生物质能.docx
- 文档编号:2843722
- 上传时间:2022-11-15
- 格式:DOCX
- 页数:8
- 大小:40.82KB
生物质能.docx
《生物质能.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《生物质能.docx(8页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
生物质能
植物生理学课程论文之——
生物质能的开发与利用
姓名:
李鑫
班级:
生科121
学号:
2012014158
生物质能的开发与利用
李鑫
生科1212012014158
摘要:
本文主要介绍了生物质能的相关概念、特点,生物质能的来源以及在利用生物质能时所采用的方法,并对生物质能的前景做出了一些展望。
关键词:
生物质能能源植物利用方式
生物质能是蕴藏在生物质中的能量,是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而储存在生物质内的能量,通常包括木材、森林废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物、动物粪便等。
生物质能具有得天独厚的优势:
一是用本地资源代替进口能源,减少国家对进口能源的依赖性;二是使本国燃料利用多样化,减少对一种能源的依赖;三是一种相对清洁的能源,用生物质代替矿物燃料是减少CO2排放的理想方式,因为植物的光合作用需要消耗其使用过程释放处的CO2;四是生物质资源分布广泛,到处可以获得,是能源分散供给体系的一种极佳能源。
据科学家估计,全世界每年通过光合作用固化的太阳能,相当于全世界年耗能量的10倍。
一个3.6×108m2的陆地表面,假定太阳能转化率为1%,理论上生产的生物质就足以解决全世界的能源需求了。
从1970年开始,能源作物的种植引起人们的兴趣,进行了多类能源作物的研究,涉及技术、经济、能源和环境几方面,从种植、收割到利用过程全面分析其作为能源的潜力。
其技术路线为:
种植能源作物—收割—粉碎—存储—气化—净化—发电。
能源作物可分为木质(森林)作物(用于供热、小型电厂)、草本作物(供燃烧用)、含油种子作物(制造生物柴油,如油菜、向日葵等)、高糖作物(制造乙醇)等。
这些能源作物不但经济效益高,而且适于在我国的任何地区生长,从而可以增加农民的经济收入,解决种田效益低、农民不愿耕种土地的矛盾。
利用生物质发电不仅是能源计划,而且对社会和经济都有重要影响。
生质能的主要利用方式有燃烧法,热解气化技术等等。
一、生物质能的特点
1.1可再生性
生物质能属可再生资源,生物质能由于通过植物的光合作用可以再生,与风能、太阳能等同属可再生能源,资源丰富,可保证能源的永续利用。
1.2低污染性
生物质能的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SOX、NOX较少;生物质作为燃料时,由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量,因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零,可有效地减轻温室效应。
1.3广泛分布性
缺乏煤炭的地域,可充分利用生物质能;
1.4总量丰富
生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然气。
根据生物学家估算,地球陆地每年生产1000~1250亿t干生物质;海洋年生产500亿t干生物质。
生物质能源的年生产量远远超过2007年全世界总能源需求量,相当于2007年世界总能耗的10倍。
中国可开发为能源的生物质资源到2010年可达3亿吨。
随着农林业的发展,特别是炭薪林的推广,生物质资源还将越来越多。
二、能源作物简介
依据来源的不同,可以将适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便等五大类。
而能源作物无疑是当今应用最广泛,技术最成熟的。
能源作物是用来作为(非食粮)燃料的植物。
