生物质能(第三章)

1、n生物能是太阳能以化学能形式贮存在生生物能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式，一种以生物质为物中的一种能量形式，一种以生物质为载体的能量，它直接或间接地来源于植载体的能量，它直接或间接地来源于植物的光合作用，在各种可再生能源中，物的光合作用，在各种可再生能源中，生物质能是独特的，它是贮存的太阳能，生物质能是独特的，它是贮存的太阳能，更是一种唯一可再生的碳源，可转化成更是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料。常规的固态、液态和气态燃料。 n据估计地球上每年植物光合作用固据估计地球上每年植物光合作用固定的碳达定的碳达2x102x101111t t，含能量达，含能量达

2、3x103x102121J J，因此每年通过光合作用贮存在因此每年通过光合作用贮存在植物植物的枝、茎、叶中的太阳能，相当于的枝、茎、叶中的太阳能，相当于全世界每年耗能量的全世界每年耗能量的1010倍。倍。 n生物质是仅次于煤炭、石油、天然气的生物质是仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源，在整个能源系统占有重要第四大能源，在整个能源系统占有重要地位。生物质能一直是地位。生物质能一直是人类赖以生存的人类赖以生存的重要能源之一，就其能源当量而言，是重要能源之一，就其能源当量而言，是仅次于煤、油、天然气而列第四位的能仅次于煤、油、天然气而列第四位的能源，在世界能源消耗中，生物质能占总源，在世界能源消耗

3、中，生物质能占总能耗的能耗的14，但在发展中国家占，但在发展中国家占40以以上。上。，至今仍是许多发展中国家的重要能源。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，应适当规划但由于柴薪的需求导致林地日减，应适当规划与广泛植林。与广泛植林。，牲畜的粪便，经干燥可直接燃烧供，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，可产生甲烷应热能。若将粪便经过厌氧处理，可产生甲烷和肥料。和肥料。，制糖作物可直接发酵，转变为乙醇。，制糖作物可直接发酵，转变为乙醇。，同柴薪一样，水生植物也可转化成，同柴薪一样，水生植物也可转化成燃料。燃料。，主要成分包括：纸屑（占，主要成分包括

4、：纸屑（占4040）、）、纺织废料（占纺织废料（占20%20%）和废弃食物（占）和废弃食物（占20%20%）等。）等。将城市垃圾直接燃烧可产生热能，或是经过热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。分解处理制成燃料使用。，一般城市污水约含有，一般城市污水约含有0.020.020.030.03的固体与的固体与99%99%以上的水分，下水道污泥有望以上的水分，下水道污泥有望成为厌氧消化槽的主要原料。成为厌氧消化槽的主要原料。n建立以沼气为中心的农村新的能量，物建立以沼气为中心的农村新的能量，物质循环系统，使秸杆中的生物能以沼气质循环系统，使秸杆中的生物能以沼气的形式缓慢地的形

5、式缓慢地释放出来，解决燃料问题。释放出来，解决燃料问题。n种植柑蔗，木薯，海草，玉米，甜菜，种植柑蔗，木薯，海草，玉米，甜菜，甜高粱等，既有利于食品工业的甜高粱等，既有利于食品工业的发展，发展，植物残渣又可以制造酒精以代替石油。植物残渣又可以制造酒精以代替石油。n建立建立“能量林场能量林场”，“能量农场能量农场”，“海洋能量农场海洋能量农场”。 建立以植物为能源建立以植物为能源的发电厂。变的发电厂。变“能源植物能源植物”为为“能源作能源作物物”，如，如“石油树石油树”：绿玉树，续随子，：绿玉树，续随子，麻风果。麻风果。绿玉树绿玉树(Euphorbia tirucalli L.)，英文名：，英文

6、名：milk bush， 别名乳葱树、白别名乳葱树、白蚁树、光棍树、绿珊瑚、光枝树、龙骨树、神仙棒。大戟科蚁树、光棍树、绿珊瑚、光枝树、龙骨树、神仙棒。大戟科(Euphorbiaceae)，直立灌木或小乔木，高达，直立灌木或小乔木，高达49米，枝肉质，圆柱状，米，枝肉质，圆柱状，绿色，簇生或散生。叶缺少或仅有数枚散生，线状，矩圆形。原产非洲。绿色，簇生或散生。叶缺少或仅有数枚散生，线状，矩圆形。原产非洲。绿玉树茎干中的白色乳汁，其成分接近石油成分，不含硫，可以直接或绿玉树茎干中的白色乳汁，其成分接近石油成分，不含硫，可以直接或与其它物质混合成原油，作为燃料油替代石油。绿玉树还可作为沼气的与其它

