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1、经典生物质能简介植物的光合作用图解生物质是指通过光合作 用而形成的各种有机体 ，包括所有的动植物和 微生物。而所谓生物质 能（biomass energy ），就是太阳能以化学 能形式贮存在生物质中 的能量形式，即以生物 质为载体的能量。生物质能的定义与范畴 生物质包括：糖类（甘 蔗、甜菜）；淀粉类（ 土豆、玉米）；纤维类 （木材、农作物秸杆、 杂草）等。生物质能的定义与范畴CO2人类需要的能生物质的产生和利用循环H2O太阳能C6H12O6燃烧、分解、气化。生物质能直接或间接地来源于绿色植物的光 合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃 料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源 ，同时也是唯一
2、一种可再生的碳源。地球每年经光合作用产生的物质有1730亿吨 ，其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量 的10-20倍，但目前的利用率不到3%。林业资源农业资源生活污水和工业有机废水城市固体废物畜禽粪便可再生性低污染性广泛分布性 生物质燃料总量十分丰富 应用：沼气、压缩成型固体燃料、气化生产燃 气、气化发电、生产燃料酒精、热裂解生产生 物柴油等。薪材来源于树木生长过程中修剪的枝杈，木 材加工的边角余料，以及专门提供薪材的薪炭 林。1979年全国合理提供薪材量8885万吨，实 际消耗量18100万吨，薪材过樵1倍以上；1995 年合理可提供森林能源14322.9万吨，其中薪 炭林可供薪材2000
3、万吨以上，全国农村消耗 21339万吨，供需缺口约7000万吨。薪材的产源：森林森林能源是森林生长和林 业生产过程提供的生物质能 源，主要是薪材。薪材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。据估计，每年地球上仅通过光合作用生成的 生物质总量就达14401800亿吨( 干重 )，其 能量约相当于20世纪90年代初全世界总能耗 的38倍。但是尚未被人们合理利用，多半 直接当薪柴使用，效率低，影响生态环境。生物质能的利用主要有直接燃烧、热化学 转换和生物化学转换等3种途径。生物质 的直接燃烧在今后相当长的时间内仍将是 我国生物质能利用的主要方式。生
4、物质的热化学转换是指在一定的温度和 条件下，使生物质汽化、炭化、热解和催 化液化，以生产气态燃料、液态燃料和化 学物质的技术。生物质的生物化学转换包 括有生物质-沼气转换和生物质-乙醇转换 等。2006年底全国已经建设农村户用沼气池1870万 口，生活污水净化沼气池14万处，畜禽养殖场和 工业废水沼气工程2,000多处，年产沼气约90亿 立方米，为近8000万农村人口提供了优质生活燃 料。 中国已经开发出多种固定床和流化床气化炉，以 秸秆、木屑、稻壳、树枝为原料生产燃气。2006 年用于木材和农副产品烘干的有800多台，村镇 级秸秆气化集中供气系统近600处，年生产生物 质燃气2,000万立方
5、米目前，生物质能技术的研究与开发已成为世界 重大热门课题之一，受到世界各国政府与科学 家的关注。许多国家都制定了相应的开发研究 计划，如日本的阳光计划、印度的绿色能源工 程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等 ，其中生物质能源的开发利用占有相当的比重 。中国80人口生活在农村，秸秆和薪柴等生物质能是农 村的主要生活燃料， 1998年农村生活用能总量3.65亿 吨标煤，其中秸秆和薪柴为2.07亿吨标煤，占56.7 。 1991年至1998年，农村能源消费总量从5.68亿吨标准 煤发展到6.72亿吨标准煤，增加了18.3，年均增长 2.4%。而同期农村使用液化石油气和电炊的农户由 1578万户发
