生物能的開發(fā)利用包括哪些方面？

【專家解說】：生物能　　 生物能Bio-energy 　　生物能是太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物中的一種能量形式，一種以生物質(zhì)為載體的能量，它直接或間接地來源于植物的光合作用，在各種可再生能源中，生物質(zhì)是獨(dú)特的，它是貯存的太陽能，更是一種唯一可再生的碳源，可轉(zhuǎn)化成常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料。生物質(zhì)所含能量的多少與下列諸因素有密切的關(guān)系：品種、生長周期、繁殖與種植方法、收獲方法、抗病抗災(zāi)性能、日照的時(shí)間與強(qiáng)度、環(huán)境的溫度與濕度、雨量、土壤條件等，在太陽能直接轉(zhuǎn)換的各種過程中，光合作用是效率最低的，光合作用的轉(zhuǎn)化率約為0.5％-5％，據(jù)估計(jì)溫帶地區(qū)植物光合作用的轉(zhuǎn)化率按全年平均計(jì)算約為太陽全部輻射能的0.5％-2.5％，整個(gè)生物圈的平均轉(zhuǎn)化率可達(dá)3％-5％。生物質(zhì)能潛力很大，世界上約有250000種生物，在提供理想的環(huán)境與條件下，光合作用的最高效率可達(dá)8～15%，一般情況下平均效率為0.5%左右。 　　以生物質(zhì)為載體的能量.生物界一切有生命的可以生長的有機(jī)物質(zhì),包括動(dòng)植物和微生物.所有生物質(zhì)都有一定的能量,而作為能源利用的主要是農(nóng)林業(yè)的副產(chǎn)品及其加工殘余物,也包括人畜分糞便和有機(jī)廢棄物.生物質(zhì)能為人類提供了基本燃料。 [編輯本段]一、生化轉(zhuǎn)化過程 ： 　　1.厭氧消化 厭氧消化為一生化轉(zhuǎn)化過程，依靠不需氧微生物將固體有機(jī)物轉(zhuǎn)化成甲烷、二氧化碳、氫及其他產(chǎn)物，整個(gè)轉(zhuǎn)化過程可分成三個(gè)步驟。首先將不可溶復(fù)合有機(jī)物轉(zhuǎn)化成可溶化合物；然后可溶化合物再轉(zhuǎn)化成短鏈（Short chain）酸與乙醇；最后,二步驟的產(chǎn)物再經(jīng)各種厭氧菌（不需氧生物）轉(zhuǎn)化成氣體，一般最后的產(chǎn)物含有50～80%的甲烷，最典型產(chǎn)物為含65%的甲烷與35%的二氧化碳。其主要優(yōu)點(diǎn)為可利用水分含量達(dá)90%的有機(jī)物，可小規(guī)模利用，淤渣能充當(dāng)農(nóng)作物的肥料。至于主要缺點(diǎn)為大量廢水需適當(dāng)處理，氣體產(chǎn)品儲藏費(fèi)用高。 　　2.乙醇發(fā)酵 糖類作物發(fā)酵可制成乙醇。一般所謂的乙醇整批制程（batch　process），先將發(fā)酵物（糖類作物）稀釋至糖分約為20%（重量），且酸化至Ph4～5，再加入酵母菌（約５％，），再將液體施以分留和精煉。一般2.5加倫糖或5.85 公斤糖（約　2184Kcal）可制造１加倫的乙醇（3.79升，21257Kcal），因此在整個(gè)發(fā)酵過程中幾無能量損失。若使用淀粉作物（例如，玉米、大麥）做發(fā)酵物，必須先將淀粉轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵糖分，然后再進(jìn)行發(fā)酵?？晒┌l(fā)酵制造乙醇的作物，包括甘蔗、番薯,甜菜等。，由作物發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的費(fèi)用約為每公升0.34美元，其高生產(chǎn)成本是由于制程為整批式而非連續(xù)的，最終產(chǎn)物（乙醇）含有酵母需再精煉處理。