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变废为宝的生物质能
生物质是地球上最广泛存在的物质,它包括所有动物、植物和微生物,以及由这些有
生命物质派生、排泄和代谢的许多有机质。各种生物质都具有一定的能量。以生物质为载
体、由生物质产生的能量,便是生物质能。
生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式。它直接或间接来源于
植物的光合作用。地球上的植物进行光合作用所消费的能量, 占太阳照射到地球总辐射量的0.2%。这个比例虽不大,但绝对值很惊人:光合作用消费的能量是目前人类能源消费总量的40倍。可见,生物质能是一个巨大的能源。
人类以柴薪为能源,历史长达百万年。作为可直接利用的燃料,柴薪利用贯穿着整个人类的文明发展史。除柴薪的直接燃烧外,生物质能的转化利用技术还有沼气生产、酒精制取、木制石油、生物质能发电等。
一、生物质能的来源
柴薪 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,应适当规划与广泛植林。
牲畜粪便 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,可产生甲烷和肥料。
制糖作物 制糖作物可直接发酵,转变为乙醇。
城市垃圾 主要成分包括:纸屑(占40%)、纺织废料(占20%)和废弃食物(占20%)等。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。
城市污水 一般城市污水约含有0.02%一0.03%的固体与99%以上的水分,下水道污泥有望成为厌氧消化槽的主要原料。
水生植物 同柴薪一样,水生植物也可转化成燃料。
二、生物质能的转化利用
生物质能的开发和利用具有巨大的潜力,主要包括两方面:一是建立以沼气为中心的农村新能量、物质循环系统,使秸秆中的生物能以沼气的形式缓慢地释放出来,解决燃料问题;二是建立能量农场、能量林场及海洋能量农场。
沼气利用技术 人类发现、利用沼气,已有悠久的历史。1776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沼泽地,故俗称“沼气”。1781年,法国科学家穆拉发明人工沼气发生器。200多年过去了,如今全世界约有农村家用沼气池530万个,中国就占了92%。农村沼气池的主要填料是猪粪、秸秆、污泥和水等。随着农村沼气使用的日益推广和大型厌氧工程技术的进步,90年代以来,世界范围内的一些大型沼气工程有了迅速发展。
生物质汽化将固体生物质转化为气体燃料,称为生物质汽化。其基本原理是含碳物质在不充分氧化(燃烧)的情况下,会产生出可燃的一氧化碳气体,即煤气。制造煤气的设备称为汽化炉,人们故意不给足氧气,让含碳物质在没有足够的空气的情况下燃烧,“焖”出一氧化碳来。
生物质液化 将固体生物质转化为液体燃料,称为生物质液化。它包括间接液化和直接液化两种。间接液化是指通过微生物作用或化学合成方法生成液体燃料,如乙醇(酒精)、甲醇;直接液化则是采用机械方法,用压榨或提取等工艺获得可燃烧的油品,如棉籽油等植物油,经提炼成为可替代柴油的燃料。
生物质热分解 这是一项很有潜力的技术,用于制取人造石油。一些生物质通过热分解,可制取生物油、生物炭和可燃烧气体,使生物质得到充分利用。
能源农场 即建立以获取能源为目的的生物质生产基地,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,以提高能源转化率。
专家预测,到2050年,以生物质能为重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3/5的电力和2/5的直接燃料。
摘自《新科技启蒙》
(1)生物质能是属于一次能源还是二次能源?是属于可再生能源还是不可再生能源?
(2)生物质能在使用时可以转化为哪些形式的能?请举例说明。
(3)能源危机是一个全球性的问题,对于我们个人,平时使用过哪些能源?我们在使用时要注意些什么问题?谈谈你的看法。
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