能源与生命科学的融合Word文档下载推荐.docx
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从技术上分，生物能源利用包括生物质沼气技术、生物质气化技术、生物质液化技术、生物质固化技术、生物质发电技术等。
关键字：
矿物能源、新能源，可再生能源、生物质能、绿色能源。
一简介
生物质包括植物、动物及其排泄物、垃圾及有机废水等几大类。
从广义上讲，生物质是植物通过光合作用生成的有机物，它的能量最初来源于太阳能，所以生物质能是太阳能的一种，它的生成过程如下：
叶绿素
CO2+H2O+太阳能（CH2O）+O2
1叶绿素
每个叶绿素都是一个神奇的化工厂，它以太阳光作动力，把CO2和水合成有机物，它的合成机理目前人类仍未清楚。
研究并揭示光合作用的机理，模仿叶绿素的结构，生产出人工合成的叶绿素，建成工业化的光合作用工厂，是人类的梦想。
如果这一梦想能实现，它将根本上改变人类的生产活动和生活方式，所以研究叶绿素的机理一直是激动人心的科学活动
2生物质能
生物质是太阳能最主要的吸收器和储存器。
太阳能照射到地球后，一部分转化为热能，一部分被植物吸收，转化为生物质能；
由于转化为热能的太阳能能量密度很低，不容易收集，只有少量能被人类所利用，其他大部分存于大气和地球中的其他物质中；
生物质通过光合作用，能够把太阳能富集起来，储存在有机物中，这些能量是人类发展所需能源的源泉和基础。
基于这一独特的形成过程，生物质能既不同于常规的矿物能源，又有别于其他新能源，兼有两者的特点和优势，是人类最主要的可再生能源之一。
3生物质能的分类
生物质具体的种类很多，植物类中最主要也是我们经常见到的有木材、农作物（秸秆、稻草、麦秆、豆秆、棉花秆、谷壳等）、杂草、藻类等。
非植物类中主要有动物粪便、动物尸体、废水中的有机成分、垃圾中的有机成分等。
4可观的数目
由于地球上生物数量巨大，由这些生命物质排泄和代谢出许多有机质，这些物质所蕴藏的能量是相当惊人的。
根据生物学家估算，地球上每年生长的生物能总量约1400—1800亿吨（干重），相当于目前世界总能耗的10倍。
我国的生物质能也极为丰富，现在每年农村中的秸秆量约6.5亿吨，到2010年将达7.26亿吨，相当于5亿吨标煤。
柴薪和林业废弃物数量也很大，林业废弃物（不包括炭薪林），每年约达3700万m3，相当于2000万吨标煤。
5地位
随着人类大量使用矿物燃料带来的环境问题日益严重，各国政府开始关心重视生物质能源的开发利用。
虽然各国的自然条件和技术水平差别很大，对生物质能今后的利用情况将千差万别，但总的来说，生物质能今后的发展将不再像最近200多年来一样日渐萎缩，而是重新发挥重要作用，并在整个一次能源体系中占据稳定的比例和重要的地位。
二生物质能与常规能源的相似性及可获得性
1生物质能的获得性
生物质能的载体是有机物，所以这种能源是以实物的形式存在的，是唯一一种可储存和可运输的可再生能源。
而且它分布最广,不受天气和自然条件的限制，只要有生命的地方即有生物质存在。
从利用方式上看，生物质能与煤、石油内部结构和特性相似，可以采用相同或相近的技术进行处理和利用，利用技术的开发与推广难度比较低。
另外，生物质可以通过一定的先进技术进行转换，除了转化为电力外，还可生成油料、燃气或固体燃料，直接应用于汽车等运输机械或用于柴油机，燃气轮机、锅炉等常规热力设备，几乎可以应用于目前人类工业生产或社会生活的各个方面，所以在所有新能源中，生物质能与现代的工业化技术和目前的现代化生活有最大的兼容性，它在不必对已有的工业技术做任何改进的前提下即可以替代常规能源，对常规能源有很大的替代能力，这些都是今后生物质能发挥重要作用的依据。
2化学角度看
从化学的角度上看，生物质的组成是C-H化合物，它与常规的矿物燃料，如石油、煤等是同类。