這種產(chǎn)量不足以克服高度工業(yè)化的需求。現(xiàn)在美國的消費(fèi)量將近30億桶，以能含量計(jì)約為四十億桶的酒精（酒精的熱能約為汽油的70%）。在美國木材地區(qū)此等數(shù)字作比較，總計(jì)約為70萬平方里（＝1.8百萬平方公里），其三分之一－即約16億畝－是有的賣的，且實(shí)際可用的約為35億畝，我們認(rèn)為，像美國這樣的國家的燃料需求還不能由發(fā)酵酒精來克服。 　　 二、熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過程 　　1.熱解： 熱解也稱為干餾（destructive distillation），指在缺氧條件下的加熱作用。將有機(jī)物熱解會產(chǎn)生氣體、液體與固產(chǎn)物，大多數(shù)熱解氣體（pyrogas）的主要成分為H2、CO2、CO、CH4與少量碳?xì)浠衔铮ɡ?，乙烷）；熱解液體一般含有乙醇、醋酸、水或焦油（tars）等；至于熱解固體殘余物含有炭（例如，木炭）于灰分等。熱解過程包括下列處理程序:原料粗碎，烘干粗碎原料，去除雜質(zhì)，原料細(xì)碎，熱解，冷產(chǎn)物，儲存與分配產(chǎn)物。熱解加熱過程中，固態(tài)有機(jī)物一般于300℃以上開始進(jìn)行熱解，某些催化劑（例如，氯化洌┛山檔腿冉夥從Φ鈉鶚嘉露?。此绹喨解窂摩窚\８叢硬⑶也锍煞殖Ｋ嬡冉庠嫌敕從ψ刺瀉艽蟊浠?，通常低温与緩慢加热縿x罅抗?fàn)C宀錚燜偌尤扔敫呶陸隙嗥宀錚僮魑露紉不嵊跋炱宀锏鈉分?。假若引入空气視灛持燃烧，气体产午U錆寫罅康牡?，凑f煞紙嶁緯裳躉錚蚨檔推迦劑系娜群俊?薪材熱解作用一般指在大氣壓和200℃～600℃溫度之間進(jìn)行，在此狀況下典型的產(chǎn)物包括：木炭　30～35% 有機(jī)液體　18～20% 氣體　20% （產(chǎn)品重量相對與干燥源料的重量） 如果將薪材加熱至1100℃ ，熱解作用依然存在。在此狀況下，大部分液體與固體分餾物將進(jìn)一步分解，故有較多氣體產(chǎn)物產(chǎn)生.。氣化：有機(jī)物的氣化是熱化學(xué)反應(yīng)將固體燃料轉(zhuǎn)化成可燃?xì)怏w。完全燃燒必須發(fā)生在有充分氧氣的狀況下，而有機(jī)物氧化作用則必須在氧氣不足的狀況下進(jìn)行。氧化過程的主要反應(yīng)為： C+ 02 CO　放熱　C+H2O CO+H2　吸熱 CO+ H2OCO2+H2　放熱 C+2 H2 CH4　放熱 最簡單的氧化作用方式為空氣氧化（air gasification），有機(jī)物在有限量空氣之下進(jìn)行不完全燃燒反應(yīng)?？諝庋趸癄t構(gòu)造簡單、價(jià)格便宜并且可靠性高，主要缺點(diǎn)在於所產(chǎn)生氣體被空氣中氮?dú)馑♂專虼藲怏w產(chǎn)物的熱值低，經(jīng)濟(jì)效益不高。 2.液體燃料制造 直接液化　使用CO或H2作為還原劑，於高溫高壓下將有機(jī)物直接氧化，且均產(chǎn)生油狀液體產(chǎn)物，其可再分餾而充當(dāng)燃料使用。間接液化 將有機(jī)物間接液化的主要方法，采用合成氣體制成原料。而最先發(fā)展的間接液化法是處理煤氣液化。A.合成氣體制成乙醇: 此過程在石化工業(yè)上應(yīng)用極廣，多用作乙醇制造。目前可行方法很多，其中最易的方法是將H2與CO在高溫（約300℃）與高壓（約　100Atm）下結(jié)合，并使用催化劑。反應(yīng)方程式為：催化劑　CO+2 H2 ──CH3OH （合成氣體）?。