利用生物质能的途径和技术

（1）利用途径

生物质能是世界上最为广泛的可再生能源。据估计，每年地球上通过光合作用生成的生物质总量达1 440亿～1 800亿t（干重），其能量相当于20世纪90年代初全世界总能耗的3～8倍，但这么多的能源尚未被充分利用。目前，人类对生物质能的利用（见图2.22），直接用作燃料的有农作物的秸秆、薪柴等；间接作为燃料的有农林废弃物、动物粪便、垃圾及藻类等。它们通过微生物发酵作用生成沼气，或采用热解法制造液体和气体燃料，也可用于制造生物炭。历史上，生物质能多半直接当薪柴使用，效率低且影响生态环境；在现代，生物质能的利用一般是通过生物质的厌氧发酵制取甲烷，用热解法生成燃料气、生物油和生物炭，或用生物质制造乙醇和甲醇燃料，或利用生物工程技术培育能源植物，发展能源农场。

（2）利用技术

1）直接燃烧和固化成型

生物质的直接燃烧和固化成型技术的开发着重于专用燃烧设备的设计和生物质成型物的应用。现已成功开发出3类成型物形状的成型技术，如日本开发出通过螺旋挤压生产棒状成型物的技术，欧洲各国开发出活塞式挤压制备圆柱块状的成型技术，美国开发出内压滚筒颗粒状的成型技术和设备。

图2.22　生物质能源循环转化利用

2）生物质气化

生物质气化技术是将固体生物质置于气化炉内加热，同时通入空气、氧气或水蒸气，共同作用生成品位高的可燃气体。该技术的气化率可达70%以上，热效率达85%。生物质气化生成的可燃气经过处理可用于取暖、发电等。该应用技术在生物质原料丰富的偏远山区意义重大，不仅能改善人们的生活质量，还能提高能源利用率，节约能源。

3）液体生物燃料

由生物质制成的液体燃料称为生物燃料。生物燃料包括生物甲醇、生物乙醇、生物丁醇和生物柴油等。虽然生物燃料的利用起步较早，但发展缓慢。受到世界石油资源、环保和全球气候变化的影响，20世纪70年代以后，许多国家开始日益重视生物燃料的开发利用，并取得了显著成效。

4）沼气

沼气是各种有机物质在适宜的温度、湿度条件下，隔绝空气进行微生物发酵产生的一种可燃气体。沼气的主要成分是甲烷，它无色无味，与适量空气混合后即可燃烧，是一种理想的气体燃料。

5）生物制氢

生物制氢过程可分为厌氧光合制氢和厌氧发酵制氢两大类。生物制氢是从自然界获取氢气的重要途径，生物质可通过气化和微生物催化脱氢两种方法制氢。现代生物制氢始于20世纪70年代的能源危机，20世纪90年代的温室效应使人们对生物制氢有了进一步的认识，并逐渐成为人们的关注热点。

6）生物质发电技术

近年来，生物质发电在国际上越来越受到重视。将生物质能转化为电能主要包括农林废物发电、垃圾发电和沼气发电等。生物质发电是将废弃的农林剩余物收集、加工整理，形成商品，既防止秸秆在田间焚烧造成的环境污染，又改变了农村的村容村貌，是我国建设生态文明、实现可持续发展的能源战略选择之一。更重要的是，我国的生物质能资源多集中在农村，大力开发并利用生物质能，可促进农村生产发展，显著改善农村的风貌和生活条件，对新农村的建设产生积极影响。

7）原电池(www.xing528.com)

以生物质为原料，利用化学反应时电子转移的原理制成原电池，制备原电池后的产物和直接燃烧相同但是能量被充分利用了。

（3）新利用

1）脂肪燃料快艇

新西兰业余航海家和环境保护家皮特·贝修恩驾驶以脂肪为动力的快艇“地球竞赛”号（见图2.23），全部采用生物燃料完成了一次环游世界的环保之旅。2008年，贝修恩从西班牙的瓦伦西亚出发，旅程全长约4.5万km。“地球竞赛”号被称为世界上最快的生态船，融合多项高科技，船身有3层外壳保护，内有两个功能先进的发动机，最高时速约74 km/h，即使航行在巨浪中，速度也不会减慢。

图2.23　脂肪燃料快艇

2）日本开发海藻发电新技术

日本科学家开发了一种生物质发酵新系统，此系统利用海藻生产燃料。海藻中脂类含量高达67%，它可以作为生物质能使用，代替煤、石油、天然气等资源。海藻生物质能发酵设备把收集来的大量海藻碾碎，再加水搅拌成藻泥，藻泥被微生物降解成半液体状，降解过程中产生的甲烷气体可被用作燃料供内燃机发电。每处理一吨海藻能产生20 m3甲烷气体，每小时可发电10 kW·h。利用海藻生物质能发电，极具环保价值，残渣还可以用作肥料，此技术具有很好的发展前景。另外，还可利用剩饭剩菜等餐后垃圾，经过微生物发酵，分解出的气体可作为燃料电池的燃料，用来发电。

3）太阳能大黄蜂——能收集太阳能并转换成电能

以色列科学家发现一种亚洲大黄蜂，身体内置“太阳能电池”（见图2.24），它可以利用皮肤色素将吸收的太阳光转换成电能。研究发现，大黄蜂体内有类似于热泵的机制，使它即使在阳光下也可以保持低温。研究小组还发现这种黄蜂的褐色组织中包含黑色素，黑色素通过吸收有害紫外线并转换成电能。

4）用狗粪便点亮路灯

英国一个停车场利用狗粪点亮路灯，这个装置是一个甲烷消化器，用来代替垃圾桶，将宠物的排泄物装好并丢进伸出地面的管口，进入地下发酵容器，通过摇动设备上的手柄搅拌混合物，同时使容器内的甲烷上升到顶部。到了晚上，甲烷通过管道运输到地面的路灯上，用电火花点燃甲烷，路灯就亮了。

图2.24　能发电的大黄蜂

5）用尿液发电

2009年，美国俄亥俄大学的科学家通过电解尿液获得氢气用于燃料电池（见图2.25）。经试验，一头母牛的尿液可以获得为19个家庭提供烧热水的能量，但此方法本身耗电量太大，不宜推广。

图2.25　尿液发电装置