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生物質
發布時間:2023-06-01 點擊:

  1、簡介及特點

  生物質是指利用大氣、水、土地等通過光合作用而產生的各種有機體,即*切有生命的可以生長的有機物質通稱為生物質。

  特點:可再生性。低污染性。廣泛分布性。資源豐富。碳中性。

  生物質包括植物、動物和微生物。

  廣義概念:生物質包括的植物、微生物以及以植物、微生物為食物的動物及其生產的廢棄物。有代表性的生物質如農作物、農作物廢棄物、木材、木材廢棄物和動物糞便。狹義概念:生物質主要是指農林業生產過程中除糧食、果實以外的秸稈、樹木等木質纖維素(簡稱木質素)、農產品加工業下腳料、農林廢棄物及畜牧業生產過程中的禽畜糞便和廢棄物等物質。

  生物質能是可再生能源的重要組成部分.生物質能的*效開發利用,對解決能源、生態環境問題將起到十分積極的作用.進入20世紀70年代以來,世界各國尤其是經濟發達國家都對此高度重視,積極開展生物質能應用技術的研究,并取得許多研究成果,達到工業化應用規模.本文概述了研究和開發進展,涉及到生物質能固化、液化、氣化和直接燃燒等研究技術.

  2、含成分

  糖類:

  常見的糖類有纖維素、淀粉、麥芽糖和葡萄糖。兩個葡萄糖分子之間脫水后,它們的分子就會連到一起,成為淀粉,有利于貯存;更多的葡萄糖分子脫水后聚集起來就形成了一個更大的集團--纖維素,這個物質就相對比較穩定了,自然界中只有某些細菌類(如沼氣菌)能把它分解成為淀粉或葡萄糖。有的葡萄糖則被細胞轉化為其他物質,參與各種生命活動,在不同的條件下與不同的物質組成為不同的碳框架物質。

  纖維素是分子量很大的糖類,人的消化系統不能將它分解,所以它不能為人體提供能量,但是現代人們研究發現,它有利于腸內有益細菌的生存,能促進腸胃的蠕動,對人體健康有利。自然界中有的細菌能夠將它分解成為簡單的葡萄糖。

  淀粉是比纖維素簡單的糖類,是人類重要的食物和原材料,它在人的口腔里在唾液淀粉酶的作用下,被分解為麥芽糖,所以人在多次咀嚼米粉時,感覺有點甜。它可分解為簡單的葡萄糖供人體吸收利用。

  麥芽糖在我們常見的啤酒中含有,它是淀粉分解后的比葡萄糖復雜一些的糖類。

  葡萄糖是很簡單的糖類,能夠直接為人體細胞所用,在生物體內,和氧反應生成二氧化碳和水,同時釋放出能量,為生命活動提供能量。同時,也參與構成細胞,如核糖。

  醛類

  一個羰基(C=O)基團和一個氫基(-H)基團,可以組合成為一個新的基團,叫醛基(CHO)基團,有這個基團的物質叫醛,我們相當熟悉的甲醛,碳框架中只有一個碳的醛類,甲醛的重要特點就是它能使蛋白質穩定,具有防腐作用。又是一種重要的化工原料,廣泛應用于工業和化妝品行業,同時,過量的非天然甲醛可以致癌。自然界中的甲醛對人體是有益的,如西紅柿是很好的抗衰老食品,它里面就含有微量甲醛,這個含量就決定了它清除自由基的特性。植物燃燒不充分時發出的煙中也有甲醛,所以用煙熏過的肉,能夠長期保存。在人工心臟瓣膜移植手術中,把牛的心臟瓣膜經過一種醛(叫戊二醛)的處理后,再移植到人的心臟中,可以使人獲得健康。甲醛給人類帶來的傷害也不少。據美國有關部門統計,全世界每年生產了五十億磅甲醛。裝修材料中超標,化妝品中超標,非法用于食品防腐等事件也常有報導。

  酸:

  一個羰基(C=O)基團和一個羥基(-OH)基團,可以組合成為羧基(COOH)基團,有這個基團的物質叫酸,甲酸、乙酸、丙酸、脂肪酸、氨基酸都是與我們的生活有密切關系的"酸"。甲酸又稱蟻酸,蜜蜂蜇人時,會向人體注入了一點蟻酸,會引起局部皮膚紅腫和疼痛。乙酸就是醋酸,用糧食做的,因為糧食中的淀粉可分解成為葡萄糖,再在的條件下轉化成食醋。它連在一起的碳框架碳的個數是兩個,所以食醋學名叫乙酸;如果連在一起的碳框架碳的個數為三個,叫丙酸,人們熟悉的乳酸就是一種丙酸,葡萄糖在條件下還可轉化為乳酸,如人體運動時,由于供氧不足,葡萄糖分解不完*,肌肉處會產生大量乳酸,使肌肉感到酸痛;人體對酸都是比較敏感的,會產生不舒服的反映。只有胃中有鹽酸,保持強酸性。如果碳框架中的碳的個數是多個,并且是*尾相接的排成一列的,就統稱為脂肪酸;如果再結合一個氨基,就成為大家熟悉的氨基酸。這些酸是人體不可缺少的營養物質。從人體對酸的反應可以知道,現代人們通過高脂肪高蛋白食物,人體攝入了大量的脂肪酸和氨基酸,就形成了酸性體質。