ㄒ掖迹〈朔ㄗ孕讲奶釤捯掖?，產(chǎn)率約為360公斤／噸薪材，能量轉(zhuǎn)換效率約在30～40%之間。顯然乙醇熱含量（ 19.8GJ／噸）低于石油燃料（43.7GL／噸汽油），但其仍可用于發(fā)動(dòng)汽、柴油機(jī)。B.Mobil法: 若利用Mobil法可將乙醇轉(zhuǎn)化成高辛烷值汽油，因此可免修改引擎。此方法在試驗(yàn)室內(nèi)己獲證實(shí)，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)90% 。紐西蘭目前正籌建一座日產(chǎn)量12500噸合成石油工廠，可將天然氣轉(zhuǎn)化為乙醇。C Fisher-Tropseh法: Fisher-Tropsch法利用催化劑將合成氣體制成碳?xì)淙剂?。此法發(fā)明于1920年，而二次大戰(zhàn)時(shí)盛行于德國，以制造合成燃料，今日南非利用此法以轉(zhuǎn)換煤碳，但產(chǎn)物復(fù)雜,目前正研究尋求適當(dāng)催化劑以使產(chǎn)物化單純化。此法若改采用有機(jī)物做原料，則產(chǎn)物的硫含量較低。目前研究中之另一有機(jī)物間接液化法，是將熱解氣體制成合成石油，其未來發(fā)展?jié)摿Ρ豢春?。此技術(shù)稱為「China lake process」，其采用先進(jìn)的「快速熱解」步驟，它比標(biāo)準(zhǔn)熱解法可產(chǎn)制含較多幣屬烴（olefins）的氣體產(chǎn)品。此氣體產(chǎn)品再經(jīng)壓力聚合成高分子量碳?xì)浠衔?，?jīng)精煉后即可成為有用燃料。據(jù)估計(jì)總轉(zhuǎn)換率有22%。 　　 沼 氣 利 用 　　 　　沼氣:有機(jī)物在厭氧條件下被微生物分解發(fā)酵生成的一種可燃性氣體.有成生物氣其主要可染成分時(shí)甲烷,含量占60%左右,此外,二氧化碳占40%左右,以及其他微量成分.沼氣在農(nóng)村有廣泛的應(yīng)用,探索出多種沼氣利用技術(shù):下面是幾個(gè)應(yīng)用例子:豬場糞便沼氣發(fā)酵處理技術(shù)背景與意義。隨著人們物質(zhì)生活的日益改善和外向型農(nóng)牧業(yè)的發(fā)展，我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)集約化生產(chǎn)近十年來發(fā)展迅速，每個(gè)大中型畜禽場日排放糞水上百噸，嚴(yán)重危害城郊環(huán)境衛(wèi)生，同時(shí)成為阻礙養(yǎng)殖業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的重要因素。豬糞水是一優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥源，早先融合于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，進(jìn)入良性生態(tài)循環(huán)，它又是一種良好的生物質(zhì)能資源，通過沼氣池發(fā)酵回收生物質(zhì)能沼氣，已為人們熟識，而且回收沼氣的過程不僅能夠保持糞水的肥料成份，還可以增進(jìn)肥質(zhì)的速效化和腐殖化。農(nóng)業(yè)的集約化生產(chǎn)在顯著提高效率和效益的同時(shí)，不幸伴隨著大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)良性生態(tài)循環(huán)體系的肢解。