7、物质混合成原油，作为燃料油替代石油。绿玉树还可作为沼气的原料，具有可再生、可生物降解、对环境无污染或低污染和能持续利用原料，具有可再生、可生物降解、对环境无污染或低污染和能持续利用的特点，其沼气产量是一般嫩枝绿草产气量的的特点，其沼气产量是一般嫩枝绿草产气量的5-10倍，榨汁后剩余的纤倍，榨汁后剩余的纤维还可用作造纸原料或生活燃料，是极具竞争力的维还可用作造纸原料或生活燃料，是极具竞争力的“绿色绿色”能源。绿玉能源。绿玉树将是未来能源危机时非常热门的石油原料植物。树将是未来能源危机时非常热门的石油原料植物。白色乳汁有毒！白色乳汁有毒！乳汁含佛波醇乳汁含佛波醇-12，13-不饱和二酯化合物、不饱

8、和二酯化合物、4-去氧佛波醇去氧佛波醇-12，13-不饱和二酯化物、蒲公英甾醇、不饱和二酯化物、蒲公英甾醇、13-莴苣甾醇、大戟莴苣甾醇、大戟醇等。醇等。 绿玉树绿玉树绿玉树绿玉树绿玉树绿玉树麻风果麻风果麻风果麻风果n麻风树果实的含油量很丰富，最高可达麻风树果实的含油量很丰富，最高可达40%。果实榨出的油可以用作柴油发动机汽车的燃料，果实榨出的油可以用作柴油发动机汽车的燃料，剩余的残渣可用于发电。剩余的残渣可用于发电。 n每公顷每公顷 (麻风树麻风树)可以产油可以产油2700公斤，生产能用公斤，生产能用于发电的残渣于发电的残渣4000公斤。公斤。8000公顷麻风树足公顷麻风树足够供应一座够供应

9、一座1.5兆瓦的发电站，可以为兆瓦的发电站，可以为2500个个家庭供电。家庭供电。n自古以来，麻风树的用处很少，仅局限于治疗自古以来，麻风树的用处很少，仅局限于治疗疟疾、建造栅栏和制作蜡烛。麻风树果实可以疟疾、建造栅栏和制作蜡烛。麻风树果实可以用于调制治疗便秘的药物。麻风树的树液会刺用于调制治疗便秘的药物。麻风树的树液会刺激皮肤，其果实具有很强的毒性。吃掉激皮肤，其果实具有很强的毒性。吃掉3个未个未加工的麻风树果实可能就会使人丧命。加工的麻风树果实可能就会使人丧命。麻风果麻风果续随子续随子原产欧洲；我国引种栽培已原产欧洲；我国引种栽培已久，各地有野生，生于向久，各地有野生，生于向阳山坡。阳山坡

10、。 种子含油种子含油4060%，有毒，不能食，可，有毒，不能食，可制肥皂和软皂，作润滑油；制肥皂和软皂，作润滑油；种子药用，能利尿、泻下、种子药用，能利尿、泻下、通经，外用涂治疥癣、恶通经，外用涂治疥癣、恶疮等症，并可杀虫。种子疮等症，并可杀虫。种子含马栗树皮沈含马栗树皮沈(羧基香豆精羧基香豆精类类)、三掂成分、脂肪油、三掂成分、脂肪油、树胶。树胶。 续随子续随子学名：Euphorbia lathyris Linn. 英文名：Caper Spurge,Moleweed 科名：大戟科 Euphorbiaceae n即建立以获取能源为目的的生物质生产基地，即建立以获取能源为目的的生物质生产基地，以

11、能源农场的形式大规模培育生物质，并加工以能源农场的形式大规模培育生物质，并加工成可利用的能源。要对土成可利用的能源。要对土地进行合理规划，尽地进行合理规划，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，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，建立海洋要充分利用海藻和水生物提取能源，建立海洋能源农场或江河能源农场。同时，将基因工程能源农场或江河能源农场。同时，将基因工程等现代生物技术广泛应用于能源农场中，以提等

