第一章生物质的功能、概念及种类

0能源的发展一、能源的发展史1、柴草时期从火的发现到18世纪产业革命期间

2、煤炭时期煤炭的开采始于13世纪，而大规模开采并使其成为世界的主要能源则是18世纪中叶的事了。

能源、材料和信息被称为人类社会发展的三大支柱。根据各个历史阶段所使用的主要能源；可以分为柴草时期、煤炭时期、石油时期、和常规能源向新能源的过渡。3、石油时期

第二次世界大战之后，在美国、中东、北非等地区相继发现了大油田及伴生的天然气，每吨原油产生的热量比每吨煤高一倍。二十世纪60年代初期，在世界能源消费统计表里，石油和天然气的消耗比例开始超过煤炭而居首位。

我国能源的结构以煤炭为主的状况还要延续相当的时间二、能源的含义其分类1、能源：能够为人类提供某种形式能量（机械能、热能、电能、化学能等）的自然资源及其转化物。或者说是能量的来源称为能源。2、能源的分类：（1）按能源的生成方式分：一次能源和二次能源一次能源：指在自然界现成存在，可以直接取得且不必改变其基本形态的能源。二次能源：指在非自然界现成存在，需要经过处理得到的能源。及（2）按能源在当代社会中的地位分：常规能源和新能源。常规能源也叫传统能源，就是指已经大规模生产和广泛利用的能源。新能源指以新技术为基础，系统开发利用的能源。（3）按能否再生分（对一次能源）：可再生和非再生。（4）按其来源分（对一次能源）：来自地球以外天体的能源：太阳能、风能、水能、生物质能来自地球内部的能源：地热能地球一其它天体的作用产生的能源：潮汐能能源的种类能源的种类可归纳为以下几类：生物能源(木柴、油脂和酒精)石化燃料(煤、石油和天然气)自然能源(水力、风力、太阳能、地热)核能石化燃料---煤在二亿年前，枯死的植物倒入沼泽中，腐烂的植物被尘埃或冲积物覆盖，沉积地底。按着陆地上长出新的植物，继续生长、枯死、腐烂，如此不断的进行，层层相迭，掺杂烂泥、黏土，经过长时间及地壳的变动，再受到地热和压力的影响，散失大部分的水分，逐渐碳化而形成煤。

石油是远古时代沉积在海底湖泊中的动植物的遗体，在海洋条件作用下经过千百万年的漫长转化过程而生成。水中生物的遗骸下沉而埋没于地下石化燃料---石油及天然气因地热或地压等作用变成石油石油大多集中在沙岩之类孔隙较多的岩石层中石化燃料---石油及天然气天然气与煤、石油类似，几亿年以前，地球上大多数地方还是汪洋大海，海里有各种动植物，动植物死后的残骸在地下的高温高压下，转化为天然气和石油，天然气是石油同成分的物质气化所产生。

核能核能也称原子能，是一种高效率，又持久的能源。核能发电是利用铀235的核分裂连锁反应释出大量热能，将水变成水蒸气，利用这些蒸气来推动发电机发电。

广东阳江核电站自然能源---水力水力发电系利用河川、湖泊等位于高处具有位能的水流至低处，将其中所含之位能转换成水轮机之动能，再藉水轮机为原动机，推动发电机产生电能。小水电按照中国国家计委规定，水电站总容量在5万kw以下的为小型水电站；5万—25万kw的为中型水电站；25万kw以上的为大型水电站。目前全世界使用的能源90%取自化石燃料，即煤炭、石油和天然气，它们经历了上亿年的时间才得以生成，因此是不可在生能源。从探明的储量分析，现在地球上的煤炭、石油和天然气的总储量分别为：石油：1万亿桶天然气：120万亿立方米煤炭：1万亿吨三、能源现状按照全世界对化石燃料的消耗速度计算，这些能源可供人类使用的时间大约还有：储量有限的化石燃料四、新能源新能源与可再生能源含义和分类新能源含义：在中国是指除常规化石能源和大中型水力发电、核裂变发电之外的生物质能、太阳能、风能、小水电、地热能以及海洋能等一次能源。。第一章生物质的概念、功能及种类1、地球生物质循环以及生物质的功能2、生物质的特征3、生物质能源及非能源生物基产品的潜力第一节地球生物质循环以及生物质的功能一、

