作者：貝斯爾 | 發(fā)布時間：2024-04-29
你知道嗎？人類正在陷入“能源危機”，“停油限電”就是最好的證明。很多自然資源正在不斷枯竭，那么人類又該如何破局呢？“新能源”一定是破解危機的重要手段。
“新能源”又稱非常規(guī)能源，是指傳統(tǒng)能源之外的各種能源形式。很多人對新能源都僅限于“新能源汽車”。今天我們就來說一說，能改變?nèi)祟愇磥戆l(fā)展的重要新能源—“生物質(zhì)能”。
為何說“生物質(zhì)能”是人類未來發(fā)展的重要能源？
1、什么是生物質(zhì)能？
相信很多人都會覺得陌生，簡單來說，就是太陽能以化學能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式。生物質(zhì)能是以“生物質(zhì)”為載體的能量，生物質(zhì)又大多源于綠色植物的光合作用，可轉(zhuǎn)化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)及氣態(tài)燃料，所以生物質(zhì)能就成了取之不盡、用之不竭的一種可再生能源，也是唯一一種可再生的碳源。我們可以總結為：綠色環(huán)保、無污染的可再生資源。
生物質(zhì)包括植物通過光合作用生成的有機物，例如植物動物的排泄物、垃圾以及有機廢水等，生物質(zhì)的能源就來源于太陽，所以生物質(zhì)能也是太陽能的一種。
生物質(zhì)是太陽能主要的吸收器和儲存器，生物能源通過光合作用，把太陽能聚集在一起，而這些能量就是人類發(fā)展不可獲缺的新能源。
2、生物質(zhì)能的主要來源有哪些呢？它為什么被稱作“零碳”能源？
生物質(zhì)是一個巨大的能源，它的來源主要有薪柴、木質(zhì)廢棄物、農(nóng)業(yè)秸稈、牲畜的糞便、制糖作物廢料以及城市垃圾和污水、水生植物等，由此可見，相比于煤、石油、天然氣等不可再生能源，生物質(zhì)的來源要更廣泛一些。
所謂“零碳”，不是沒有二氧化碳排放，而是利用植樹等自然方式補充等量的氧氣，與人們排放的二氧化碳相抵，達到平衡。
生物質(zhì)能主要利用農(nóng)業(yè)剩余物、生活污水垃圾、有機廢渣廢料、以及畜禽類的糞便這些物質(zhì)在自然分解的情況下，將釋放出甲烷等溫室效應更強的氣體，可以實現(xiàn)一個循環(huán)再利用的過程。
在生物質(zhì)能作為零碳能源的利用過程中，如果增加碳的收集和存儲過程，收集產(chǎn)生的CO2，能夠創(chuàng)造負碳排放，這樣就可以成為環(huán)境修復的方式之一。
因此生物質(zhì)能被廣泛認為是限制全球變暖、達到碳中和不可或缺的組成部分。生物質(zhì)能不僅具備了零碳能源的屬性，更將為負碳能源積極發(fā)揮作用。
3、“生物質(zhì)能”能成為人類未來發(fā)展的重要能源嗎？
生物質(zhì)能源是一種非常理想的可再生資源，你想想，人類每天生產(chǎn)生活，每年都有大量的工業(yè)、農(nóng)業(yè)廢水、廢料產(chǎn)出，即使不被利用，廢氣處理也是非常頭疼的事情。
世界上87%的能源需求目前都來源于石化燃料，而這些燃料在燃燒時會向空氣中排放大量的CO2。而生物質(zhì)能作為燃料的時候，生物質(zhì)在生長時需要的CO2的量相當于它燃燒的CO2的量，因此大氣中的CO2凈排量近似為零，并且生物質(zhì)中硫的含量極低，所以利用生物質(zhì)作為代替能源對于改善環(huán)境減少大氣中的CO2含量以及減少溫室效應都有極大的好處。
在未來，生物質(zhì)也將作為石化燃料的“替代能源”向社會提供各方面的可再生資源，生物質(zhì)能也將成為人類未來發(fā)展的重要能源。
