生物能源

生物能源是指以農林廢物資源、工業廢物資源、城市垃圾資源為原料，添加木炭粉、粘合油劑、助燃劑等添加劑複合而成，包括沼氣、生物制氫、生物柴油和燃料乙醇等。

基本介紹

• 中文名：生物能源
• 外文名：bioenergy
• 別稱：綠色能源
• 特點：對環境污染小等
• 形式：生物制氫、生物柴油等
• 學科：能源學

概念

生物能源又稱綠色能源，是指從生物質得到的能源，它是人類最早利用的能源。古人鑽木取火，伐薪燒炭，實際上就是在使用生物能源。“萬物生長靠太陽”，生物能源是從太陽能轉化而來的，只要太陽不熄滅，生物能源就取之不盡。其轉化的過程是通過綠色植物的光合作用將二氧化碳和水合成生物質，生物能的使用過程又生成二氧化碳和水，形成一個物質的循環，理論上二氧化碳的淨排放為零。生物能源是一種可再生的清潔能源，開發和使用生物能源，符合可持續的科學發展觀和循環經濟的理念。因此，利用高新技術手段開發生物能源，已成為當今世界已開發國家能源戰略的重要內容。但是通過生物質直接燃燒獲得的能量是低效而不經濟的。隨著工業革命的進程，化石能源的大規模使用，使生物能源逐步被煤和石油天然氣為代表的化石能源所替代。但是，工業化的飛速發展，化石能源也被大規模利用，產生了大量的污染物，破壞了自然界的生態平衡，為了進行可持續發展，以及化石能源的弊端日益顯現，生物能源的開發和利用又被人們所側重。

生物能源的載體是有機物，所以這種能源是以實物的形式存在的，是唯一一種可儲存和可運輸的可再生能源。而且它分布最廣，不受天氣和自然條件的限制，只要有生命的地方即有生物質存在。從利用方式上看，生物質能與煤、石油內部結構和特性相似，可以採用相同或相近的技術進行處理和利用，利用技術的開發與推廣難度比較低。另外，生物質可以通過一定的先進技術進行轉換，除了轉化為電力外，還可生成油料、燃氣或固體燃料，直接套用於汽車等運輸機械或用於柴油機、燃氣輪機、鍋爐等常規熱力設備，幾乎可以套用於日前人類工業生產或社會生活的各個方面，所以在所有新能源中，生物質能與現代的工業化技術和現代化生活有最大的兼容性，它在不必對已有的工業技術做任何改進的前提下即可以替代常規能源，對常規能源有很大的替代能力，這些都是今後生物質能發揮重要作用的依據。

特點

生物能源作為可再生、污染極小的能源，具有無可比擬的優越性，必將為21世紀的經濟發展和環境保護注入強大的推動力。與石油、煤炭等能源相比，生物能源具有以下特點：

(1)生物質能源在燃放過程中，對環境污染小。生物質能源在燃放過程中產生二氧化碳，排放的二氧化碳可被等量生長的植物光合作用吸收，實現二氧化碳零排放，這對減少大氣中的二氧化碳含量及降低“溫室效應”極為有利。

(2)生物質能源蘊含量巨大，而且屬於可再生能源。只要有陽光存在，綠色植物的光合作用就不會停止，生物質能源就不會枯竭。大力提倡植樹、種草等活動，不但植物會源源不斷地供給生物質能源原材料，而且還能改善生態環境。

(3)生物質能源具有普遍性、易取性特點。生物質能源存在於世界上國有國家和地區，而且廉價、易取，生產過程十分簡單。

(4)生物質能源可儲存和運輸。在可再生能源中，生物質能源是唯一可以儲存與運輸的能源，對其加工轉換與連續使用提供方便。

(5)生物質能源揮發組分高，炭活性高，易燃。在400℃左右的溫度下，生物質能源大部分揮發組分可釋出，將其轉化為氣體燃料比較容易實現。生物質能源燃燒後灰分少，並且不易黏結，可簡化除灰設備。

從生物質能的資源總體構成來看，我國農村中生物質能約占全部生物質能的70%以上，其他主要是城鎮生活、污水和林業廢棄物，而從先進國家的生物質資源和利用來看，其主要構成均是以林業廢棄物和薪炭林為主。我國隨著薪炭林技術的發展和工業水平的提高，這方面的比例也會越來越大，所以這方面的開發利用量也是不容忽視的。