  醇

  葡萄糖在的條件下還可以變成醇,醇是碳框架中含有羥基(-OH)的物質,如乙醇,就是酒精,在自然界中,熟透的水果可能有酒精的味道,就是葡萄糖變成了乙醇的原因,釀酒就是利用了這一變化。自然界中很多醇都有其它的香味,現在人們常說的植物精油,有些就是醇。

  陸地上的動植物都要保持水分,保持水分離不開一種物質,叫"甘油",它與酒精乙醇是同一個家族的,叫丙三醇,都有(OH)集團,只是甘油碳框架的每個碳原子上都有(OH)基團,所以才叫"丙三醇"。甘油是食品加工業中通常使用的甜味劑和保濕劑,大多出現在運動食品和代乳品中。由于甘油可以增加人體組織中的水分含量,所以可以增加高熱環境下人體的運動能力。也是一種重要的化工原料,它和硝酸可以變成"硝酸甘油",是一種烈性能炸藥,同時,也是一種良藥,硝酸甘油還常用作強心劑和抗心絞痛藥。

  曾經報導的齊二藥事件中,就涉及了一種醇,叫二甘醇,它與丙三醇(甘油)一樣能保持水份,曾在牙膏和化妝品和工業中廣泛代替甘油使用,齊二藥事件后,說明這兩種醇在人體內的代謝結果是完*不同的,國家也禁止了在牙膏中用"二甘醇"代替"丙三醇"。那些腎衰竭而去世的受害者,是他們的犧牲,讓更多的人們免受了"二甘醇"的危害。

  酯:

  生物體內的酸和醇會生成酯,廣泛存在于自然界,例如乙酸和乙醇可以生成乙酸乙酯,在酒、食醋和某些水果中就有這種其它的香味的物質,所以陳年的老酒和老醋都十分香;乙酸異戊酯存在于香蕉、梨等水果中;苯甲酸甲酯存在于丁香油中;水楊酸甲酯存在于冬青油中。脂肪酸的甘油酯是動植物油脂的主要成分;酯是蠟的主要成分。

  三條脂肪酸鏈與甘油組合,形成甘油三酸脂,就是一種脂肪類物質,我們平時食用的油,它們的成份都是甘油三酸脂,它們經人體消化后,被分解成為甘油和脂肪酸,被人體吸收。膽固醇、維生素D和生物體內的很多激素如性激素都是脂肪類物質。

  人體的皮膚分泌的皮脂,也是一種酯,它能保護和滋潤我們的皮膚,并具有一種的體香味;有些動物能分泌其它的酯類,如麝能分泌的麝香。天然的酯類大多對人體有益,并具有其它的香味,人們從中提取出的植物精油和香精,大多都是酯。

  構成酯的脂肪酸鏈越長,這種酯就不再是液體油了,而成了固體蠟;脂肪鏈越長,分子量越大,就成了樹脂,如松香、桐油和天然橡膠等,這些都是天然樹脂。人類根據這個自然規律,做出了各種各樣的人工樹脂和高分子材料,如人們熟悉的聚氨脂樹脂和丙烯酸樹脂,做成了各種塑料制品。它們都無法或很難被大自然中的生物所分解,給生態環境造成了**的影響,如二惡英,白色污染。

  苯

  還有一種叫"苯"的物質也廣泛存在于生物體內,它的碳框架結構為六個碳圍成一個環,叫"苯環",含有這種"苯環"的物質,大多有其它的香味,被稱為"芳香族"物質,在脂肪酸一類物質中,碳沒有形成環狀,被稱為"脂肪族"物質。大多數圍成了環的碳框架物質對人體都是有害的,它能使蛋白質沉淀變性,如甲苯,三聚氫胺這些都是有"環"的物質,會對人體造成傷害。

  我們已經知道有些酯也有香味,有些醇也有香味,有香味的酯和醇一般對人體是有益的。芳香族物質,雖然也有香味,可由于"苯環"的存在,一般對人體都是有害的。這兩類不同的香味物質,價格和作用都相差很大,在市場經濟的今天,肯定有人用便宜的有害的芳香族人工香料混到昂貴的無害的天然香料中,這提醒人們在消費時注意。

