生物質能
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生物質能(Biomass energy)
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什麼是生物質能[1]
生物質能是指植物葉綠素將太陽能轉化為化學能儲存在生物質內部的能量，通過熱化學轉換技術將固體生物質轉換成可燃氣體、焦油等，通過生物化學轉換技術將生物質在微生物的發酵作用下轉換成沼氣、酒精等，通過壓塊細密成型技術將生物質壓縮成高密度固體燃料等。生物質能源包括：能源林木、能源作物、水生植物、各種有機的廢棄物等，它們是通過植物的光合作用轉化而成的可再生資源。
生物質能由太陽能轉換而來，它蘊藏在植物、動物和微生物等有機體中，是人類賴以生存的物質基礎。生物質作為能源利用，在轉換系統的每一個環節都可為人類造福，它具有全程良性迴圈的特征。生物質能既可直接利用，也可以通過轉化成氫氣、乙醇、沼氣等含能物質間接使用。
1、可再生性
生物質屬可再生資源,生物質能由於通過植物的光合作用可以再生,與風能、太陽能等同屬可再生能源,資源豐富,可保證能源的永續利用；
2、低污染性
生物質的硫含量、氮含量低、燃燒過程中生成的SOX、NOX較少；生物質作為燃料時，由於它在生長時需要的二氧化碳相當於它排放的二氧化碳的量，因而對大氣的二氧化碳凈排放量近似於零，可有效地減輕溫室效應；
3、廣泛分佈性
缺乏煤炭的地域，可充分利用生物質能；
4、生物質燃料總量十分豐富
生物質能是世界第四大能源,僅次於煤炭、石油和天然氣。根據生物學家估算,地球陸地每年生產1000～1250億噸生物質;海洋年生產500億噸生物質。生物質能源的年生產量遠遠超過全世界總能源需求量,相當於目前世界總能耗的10倍。我國可開發為能源的生物質資源到2010年可達3億噸。隨著農林業的發展,特別是炭薪林的推廣,生物質資源還將越來越多。
依據來源的不同，可將適合於能源利用的生物質分為林業資源、農業資源、生活污水和工業有機廢水、城市固體廢物及畜禽糞便等五大類。
1、林業資源
林業生物質資源是指森林生長和林業生產過程提供的生物質能源，包括薪炭林、在森林撫育和間伐作業中的零散木材、殘留的樹枝、樹葉和木屑等；木材採運和加工過程中的枝丫、鋸末、木屑、梢頭、板皮和截頭等；林業副產品的廢棄物，如果殼和果核等。根據2000年完成的第５次國家森林資源調查（1994~1998年），至1998年有森林土地2.63億公頃，森林面積1.59億公頃，其中，木材存量為124.9億立方米，森林存量超過112.7億立方米。
2、農業資源
農業生物質能資源是指農業作物(包括能源作物)；農業生產過程中的廢棄物，如農作物收穫時殘留在農田內的農作物秸稈（玉米秸、高粱秸、麥秸、稻草、豆秸和棉稈等）；農業加工業的廢棄物，如農業生產過程中剩餘的稻殼等。根據1995年的統計數據計算，我國農作物秸稈年產出量為6.04億噸，其中造肥還田及其收集損失約占15％，剩餘5.134億噸。可獲得的農作物秸稈5.134億噸除了作為飼料、工業原料之外，其餘大部分還可作為農戶炊事、取暖燃料，目前全國農村作為能源的秸稈消費量約2.862億噸，但大多處於低效利用方式即直接在柴竈上燃燒，其轉換效率僅為10％一20％左右。
3、生活污水和工業有機廢水