生物质概念生物质是指经过生物体生物活动所形成，具有一定的能量、养分、机械强度或生理性功能的所有有机物质。生物质能的特点

1)可再生性生物质属可再生资源,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；

2)低污染性生物质的硫含量、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；3)广泛分布性缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能；4)生物质燃料总量十分丰富。生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然气。上海台《一群死猪的奇幻漂流》二、生物质在物质循环中的功能和意义（一）生物质开发利用的必要性1、资源紧张的缓解2、环境压力的释放3、经济增长以及生活水平提高的需求4、生态平衡的需要根据《纽约移民健康体检报告》来自中国大陆的新移民体相对于来自其他亚洲国家的新移民铅含量高44%镉含量高60%汞含量高530%相对于纽约当地人汞含量高660%。（二）

生物质开发利用的可行性这一课题在世界范围内引起了足够的重视。现代科学技术的发展加快了这一课题的开展。“生物炼制”将生物质工程带入工业化时代。（三）生物质开发利用概况1、美国2、巴西3、欧盟目前，生物质能技术的研究与开发已成为世界重大热门课题之一，受到世界各国政府与科学家的关注。许多国家都制定了相应的开发研究计划，如日本的阳光计划、巴西的酒精能源计划等，其中生物质能源的开发利用占有相当的比重。日本的阳光计划现在的日本是一个风景漪丽、环境优美的太平洋岛国，而发生于20世纪中叶的东京光化学烟雾、痛骨病等事件却闻名于全球，引起了当时日本政府的高度重视。启动“阳光计划”是日本政府为对付能源危机和建设无公害社会制定并推行的新能源开发计划。在2000年以前，组织国立研究机构企业和大学，对太阳能发电、地热发电、合成天然气和氢能的利用技术和设备制造进行研究和开发。采用最大程度节约能源、资源和减少排放的简化生产工艺过程来实现未来的化学工业，为了地球环境而变革现有技术。巴西的酒精能源计划为减少石油对环境的污染，巴西政府大力扶持生态能源开发。以甘蔗为原料生产酒精，将使用的所有汽油都添加20％到25％的酒精，这减少了石油的消耗和污染。全国酒精计划在实施期间得到的补贴为400亿美元，但由于新技术的开发，这笔费用早已收回。（四）我国生物质开发利用现状1、沼气2、生物质气化3、生物质压缩成型技术4、生物液体燃料（五）生物质在我国未来可持续发展战略中的地位

1、能源替代2、为环境减压3、为“三农”解困（六）我国生物质发展思路与原则1、一矢三的，重在“三农”2、不争粮地，生态先行3、多元发展，因地制宜4、突出重点，中小为主5、资源循环，环境优先三、生物质利用技术途径1、直接燃烧2、生物化学转换3、热化学转换生物质能转化利用途径

4、化工液化技术1、直接燃烧注释:用纤维素（C6H10O5）n代表植物枝叶的主要成分（C6H10O5)n+6nCO26nCO2+5nH2O点燃缺点:

生物质燃烧过程的生物质能的净转化效率在20－40％之间。2、生物化学转换a、利用植物的秸杆、枝叶、杂草等制取沼气b、用含糖类、淀粉（C6H10O5）n较多的农作物（如玉米、高粱）为原料，制取乙醇。（C6H10O5)n+

nH2OnC6H12O6催化剂C6H12O62C2H5OH+2CO2↑点燃乙醇汽油的优点乙醇汽油是用90%的普通汽油与10%的燃料乙醇调和而成。首先，乙醇汽油增加汽油中的含氧量，使燃烧更充分，有效地降低了尾气中有害物质的排放；第二，有效提高汽油的标号，使发动机运行更平稳；第三，可有效消除火花塞、气门、活塞顶部及排气管、消声器部位的积炭，可以延长主要部件的使用寿命。

3、热化学转换复杂的化学反应生物质可燃性气体第二节生物质的特征根据状态不同，可分为：绿色生物质和非绿色生物质固体生物质和液体生物质按有效成分可分为：糖用生物质淀粉用生物质纤维素用生物质油料生物质蛋白质用生物质活性物原料生物质按照来源来分：农业生产品种植农业废弃物林业废弃物园林废弃物养殖废弃物加工废弃物生活废弃物及人粪尿能源生物二、生物质的化学组成和特点生物质基本上由糖类、淀粉、蛋白质、油脂、纤维素、半纤维素和木质素组成，它们属于可再生资源。将生物质转换为气体燃料比较容易，与化石燃料相比生物质类物质含碳少，产热值低。较低的含硫量使得其在燃烧过程中比较清洁生物质的营养成分较低，质地粗糙，适口性差。生物质资源比较分散、分布不均，收集困难。第三节生物质能源及非能源生物基产品的潜力一、生物质能源的潜力（一）生物质能源的分类（二)生物质能源的利用前景1、燃料乙醇燃料乙醇是从植物中获取的糖经过发酵得到的以淀粉类植物为原料。在美国：玉米巴西：甘蔗木薯2、生物柴油生物柴油是清洁的可再生能源，以大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黄连木等油料木本果实、工程微藻等油料水生植物以及动物油脂、废餐饮油为原料制成的液体燃料。一般以20%比例混掺到石化柴油中，称B20柴油。生物柴油