  酚:

  植物體內的"苯環"如果和一個羥基(-OH)集團組合起來,那就不是醇,而是"酚"了,在自然界中廣泛存在于植物的樹皮和果實,是單寧的主要組分,它能使植物的花和果實顯示各種不同的顏色,也是許多染料的主要組成成份。酚類物質能和氨基結合,使蛋白質穩定,適量的酚類物質對人體有利。如現代人們常提到的"茶多酚""花青素"等有抗氧化作用能清除"自由基"的物質,就是這類物質。自然界中存在的天然的酚,對人體是有益的。

  通過化學方法從石油中提煉的苯類酚類等物質,多半能使人致病,如絕大多數染料中有這個苯環,前幾年歐美提出某些染料可以致癌,列出一些禁用的染料,他們的人不能用這些致癌物質。所以有些專家提出不染色的內衣對健康有利,各種彩棉制品也開始流行,反映出人們對 和健康的重視。

  胺:

  胺在自然界中分布很廣,其中大多數是由氨基酸脫羧生成的。工業制備胺類的方法多是由氨與醇或鹵代烷反應制得,產物為各級胺的混合物,分餾后得到純品。由醛、酮在氨存在下催化還原也可得到相應的胺。工業上也常由硝基化合物、腈、酰胺或含氮雜環化合物催化還原制取胺類化合物。

  胺的用途很廣。很早發展起來的染料工業就是以苯胺為基礎的。有些胺是維持生命活動所必需的,但也有些對生命十分有害,不少胺類化合物有致癌作用,尤其是芳香胺,如萘胺、聯苯胺等。

  胺中氮原子的結構,很像氨分子中的氮原子,是以三個sp雜化軌道與氫或烴基相連接,組成一個棱錐體,留下一個sp3雜化軌道由孤電子對占據。

  3、利用技術

  種類繁多,分別具有不同特點和屬性,利用技術復雜、多樣,縱觀生物質利用技術,均是將其轉換為固態、液態和氣態燃料加以*效利用,主要途徑有:

  1、直接燃燒技術包括戶用爐灶燃燒技術,鍋爐燃燒技術、生物質與煤的混合燃燒技術,以及與之相關的壓縮成型和烘焙技術。

  2、生物轉化技術小型戶用沼氣池、大中型厭氧消化。

  3、熱化學轉化技術包括生物質氣化、干餾、快速熱解液化技術。

  4、液化技術包括提煉植物油技術、制取乙醇、甲醇等技術

  5、有機垃圾能源化處理技術。

  4、利用現狀

  中國對生物質能源利用極為重視,己連續在四個國家五年計劃將生物質能利用技術的研究與應用列為重點科技攻關項目,開展了生物質能利用技術的研究與開發,如戶用沼氣池、節柴炕灶、薪炭林、大中型沼氣工程、生物質壓塊成型、氣化與氣化發電、生物質液體燃料等,取得了多項*秀成果。政策方面,2005年2月28日,第十屆人民代表大會常務委員會第十四次會議通過了《可再生能源法》,2006年1月1日起已經正式實施,并于2006年陸續出臺了相應的配套措施。這表明中國政府已在法律上明確了可再生能源包括生物質能在現代能源中的位置,并在政策上給予了**優惠支持。2007年,國家發展與改革委員會制訂的《中國對應氣候變化國家方案》確認,2010年后每年將通過發展生物質能源減少溫室氣體排放0.3億噸CO2當量。因此,中國生物質能發展前景和投資前景極為廣闊。

  中國已經開發出多種固態填充床和流化床氣化爐,以秸稈、木屑、稻殼、樹枝為原料生產燃氣。2006年用于木材和農副產品烘干的有800多臺,村鎮級秸稈氣化集中供氣系統近600處,年生產生物質燃氣2,000萬立方米。

  近年來,中國生物油技術的開發取得較大進展。2013年4月24日,中國成功地進行了 1號生物航空煤油飛機試飛。 這使中國成為繼美國、法國和芬蘭之后,第四個擁有這項技術的國家。該技術以生物質或廢棄食用油為原料,通過轉化和提純制造航空煤油等高附加值產品。它不僅在技術上可行,也為解決所謂"地溝油"回流餐桌的問題提供了新的技術途徑。目前面臨的成本問題有望在大規模量產時逐步解決。

  總體而言,中國生物質能源技術的發展和市場發育還不夠完善,生物質能利用技術的整體技術水平與發達國家還有差距,市場亟需規范。但隨著 立法的加強和技術進步,生物質能源行業將會得到快速發展。