由于煤和石油都是生物质经过长期转换而来的，所以生物质是矿物燃料的始祖，被喻为即时利用的绿色煤炭。
正因为这样，生物质的特性和利用方式与矿物燃料有很大的相似性，可以充分利用已经发展起来的常规能源技术开发利用生物质能。
但与矿物燃料相比，它的挥发组分高，炭活性高，含硫量和灰分都比煤低，因此，生物质利用过程中SO2、NOx的排放较少，造成空气污染和酸雨现象会明显降低；
这也是开发利用生物质能的主要优势之一。
三生物质能源之美
1生物质能的“美”
生物质能源的“至美”之处在于其既是保障能源安全的重要途径之一，又兼具减轻环境污染的特点。
在这一点上，作为生物质能源家族一员的能源作物更是表现得淋漓尽致。
如甜高粱，不仅可以通过能量转换替代化石液体燃料，保障能源安全，同时还能保障粮食安全，而且还能吸收二氧化碳，加工过程中无污染，原料得以物尽其用。
生物质能源的“美”还在于它是可再生能源领域唯一可以转化为液体燃料的能源。
它不仅具有资源再生、技术可靠的特点，而且还具有对环境无害、经济可行、利国利农的发展优势。
生物质能源的“美”还在于它可以有效促进能源农业的发展，能够助推社会主义新农村建设的发展。
能源作物的大面积种植可以开发利用闲置的荒漠地、盐碱地，有利于这些质地差的土壤逐渐改良，更有利于农业产业结构调整，还可以培育出致力于可再生能源利用领域的新型农民。
不仅如此，它还可以吸纳农村剩余劳动力，增加农民收入，农民的收入来源也变得更加多元化。
2绿色能源
生物能源又称绿色能源,是指从生物质得到的能源,它是人类最早利用的能源.古人钻木取火,伐薪烧炭,实际上就是在使用生物能源。
“万物生长靠太阳”，生物能源是从太阳能转化而来的，只要太阳不熄灭，生物能源就取之不尽。
其转化的过程是通过绿色植物的光合作用将二氧化碳和水合成生物质，生物能的使用过程又生成二氧化碳和水，形成一个物质的循环，理论上二氧化碳的净排放为零。
生物能源是一种可再生的清洁能源，开发和使用生物能源，符合可持续的科学发展观和循环经济的理念。
因此，利用高新技术手段开发生物能源，已成为当今世界发达国家能源战略的重要内容。
但是通过生物质直接燃烧获得的能量是低效而不经济的.随着工业革命的进程,化石能源的大规模使用,使生物能源逐步被煤和石油天然气为代表的化石能源所替代.但是,工业化的飞速发展,化石能源也被大规模利用,产生了大量的污染物,破坏了自然界的生态平衡,为了进行可持续发展,以及化石能源的弊端日益显现,生物能源的开发和利用又被人们所侧重。
3利用的一些生物质能
人类走向以生物能源开发利用为标志的可再生能源时代,意义十分重大:
能大量利用农村的土地,提高农民收入.直接增加能源供给,改善大气环境,使二氧化碳的排放与吸收形成良性循环,缓解二氧化碳排放的压力.当前生物能源的主要形式有沼气,生物制氢,生物柴油和燃料乙醇。
沼气是为生物发酵秸秆,禽畜粪便等有机物产生的混合气体,主要成分是可燃的甲烷.生物氢可以通过微生物发酵得到,由于燃烧生成水,因此氢气是最洁净的能源.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.燃料乙醇是植物发酵时产生的酒精,能以一定比例掺入汽油,使排放的尾气更清洁.虽然现在的主要能源还是化石能源,但是生物能源的前途无量.虽然生物能源的开发利用处于起步阶段,生物能源在整个能源结构中所占的比例还很小,但是其发展潜力不可估量.以我国为例,目前全国农村每年有7亿吨秸秆,可传化为1亿吨的酒精.南方有大量沼泽地,可以种植油料作物,发展生物柴油产业.加上禽畜粪便,森林加工剩余物等.我国现有可供开发用于生物能源的生物质能源至少达到4.5亿吨标准煤,相当于我国2000年全部一次能源消费的40%。
四发展生物质能的八大优势