非食用油脂：棉区的棉籽油和南方的冬闲地的菜籽油厨余油脂和废弃动物油脂开发麻风树、黄连木、油棕等木本油料林。

大戟科、萝摩科、菊科、桃金娘科以及豆科植物，从它们的茎、叶伤口处有乳白色或黄褐色液体流出来，其中含有与石油成分相似的碳氢化合物一英亩三角大戟可生产相当于50吨石油的燃料。一公顷象草平均每年可收获12t生物石油

三角大戟3、成型颗粒燃料成型颗粒燃料，主要指生物质（秸秆）致密成型燃料是将生物质（林业废弃物和农作物秸秆）进行加工、生产出的一种具有要求密度和热值的燃料。利用方式：打捆直接燃烧气化，利用燃气发电4、生物天然气在欧洲，现代化的沼气生产、加工和应用越来越受到重视和普及：一是原料相对集中的进行厌氧发酵，为小区供热发电；二是经压缩净化后的沼气用于运输燃料或民用燃气和发电。生物气体燃料—沼气

在沼泽、湖泊和水沟地带中，常常见到水中有许多气泡冒出．它是由于一些微生物的活动产生的一种臭鸡蛋气味的气体，叫做沼气。沼气中含有甲烷、氯气、硫化氢、一氧化碳、二氧化碳等多种气体，其中甲烷的含量大约为65％左右。甲烷是一种可以燃烧的气体，它的蓝色火焰可达1400℃的高温。因此，沼气是一种优质燃料。

将人畜粪便、作物秸杆、生活垃圾、有机废水、活性污泥堆积在沼气池进行生物发酵产生沼气，是生物能源利用的一种好的形式。沼气用作生活燃料，热效率可达60％，比秸杆直接燃烧的热效率高6倍左右，而且沼液、沼渣可喂鱼，也是优质的有机肥料(除含有氮磷钾以外，还含有许多腐植质)。它的主要成分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。与其它燃气相比，其抗爆性能较好，是一种很好的清洁燃料。沼气除直接燃烧用于炊事、烘干农副产品、供暖、照明和气焊等外，还可作内燃机的燃料以及生产甲醇、福尔马林、四氯化碳等化工原料。自80年代以来建立起的沼气发酵综合利用技术沼气为纽带，物质多层次利用、能量合理流动的高效农产模式，巳逐渐成为我国农村地区利用沼气技术促进可持续发展的有效方法。中国农业资源和环境的承载力十分有限，发展农业和农村经济，不能以消耗农业资源、牺牲农业环境为代价。发展农村沼气，优化广大农村地区能源消费结构，是中国能源战略的重要组成部分，对增加优质能源供应、缓解国家能源压力具有重大的现实意义。沼气发酵的优点（一）白色能源——沼气煮饭、烧水可用沼气代替柴和煤，也可以用沼气化替柴油、汽油开动内燃机，还可以建造沼气发电站把生物能转换成电能利用。沼气本身还是宝贵的化工原料，用它可以生产三氯甲烷，四氯化碳等产品；又是塑料、纤维、橡胶、染料的原料之一。（二）增加肥效农作物所需的肥料有氮肥，磷肥和钾肥。粪及稻草等农业副产品除含氮磷和钾外，尚含有碳、氢等元素。农村在使用这些肥料时必须在粪坑内沤烂，才能用作肥料，在沤烂期中碳、氢元素白白浪费。将这些肥料放在沼气池里，密闭发酵，则碳、氢元素变为沼气，而氮、磷、钾等元素不变，这是一举两得。（三）消除病害粪便中所含病原菌需要空气才能生活，因此在隔绝空气的情况下很快死亡。粪便中的虫卵，因粪液中含氨较多亦被杀死。（四）处理污泥应用活性污泥法处理城市污水及工业废水余下大量污泥，