12、现代生物技术广泛应用于能源农场中，以提高能源转化率。高能源转化率。n直接燃烧生物质来产生热能、蒸汽或电直接燃烧生物质来产生热能、蒸汽或电能；能；n利用能源作物生产液体燃料。目前具有利用能源作物生产液体燃料。目前具有发展潜力的能源作物，包括：快速成长发展潜力的能源作物，包括：快速成长作物树木、糖与淀粉作作物树木、糖与淀粉作物（供制造乙物（供制造乙醇）、含有碳氧化合物作物、草本作物、醇）、含有碳氧化合物作物、草本作物、水生植物；水生植物；n生产木炭和炭；生产木炭和炭； n生物质（热解）气化后用于电力生产，生物质（热解）气化后用于电力生产，如集成式生物质气化器和喷气式蒸汽燃如集成式生物质气化器和喷气

13、式蒸汽燃气轮机（气轮机（BIG/STIGBIG/STIG）联合发电装置；）联合发电装置；n对农业废弃物、粪便、污水或城市固体对农业废弃物、粪便、污水或城市固体废物等进行厌氧消化，以生产沼气和避废物等进行厌氧消化，以生产沼气和避免用错误的方法处置这免用错误的方法处置这些物质，以免引些物质，以免引起环境危害。起环境危害。n生物质能的利用技术大体上分为直接燃生物质能的利用技术大体上分为直接燃烧技术、物化转化技术、生化转化技术烧技术、物化转化技术、生化转化技术和植物油技术四大类，和植物油技术四大类，各类技术又包含各类技术又包含了不同的子技术。了不同的子技术。n直接燃烧大致可分四种情况：直接燃烧大致可分

14、四种情况： 炉灶燃烧；炉灶燃烧； 锅炉燃烧；锅炉燃烧； 垃圾焚烧；垃圾焚烧； 固型燃料燃烧。固型燃料燃烧。 n炉灶燃烧是最原始的利用方法，但一般炉灶燃烧是最原始的利用方法，但一般适用于农村或山区分散独立的家庭用炉，适用于农村或山区分散独立的家庭用炉，它的投资最省，但效它的投资最省，但效率最低，燃烧效率率最低，燃烧效率在在15-20%15-20%左右。左右。 n锅炉燃烧采用了现代化的锅炉技术，适锅炉燃烧采用了现代化的锅炉技术，适用于大规模利用生物质，它的主要优点用于大规模利用生物质，它的主要优点是效率高，并且可实现是效率高，并且可实现工业化生产。主工业化生产。主要缺点是投资高，而且不适于分散的小

15、要缺点是投资高，而且不适于分散的小规模利用，生物质必须相对比较集中才规模利用，生物质必须相对比较集中才能采用本技术。能采用本技术。n垃圾焚烧也是采用锅炉技术处理垃圾，垃圾焚烧也是采用锅炉技术处理垃圾，但由于垃圾的品位低，腐蚀性强，所以但由于垃圾的品位低，腐蚀性强，所以它要求技术更高，投资它要求技术更高，投资更大，从能量利更大，从能量利用的角度，它也必须规模较大才比较合用的角度，它也必须规模较大才比较合理。理。Power generation from landfill gas n固型燃料燃烧是把生物质固化成型后再固型燃料燃烧是把生物质固化成型后再采用传统的燃煤设备燃用，主要优点是采用传统的燃煤

16、设备燃用，主要优点是所采用的热力设备是传所采用的热力设备是传统的定型产品，统的定型产品，不必经过特殊的设计或处理，主要缺点不必经过特殊的设计或处理，主要缺点是运行成本高，所以它比较适合企业对是运行成本高，所以它比较适合企业对原有设备进行技术改造时，在不重复投原有设备进行技术改造时，在不重复投资前提下，以生物质代替煤，以达到节资前提下，以生物质代替煤，以达到节能的目的，或应用于对污染要求特别严能的目的，或应用于对污染要求特别严格的场所，如饭店烧烤等。格的场所，如饭店烧烤等。Truck unloading wood chips that will fuel the Tracy Biomass Pl