第一，生物燃料是唯一能大规模替代石油燃料的能源产品，而水能、风能、太阳能、核能及其他新能源只适用于发电和供热。
第二，生物燃料是产品上的多样性。
能源产品有液态的生物乙醇和柴油，固态的原型和成型燃料，气态的沼气等多种能源产品。
既可以替代石油、煤炭和天然气，也可以供热和发电。
第三，生物燃料是原料上的多样性。
生物燃料可以利用作物秸秆、林业加工剩余物、畜禽粪便、食品加工业的有机废水废渣、城市垃圾，还可利用低质土地种植各种各样的能源植物。
第四，是生物燃料的“物质性”，可以像石油和煤炭那样生产塑料、纤维等各种材料以及化工原料等物质性的产品，形成庞大的生物化工生产体系。
这是其他可再生能源和新能源不可能做到的。
第五，生物燃料的“可循环性”和“环保性”。
生物燃料是在农林和城乡有机废弃物的无害化和资源化过程中生产出来的产品；
生物燃料的全部生命物质均能进入地球的生物学循环，连释放的二氧化碳也会重新被植物吸收而参与地球的循环，做到零排放。
物质上的永续性、资源上的可循环性是一种现代的先进生产模式。
第六，生物燃料的“带动性”。
生物燃料可以拓展农业生产领域，带动农村经济发展，增加农民收入；
还能促进制造业、建筑业、汽车等行业发展。
在中国等发展生物燃料，还可推进农业工业化和中小城镇发展，缩小工农差别，具有重要的政治、经济和社会意义。
第七，生物燃料具有对原油价格的“抑制性”。
生物燃料将使“原油”生产国从目前的20个增加到200个，通过自主生产燃料，抑制进口石油价格，并减少进口石油花费，使更多的资金能用于改善人民生活，从根本上解决粮食危机。
第八，生物燃料是创造就业机会和建立内需市场。
巴西的经验表明，在石化行业1个就业岗位，可以在乙醇行业创造152个就业岗位；
石化行业产生1个就业岗位的投资是22万美元，燃料行业仅为1.1万美元。
联合国环境计划署发布的“绿色职业”报告中指出，“到2030年可再生能源产业将创造2040万个就业机会，其中生物燃料1200万个”。
五展望未来
1我国发展展望
由预测可知，随着社会的发展，传统利用生物质能的比例将越来越少，到2050年，农村生物质能的利用中传统利用方法不到1%，但是，生物质能的现代化利用技术的比例将越来越高，到2050年可能达到农村总能耗的13%。
另外，从预测中可以看出天然生物质能在农村能源的比例随时间推移将越来越少，从30%降到13.7%左右，但是不管那个时期，也不管那个方案，生物质能在农村能源中的比例都很大（高于14%），而且是最主要的可再生能源（占可再生能源的50%以上），这可以充分说明生物质能在今后几十年内在我国农村能源，甚至于我国能源体系的重要地位。
2世界进展
合成生物学的发展，通过基于系统生物学原理的计算机辅助人工设计与次生代谢链的酶系统基因合成、代谢工程技术将富油生物进行基因工程改造成能够使生物柴油高产量与分泌的转基因生物，从而实现规模化利用太阳能的生物能源产业，美国著名的文特尔私立研究所已经获得几亿美元的投资，一旦成功产业化，将带来石油与汽车工业的技术变革。
六生物质能的前景
用大豆或其他植物油做柴油汽车的燃料已不是幻想，目前世界上许多国家正大力开发这种生物柴油技术并推进其产业化进程。
生物柴油是用含油植物或动物油脂作为原料的可再生能源，是优质的石油柴油代用品。
它和传统的柴油相比，具有润滑性能好，储存、运输、使用安全，抗爆性好，燃烧充分等优良性能。
目前世界各国大多使用20%生物柴油与80%石油柴油混配，可用于任何柴油发动机和直接利用现有的油品储存、输运和分销设施。
近年来，欧美国家政府大力推进生物柴油产业，给予巨额财政补贴和优惠税收政策支持，使生物柴油价格与石油柴油相差无几，从而使之具有较强的市场竞争力。
2001年，欧盟国家生物柴油产量突破100万吨，美国从3年前的1500吨高速增长到2001年的6万吨。
