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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   

 

       生物質(zhì)能的開發(fā)和利用具有巨大的潛力,主要包括兩方面:一是建立以沼氣為中心的農(nóng)村新能量、物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng),使秸稈中的生物質(zhì)能以沼氣的形式緩慢地釋放出來,解決燃料問題;二是建立能量農(nóng)場、能量林場及海洋能量農(nóng)場。

 

     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。

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