6、展到4937万户，增加了2倍多，年增长达 17.7，增长率是总量增长率的6倍多。生物质能利用生物质能利用生物质热化学转化（油、气） （高温分解、气化）生物化学转化 （沼气、酒精）直接燃烧能源转换过程直接燃烧生物质能利用直接燃烧热效率低于20%lossloss生物质能利用直接燃烧炕：热效率20-30%生物质能利用直接燃烧发电p秸秆直接燃烧发电p垃圾直接燃烧发电生物质能利用直接燃烧秸秆发电热效率可达90%;生物质能净转化效率40 生物质能利用直接燃烧秸秆发电每两吨秸秆的热值相当于一吨煤，平均含硫量只 有38，远远低于煤1的平均含硫量。 丹麦:已建立了130多家秸秆生物发电厂。秸秆发电 等可再生能源
7、占到全国能源消费量的24以上。 1：1.4能源草秸秆河北晋州：两台秸秆直燃锅炉（华光股份 生产，2台75t/h）。 江苏如东：25 MW生物质发电项目。江苏宿迁和句容：每个项目的装机容量为 2.4万千瓦(完全采用我国自主研发设计和 制造的秸秆直燃锅炉技术）。 生物质与煤混合燃烧效果最佳 生物质能利用直接燃烧秸秆发电截至2006年，我国已经有100多个县市已经开始投建或签订 秸秆发电项目生物质能利用直接燃烧秸秆发电2005年，我国首个秸秆与 煤粉混烧发电项目在枣庄十里 泉发电厂竣工投产:引进了丹麦 BWE公司的技术设备，对1台14 万千瓦机组的锅炉燃烧器进行 了秸秆混烧技术改造。 十里泉电厂生物
8、质能利用直接燃烧垃圾发电生活垃圾焚烧后，质量只 有焚烧前的10%，体积最多 只有1/4。 西方发达国家大都建 有垃圾发电厂，美国 在20世纪80年代兴建 了90座垃圾焚烧厂， 90年代又建了近400座 发电厂，垃圾焚烧率 达40；日本垃圾电 站有131座。生物质能利用直接燃烧垃圾发电垃圾电站生物质能利用直接燃烧垃圾发电浦东御桥工业区：国内第一座日处理千吨以上的大 型现代化生活垃圾发电厂，每天可处理120150万 城市居民产生的生活垃圾（约1000吨）。 我国目前规模最大的垃圾焚烧厂上海江桥 生活垃圾焚烧厂，每天处理垃圾2000吨。截至2006年，我国已经建成有100多个 日处理量在200吨以上
9、的焚烧装置。 目前全球有垃圾电站近1000座，预计未来三年内， 将超过3000座。生物质能利用直接燃烧垃圾发电p垃圾发电平均上网电价为元 千瓦时，发电成本为元千瓦时 。p火力发电成本仅为元千瓦时， 水力发电的运营成本仅为千 瓦时元千瓦时。p相比之下，垃圾发电成本是相当高的， 没有任何竞争优势。 生物质能利用直接燃烧垃圾发电热化学转化生物质能利用-热化学转化p气化p液化p转脂反应生物质能利用-热化学转化-气化生物质气化是在高温条件下，利用部分氧化 法，使有机物转化成可燃气体的过程，产物 为CO、H2、CH4等可燃性气体。 生物质气化供热供热供气发电p用作锅炉的燃料燃烧生产蒸汽带动蒸汽轮 机发电。
10、这种方式对气体要求不很严格， 直接在锅炉内燃烧气化气。效率低。p在燃气轮机内燃烧带动发电机发电。这种 利用方式要求气化压力在1030个大气压 ，有灰尘、杂质等污染的问题。p在内燃机内燃烧带动发电机发电。这种方 式应用广泛，而且效率较高。但该种方式 对气体要求严格，气化气必须净化及冷却 。生物质能利用-热化学转化-气化发电气化发电的三种方式生物质能利用-热化学转化-气化发电我国当前情况下，如果生物质收集范围大于50 km，气化发 电价格就会大于电网价格（约055元/度），而失掉经济 性方面的优势；小于50 km，燃料不足。 气化技术障碍气化技术障碍燃气除焦 电机要求焦油含量：0.02-0.05g
11、/m3；H215% 而汽化后焦油含量：2-50g/m3农村生物质生态循环型利用系统交大生物质能研究中心关键生物质能利用-热化学转化液化1.热解液化（不需催化剂，650800,原料需干燥）生物油（70）和气体快速热解生物油（8085）和焦炭慢速热解高加热速率（102- 104K/s）产物停留 时间（0.2-3s） 干馏：木炭生物质能利用-热化学转化液化旋转锥反应器oil生物质能利用-热化学转化液化生物质能利用-热化学转化液化2.加压液化（需催化剂, 300350，原料不需干燥）12-20 MPa停留时间：30min加水油（含水）生物质能利用-热化学转化液化 尚处于研究阶段生物质能利用-热化学转化