加拿大、巴西、日本等国家也在积极发展生物柴油。
发展生物柴油产业对中国意义重大。
2006年~2008年中国农村出现了卖粮难、卖果难。
种植油料作物生产生物柴油，走的是农产品向工业品转化之路，产品市场广阔，是一条强农富农的可行途径，它还可创造大量就业机会，带动农村及区域的经济发展，为国家和地方增加税收。
发展生物柴油产业可增强中国石油安全。
2001年中国的原油产量为1.65亿吨，而石油产品消费2亿多吨。
今后长期大量进口石油已成定局。
发展立足于本国的生物柴油替代液体燃料，是保障中国石油安全的重大战略措施之一。
中国柴油消费2000年达6600万吨，大于汽油消费的3600万吨，专家预测，二者差距将继续扩大。
发展生物柴油在近期能够缓解柴油供应紧张，长期可大量替代进口。
如果中国2010年生物柴油产量达到千万吨以上，将对中国石油安全做出重大贡献。
而且，生物柴油是资源永续的可再生能源，而石油资源是可耗尽的。
发展生物柴油有益于保护生态环境：
生产生物柴油的能耗仅为石油柴油的1/4，可显著减少燃烧污染排放；
生物柴油无毒，生物降解率高达98%，降解速率是石油柴油的两倍，可大大减轻意外泄漏时对环境的污染；
生物柴油和石油柴油相比，可减少燃烧时的所有主要污染物排放，尾气排放指标满足严格的欧洲3号标准；
生物柴油生产使用的植物还可将二氧化碳转化为有机物固化在土壤中，因此，可以减少温室气体排放；
利用废食用油生产生物柴油，可以减少肮脏的、含有毒物质的废油排入环境或重新进入食用油系统；
在适宜的地区种植油料作物，可保护生态，减少水土流失。
七21世纪是生物的世纪
21世纪是生物的世纪,是科学技术飞速发展的新世纪,可持续发展是当前经济发展的趋势所在.面对化石能源的枯竭和环境的污染,生物能源的开发利用为经济的可持续发展带来了曙光.生物能源作为可再生,污染极小的能源,具有无可比拟的优越性,必将为21世纪的经济发展和环境保护注入强大的推动力.
参考文献
1生物质能源树种的发展概况及未来趋势论文栏目:
植物保护学
以利用林木所含油脂为主，将其转化为生物柴油或其他化工替代产品的能源林称为油料能源林；
以利用林木木质为主，将其转化为固体、液体、气体燃料或直接发电的能源林称为木质能源林，故生物质能源综合开发利用前景看好。
生物质能源树种的发展概况及未来趋势范文
介绍了我国生物质能源树种的发展趋势，对景德镇市部分生物质能源树种进行调查分析，并对当地发展生物质能源的前景进行展望。
关键词：
生物质能源；
树种；
发展趋势；
开发利用；
前景
我国现已查明的木本能源油料树种有400余种，其中含油量在15%~60%的有200多种，集中分布在亚热带至热带区域，在山区往往与常绿阔叶林或落叶林相伴生，而且以野生为主（占总数的75.4%），多以成片式集中分布，因此可以建作原料基地；
同时约有10种生物质燃料油植物能利用荒山、沙地等宜林地进行造林，并建立起规模化供应基地，如黄连木、文冠果、麻风树、光皮树等。
因此，发展挖掘生态经济价值较高的重要能源替代树种，已经成为非木质森林资源开发的重要方向和研究热点[1]。
1生物质能源树种发展趋势
1.1我国林业生物能源发电已进入产业化阶段
国家林业局能源办负责人钱能志在接受记者采访时说，我国林业已较快发展，目前林业生物能源资源的培育和产业化开发，已进入实质性实施和推进阶段。
国家林业局科技司负责人说，近几年内要大力发展生物质能源发电产业，加快生物质能源树种培育和推广工作。
1.2生物质能源开发是我国能源供给的重要补充
随着我国经济迅速发展和人民生活水平的不断提高，油脂的需要量也在不断增加。
据预测，到2030年我国木本食用油的市场需求量为3000万t（按食油消费量接近世界平均水平计），缺口为2300万t，供需矛盾突出。
