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變廢為寶的生物質能
生物質是地球上最廣泛存在的物質,它包括所有動物、植物和微生物,以及由這些有
生命物質派生、排泄和代謝的許多有機質。各種生物質都具有一定的能量。以生物質為載
體、由生物質產生的能量,便是生物質能。
生物質能是太陽能以化學能形式貯存在生物中的一種能量形式。它直接或間接來源于
植物的光合作用。地球上的植物進行光合作用所消費的能量, 占太陽照射到地球總輻射量的0.2%。這個比例雖不大,但絕對值很驚人:光合作用消費的能量是目前人類能源消費總量的40倍?梢,生物質能是一個巨大的能源。
人類以柴薪為能源,歷史長達百萬年。作為可直接利用的燃料,柴薪利用貫穿著整個人類的文明發(fā)展史。除柴薪的直接燃燒外,生物質能的轉化利用技術還有沼氣生產、酒精制取、木制石油、生物質能發(fā)電等。
一、生物質能的來源
柴薪 至今仍是許多發(fā)展中國家的重要能源。但由于柴薪的需求導致林地日減,應適當規(guī)劃與廣泛植林。
牲畜糞便 牲畜的糞便,經干燥可直接燃燒供應熱能。若將糞便經過厭氧處理,可產生甲烷和肥料。
制糖作物 制糖作物可直接發(fā)酵,轉變?yōu)橐掖肌?/p>
城市垃圾 主要成分包括:紙屑(占40%)、紡織廢料(占20%)和廢棄食物(占20%)等。將城市垃圾直接燃燒可產生熱能,或是經過熱分解處理制成燃料使用。
城市污水 一般城市污水約含有0.02%一0.03%的固體與99%以上的水分,下水道污泥有望成為厭氧消化槽的主要原料。
水生植物 同柴薪一樣,水生植物也可轉化成燃料。
二、生物質能的轉化利用
生物質能的開發(fā)和利用具有巨大的潛力,主要包括兩方面:一是建立以沼氣為中心的農村新能量、物質循環(huán)系統(tǒng),使秸稈中的生物能以沼氣的形式緩慢地釋放出來,解決燃料問題;二是建立能量農場、能量林場及海洋能量農場。
沼氣利用技術 人類發(fā)現(xiàn)、利用沼氣,已有悠久的歷史。1776年,意大利科學家沃爾塔發(fā)現(xiàn)沼澤地里腐爛的生物質發(fā)酵,從水底冒出一連串的氣泡,分析其主要成分為甲烷和二氧化碳等氣體。由于這種氣體產生于沼澤地,故俗稱“沼氣”。1781年,法國科學家穆拉發(fā)明人工沼氣發(fā)生器。200多年過去了,如今全世界約有農村家用沼氣池530萬個,中國就占了92%。農村沼氣池的主要填料是豬糞、秸稈、污泥和水等。隨著農村沼氣使用的日益推廣和大型厭氧工程技術的進步,90年代以來,世界范圍內的一些大型沼氣工程有了迅速發(fā)展。
生物質汽化將固體生物質轉化為氣體燃料,稱為生物質汽化。其基本原理是含碳物質在不充分氧化(燃燒)的情況下,會產生出可燃的一氧化碳氣體,即煤氣。制造煤氣的設備稱為汽化爐,人們故意不給足氧氣,讓含碳物質在沒有足夠的空氣的情況下燃燒,“燜”出一氧化碳來。
生物質液化 將固體生物質轉化為液體燃料,稱為生物質液化。它包括間接液化和直接液化兩種。間接液化是指通過微生物作用或化學合成方法生成液體燃料,如乙醇(酒精)、甲醇;直接液化則是采用機械方法,用壓榨或提取等工藝獲得可燃燒的油品,如棉籽油等植物油,經提煉成為可替代柴油的燃料。
生物質熱分解 這是一項很有潛力的技術,用于制取人造石油。一些生物質通過熱分解,可制取生物油、生物炭和可燃燒氣體,使生物質得到充分利用。
能源農場 即建立以獲取能源為目的的生物質生產基地,以能源農場的形式大規(guī)模培育生物質,并加工成可利用的能源;要對土地進行合理規(guī)劃,盡可能利用山地、非耕荒地和水域,選擇適合當?shù)厣L條件的生物質品種進行培育、繁殖,以獲得足夠數(shù)量的高產植物。在海洋、水域,要充分利用海藻和水生物提取能源,建立海洋能源農場或江河能源農場。同時,將基因工程等現(xiàn)代生物技術廣泛應用于能源農場中,以提高能源轉化率。
專家預測,到2050年,以生物質能為重要組成部分的可再生能源,將以相同或低于礦物燃料的價格,提供全球3/5的電力和2/5的直接燃料。
摘自《新科技啟蒙》
(1)生物質能是屬于一次能源還是二次能源?是屬于可再生能源還是不可再生能源?
(2)生物質能在使用時可以轉化為哪些形式的能?請舉例說明。
(3)能源危機是一個全球性的問題,對于我們個人,平時使用過哪些能源?我們在使用時要注意些什么問題?談談你的看法。
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