12、生物柴油用热化学法生产:动物和植物油脂与甲醇或乙醇等低碳醇，在酸 或者碱性催化剂和高温(230250)下进行转酯化反应，生成 相应的脂肪酸甲酯或乙酯，再经洗涤干燥即得生物柴油。BiodieselVegetable Oil脂肪酸 乙醇 甘油生物质能利用-热化学转化生物柴油生物质能利用-热化学转化生物柴油1、仅需要对柴油机进行微小的改造甚至不需要改造。 2、可以采用现有的柴油运输、销售网络。 3、从全生命周期来看不产生CO2排放。生物柴油替代柴油的优势生物质能利用-热化学转化生物柴油普通柴油价格（2006年11月数据 ）3500元吨 生物柴油价格（植物油3000元 吨 ）37504285元吨 生物
13、柴油价格（植物油5000元 吨 ）62507140元吨 植物油成本高，占总成本的70至80 现在：5000元/吨（植物油）7000元/吨（柴油）生物质能利用-热化学转化生物柴油欧洲：生物柴油使用最多，份额已占到成品油市场 的5%；原料主要为菜籽油。 原料来源美国：大豆油；已开始通过基因工程方法研究高油 含量的植物。 日本：工业废油和废煎炸油。 棉籽油、棕榈油、椰子油、菜籽油、野生 植物油以及海藻等生物质能利用-热化学转化生物柴油我国：地沟油是目前主要原料，麻风 树、黄连木等油料作物有望大面积种 植。地沟油。麻风树黄连木生物化学转化p发酵p厌氧消化生物质能利用生物化学转化生物质能利用生物化学转化
14、发酵 发酵催化酶糖发酵生物质醇乙醇汽车生物质能利用生物化学转化发酵1、糖类：甘蔗、甜菜等糖类生物质转化成乙醇 相对容易，但原料成本高（ 60%价格 ）。2、淀粉类：淀粉类生物质（玉米、高粱、木薯 ）需要先水解成糖类。3、木质纤维类：木材、草等预处理更复杂，需 要经过几种酸的水解才能变成糖。原 料生物质能利用生物化学转化发酵陈化粮 作为燃料乙醇生产原料木薯、红薯、甘蔗、甜高粱等非口粮（小麦、稻谷）农作物 纤维质：桔杆、农林废弃物、工业纤维废渣 原料发展趋势最新进展美国马萨诸塞大学 的化学工程师George Huber找到一种有效的方 法，成功地让柳枝稷、白 杨树等植物的木质纤维素 （即固态生物质
15、能）转化 为“绿色汽油”。这是首次实现植物 纤维素到汽油组分的直接 转变。 生物质能利用生物化学转化发酵生物质能利用生物化学转化厌氧消 化生物质细菌绝氧分解沼气（60甲烷，30 40CO2）大棚沼气发电机生物质能利用生物化学转化厌氧消 化生物质能利用生物化学转化厌氧消 化原料1、人、畜排泄物生物质能利用生物化学转化厌氧 消化沼液、沼渣沼气照明做饭沼气灯提高棚温增施气肥猪蔬菜沼气池粪便残叶生物质能利用生物化学转化厌氧消 化2、垃圾原料垃圾填埋场经过特殊设计，可增加沼气产 量，并且在填埋垃圾之前预先铺设收集气体的 管道。 生物质能利用生物化学转化厌氧消 化生物质能利用生物化学转化厌氧消 化上海南汇
16、老港垃圾填埋场（国内最大的垃圾填埋 场）的沼气收集和预处理系统一期工程已建成，开始 实验性发电。 生物质能利用生物化学转化厌氧消 化东滩生态农业可再生能源与氢能 应用示范人畜粪便秸秆沼气发电中温烟气供热低温烟气余热利用堆肥大棚沼气站发电机科教基地秸秆气化灰肥料气化发电未来村庄能源系统展示馆氢能观光车分布式供能加氢站风光互补耦合制氢肥料 土壤改良 杀虫剂 沼液生物质能展望生物质能展望1、欧盟：2010年生物质能源达到总能源消耗的 7 （现在已经达到2） 。 2、美国：2010年生物质能源达到总能源消耗的 4，2020年达到5（现在已经达到3）。3、澳大利亚：2010年生物质能源达到总能源消 耗的5。 4、巴西：生物质能源已达到总能源消耗的1/3 ，近50汽油被乙醇替代，20