当前，能源供应安全正越来越引起世界各国的重视，生物质作为一种可再生和环境友好型资源，已经成为各国开发新能源的重要方向，木本油料树种可以制备生物质柴油，将成为生物质柴油生产的最主要原料。
因此，要从根本上保障国家的粮油安全和能源安全，开发木本油料是解决供需矛盾的重要环节。
1.3生物质能源开发是我国粮油安全的重要保障
我国在人口、食物、能源、环境和资源等方面的问题日益严峻，向森林和树木要食物，目前被一些国际组织和国家所重视，“从自然多样性收取硕果”就特别强调了森林是粮食、能源和环境安全的保证[2]。
因此，我国增加生物质能源的重要途径就是因地制宜，充分利用边际性土地种植油料植物，以期为我国发展人工燃油植物林提供丰富的物质基础。
我国在生物质能源方面提供充足的可再生原料，对于加强我国在能源方面的独立性、减少对国际石油市场的依赖性、保证生态工程的可持续发展、保障能源供应、稳定经济发展具有重要意义，是中国特色的生物柴油发展的必由之路[3]。
从长远来看是利在当代，功在千秋的好事。
2日前从湖南省科技厅获悉，中欧中小企业节能减排科研合作资金支持项目——生物质成型燃料国际科技合作在湘启动，我国数亿吨计的农林“三废”将通过科技攻关，变身为能源领域的后备军。
在我国，生物质能源拥有巨大资源优势，其中，包括林业砍伐废弃物、林业扶陪废弃物节能、林业加工废弃物在内的林业“三废”，以及秸秆、稻杆、麦秆等农业“三废”资源尤其丰富。
据不完全统计，我国现年产6亿吨林业废弃资源和7.26亿节能环保吨农业废弃资源，相当于10亿吨标准煤。
为解决相关技术瓶颈，省林科院、中南大学、湘潭互创能源有限公司三方将开展产学研合作研发，以实现国内生物质成型设备及生物质锅炉的重大突破。
32011年1月10日，国家发改委能源研究所与国际低碳经济研究所共同举办了“中日低碳经济发展研讨会”。
国家发改委能源研究所戴彦德副所长主持会议并致辞。
此次会议以“中日两国在低碳经济和低碳城市发展”为主题。
会议邀请日本名古屋大学薛进军教授、日本经济团体联合会经济本部部长岩间芳仁先生分别就“日本为什么在气候变化与低碳经济政策上后退？
”和“日本企业的节能减排现状与政策”作了主题发言；
日本NGO组织朱鹮之羽代表久田治子女士就日本NGO组织参与低碳经济发展的状态作了介绍；
我所能源效率中心主任杨宏伟研究员作了题为“中国的发展模式转变与低碳生态型城市发展”的演讲，并就相关问题进行了交流和探讨。
国家发改委能源研究所所长助理、科研管理处处长高世宪研究员、能源系统分析研究中心主任周伏秋研究员、姜克隽研究员、国际合作处处长朱跃中副研究员、能源效率中心、CDM中心，以及清华大学、中国矿业大学、对外经济贸易大学等单位近50名专家学者参加了此次会议。
4生物质燃料多为茎状农作物经过加工产生的块装环保新能源，根据瑞典的以及欧盟的生物质颗粒分类标准，若以其中间分类值为例，则可以将生物质颗粒大致上描述为以下特性：
生物质颗粒的直径一般为6~8毫米，长度为其直径的4~5倍，破碎率小于1.5%~2.0%，干基含水量小于10%~15%，灰分含量小于1.5%，硫含量和氯含量均小于0.07%，氮含量小于0.5%。
若使用添加剂，则应为农林产物，并且应标明使用的种类和数量。
欧盟标准对生物质颗粒的热值没有提出具体的数值，但要求销售商应予以标注。
瑞典标准要求生物质颗粒的热值一般应在16.9兆焦上。
5
以“推动中国气体能源产业发展和国际化合作”为主题的“2011第二届中国国际气体能源峰会暨生物天然气产业国际高峰论坛”于2011年11月10-11日在著名的中华古文化发源地----河南安阳隆重召开。
香港奥雅纳公司（Arup）研究分析师吴树伟先生做了精彩的演讲：
女士们、先生们，大家早上好！
我来自香港Arup公司，在研发部就职。
