正文 第6章 綠色的能源——生物質能(1)(1 / 3)

生物質能簡介

生物質是討論能源時常用的一個術語,是指由光合作用而產生的各種有機體。光合作用即利用空氣中的二氧化碳和土壤中的水,將吸收的太陽能轉換為碳水化合物和氧氣的過程,光合作用是生命活動中的關鍵過程,植物光合作用的簡單過程如下:

水+二氧化碳植物太陽能有機體+氧

生物質能是太陽能以化學能形式貯存在生物中的一種能量形式,一種以生物質為載體的能量,它直接或間接地來源於植物的光合作用,在各種可再生能源中,生物質是獨特的,它是貯存的太陽能,更是一種唯一可再生的碳源,可轉化成常規的固態、液態和氣態燃料。生物質所含能量的多少與下列諸因素有密切的關係:品種、生長周期、繁殖與種植方法、收獲方法、抗病抗災性能、日照的時間與強度、環境的溫度與濕度、雨量、土壤條件等,在太陽能直接轉換的各種過程中,光合作用是效率最低的,光合作用的轉化率約為0.5%~5%,據估計溫帶地區植物光合作用的轉化率按全年平均計算約為太陽全部輻射能的0.5%~2.5%,整個生物圈的平均轉化率可達3%~5%。生物質能潛力很大,世界上約有250000種生物,在提供理想的環境與條件下,光合作用的最高效率可達8%~15%,一般情況下平均效率為0.5%左右。

據估計地球上每年植物光合作用固定的碳達2×1011t,含能量達3×1021J,因此每年通過光合作用貯存在植物的枝、莖、葉中的太陽能,相當於全世界每年耗能量的10倍。生物質遍布世界各地,其蘊藏量極大,僅地球上的植物,每年生產量就像當於目前人類消耗礦物能的20倍,或相當於世界現有人口食物能量的160倍。雖然不同國家單位麵積生物質的產量差異很大,但地球上每個國家都有某種形式的生物質,生物質能是熱能的來源,為人類提供了基本燃料。

生物質能具備下列優點:

提供低硫燃料;提供廉價能源(於某些條件下);將有機物轉化成燃料可減少環境公害(例如,垃圾燃料);與其他非傳統性能源相比較,技術上的難題較少。

至於其缺點有:小規模利用;植物僅能將極少量的太陽能轉化成有機物;單位土地麵的有機物能量偏低;缺乏適合栽種植物的土地;有機物的水分偏多(50%~95%)。

生物質能大致可以分為兩類——傳統的和現代的。現代生物質能是指那些可以大規模用於代替常規能源亦即礦物類固體、液體和氣體燃料的各種生物質能。巴西、瑞典、美國的生物質能計劃便是這類生物質能的例子。現代生物質包括:①木質廢棄物(工業性的);②甘蔗渣(工業性的);③城市廢物;④生物燃料(包括沼氣和能源型作物)。傳統生物質能主要限於發展中國家、廣義來說它包括所有小規模使用的生物質能,但它們也並不總是置於市場之外。第三世界農村燒飯用的薪柴便是其中的典型例子。傳統生物質包括:①家庭使用的薪柴和木炭;②稻草,也包括稻殼;③其他的植物性廢棄物;④動物的糞便。

世界上生物質資源數量龐大,形式繁多,其中包括薪柴,農林作物,尤其是為了生產能源而種植的能源作物,農業和林業殘剩物,食品加工和林產品加工的下腳料,城市固體廢棄物,生活汙水和水生植物等等(中國生物質資源主要是農業廢棄物及農林產品加工業廢棄物、薪柴、人畜糞便、城鎮生活垃圾等四個方麵),下麵舉一些例子說明:

薪柴:至今仍為許多發展中國家的重要能源,仍需依賴柴薪來滿足大部分能量需求,不過由於日益增加薪柴的需求,將導致林地日減,需適當規劃與植林方可解決這一問題。

農作物殘渣:農作物殘渣遺留於耕地上也有水土保持與土壤肥力固化的功能,因此,農作物殘渣不可毫無限製地供作能源轉換。

牲畜糞便:牲畜的糞便,經幹燥可直接燃燒供應熱能。若將糞便經過厭氧處理,會產生甲烷和可供肥料使用之於渣。若用小型厭氧消化糟,僅需三至四頭牲畜之的糞便即能滿足發展中國家中小家庭每天能量的需要。

製糖作物:對具有廣大未利用土地的國家而言,如將製糖作物轉化成乙醇將可成為一種極富潛力的生物質能。製糖作物最大的優點,在於可直接發酵變成乙醇。

水生植物:如一些水生藻類,主要包括海洋生的馬尾藻、巨藻、海帶等,淡水生的布袋草、浮萍、小球藻等。利用水生植物化成燃料也為增加能源供應方法之一。

光合成微生物:如硫細菌、非硫細菌等等。

城市垃圾:將城市垃圾直接燃燒可產生熱能,或是經過熱解體處理而製成燃料使用。

城市汙水:一般城市汙水約含有0.02%~0.03%固體與99%以上的水分。下水道汙泥有望成為厭氧消化槽的主要原料。

生物質不同的用途使生物質有不同的價值,因此如要統一確定生物質的經濟性是十分困難,大規模商業化應用生物質會對其他市場,如食品市場和造紙市場產生重大影響。在評價生物質的經濟性時,必須考慮生產生物質的成本和能源投資,所需的水和肥料以及開發利用生物質對土地利用和人口分布形式的總體影響等。生物質常常最適於分散應用,如在人口密度低的地區使用。典型的生物質能開發利用設備均比較小。生物質是到2020年唯一能極大地影響運輸行業(不包括電車)燃料利用狀況的可再生能源,然而,若大規模開發利用生物質資源,必須注意保護生物多樣性,保護自然風景區和環境敏感區,同時還要注意控製廢水和廢氣。