17、ant, Tracy, California.n物化转换技术包括三方面：物化转换技术包括三方面： 一是干馏技术；一是干馏技术；二是气化制生物质燃气；二是气化制生物质燃气；三是热解制生物质油。三是热解制生物质油。n干馏技术主要目的是同时生产生物质碳干馏技术主要目的是同时生产生物质碳和燃气，它可以把能量密度低的生物质和燃气，它可以把能量密度低的生物质转化为热值较高的固定转化为热值较高的固定碳或气，碳和燃碳或气，碳和燃气可分别用于不同用途。优点是设备简气可分别用于不同用途。优点是设备简单，可以生产碳和多种化工产品，缺点单，可以生产碳和多种化工产品，缺点是利用率较低，而且适用性较小，一般是利用率较低，

18、而且适用性较小，一般只适用于木质生物质的特殊利用。只适用于木质生物质的特殊利用。n生物质热解气化是把生物质转化为可燃生物质热解气化是把生物质转化为可燃气的技术，根据技术路线的不同，可以气的技术，根据技术路线的不同，可以是低热值气，也可以是是低热值气，也可以是中热值气。它的中热值气。它的主要优点是生物质转化为可燃气后，利主要优点是生物质转化为可燃气后，利用效率较高，而且用途广泛，如可以用用效率较高，而且用途广泛，如可以用作生活煤气，也可以用于烧锅炉或直接作生活煤气，也可以用于烧锅炉或直接发电。主要缺点是系统复杂，而且由于发电。主要缺点是系统复杂，而且由于生成的燃气不便于储存和运输，必须有生成的燃

19、气不便于储存和运输，必须有专门的用户或配套的利用设施。专门的用户或配套的利用设施。n热解制油是通过热化学方法把生物质转热解制油是通过热化学方法把生物质转化为液体燃料的技术，它的主要优点是化为液体燃料的技术，它的主要优点是可以把生物质制成油品可以把生物质制成油品燃料，作为石油燃料，作为石油产品替代品，用途和附价值大大提高，产品替代品，用途和附价值大大提高，主要缺点是技术复杂，目前的成本仍然主要缺点是技术复杂，目前的成本仍然太高。太高。n生物转换技术主要是以厌氧消化和特种生物转换技术主要是以厌氧消化和特种酶技术为主。酶技术为主。 n厌氧消化主要是把水中的生物质分解为厌氧消化主要是把水中的生物质分解

20、为沼气，它包括小型的农村沼气技术和大沼气，它包括小型的农村沼气技术和大型的厌氧处理污水的工型的厌氧处理污水的工程。它主要优点程。它主要优点是提供的能源形式为沼气（是提供的能源形式为沼气（CHCH4 4），非常），非常洁净，具有显著的环保效益，主要缺点洁净，具有显著的环保效益，主要缺点是能源产出低，投资大，所以比较适宜是能源产出低，投资大，所以比较适宜于以环保为目标的污水处理工程或以有于以环保为目标的污水处理工程或以有机易腐物为主的垃圾的堆肥过程。机易腐物为主的垃圾的堆肥过程。n利用生物技术（包括酶技术）把生物质利用生物技术（包括酶技术）把生物质转化为乙醇的主要目的是制取液体燃料，转化为乙醇的主

21、要目的是制取液体燃料，它的主要优点可以使它的主要优点可以使生物质变为清洁燃生物质变为清洁燃料，拓宽用途，提高效率，主要缺点是料，拓宽用途，提高效率，主要缺点是转换速度太慢，投资较大，成本相对较转换速度太慢，投资较大，成本相对较高。高。n植物油技术：植物油技术： 植物油技术也是生物质能植物油技术也是生物质能利用技术的一种，植物油除了可以作食利用技术的一种，植物油除了可以作食用或化工原料之外，也用或化工原料之外，也可以作为能源利可以作为能源利用。它的主要优点是提炼和生产技术简用。它的主要优点是提炼和生产技术简单，主要缺点是油产率较低，速度很慢，单，主要缺点是油产率较低，速度很慢，而且品种的筛选和培