目前生物質(zhì)能作為國際公認的零碳可再生資源，已經(jīng)通過發(fā)電、供熱、供氣等方式應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通生活等多個領域了，并且是其他可再生能源無法替代的。
目前我國生物質(zhì)能源化利用量約有4.61億噸，實現(xiàn)碳減排放約為2.18億噸。未來生物質(zhì)能將結合生物能源與碳捕獲和存儲技術，創(chuàng)造負碳排放，并將在各個領域為我國2030年碳達峰和2060年的碳中和做出巨大貢獻。
我國是一個農(nóng)業(yè)大國，生物質(zhì)資源十分豐富，對生物質(zhì)能源利用極為重視，已連續(xù)在四個五年計劃將生物質(zhì)能利用技術的研究與應用列為重點科技攻關項目，并開展了生物質(zhì)能利用新技術的研究與開發(fā)，取得了較大的進展。
生物質(zhì)能利用技術有哪些？
（一）生物質(zhì)燃料的特性
生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化可以分為物理方法、熱化學轉(zhuǎn)化方法、生物轉(zhuǎn)化方法。物理方法只是改變生物質(zhì)的形狀、致密度，以便于應用和儲藏；熱化學轉(zhuǎn)化法是通過熱化學將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化制備得到一氧化碳、氫氣、小分子烴或生物質(zhì)油等物質(zhì)；生物轉(zhuǎn)化是通過微生物或酶把生物質(zhì)進行生化反應的過程。
生物質(zhì)燃料的特性，如下：
1、含碳量少，生物質(zhì)燃料的含碳量最高不會超過50%，相當于褐煤的含碳量。特別是固定碳的含量明顯比煤少，所以該燃料燃燒的時間短，而且能量密度比較低。
2、揮發(fā)分多，該燃料中的碳多數(shù)和氫結合成分子量較低的碳氫化合物，遇熱易分解析出揮發(fā)物，揮發(fā)分里所含能量占其所有能量的一半以上，若燃燒不充分會產(chǎn)生黑煙污染環(huán)境。
3、含氧量多，使得生物質(zhì)易燃，且不需要太多的氧氣供應。
4、生物質(zhì)燃料密度小，比較容易燃燒盡，灰渣中殘留的碳少，但對燃料的運輸不利。與煤的燃燒類似，生物質(zhì)燃料的燃燒過程可以分為預熱、干燥、揮發(fā)分析出和焦炭燃燒四個階段。在250℃時熱分解開始，在325℃時揮發(fā)分可以析出近80%。
（二）生物質(zhì)壓縮成型
生物質(zhì)燃料在直接燃燒時存在揮發(fā)分逸出過快、空氣供給難以控制等問題，這些問題在一般的爐灶中不易解決，村民使用時也控制不好。為了改善此類問題，將分布散、形體輕、儲運困難、使用不便的生物質(zhì)燃料壓縮成型后使用，能提高燃料的熱值，改善燃燒性能，此項技術稱為生物質(zhì)壓縮成型技術。
20世紀80年代，此項技術得到較大規(guī)模的發(fā)展。農(nóng)村以秸稈、稻殼等為主的生物質(zhì)資源豐富，在收集過程中盡可能減少夾帶泥土，防止燃燒時結渣，條件允許宜采用機械化收集。壓縮成型過程中的加熱一方面可以使原料中含的木質(zhì)素軟化，起到粘結的作用；另一方面還可以使原料本身變軟，容易壓縮?；蛘呒尤胝辰Y劑，例如加入10%—20%的煤粉或炭粉可以達到增加壓塊熱值的作用，再者加入粘結劑可增加粘結力便于成型。
保型是在生物質(zhì)成型后的一段套筒內(nèi)進行的，其內(nèi)徑略大于壓縮成型的最小部位直徑，以便使已成型的物料消除部分應力，隨著溫度的降低固定形狀。生物質(zhì)壓縮成型燃料可廣泛應用于各種類型的家庭取暖爐、熱水鍋爐、熱風爐和小型發(fā)電設備，是煤料的一種很好的替代品。
（三）生物質(zhì)能現(xiàn)代化利用技術