另外發展生物能源還具有以下優勢：

(1)生物能源是唯一能大規模替代石油燃料的能源產品。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)生物能源產品上的多樣性。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。既可以替代石油、煤炭和天然氣，也可以供熱和發電。

(3)生物能源原料上的多樣性。生物燃料可以利用作物秸稈、林業加工剩餘物、畜禽糞便、食品加工業的有機廢水廢渣、城市垃圾，還可利用低質土地種植各種各樣的能源植物。

(4)生物能源的“物質性”，可以像石油和煤炭那樣生產塑膠、纖維等各種材料以及化工原料等物質性的產品，形成龐大的生物化工生產體系。這是其他可再生能源和新能源不可能做到的。

(5)生物能源的“可循環性”和“環保性”。生物燃料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循環，連釋放的二氧化碳也會重新被植物吸收而參與地球的循環，做到零排放。物質上的永續性、資源上的可循環性是一種現代的先進生產模式。

(6)生物能源的“帶動性”。生物燃料可以拓展農業生產領域，帶動農村經濟發展，增加農民收入；還能促進制造業、建築業、汽車等行業發展。在中國等發展生物燃料，還可推進農業工業化和中小城鎮發展，縮小工農差別，具有重要的政治、經濟和社會意義。

(7)生物能源具有對原油價格的“抑制性”。生物燃料將使“原油”生產國從20個增加到200個，通過自主生產燃料，抑制進口石油價格，並減少進口石油花費，使更多的資金能用於改善人民生活，從根本上解決糧食危機。

(8)生物能源可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。聯合國環境計畫署發布的“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1200萬個。”

類型

生物能源按照原料的化學性質可分為：糖類、澱粉和木質纖維素物質。按照原料的來源可分為：農業生產廢棄物，主要為農作物秸稈、薪柴和柴草，農林加工廢棄物，木屑、穀殼和果殼；人畜糞便和生活有機物等；工業有機廢棄物，有機廢水和廢渣等；能源植物，包括所有可作為能源用途的農作物、林木和水生植物資源。生物能源本身可分為以下幾類：

1．農林廢棄物包括農業廢棄物和林業廢棄物

農業廢棄物指的是農作物收穫時農田中產生的殘餘物，可以利用的有穀物、根莖作物和甘蔗殘餘物等。林業廢棄物指的是木材加工部門從原材料製造各種木質一次製品時產生的廢物，以及木材利用部門以一次製品為原料形成建築物等二次產品時產生的廢物。

2．有機污水

有機污水指的是豐富有機物質的排放廢水，其中包括工業污水、農業污水以及生活污水等。由於清潔、高效、可再生等突出特點，氫氣作為能源日益受到人們的重視。製取氫氣的方法有：水電解法、熱化學法、光電化學法、等離子化學法和生物制氫法。從生物制氫的成本角度考慮，利用這些單一基質製取氫氣的費用比較高，而利用工農業有機廢水等廉價的複雜基質來製取氫氣，能使廢物質得到資源化處理，降低它的生產成本。利用混合菌種產氫技術逐步成熟，並取得了較大成果。

3．禽畜糞便

禽畜糞便也是一種重要的生物質能源。除在牧區有少量的直接燃燒外，禽畜糞便主要是作為沼氣的發酵原料。中國主要的禽畜是雞、豬和牛，根據這些禽畜品種、體重、糞便排泄量等因素，可以估算出糞便資源量。

4．生活垃圾

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。城鎮生活垃圾主要是由居民生活，商業、服務業和少量建築等廢棄物所構成的混合物，成分比較複雜，其構成主要受居民生活水平、能源結構、城市建設、綠化面積以及季節變化的影響。

制約因素

在生物能源開發熱潮形成的同時，也出現一些制約生物能源發展的因素，主要表現在：

(1)與糧爭地和與畜爭飼，特別是以糧食為原料的生物燃料開發，受到一些開發中國家的質疑或抵制。

(2)技術與生產標準缺乏，並與現有傳統能源的生產與銷售體系之間存在一定的衝突。

(3)成本價格劣勢。

(4)法律與政策的先期支持及配套問題。

因而，對於未來生物能源開發趨向，不僅需要回歸理性，冷靜看待和分析生物能源當前的開發熱潮，而且需要從實證到規範，採用適當的政策與地域分工協作。