22、育也较困难。而且品种的筛选和培育也较困难。 有发展前景的生物质生化转换技术包括：有发展前景的生物质生化转换技术包括：（1）生物质热化学转换制氢技术）生物质热化学转换制氢技术 氢能是公认的高效清洁能源，在后化石氢能是公认的高效清洁能源，在后化石燃料时代将发挥重要的作用。生物质催燃料时代将发挥重要的作用。生物质催化裂解制氢方向是发展一个新的可再生化裂解制氢方向是发展一个新的可再生能源制氢技术，与燃料电池组合成为对能源制氢技术，与燃料电池组合成为对环境完全无害的高效能源系统。环境完全无害的高效能源系统。有发展前景的生物质生化转换技术包括：有发展前景的生物质生化转换技术包括：（2）木质素生物质制取燃料

23、乙醇）木质素生物质制取燃料乙醇 燃料乙醇可用作汽车代用燃料或与汽油组成混燃料乙醇可用作汽车代用燃料或与汽油组成混合燃料，节约石油并减少有害气体的排放，将合燃料，节约石油并减少有害气体的排放，将固体生物质废弃物转化成燃料乙醇是未来最重固体生物质废弃物转化成燃料乙醇是未来最重要的发展方向。该技术属第二代生物燃料技术，要的发展方向。该技术属第二代生物燃料技术，目标是开发木质纤维素生物质，生产便宜的能目标是开发木质纤维素生物质，生产便宜的能够用于制造燃料、化学制品和材料的糖，关键够用于制造燃料、化学制品和材料的糖，关键问题是如何降低酶的成本，基本路线是将木质问题是如何降低酶的成本，基本路线是将木质素和

24、半木质素通过酶转换成糖，然后发酵成乙素和半木质素通过酶转换成糖，然后发酵成乙醇。醇。第一代生物燃料中生产燃料乙醇的原料主要是玉米、甘蔗等第一代生物燃料中生产燃料乙醇的原料主要是玉米、甘蔗等, 生产生物柴油生产生物柴油的原料主要是大豆、菜籽油等；的原料主要是大豆、菜籽油等；第二代生物燃料指的是以麦秆、草和木材等农林废弃物为主要原料第二代生物燃料指的是以麦秆、草和木材等农林废弃物为主要原料, 采用生采用生物纤维素转化为生物燃料的模式物纤维素转化为生物燃料的模式, 主要有纤维素乙醇技术、合成生物燃主要有纤维素乙醇技术、合成生物燃油技术、生物氢技术、生物二甲醚技术等众多发展方向油技术、生物氢技术、生物

25、二甲醚技术等众多发展方向, 其中，纤维素其中，纤维素乙醇和合成生物燃油是最为重要的第二代生物燃料产品。目前第二代生乙醇和合成生物燃油是最为重要的第二代生物燃料产品。目前第二代生物燃料目前的问题在于用来分解纤维素的酶成本太高物燃料目前的问题在于用来分解纤维素的酶成本太高, 用不可食用的纤用不可食用的纤维素生产酒精也需要先把它们变成糖类，商业化的项目还不多。维素生产酒精也需要先把它们变成糖类，商业化的项目还不多。 第三代生物燃料是以微藻为原料生产的各种生物燃料第三代生物燃料是以微藻为原料生产的各种生物燃料, 也称为微藻燃料。微也称为微藻燃料。微藻燃料的研发始于藻燃料的研发始于1978 年美国能源部

26、资助的水上能源作物计划起初是以年美国能源部资助的水上能源作物计划起初是以生物氢为目的生物氢为目的, 1982 年逐渐转向了生物柴油和燃料乙醇。除美国外年逐渐转向了生物柴油和燃料乙醇。除美国外, 以以色列、欧洲各国、加拿大、阿根廷、澳大利亚和新西兰等国家也逐步开色列、欧洲各国、加拿大、阿根廷、澳大利亚和新西兰等国家也逐步开始了微藻燃料的研发。第三代生物燃料的油脂很难提炼始了微藻燃料的研发。第三代生物燃料的油脂很难提炼, 从海藻中提炼从海藻中提炼生物燃料的研究正处于实验室阶段生物燃料的研究正处于实验室阶段, 距离实现商业化阶段还比较远。距离实现商业化阶段还比较远。n生物质利用过程中具有生物质利用过