隨著人類的進步和社會的發(fā)展，人們對能源的需求數(shù)量越來越多，品位越來越高，對生物質(zhì)能的利用也改變了傳統(tǒng)的直接燃燒方式，先將其轉(zhuǎn)化為高品位能源，然后再進行利用。在轉(zhuǎn)換技術方面最近大力發(fā)展的新技術主要有氣化技術和干餾技術。
1、氣化技術
生物質(zhì)氣化是生物質(zhì)熱化學轉(zhuǎn)換的一種技術，是在不完全燃燒條件下，將原料加熱，使較高分子量的有機碳氫化合物鏈裂解，變成較低分子量的CO、H2、CH4等可燃氣體，在轉(zhuǎn)換過程中要加氣化劑。
目前氣化技術是生物質(zhì)熱化學轉(zhuǎn)化技術中最具實用性的一種。氣化反應過程同時包括固體燃料的干燥、熱分解反應、還原反應和氧化反應。
秸稈、稻殼、柴草等農(nóng)業(yè)廢棄物氣化利用熱值高。據(jù)測算，直接燃燒只能利用其熱值的20%，這不但造成了資源的極大浪費，而且焚燒的煙霧也對大氣環(huán)境造成了嚴重污染；若將其放到氣化爐灶內(nèi)燃燒，則可使熱值的利用率提高到80%以上，機械統(tǒng)一控制空氣的供給量，可使燃燒充分，煙塵排放量少，殘余的灰燼也很少（小于7%），比一般農(nóng)家直接燃燒熱值利用率可提高60%以上。
2、生物質(zhì)干餾制氣
生物質(zhì)干餾技術以其燃氣熱值高、產(chǎn)能大等優(yōu)勢，成為生物質(zhì)能利用的一個重要方向。生物秸稈經(jīng)破碎后連續(xù)裝入干餾爐頂，靠輸料機擠壓和秸稈自重落入干餾室內(nèi)，實現(xiàn)連續(xù)干餾制氣過程。干餾爐為立式箱形結構，外熱式。干餾爐由干餾室和燃燒室組成，干餾室兩側(cè)各有一個燃燒室，燃燒室又分為加熱段和空氣預熱段。
采用干餾方法生產(chǎn)的生物質(zhì)燃氣符合城市燃氣質(zhì)量要求，可用于發(fā)電或作為城市燃氣氣源。
以上兩種制氣方法，若應用壓縮成型后的生物質(zhì)燃料為原料，其轉(zhuǎn)化效率要遠遠高于秸稈等生物質(zhì)原料直接粉碎后應用的效率，產(chǎn)氣熱值也會大大提高。
（四）生物質(zhì)能合理應用
1、沼氣利用技術
生物質(zhì)汽化：將固體生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣體燃料，稱為生物質(zhì)汽化。其基本原理是含碳物質(zhì)在不充分氧化（燃燒）的情況下，會產(chǎn)生出可燃的一氧化碳氣體，即煤氣。制造煤氣的設備稱為汽化爐，人們故意不給足氧氣，讓含碳物質(zhì)在沒有足夠空氣的情況下燃燒，“燜”出一氧化碳來。
2、生物質(zhì)液化
將固體生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體燃料，稱為生物質(zhì)液化。它包括間接液化和直接液化兩種。間接液化是指通過微生物作用或化學合成方法生成液體燃料，如乙醇（酒精）、甲醇；直接液化則是采用機械方法，用壓榨或提取等工藝獲得可燃燒的油品，如棉籽油等植物油，經(jīng)提煉成為可替代柴油的燃料。
3、生物質(zhì)熱分解
這是一項很有潛力的技術，用于制取人造石油。一些生物質(zhì)通過熱分解，可制取生物油、生物炭和可燃燒氣體，使生物質(zhì)得到充分利用。
4、能源農(nóng)場
即建立以獲取能源為目的的生物質(zhì)生產(chǎn)基地，以能源農(nóng)場的形式大規(guī)模培育生物質(zhì)，并加工成可利用的能源。要對土地進行合理規(guī)劃，盡可能利用山地、非耕荒地和水域，選擇適合當?shù)厣L條件的生物質(zhì)品種進行培育、繁殖，以獲得足夠數(shù)量的高產(chǎn)能植物。在海洋、江河，要充分利用海藻和水生物提取能源，建立海洋能源農(nóng)場或江河能源農(nóng)場。同時，將基因工程等現(xiàn)代生物技術廣泛應用于能源農(nóng)場中，以提高能源轉(zhuǎn)化率。