集約化畜禽業(yè)生產(chǎn)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)脫離，大量的糞水資源未經(jīng)妥善處理而任意排放，而成為社會注目的公害，因此對集約化豬場糞便污水進(jìn)行處理意義重大。技術(shù)貓述　技術(shù)原理：通過對集約化豬場糞水進(jìn)行包括固液分離段、制肥段、厭氧兩步消化段和好氧處理段在內(nèi)的處理過程，實(shí)現(xiàn)豬糞水的綜合處理，充分回收資源。技術(shù)關(guān)鍵：固液分離技術(shù)，厭氧消化過程，好氧物化處理。優(yōu)缺點(diǎn)評價(jià)：(l)從資源回收、綜合利用和產(chǎn)品商品化出發(fā)，優(yōu)化組合相關(guān)的科學(xué)技術(shù)，不僅能獲得較高的能源、生態(tài)和環(huán)境效益，而且可獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。(2)因各工藝段的銜接點(diǎn)均設(shè)有緩沖環(huán)節(jié)，運(yùn)行中能夠充分承受豬場糞水水質(zhì)、水量和 pH等的沖擊，確保系統(tǒng)高產(chǎn)能運(yùn)作和獲取穩(wěn)定的優(yōu)異效果。技術(shù)指標(biāo)及要求條件：日處理存欄6500-7000頭的豬場全部糞水100-200噸舊，日產(chǎn)沼氣約300立方米和商品化有機(jī)復(fù)合肥約1．5噸。主要設(shè)備：產(chǎn)酸池、調(diào)節(jié)池、物化濾池、接觸氧化池、腐化塔、曬道、干燥房。養(yǎng)豬、產(chǎn)氣、積肥多功能戶用沼氣池建設(shè)技術(shù)背景與意義。我國目前的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形式主要以戶為單位，大多數(shù)農(nóng)戶既經(jīng)營種植業(yè)也經(jīng)營養(yǎng)殖業(yè)，而戶用沼氣池以農(nóng)戶生產(chǎn)和生活中的廢棄物作為發(fā)酵原料，制取沼氣及多種厭氧消化產(chǎn)物，從而解決了農(nóng)戶生活用能，并滿足生產(chǎn)中的某些需求，所以建設(shè)戶用沼氣池在我國具有良好的發(fā)展前景。本項(xiàng)技術(shù)旨在設(shè)計(jì)一種實(shí)用性強(qiáng)、便于管理的飼、氣、肥多功能沼氣及相應(yīng)配套工藝。技術(shù)描述　技術(shù)原理：針對水壓式沼氣池進(jìn)出料難，冬季產(chǎn)氣率低和農(nóng)村能源、飼料、肥料缺乏等問題并結(jié)合庭院經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和衛(wèi)生狀況設(shè)計(jì)，冬季利用塑膜溫室為沼氣池和豬舍增溫保溫，使沼氣池正常運(yùn)轉(zhuǎn)，豬安全越冬。夏季利用棚架種植瓜豆、葡萄，為豬舍遮蔭，使豬舍冬暖夏涼。技術(shù)關(guān)鍵：池型結(jié)構(gòu)，塑膜溫室的建造，秸稈酸化和粗飼料預(yù)處理。優(yōu)缺點(diǎn)評價(jià)：(1)投資少、見效快、實(shí)用性強(qiáng)，便于施工管理，綜合效益好；(2)秸稈不直接人池，解決了沼氣進(jìn)出料難的問題；(3)除貯糞池外，其它設(shè)備均設(shè)在豬圈內(nèi)，豬舍冬暖夏涼，實(shí)現(xiàn)了能源、飼料、肥料種植、養(yǎng)殖、環(huán)保多位一體的良性循環(huán)。技術(shù)指標(biāo)及要求條件：(l)產(chǎn)氣率： 0.3-O.5立方米／立方米·天；(2)用氣時(shí)間：10-12個(gè)月；(3)酸化池容積 1立方米，粗飼料預(yù)處理池容積0.2立方米；(4)貯氣罩容積：接日產(chǎn)氣量的50％設(shè)計(jì)，其它參數(shù)接國標(biāo)池要求設(shè)計(jì)。