27、程中具有COCO2 2零排放特性；由于生物质在零排放特性；由于生物质在生长时需要的生长时需要的COCO2 2相当于利用它时排放的相当于利用它时排放的COCO2 2的量，因而的量，因而对大气的对大气的COCO2 2净排放量近似于零，大量使用生物质能可净排放量近似于零，大量使用生物质能可有效降低温室效应。有效降低温室效应。n 生物质含硫、含氮都较低，灰分含量也很少，燃烧后生物质含硫、含氮都较低，灰分含量也很少，燃烧后SOxSOx、NOxNOx和灰尘排放量比化石燃料小得多，是一种相和灰尘排放量比化石燃料小得多，是一种相对清洁的燃料。国际能源机构的有关研究表明，秸秆对清洁的燃料。国际能源机构的有关研究

28、表明，秸秆的平均含硫量只有的平均含硫量只有3.80 3.80 ，而煤的平均含硫量约达，而煤的平均含硫量约达1%1%。且低温燃烧产生的氮氧化物较少，所以除尘后的烟气且低温燃烧产生的氮氧化物较少，所以除尘后的烟气不进行脱硫，烟气可直接通过烟囱排入大气。不进行脱硫，烟气可直接通过烟囱排入大气。n生物质资源分布广、产量大、转化方式多种多样。生物质资源分布广、产量大、转化方式多种多样。n可借鉴传统能源利用技术，与其他非传统性能源相比可借鉴传统能源利用技术，与其他非传统性能源相比较，技术上的难题较少。较，技术上的难题较少。n可再生性。生物质通过植物的光合作用可以再生，与可再生性。生物质通过植物的光合作用可

29、以再生，与风能、太阳能同属可再生能源，生物质资源丰富，可风能、太阳能同属可再生能源，生物质资源丰富，可保证能源的可持续利用。秸秆燃烧后通常会有保证能源的可持续利用。秸秆燃烧后通常会有3%5%3%5%的的灰分，这种灰以锅炉飞灰和灰渣、炉底灰的形式被收灰分，这种灰以锅炉飞灰和灰渣、炉底灰的形式被收集，含有丰富的营养成分如钾、镁、磷和钙，可用作集，含有丰富的营养成分如钾、镁、磷和钙，可用作高效农业肥料。高效农业肥料。n植物仅能将极少量的太阳能转化成有机植物仅能将极少量的太阳能转化成有机物；物；n单位土地面的有机物能量偏低；单位土地面的有机物能量偏低； n缺乏适合栽种植物的土地；缺乏适合栽种植物的土地

30、；n有机物的水分偏多有机物的水分偏多(50%(50%95%) 95%) 。n人类发现、利用沼气，已有悠久的历史。人类发现、利用沼气，已有悠久的历史。17761776年，意大利科学家沃尔塔发现沼泽年，意大利科学家沃尔塔发现沼泽地里腐烂的生物质发酵，从水底冒出一地里腐烂的生物质发酵，从水底冒出一连串的气泡，分析其主要成分为甲烷和连串的气泡，分析其主要成分为甲烷和二氧化碳等气体。由于这种气体产生于二氧化碳等气体。由于这种气体产生于沼泽地，故俗称沼泽地，故俗称“沼气沼气”。n1781年，法国科学家穆拉发明人工沼气年，法国科学家穆拉发明人工沼气发生器。发生器。200多年过去了，如今全世界约多年过去了，如

31、今全世界约有农村家用沼气池有农村家用沼气池530万个，中国就占了万个，中国就占了92。农村沼气池的主要填料是猪粪、。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，的日益推广和大型厌氧工程技术的进步，上世纪上世纪90年代以来，世界范围内的一些年代以来，世界范围内的一些大型沼气工程有了迅速发展。大型沼气工程有了迅速发展。n沼气是有机废弃物（粪便、树叶、秸秆沼气是有机废弃物（粪便、树叶、秸秆等）经过厌氧发酵的产物，是一项制备等）经过厌氧发酵的产物，是一项制备容易，用途广泛，综合容易，用途广泛，综合效益显著的能源效益

32、显著的能源技术。沼气主要成分是甲烷和二氧化碳，技术。沼气主要成分是甲烷和二氧化碳，其中甲烷含量（容积比）一般为其中甲烷含量（容积比）一般为60%60%70%70%，二氧化碳含量为二氧化碳含量为30%30%40%40%。n甲烷是一种理想的气体燃料，它无色无甲烷是一种理想的气体燃料，它无色无味，与适量空气混合后即对燃烧。每立味，与适量空气混合后即对燃烧。每立方米纯甲烷的发热方米纯甲烷的发热量量为为34000焦耳，每立焦耳，每立方米沼气的发热量约为方米沼气的发热量约为2080023600焦焦耳。即耳。即1立方米沼气完全燃烧后，能产生立方米沼气完全燃烧后，能产生相当于相当于0.7千克无烟煤提供的热量。

