第七章
生物能源概论
第一节 能源概况
能源问题 1973年，世界第一次能源危机。
化石燃料， 有限能源 （枯竭）
能源紧张已经是全球面临的关键性难题之一，解决能源危机关系 到全球经济的可持续发展。
能源的概念
能源是可从其获得热、光和动力之类能量的资 源。
—— 《科学技术百科全书》
确切而简单地说，能源是自然界中能为人类提供某种 形式能量的物质资源。
生物乙醇
❖ 燃料乙醇是目前世界上生产规模最大的生物能 源。以一定的比例掺入汽油可作为汽车的燃料， 不但能替代部分汽油，而且排放的尾气更清洁。
❖ 我国的燃料乙醇生产已形成规模，主要是以玉 米为原料，同时正在积极开发甜高粱、薯类、 秸秆等其他原料生产乙醇，目前产量居世界第 三。
生物沼气
❖ 沼气是微生物发酵秸秆、禽畜粪等有机物产生的混 合气体，主要成分是可燃的甲烷。生产沼气的设备 简单，方法简易，适合在农村推广使用。我国已有 许多地方的农村和畜牧场使用了沼气。
பைடு நூலகம்❖直接燃烧：农作物秸秆 柴
❖热化学转换：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
沼气转化：有机物质在厌氧环境中，通过微生物 发酵产生一种以甲烷为主要成分的可燃性混合气 体即沼气。
乙醇转换：是利用糖质、淀粉和纤维素等原料经
第一部分：生物能源概况
生物能源是用生物质为原料生产的能源。包括生 物燃料乙醇、生物柴油、生物氢气、生物沼气及 生物气化和液化等产生的能源产品 。
生物能源的发展历史
❖钻木取火、伐薪烧炭 ❖第一代生物能源 ❖第二代生物能源
生物能源的地位与作用
生物能源是人类赖以生存的重要能源， 居于 世界能源消费的第四位。
发酵制成乙醇。 其他转换
生物制氢
生物质的分类
a) 城市垃圾 b) 有机废水 c) 粪便 d) 林业生物质 e) 农业废弃物 f) 水生植物 g) 能源植物
生物质能的优点
a) 可再生性 b) 低污染性 c) 广泛分布性 d) 生物质燃料总量十分丰富。
生物质能分布状况
1、中国：96年的薪柴、秸秆的消耗量已达2.2 亿吨标准煤,约占能源消费量的14％，占农村能 源消耗量的34％，占农村生活用能的59％。 （1）省柴节煤炉灶，（2）沼气（有机物、垃 圾填埋发电）；（3）薪炭林，（4）畜禽场、 秸秆沼气。
❖ 廉价的液体能源―石油，成为主流能源，石化柴油被 用于发动机驱动燃料。
生物能源是一种可再生的清洁能源 ，将来会 成为支柱能源之一。
世界生物能源消费：约15％。
生物质与生物质能
生物质是各种生命体产生或构成生命体的有机质的 总称。 是指有机物中除化石燃料外的所有来源于动、 植物能再生的物质。
它是由有生命的组织及其衍生物和与生物转化有关 的物质构成的集合，是由光合作用产生的有机物。
中国生物质能资源分布
2、亚非国家：生物质能占全国能源消费总量的40 ％以上。 3、世界：美国、瑞典、奥地利，生物质能转化率 4％、16％和10％。美国生物质能发电超10000 兆瓦，湿法处理垃圾，回收沼气发电生产肥料。 巴西是开发乙醇燃料占汽车燃料的50％以上。美 国1兆瓦的稻壳纤维素废料发电。巴西每年用甘蔗 生产的燃料乙醇产量达1400万吨，成为世界上第 一个不销售纯汽油的国家。
国外生物能源的开发利用
日本的阳光计划。 印度的绿色能源工程 巴西的酒精能源计划
中国生物能源的开发利用
❖50年代推广沼气。 ❖本世纪初发展燃料乙醇。 ❖2005年，《中华人民共和国可再生能源
法》通过。 ❖2006年至今，投入生物质能源产业开发。 ❖速度慢，规模小；成本高！ ❖“不与民争粮、不与粮争地”
农 作 物 废 弃 物 发 电 厂
生物能源的主要技术
1.生物柴油 2.生物乙醇 3.生物沼气 4.生物制氢
生物柴油
❖ 生物柴油是利用生物酶将植物油或其他油脂 分解后得到的液体燃料，作为柴油的替代品 更加环保。
❖ 生物柴油所遇到的问题是作为原料的植物油 成本较高。最近，科学家发现，一些微生物 也能合成油脂，这也许可以为克服生物柴油 的原料问题起到重要作用。
❖ 沼气的推广使用节约了资源，保护了环境，也提高 了农民的生活质量。目前，沼气的规模化生产需要 解决的是设备及提高甲烷含量等技术问题。
生物制氢
❖ 氢气的燃烧产物只有水，因此氢气是最清洁的能源。 氢气可以利用生物质通过微生物发酵得到，这一过 程被称为生物制氢。
❖ 目前我国科学家已获得了能高效产氢的微生物，哈 工大生物制氢技术领先世界（厌氧活性污泥为产氢 菌种的发酵法生物制氢技术）。
思考题
1.生物能源在能源体系中处于何种 地位？
2.生物能源技术主要有哪几大类？
第二部分：生物柴油技术
背景(background)
❖ 过去的200多年，建立在煤炭、石油、天然气等化石 燃料基础上的能源体系极大地推动了人类社会的发展；
❖ 大规模使用化石燃料所带来的严重后果：资源日益枯 竭，环境不断恶化，还诱发了不少国与国之间、地区 之间的政治经济纠纷，甚至冲突和战争；
❖ 人类必须寻求一种新的、清洁的、安全的、可靠的能 源系统。生物能源作为一类可再生、可持续的能源成 为当今国际上新能源开发的热点。
主要参考书目
可再生能源
可持续能源
清洁/绿色能源
第一节 生物柴油概述
❖生物柴油的发展历史 ❖生物柴油的制备方法 ❖生物柴油研究利用现状 ❖生物柴油与国家能源的安全
生物柴油的发展历史
❖1896年，Rudolph Diesel试制出压力点火内燃 机——柴油机，驱动燃料为花生油，这也被认为 是最初意义上的生物柴油。
❖1912年，R. Diesel预言植物油将成为一个新的能 源方向。植物油的分子量大、碳链长、黏度高、 低温性差、不易雾化、易炭化结焦、堵塞油喷嘴， 制造成本高。
驱动燃料的发展
生物质能
生物质能是蕴藏在生物质中的能量，是指直接或 间接地通过绿色植物的光合作用，把太阳能转化为 化学能后固定和贮藏在生物体内的能量。
其化学反应式：
6CO2 + 6H2O →6O2 + C6H12O6 + 1840kJ / mol
生物质能
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。