许多的植物都被用来生产生物质能,包括了芒草、柳枝稷、麻、玉米、杨属、柳树、甘蔗和棕榈树。
一些特定采用的植物通常都不是非常重要的终端产品,但却会影响原料的处理过程。
因为对能源的需求持续增长,生物质能的工业也随着水涨船高。
常见的能源作物
主要涉及灌木与草本植物,灌木中有柳树和杨树等,草本中包括细叶、柳枝稷和芦苇等,作物中有甜高粱、油菜、甘蔗、甘薯和木薯等。
2.1甜高梁
又名芦粟、甜秫秸、甜秆和糖高梁。
具有光合速率高、生长快、产量高的特点。
对土壤的适应能力很强,pH从5.0~8.5,均能很好生长。
巴西自1975年、美国自1978年就开始种植甜高粱用于生产酒精。
乌拉圭、俄罗斯、印度、日本也做了大量研究和应用。
我国北京泰天地能源技术开发公司、清华大学等单位先后研究成功甜高粱茎秆固体和液体发酵制取乙醇技术;北京绿恒益能源技术开发中心培育出“醇甜系列”杂交甜高粱早、中、晚熟优良品种。
黑龙江省四益乙醇有限公司在黑龙江桦川已建成年产5000吨甜高粱茎秆乙醇的示范工程。
2.2麻疯树
别名膏桐、臭油桐、小桐子、芙蓉树,为多年生耐旱型木本植物,适于在贫瘠和边角地栽种。
果实采摘期长达50年,果实的含油率为60~70%,经改性后的麻疯树油可适用于各种柴油发动机,并在闪点、凝固点、硫含量、一氧化碳排放量、颗粒值等关键技术上均优于国内零号柴油,达到欧洲二号排放标准,被称为生物柴油树。
同化石柴油相比,麻疯树油是一种绿色柴油,它对环境友好(麻疯树油硫含量低,SO2和硫化物排放量比0#柴油低10倍),低温启动性能好(无添加剂冷凝点达-20℃),润滑功能强(喷油泵、发动机缸体和连杆的磨损率低,使用寿命长),安全性能高(闪点高,不属于危险品,运输、储存方便),燃料性能佳(十六烷值高,燃烧性能好于柴油,燃烧残留物呈微酸性,使催化剂和发动机机油的使用寿命加长),而且具有可再生性。
2.3柳枝稷
柳枝稷是分布于中美洲和北美洲的一种多年生草本植物,20世纪90年代后国际上将其作为一种新型能源模式作物进行了深入研究,用于火力发电,或以木质纤维素生产乙醇。
在我国推广柳枝稷,既可作为饲草,也可作为水土保持和风障植物,同时也是很好的生物燃料和生产替代能源的原材料。
除了收集能量的效率高,柳枝稷还有着能量容易被处理的优点,通常的木质素含量仅为6%-9%,远低于玉米秸秆和甘蔗。
相对的,其纤维素丰富。
2010年7月,柳枝稷的全基因组图谱测序完成,一篇学术论文低调地刊登在《遗传学》(Genetics)杂志上。
虽然没有像水稻基因组那样过多的报道和关注,但这项工作,却可能是改变人类能量获取方式的浩大工程的一个开端。
为使柳枝稷作为一种生物燃料进一步推广,科学家正在探索提高其产量并使其细胞壁更容易破裂的方法,这是从纤维质生产乙醇必要的一步。
三、生物质能的利用方法
3.1燃烧法
将生物质作为燃料在高温下直接燃烧,是最简单的热化学转化工艺。
直接燃烧生物质的热效率较低,仅为10%~30%。
生物质燃烧发电在发达国家已受到广泛重视。
其主要工艺有2类:
生物质锅炉直接燃烧发电以及生物质-煤混合燃烧发电。
目前生物质燃烧发电已占发达国家可再生能源发电量的70%。
在美国,生物质发电装机容量已达10.5GW,70%为生物质-煤混合燃烧工艺,单机容量10~30MW,发电成本3~6美分/(kW·h),预计到2015年装机容量将达16.3GW。
奥地利成功地推行建立燃烧木质能源的区域供电计划,目前已有八九十个容量为1000~2000kW的区域供热站,年供热10×109MJ。
法国、瑞典、丹麦、芬兰和奥地利是利用生物质能供热最多的国家,利用中央供热系统通过专用的网络为终端用户提供热水或热量。
中国传统生物质能开发利用已是商业化技术,可开发资源量约700Mtce,利用省柴炕灶后,效率有了很大提高。
目前,中国现代生物质能中用于直接燃烧的高效燃烧锅炉有200多台,效率均可达80%。
3.2热解气化技术
生物质热解气化技术是优化利用生物质的技术之一。
生物质在高温下,经过干燥、裂解、氧化反应和还原反应等过程之后,得到CO、H2、CH4等可燃气体及CO2、N2的混合物。
热解过程包含许多复杂的反应。
低温时(低于250℃)的主要产物是CO2、CO、H2O及焦碳。