每間豬舍長4米，寬3米，四面墻體中空8-10厘米，填充保溫材料(珍珠巖粉或蛭石)，前墻高90-100厘米，下留出水孔，后墻高180-190厘米，上部留一小窗，下留通風(fēng)孔，中校高230厘米。圈后設(shè)走廊，寬70厘米，前墻拱架用竹木搭成，采光材料用普通白塑膜，夜間用草簾保溫。豬舍地面南高北低，斜度5'，水泥混凝士澆注，厚3厘米。l1月底或12月初扣棚，4月初拆棚。夏秋為自然溫度發(fā)酵，冬季在豬圈上建溫室為沼氣池增溫保溫。啟動(dòng)原料為牛馬糞，啟動(dòng)后以豬糞為補(bǔ)料，配以人糞尿、秸稈酸化水、粗飼料浸泡酸液等，3-5年大換料一次。資金條件：全套設(shè)備一次投資1300元。主要設(shè)備：主池、秸稈酸化池、粗飼料預(yù)處理池、溢流管、進(jìn)料口、貯氣罩、廁所。使用沼氣應(yīng)注意哪能些安全問題：沼氣是廣大農(nóng)村目前正大力推廣使用折一種新能源，但由于沼氣池是密封的，空氣不流通，缺氧氣，所以應(yīng)嚴(yán)禁輕易入池，以防止中毒窒息。進(jìn)料時(shí)，只能從進(jìn)料口和活動(dòng)蓋口進(jìn)料。確需下池?fù)Q料、出料或維修沼氣池時(shí)，須打開進(jìn)出料口和活動(dòng)蓋，三天后方可下池。下池前，為防萬一，可選取放一只雞或鴨入內(nèi)。觀察數(shù)分鐘，如發(fā)現(xiàn)池中雞鴨出現(xiàn)窒息反應(yīng)，則說明池內(nèi)沼氣多氧氣少，千萬不能入池。下池時(shí)，池上要有專人看護(hù)，下池的人可腰系繩子，如發(fā)生中毒窒息征兆，可及時(shí)拉出池外。另外，應(yīng)特別注意不要放含磷高的原料（如菜籽餅、棉餅、磷肥等）入池，因這些原料在池內(nèi)易產(chǎn)生劇毒氣體，會導(dǎo)致人中毒死亡。二、防止池體爆炸。沼氣如在沼氣池內(nèi)遇火燃燒，極易引起池體爆炸，因此，嚴(yán)禁在活動(dòng)蓋口和導(dǎo)氣管口點(diǎn)火，否則易將火引入池內(nèi)，使池內(nèi)氣體燃燒，引起爆炸。新建的沼氣要在水泥達(dá)到強(qiáng)度以后才能進(jìn)水試驗(yàn)。進(jìn)水速度要慢，特別當(dāng)水已封門時(shí)，不能用抽水機(jī)進(jìn)水，以免進(jìn)水速度過快，池內(nèi)壓力急速上升而脹破池體。另外，還應(yīng)定期檢查并排除輸氣管內(nèi)的積水，否則積水過多，會使池內(nèi)氣壓被積水阻隔，不能正常反應(yīng)在壓力表上，就有脹破池身的危險(xiǎn)。 三、防止火災(zāi)燒傷。在用沼氣煮飯炒菜時(shí)，要先擦燃火柴，再扭開沼氣開關(guān)。如先扭開關(guān)后點(diǎn)火，沼氣充滿灶內(nèi)，遇火易燒焦頭發(fā)、眉毛，燒傷皮膚。在出料或維修沼氣池時(shí)，千萬不能點(diǎn)蠟燭、油燈等明火進(jìn)池，只能用手電，池內(nèi)切忌吸煙。在沼氣池、導(dǎo)氣管、輸氣管周圍嚴(yán)禁燒火，特別不能讓小孩在進(jìn)出料間附近玩火，以免發(fā)生火災(zāi)。當(dāng)聞到室內(nèi)有臭雞蛋味時(shí)，說明有沼氣泄漏，應(yīng)立即打開門窗，讓室內(nèi)空氣流通。此時(shí)，絕不能在室內(nèi)點(diǎn)火，要盡快關(guān)掉總開關(guān)，找到漏氣設(shè)備的管理，如輸氣管因鼠咬或老化破裂，要及時(shí)進(jìn)行更換。 參考資料 http://baike.baidu.com/view/178812.htm?fr=ala0_1