33、千克无烟煤提供的热量。n第一阶段的水解把不溶解的有机化合物第一阶段的水解把不溶解的有机化合物和聚合和聚合物，通过酶法转化为可溶解的有物，通过酶法转化为可溶解的有机物。机物。n第二阶段再将上一步转化成的产物如碳第二阶段再将上一步转化成的产物如碳水化合水化合物、蛋白质、脂肪类、醇等发酵物、蛋白质、脂肪类、醇等发酵为有机酸。为有机酸。n第三阶段由有机酸发酵产生甲烷。第三阶段由有机酸发酵产生甲烷。n密闭：沼气发酵是多种嫌气性细菌活动密闭：沼气发酵是多种嫌气性细菌活动的结果，的结果，所以要造成细菌活动的缺氧条所以要造成细菌活动的缺氧条件。在建造沼气池时一定要密闭，隔绝件。在建造沼气池时一定要密闭，隔绝空

34、气，不漏气，不漏水。空气，不漏气，不漏水。n适宜的温度：适宜的温度：一般沼气池在一般沼气池在20 40 时产气量最高。时产气量最高。 n充足的养分：充足的养分：细菌正常生成，需要从发酵原料细菌正常生成，需要从发酵原料中吸取充足的养分，主要是碳、氮和无机盐。中吸取充足的养分，主要是碳、氮和无机盐。沼气发酵原料中，人畜粪尿主要是氮素来源，沼气发酵原料中，人畜粪尿主要是氮素来源，作物秸秆等纤维素物质主要是碳素来源。作物秸秆等纤维素物质主要是碳素来源。n充足的水分：充足的水分：一般要求发酵原料的含水量占总一般要求发酵原料的含水量占总质量的质量的8080左右，过稀或过浓都对产气不利。左右，过稀或过浓都对

35、产气不利。n适合的酸碱环境：适合的酸碱环境：一般发酵池的酸碱度控制在一般发酵池的酸碱度控制在pHpH为为7 78.58.5。 n我国生物质能资源相当丰富，仅各类农我国生物质能资源相当丰富，仅各类农业废弃物（如秸秆等）的资源业废弃物（如秸秆等）的资源量每年即量每年即有有3.083.08亿吨标煤，薪柴资源量为亿吨标煤，薪柴资源量为1.31.3亿吨亿吨标煤，加上粪便、城市垃圾等，资源总标煤，加上粪便、城市垃圾等，资源总量估计可达量估计可达6.56.5亿吨标煤以上，约相当于亿吨标煤以上，约相当于19951995年全国能源消费总量的一半。年全国能源消费总量的一半。n在占中国人口在占中国人口8080的农村

36、，人们生活主的农村，人们生活主要以秸秆和薪柴为燃料。要以秸秆和薪柴为燃料。19981998年全国农年全国农村居民总能耗为村居民总能耗为365Mtce,365Mtce,其中其中56.756.7（365Mtce365Mtce）来自于稻草、秸秆和薪柴。）来自于稻草、秸秆和薪柴。发展中国农村沼气利用技术可以满足居发展中国农村沼气利用技术可以满足居民生活和工业生产的能源需要。因此，民生活和工业生产的能源需要。因此，作为一项优先发展的技术，沼气利用可作为一项优先发展的技术，沼气利用可以帮助农村人口摆脱贫困，增加收益。以帮助农村人口摆脱贫困，增加收益。n从从19911991年到年到19981998年，中国农

37、村能源总能年，中国农村能源总能耗从耗从568 Mtce568 Mtce增加到了增加到了672 Mtce,672 Mtce,增长幅增长幅度为度为18.318.3，平均年增长率为，平均年增长率为2.42.4。农。农村对优质能源的需求日益增长。但是单村对优质能源的需求日益增长。但是单靠传统能源技术不能满足这种需求。因靠传统能源技术不能满足这种需求。因此，研究和应用沼气技术对优质能源对此，研究和应用沼气技术对优质能源对生产有着重大的意义。生产有着重大的意义。n农村家用沼气池生产的沼气主要用来做农村家用沼气池生产的沼气主要用来做生活燃料。修建一个容积为生活燃料。修建一个容积为6 6立方米的沼立方米的沼气

