生物质能(第三章)

• 适宜的温度：一般沼气池在20 ℃～40 ℃时 产气量最高。
多产沼气的条件
• 充足的养分：细菌正常生成，需要从发酵原料中 吸取充足的养分，主要是碳、氮和无机盐。沼气 发酵原料中，人畜粪尿主要是氮素来源，作物秸 秆等纤维素物质主要是碳素来源。
• 充足的水分：一般要求发酵原料的含水量占总质 量的80％左右，过稀或过浓都对产气不利。
➢ 白色乳汁有毒！乳汁含佛波醇-12，13-不饱和二酯化合物、4-去氧佛 波醇-12，13-不饱和二酯化物、蒲公英甾醇、13-莴苣甾醇、大戟醇等。
麻风果
• 麻风树果实的含油量很丰富，最高可达40%。果 实榨出的油可以用作柴油发动机汽车的燃料，剩 余的残渣可用于发电。
• 每公顷 (麻风树)可以产油2700公斤，生产能用于 发电的残渣4000公斤。8000公顷麻风树足够供应 一座1.5兆瓦的发电站，可以为2500个家庭供电。
子药用，能利尿、泻下、通经，外用涂治
疥癣、恶疮等症，并可杀虫。种子含马栗
树皮沈(羧基香豆精类)、三掂成分、脂肪油、
树胶。
学名：Euphorbia lathyris Linn.
英文名：Caper
Spurge,Moleweed
科名：大戟科 Euphorbiaceae
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 量的高产能植物。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。
生产甲烷的基本过程
• 第一阶段的水解把不溶解的有机化合物和 聚合物，通过酶法转化为可溶解的有机物。
• 第二阶段再将上一步转化成的产物如碳水 化合物、蛋白质、脂肪类、醇等发酵为有 机酸。
• 第三阶段由有机酸发酵产生甲烷。
多产沼气的条件
• 密闭：沼气发酵是多种嫌气性细菌活动的 结果，所以要造成细菌活动的缺氧条件。 在建造沼气池时一定要密闭，隔绝空气， 不漏气，不漏水。
直接燃烧技术
• 垃圾焚烧也是采用锅炉技术处理垃圾，但 由于垃圾的品位低，腐蚀性强，所以它要 求技术更高，投资更大，从能量利用的角 度，它也必须规模较大才比较合理。
直接燃烧技术
• 固型燃料燃烧是把生物质固化成型后再采 用传统的燃煤设备燃用，主要优点是所采 用的热力设备是传统的定型产品，不必经 过特殊的设计或处理，主要缺点是运行成 本高，所以它比较适合企业对原有设备进 行技术改造时，在不重复投资前提下，以 生物质代替煤，以达到节能的目的，或应 用于对污染要求特别严格的场所，如饭店 烧烤等。
• 对农业废弃物、粪便、污水或城市固体废 物等进行厌氧消化，以生产沼气和避免用 错误的方法处置这些物质，以免引起环境 危害。
生物质能 的利用技术
生物质能的利用技术
• 生物质能的利用技术大体上分为直接燃烧 技术、物化转化技术、生化转化技术和植 物油技术四大类，各类技术又包含了不同 的子技术。
直接燃烧技术
沼气
• 沼气是有机废弃物（粪便、树叶、秸秆等） 经过厌氧发酵的产物，是一项制备容易， 用途广泛，综合效益显著的能源技术。沼 气的主要成分是甲烷，约占所产生的各种 气体的60%一80%。
沼气
• 甲烷是一种理想的气体燃料，它无色无味， 与适量空气混合后即对燃烧。每立方米纯 甲烷的发热最为34000焦耳，每立方米沼气 的发热量约为20800－23600焦耳。即1立方 米沼气完全燃烧后，能产生相当于0.7千克 无烟煤提供的热量。
• 城市污水，一般城市污水约含有0.02％～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。
生物能的开发和利用
• 建立以沼气为中心的农村新的能量，物质循环系 统，使秸杆中的生物能以沼气的形式缓慢地释放 出来，解决燃料问题。
• 种植柑蔗，木薯，海草，玉米，甜菜，甜高粱等， 既有利于食品工业的发展，植物残渣又可以制造 酒精以代替石油。
物化转换技术
• 生物质热解气化是把生物质转化为可燃气 的技术，根据技术路线的不同，可以是低 热值气，也可以是中热值气。它的主要优 点是生物质转化为可燃气后，利用效率较 高，而且用途广泛，如可以用作生活煤气， 也可以用于烧锅炉或直接发电。主要缺点 是系统复杂，而且由于生成的燃气不便于 储存和运输，必须有专门的用户或配套的 利用设施。
• 自古以来，麻风树的用处很少，仅局限于治疗疟 疾、建造栅栏和制作蜡烛。麻风树果实可以用于 调制治疗便秘的药物。麻风树的树液会刺激皮肤， 其果实具有很强的毒性。吃掉3个未加工的麻风树 果实可能就会使人丧命。
续随子
原产欧洲；我国引种栽培已久，各地有野生，