今天，我非常荣幸能够来到这里和大家分享我们在这个领域的经验。
首先，我介绍一下今天演讲的大纲。
包括四部分，第一部分是我们公司的介绍，第二部分是对生物质的一个简单介绍，我想大家在这个方面了解的比我要多，然后我们来了解一下Arup公司在生物质能应用方面的一些项目实例，最后给大家介绍一下我们对生物质技术未来的一些展望。
Arup是一家全球性的工程咨询公司，共有1万多名员工，遍布世界上35个国家，有90多个代表处。
我们的业务有三部分，建筑、咨询和基础建设。
从区域上来讲，我们的业务主要分布在美国、欧洲、东亚、澳洲以及中东这些地区。
我们的很多工程设计对于环境要求非常高，所以就这一点来讲和生物质利用息息相关。
那么，我们公司跟生物质利用到底有什么关系呢？
我们又是怎样把生物质融入到我们项目当中呢？
我们都知道，生物质最重要的一个特点是碳的零排放，它对于碳排放控制和环境保护有非常好的作用。
因此，生物质的零排放特点是我们选择它最主要的原因。
大家请看，生物质原料包括这么多种类，有秸秆、养殖业所产生的牛粪、猪粪、鸡粪和一些油类作物等等。
美国的生物乙醇以玉米为原料，而巴西以甘蔗为原料，我国初始以玉米为原料现在要走非粮乙醇路线。
但无论是哪种生物质原料或是经过哪些转化技术，其最终的产品包括三种：
电、热和交通用途燃料。
在给客户提供工程咨询服务的过程中，我们根据客户的要求，融合这三种终端产品的特点，从而实现我们的最终设计目标。
从目前所了解的情况，Arup在热、电以及生物柴油利用方面比较普遍，所涉及的项目类型有电厂、学校、工厂等等，相关项目遍布在英国、美国、澳洲、中国等各地。
首先，这个位于PortburyDocks的生物质电厂，委托方是EON，整个电厂的产能是150兆瓦，可以满足225000个家庭的电力需求，每年可以减少400000吨二氧化碳排放，大概相当于100000辆汽车的年排放量。
第二个生物质电厂的委托方也是EON，但规模相对较小，功率是30兆瓦，可以满足大概45000个家庭的用电需求，每年可以减少二氧化碳排放达80000吨，相当于20000汽车的年排放量，但该项目现场条件较为复杂，旁边有铁路还有河流，现场施工难度很大。
接下来的这两个项目都是属于生物质供热的，一个位于Durham，另一个位于Cardiff。
我们位于Yorkshire的另一个项目每年烧掉500,000吨生物燃料，产生65MW的电能。
在城市污水处理方面，我们利用城市污水，采用厌氧发酵技术产生沼气，提供能源。
我们位于Yorkshire的一个项目，每天处理37吨的城市污水，采用厌氧发酵产生沼气和热电联产的工艺，提供电能1.2兆瓦，每年收益可达1百万镑，而产生的热量又被用来进行污水预处理，从而提高整个过程的效率。
同时我们也在联合厌氧发酵、高级厌氧发酵方面拥有一些经验。
我们在香港的两个垃圾能源项目也非常值得一提，其中一个是厌氧发酵产生沼气发电和最终的堆肥，另外一个就是城市污水干燥后燃烧发电，其中第二个项目是示范性项目，产生的余热用于水疗和泳池，是当地的休闲娱乐、环境保护教育示范中心，两个项目提供的电力都加入了当地电网。
最后的一个案例是我们公司在生物柴油利用方面的一些尝试，其中生物柴油主要用来发电，起到削峰填谷的作用，保障能源供应。
那么除了这些现有的生物质能应用之外，其未来的应用前景又如何呢？
我们在低碳城/生态城方面的一些尝试或许能提供一些建议。
众所周知，低碳城/生态城的核心理念就是环保、低排放，而实现这一目标，生物质能必不可少，包括我们的伦敦Beddington、上海东滩、深圳落马洲河套等低碳城规划项目，生物质能被认为是非常中要的能源提供方式。
同时我们也在做一些比较前沿的生物质能科学研
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