38、池，每天投入相当于气池，每天投入相当于4 4头猪的粪便发酵，头猪的粪便发酵，它所产的沼气能解决它所产的沼气能解决4 4口人家庭点灯、做口人家庭点灯、做饭的燃料问题。饭的燃料问题。n沼气还可以用于农业生产中，如温室保沼气还可以用于农业生产中，如温室保温、烘烤农产品、沼气防蛀、储备粮食、温、烘烤农产品、沼气防蛀、储备粮食、水果保鲜等。沼气也水果保鲜等。沼气也可发电做农机动力，可发电做农机动力，大、中型沼气工程生产的沼气可用来发大、中型沼气工程生产的沼气可用来发电、烧锅炉、加工食品、采暖或供给城电、烧锅炉、加工食品、采暖或供给城市居民使用。例如，河南南阳市从市居民使用。例如，河南南阳市从2020世世

39、纪纪7070年代开始至今，有年代开始至今，有3 3万户城市居民使万户城市居民使用沼气。用沼气。n从环保角度讲，沼气中的甲烷是作用强烈的温室气体，从环保角度讲，沼气中的甲烷是作用强烈的温室气体，其导致温室效应的效果是二氧化碳的其导致温室效应的效果是二氧化碳的23倍，控制甲烷倍，控制甲烷及沼气排放已成为保护大气的一个重要方面；从能源及沼气排放已成为保护大气的一个重要方面；从能源角度讲，沼气又是性能较好的燃料，纯燃料热值为角度讲，沼气又是性能较好的燃料，纯燃料热值为21.98MJ/m3(甲烷含量甲烷含量60%、二氧化碳含量、二氧化碳含量32%)，属，属中等热值燃料；沼气还是生物质可再生能源。因此，中

40、等热值燃料；沼气还是生物质可再生能源。因此，高效利用沼气，具有控制沼气污染、开发新能源的双高效利用沼气，具有控制沼气污染、开发新能源的双重意义。以沼气作为动力机的燃料，带动发电机运转，重意义。以沼气作为动力机的燃料，带动发电机运转，获得高品位电能的沼气发电技术，是沼气综合利用的获得高品位电能的沼气发电技术，是沼气综合利用的有效方式之一，已成为国际趋向的技术路线。有效方式之一，已成为国际趋向的技术路线。n专家预测，到专家预测，到20502050年，以生物质能为重年，以生物质能为重要组成部分的可再生能源，将以相同或要组成部分的可再生能源，将以相同或低于矿物燃料的价格，提供全球低于矿物燃料的价格，提

41、供全球 3/53/5的的电力和电力和2/52/5的直接燃料。的直接燃料。生物质直接燃烧发电技术生物质直接燃烧发电技术生物质气化发电技术生物质气化发电技术n沼气发电技术沼气发电技术n生活垃圾焚烧发电生活垃圾焚烧发电n生物质混合燃烧发电技术生物质混合燃烧发电技术混合燃烧主要有三种方式：混合燃烧主要有三种方式：l一种是将生物质原料直接送入燃煤锅炉，一种是将生物质原料直接送入燃煤锅炉，与煤共同燃烧，生产蒸汽，带动蒸汽轮与煤共同燃烧，生产蒸汽，带动蒸汽轮机发电；机发电；l另一种是先将生物质原料在气化炉中气另一种是先将生物质原料在气化炉中气化生成可燃气体，再通入燃煤锅炉，可化生成可燃气体，再通入燃煤锅炉，可燃气体与煤共同燃烧，产生高温蒸汽带燃气体与煤共同燃烧，产生高温蒸汽带动蒸汽轮机发电。动蒸汽轮机发电。l第三种是并行燃烧方式，将生物质和煤第三种是并行燃烧方式，将生物质和煤分别送入独立的锅炉燃烧，产生蒸汽供分别送入独立的锅炉燃烧，产生蒸汽供汽轮机发电。汽轮机发电。 新型生物质原料的培育新型生物质原料的培育生物质原料供应从以传统废弃物为主向新型生物质原料供应从以传统废弃物为主向新型资源选育和规模化培育发展，发展方向主要