温度升高至400℃以上时,又发生一些反应,生成CO2、CO、H2O、H2、CH4、焦碳及焦油;温度继续升高到700℃,出现二次反应,焦油裂解为氢、轻烃及碳等产物,如图2所示。
图2热解机气化的主要优点是生物质转化为可燃气后,利用效率高、用途广。
但是生成的燃气不易于储运,一般为低热值或中热值,较少产生高热值气体。
如改变生物质热解气化工艺,将原料经预处理、压制成型、碳化造粒和水煤气生物质气化,则可以得到高于10000kJ/m3的高热值气体,它可以直接用于燃烧或者作为燃气透平的燃料,也可以作化工原料。
生物质利用技术中最有前途的是IGCC技术,燃气透平将气体转化为电能的效率高。
IGCC系统要求可燃气体在进入燃气透平燃烧之前需要净化。
目前生物质热解气化中的焦油消除问题,已经成为制约生物质气化技术的主要因素。
3.3液化法
液化是指生物质在较低的热解温度、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,包括间接转化法和直接液化法。
间接转化法是将生物质先热解成气体,然后再液化,或者用水解和生物发酵相结合的方法,把生物质中的纤维素及半纤维素首先转化成单糖或多糖,再经发酵形成酒精。
直接液化法是在高温高压下通过催化剂使生物质生成液化油,以供作汽车燃料。
目前研究较多的生物质液化技术有生物质酯化制生物柴油技术、生物质水解发酵制取乙醇技术和生物质裂解液化技术。
国外技术发展比较成熟,已有40余套装置在运行,最大的日处理能力在100t以上。
美国和欧盟生物柴油的年生产能力均在100万t以上。
Iogen公司采用加酸爆破预处理和酶水解工艺,在加拿大渥太华建立了日加工麦秆量40t的生产示范装置(年产乙醇3000t左右),目前生产1t酒精消耗413t秸秆,成本约523美元/t,比玉米酒精生产成本高20%左右。
加拿大西安大略大学开发的生物质直接超短接触液化技术,大规模工业化生产成本仅为50加元/t(约合人民币300元/t),是生物质液化技术的重大突破,其技术经济评价表明,目前的生产成本已可与常规的石化燃料相竞争。
国内技术发展正处于研究试验阶段,其中具有代表意义的研究成果包括由中国科技大学生物质洁净能源实验室研制可年产生物油约10000t的“YNP-1000A生物质热解液化装置”,以及由华中科技大学煤燃烧国家重点实验室开发设计的生产能力为100kg/h“车载移动式生物质流化床热解液化装置”等。
3.4生物化学转换法
生物质的生物化学转换包括生物质—沼气转换和生物质—乙醇转换等。
沼气转换是有机物质在厌氧环境中,通过微生物发酵产生一种以甲烷为主要成分的可燃性混合气体,即沼气;乙醇转换是利用糖质、淀粉和纤维素等原料经发酵制成乙醇。
生物质—沼气转换在中国的适用面很广,适于农民众多的国情,尤其适合于南方地区。
20世纪90年代初,全国沼气池约600万个,沼气动力站2000座。
近年来,沼气池得到进一步发展,2002年全国沼气用户有1110万户,大中型沼气池1300多处,不仅解决了农民的做饭燃料问题、而且还用于生活照明、农田灌溉等。
生物质制取的乙醇现在在替代汽油等方面也取得了佳绩。
以目前全国用量计算,加入10%乙醇作替代后,每年可节约汽油3600万t和转化粮食数千万t,从而减少燃油进口开支7亿多美元,并令农民增收百亿元。
另外,乙醇汽油洁净度高,可明显降低大气污染,真正实现了可持续发展。
在巴西,汽车已全部转用纯酒精或乙醇油作燃料,用甘蔗制造乙醇有30年的历史,目前已有成品和技术出口。
1999年统计,美国生物垃圾用于发电达到63.5万亿kWh,总量虽然很小,但对于利用生物质形成的废渣有独特功能,尤其在燃料电池电站、电动汽车、移动电源、不间断电源、潜艇及空间电源等方面,有着广泛的应用前景和巨大的潜在市场。
四、生物质能的利用现状与前景
这表显示的是人类会生物质能的消费和利用,并不包括未收成和利用的。
生态系统类型
面积
平均净总产量
世界总产量
平均生物质能
世界生物质能
最低更替率
藻床及珊瑚礁
0.60
2,500.00
1
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 生物质能
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)