生活污水主要由城鎮居民生活、商業和服務業的各種排水組成，如冷卻水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、廚房排水、糞便污水等。工業有機廢水主要是酒精、釀酒、製糖、食品、製藥、造紙及屠宰等行業生產過程中排出的廢水等，其中都富含有機物。2002年，我國工業和城鎮生活廢水排放總量為439.5億噸，其中工業廢水排放量207.2億噸；城鎮生活污水排放量232.3億噸。廢水中COD排放總量1366.9萬噸，其中，工業廢水中COD排放量584.0萬噸，城鎮生活污水中COD排放量782.9萬噸。
4、城市固體廢物
城市固體廢物主要是由城鎮居民生活垃圾，商業、服務業垃圾和少量建築業垃圾等固體廢物構成。其組成成分比較複雜，受當地居民的平均生活水平、能源消費結構、城鎮建設、自然條件、傳統習慣以及季節變化等因素影響。中國大城市的垃圾構成已呈現向現代化城市過渡的趨勢，有以下特點：
一是垃圾中有機物含量接近1/3甚至更高；
二是食品類廢棄物是有機物的主要組成部分；
三是易降解有機物含量高。目前中國城鎮垃圾熱值在4.18兆焦/千克（1000千卡/千克）左右。
隨著城市規模的擴大和城市化進程的加速，中國城鎮垃圾的產生量和堆積量逐年增加。1991和1995年，全國工業固體廢物產生量分別為5.88億噸和6.45億噸，同期城鎮生活垃圾量以每年10%左右的速度遞增。1995年中國城市總數達640座，垃圾清運量10750萬噸。
生物質能的優勢[2]
1．生物能源是唯一能大規模替代石油的能源
隨著石油價格的攀升趨勢，以及石油資源的有限，尋找一種可以替代石油能源的新能源已經迫在眉睫。生物能是唯一可以替代石油能源的無污染能源，而水能、風能、太陽能、核能及其他新能源只適用於發電和供熱。
2．生物能源產品的多樣性優勢
生物能源產品有液態的生物乙醇和柴油、固態的原型和成型燃料、氣態的沼氣等多種能源產品。生物能源既可以替代石油、煤炭和天然氣，也可以用於供熱和發電。
3．生物能源的“可迴圈性”和“環保性”
生物能源是在農林和城鄉有機廢棄物的無害化和資源化過程中生產出來的產品，生物燃料的全部生命物質均能進入地球的生物學迴圈，即使是釋放的二氧化碳也會重新被植物吸收而參與地球的迴圈，做到無污染、零排放。物質上的環保性、永續性，資源上的可迴圈性是現代新能源發展中所迫切需要的，而且生物能源的生產模式也是極其現代化的。
4．生物能源有利於創造就業機會和建立內需市場
巴西的經驗表明，在石化行業創造1個就業崗位，可以在乙醇行業創造152個就業崗位；石化行業產生1個就業崗位的投資是22萬美元，燃料行業僅為1．1萬美元。聯合國環境計劃署發佈的“綠色職業”報告中指出，“到2030年可再生能源產業將創造2040萬個就業機會，其中生物燃料將貢獻1200萬個”。
5．生物燃料具有對原油價格的“抑制性”
生物能源的使用，使原油生產國大量增加，它通過自主生產燃料，可以抑制進口石油價格，並減少進口石油費用，使更多的資金能用於改善人民生活和經濟的持續發展，從根本上解決能源危機和糧食危機。
生物質能的主要利用技術[3]
(1)化學轉換技術
生物質化學轉換技術包括直接燃燒、液化、氣化、熱解等方法，其中最常用的是直接燃燒。但直接燃燒煙塵大，熱效率低，能源浪費大。除農村外，一般在城鎮不提倡直接燃燒的方法。同時，應禁止農村在田間焚燒秸稈。
生物質熱解技術是生物質受高溫加熱後，其分子破裂而產生可燃氣體(一般為一氧化碳CO、氫氣H：和甲烷CH。等混合氣體)、液體(焦油)及固體(木炭)的熱加工過程。目前在湖北省已使用或正在興建的秸稈集中供氣即屬於炭氣聯產熱解技術。
採用直接熱解液化方法可將生物質轉變為生物燃油。據估計，生物燃油的能源利用效率約為直接燃燒物質的4倍，且辛烷值較高，若將生物燃油作為汽油添加劑，其經濟效益更加顯著。