  5、種類

  生物質包括植物通過光合作用生成的有機物(如植物、動物及其排泄物)、垃圾及有機廢水等幾大類。生物質的能源來源于太陽,所以生物質能是太陽能的一種。生物質是是太陽能很主要的吸收器和儲存器,生物質通過光合作用能夠把太陽能積聚起來,儲存于有機物中,這些能量是人類發展所需能源的源泉和基礎。

  生物質是地球上很廣泛存在的物質,它包括動物、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,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,但有效值很驚人:經由光合作用轉化的太陽能是目前人類能源消費總量的40倍??梢?,生物質能是一個**的能源。生物質能的主要來源有薪柴、木質廢棄物、農業秸稈、牲畜糞便、制糖作物廢渣、城市垃圾和污水、水生植物等。

  生物質--取之不盡的資源寶庫

  我們知道綠色植物利用葉綠素通過光合作用,把CO2和H2O轉化為葡萄糖,并把光能儲存在其中,然后進一步把葡萄糖聚合淀粉、纖維素、半纖維素木質素等構成植物本身的物質。所謂生物質可以理解為,由光合作用產生的生物有機體的總稱,包括植物、農作物、林產物、海產物(各種海草)和城市垃圾(紙張、天然纖維)等。據估計,作為植物生物質的主要成份--木質素和纖維素每年以約1640億噸的速度再生,如以能量換算相當于石油產量的15-20倍。如果這部份資源得到好的利用,人類相當于擁有一個取之不盡的資源寶庫。而且,由生物質來源于空氣中的CO2,燃燒后再生成CO2,所以不會增加空氣中的CO2的含量。CO2是很主要的溫室效應氣體(Greenhouse Effect Gas),它對**溫室效應的貢獻為26%,對大氣中除水蒸氣外各種氣體引起的溫室效應的貢獻約為65%。鑒于利用生物質作為能源不會增加*氣中CO2的含量,即碳中性(carbon neutral),生物質與礦物質能源相比更為清潔。

  6、國家政策

  可再生能源發電價格確定 生物質發電每千瓦時可補貼0.25元

  新華網北京1月12日電(記者呂諾)我國可再生能源發電價格實行政府定價和政府指導價兩種形式。其中生物質發電項目上網電價實行政府定價的,電價標準由各省(自治區、直轄市)2005年脫硫燃*機組標桿上網電價加每千瓦時0.25元補貼電價組成。

  這是近日發布的《可再生能源發電價格和費用分攤管理試行辦法》中規定的。

  《中華人民共和國可再生能源法》已于1日起施行,國家發改委、財政部、建設部、質檢總局等部門制定的配套法規和技術規范也陸續發布。社會各界十分關注的有關可再生能源發電價格與費用分攤、可再生能源發電管理等制度有了可操作的規定。

  作為配套法規之一的《可再生能源發電價格和費用分攤管理試行辦法》規定,生物質發電項目補貼電價,在項目運行滿15年后取消。自2010年起,每年新批準和核準建設的發電項目補貼電價比上年批準項目遞減2%。發電消耗熱量中常規能源超過20%的混燃發電項目,不享受補貼電價。通過招標確定投資人的生物質發電項目,上網電價按中標確定的價格執行,但不得高于所在地區的標桿電價。

  根據同一規定,水力發電價格暫按現行規定執行;風力發電項目的上網電價實行政府指導價,電價標準由國務院價格主管部門按照招標形成的價格確定;太陽能發電、海洋能發電和地熱能發電項目上網電價實行政府定價,其電價標準由國務院價格主管部門按照合理成本加合理利潤的原則制定??稍偕茉窗l電價格高于當地脫硫燃*機組標桿上網電價的差額部分,在省級及以上電網銷售電量中分攤。

  另一部配套法規《可再生能源發電有關管理規定》中明確:發電企業應當積極投資建設可再生能源發電項目,并承擔國家規定的可再生能源發電配額義務。大型發電企業應當*先投資可再生能源發電項目。

  國家發改委副主任張國寶12日在《中華人民共和國可再生能源法》實施新聞發布會上說,"可再生能源法"要求的配套行政法規和技術標準,具備條件的都已落實。風能源的調查和風電場選址工作將力爭在今年內完成,關于生物質能源資源評價工作正在準備,相關財政貼息和稅收優惠政策正在制定。

  7、案例

  現在生物質可以應用到建筑體列如:門窗和地板。如以下案列:

  ·中國政府援老撾*際會議中心

  ·武功·南湖幸福灣水公園

  ·中國·湖北九宮山旅游度假村

  ·成都西嶺滑雪度假村

  ·武漢雷克薩斯4S店

  ·武漢南湖半島*檔別墅區


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