生于向阳山坡。 种子含油40—60%，有毒，
不能食，可制肥皂和软皂，作润滑油；种
• 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。 • 水生植物，同柴薪一样，水生植物也可转化成燃
料。
生物质能的来源
• 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。
生化转换技术
• 利用生物技术（包括酶技术）把生物质转 化为乙醇的主要目的是制取液体燃料，它 的主要优点可以使生物质变为清洁燃料， 拓宽用途，提高效率，主要缺点是转换速 度太慢，投资较大，成本相对较高。
生化转换技术
• 植物油技术： 植物油技术也是生物质能利 用技术的一种，植物油除了可以作食用或 化工原料之外，也可以作为能源利用。它 的主要优点是提炼和生产技术简单，主要 缺点是油产率较低，速度很慢，而且品种 的筛选和培育也较困难。
生物能的开发和利用
• 直接燃烧生物质来产生热能、蒸汽或电能； • 利用能源作物生产液体燃料。目前具有发
展潜力的能源作物，包括：快速成长作物 树木、糖与淀粉作物（供制造乙醇）、含 有碳氧化合物作物、草本作物、水生植物； • 生产木炭和炭；
生物能的开发和利用
• 生物质（热解）气化后用于电力生产，如 集成式生物质气化器和喷气式蒸汽燃气轮 机（BIG/STIG）联合发电装置；
沼气能源的利用
• 在占中国人口80％的农村，人们生活主要 以秸秆和薪柴为燃料。1998年全国农村居 民总能耗为365Mtce,其中56.7％（365Mtce） 来自于稻草、秸秆和薪柴。发展中国农村 沼气利用技术可以满足居民生活和工业生 产的能源需要。因此，作为一项优先发展 的技术，沼气利用可以帮助农村人口摆脱 贫困，增加收益。
生物质能简介
• 生物能是太阳能以化学能形式贮存在生物 中的一种能量形式，一种以生物质为载体 的能量，它直接或间接地来源于植物的光 合作用，在各种可再生能源中，生物质能 是独特的，它是贮存的太阳能，更是一种 唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、 液态和气态燃料。
生物质能简介
• 据估计地球上每年植物光合作用固定 的碳达2x1011t，含能量达3x1021J，因 此每年通过光合作用贮存在植物的枝、 茎、叶中的太阳能，相当于全世界每 年耗能量的10倍。
• 建立“能量林场”，“能量农场”，“海洋能量 农场”。 建立以植物为能源的发电厂。变“能源 植物”为“能源作物”，如“石油树”：绿玉树， 续随子，麻风果。
绿玉树
➢ 绿玉树(Euphorbia tirucalli L.)，英文名：milk bush， 别名乳葱树、白蚁树、光 棍树、绿珊瑚、光枝树、龙骨树、神仙棒。大戟科(Euphorbiaceae)，直立灌木 或小乔木，高达4～9米，枝肉质，圆柱状，绿色，簇生或散生。叶缺少或仅 有数枚散生，线状，矩圆形。原产非洲。
沼气
沼气利用
• 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”。
沼气利用
• 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。
沼气能源的利用
• 从1991年到1998年，中国农村能源总能耗 从568 Mtce增加到了672 Mtce,增长幅度为 18.3％，平均年增长率为2.4％。农村对优 质能源的需求日益增长。但是单靠传统能 源技术不能满足这种需求。因此，研究和 应用沼气技术对优质能源对生产有着重大 的意义。
生物能的优点
• 提供低硫燃料； • 提供廉价能源(某些条件下)； • 将有机物转化成燃料可减少环境公害(例如，
垃圾燃料)； • 与其他非传统性能源相比较，技术上的难
题较少。
生物能的缺点
• 植物仅能将极少量的太阳能转化成有机物； • 单位土地面的有机物能量偏低； • 缺乏适合栽种植物的土地； • 有机物的水分偏多(50%～95%) 。
生物质能简介
• 生物质是仅次于煤炭、石油、天然气的第 四大能源，在整个能源系统占有重要地位。 生物质能一直是人类赖以生存的重要能源 之一，就其能源当量而言，是仅次于煤、 油、天然气而列第四位的能源，在世界能 源消耗中，生物质能占总能耗的14％，但 在发展中国家占40％以上。
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。
• 适合的酸碱环境：一般发酵池的酸碱度控制在pH 为7～8.5。