生物質氣化是將固體或液體燃料轉化為氣體燃料的熱化學過程。生物質與煤相比，揮發分含量高，灰分含量少，固定碳含量少但活性比煤高許多。因此，生物質通過氣化之後加以利用，比煤氣化後再利用的效果要好。
(2)生物質物理轉換技術
生物質熱解技術主要指生物質壓製成型技術。將農林剩餘物進行粉碎烘乾分級處理，在一定的溫度和壓力下在成型機中形成較高密度的固體物料。
(3)生物化學轉換技術
該技術主要是利用生物質厭氧發酵生成沼氣和在微生物作用下生成酒精等能源產品。主要包括厭氧發酵制取沼氣、微生物制取酒精、生物制氫、生物柴油等。
生物質能的開發前景[4]
生物質能是僅次於煤炭、石油和天然氣而居於世界資源總量第四位的資源。據估計，到本世紀中葉，採用新技術生產的各種生物質替代燃料將占全球總能耗的40％以上。根據生物學家估算，地球上每年的生物質能總量約達1400～1800億噸，相當於目前世界總能耗的10倍。
世界全部生物質存量約為1.9萬億噸，如果陸地與海洋合計平均最低更替率為11年，那麼每年全球新產生的生物質約為1700億噸，折算成標準煤850億噸或油當量600億噸，約相當於2007年全球一次能源供應總量的5倍。地球上每年生物體產生的生物質總量約在1700億噸，目前為人類所利用的只有約60億噸，僅占總量的3．5％。其中37億噸作為人類的食物，20億噸的木材用作材料和資源，37億噸被用於滿足人類其他需要。
纖維素、半纖維素和澱粉是生物質中最主要的成分，它們約占生物質的65％至1J85％，也是地球上儲量最大的物質。生物質能資源大致可分為傳統生物質能和現代生物質能兩種。傳統生物質能的利用主要限於發展中國家，廣義上包括所有小規模使用的生物質能。現代生物質能是可以大規模用於替代常規資源的各種生物質能，包括林產品廢棄物、甘蔗渣、城市廢棄物、生物燃料(包括沼氣和資源型作物)等。總體而言，生物質能可以分為森林資源、農作物秸稈、禽畜糞便和生活垃圾四種。
生物質能有著與其他可再生資源相類似的優點，開發利用前景巨大。首先，可再生性。生物質能是廣義太陽能資源的一種，是光合作用的產物，具有永久的可再生性，取之不盡用之不竭。其次，清潔性。生物質的硫含量、氮含量低，作燃料時所排放的二氧化碳的量幾乎全被生物質本身進行了光合作用，因而對大氣的溫室氣體凈排放量近似於零，可有效地減輕溫室效應。第三，儲量豐富，分佈廣泛。只要有光合作用的地方，就存有生物質能，且儲量豐富，如前文所述，生物質能是世界第四大資源，僅次於煤炭、石油和天然氣。第四，生物質能方便易取，價格低廉，運輸使用便利。
18世紀之前，生物質能一直是人類最主要的能量來源，但當時對生物質能的利用比較原始，現代意義上的開發與利用生物質能至今還處於初級階段，生物質能在發達國家中資源結構中的比重相對較小，發展中國家生物質能在整個資源結構中的比重則可高達40％甚至以上。地球每年經光合作用產生的生物質有1730億噸，自然界每年儲存的生物質能相當於世界主要燃料的10倍，而現在全世界資源的利用量還不到其總量的1％，目前生物質資源占全球資源利用量的11％，但是部分來自不可持續的採伐。
據預計，至2020年全世界生物質資源的商業化利用將達到1億噸油當量，並形成千萬噸級規模的生物液體燃料的生產能力。可持續的生物質能潛力巨大，如得到合理開發與利用，可滿足當前全球資源需求量的65％以上。可見生物質能作為一種可再生資源的可開發前景和潛力之巨大。專家普遍預測，生物質能將成為21世紀主要的新資源之一。
