生物质能沼气垃圾

带你全面了解生物质发电作者：于雄飞来源：《绿色中国（B版）》 2018年第2期1. 生物质能是什么生物质是指通过光合作用直接或间接形成的各种有机体，包括植物、动物排泄物，垃圾及有机废水等。

所谓的生物质能就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，是一种以生物质为载体、唯—一种可储存和可运输的可再生能源。

生物质与常规的矿物能源如石油、煤炭的主要成分一样，都是C － H 化合物，所以它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，这也是开发利用生物质能的优势之一。

生物质具体形式包括: 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、豆杆、棉花杆、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。

生物质能具有4 个明显特点：一是可再生性。

生物质能通过植物的光合作用可以再生，因此生物质能是取之不尽、用之不竭的可再生能资源；二是环保性。

生物质的硫含量、氮含量以及灰分较低，燃烧过程产生的SOx、NOx 和灰渣也较少；三是易气化。

生物质形成年代远远短于石油、煤炭等常规矿物能源，因此生物质挥发组分高，更易气化作为更清洁能源；四是广泛性。

生物质能是世界第四大一次能源，仅次于煤炭、石油和天然气。

2. 生物质利用方式有哪些根据REN21《全球可再生能源现状报告2016》估算，2015 年全球生物质能利用总量约60EJ（相当于20 亿吨标准煤），约占全球能源消费总量的11%。

生物质利用方式很多，一般分为三种：固态生物质燃料、液态生物质燃料和气态生物质燃料。

固态生物质燃料包括直接燃烧和固化成型，直接燃烧如农作物秸秆、薪柴、垃圾通过直接燃烧获得热能，这是目前生物质能利用的最主要方式；固化成型，是为了将疏散、地热值的农林废弃物固态生物质燃料，如秸秆，木屑等压制成型提高其能量密度和便于运输。

2015 年作为固态生物质燃料进行供热的利用量约为45EJ, 占生物质能总消费量的77%，生物质成型燃料产量约2800万吨。

生物质能源——沼气的生产与利用1 概述生物质是地球上最广泛存在的物质，它包括所有动物、植物和微生物，以及由这些有生命物质派生、排泄和代谢的许多有机质。

以生物质为载体、由生物质产生的能量，便是生物质能。

物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式。

它直接或间接来源于植物的光合作用。

人们对于沼气的开发与利用是生物质能释放的主要形式之一，在能源危机的今天，推广、使用沼气的作用显的尤为重要。

沼气是有机物质在厌氧条件下，经过微生物的发酵作用而生成的一种可燃气体。

由于这种气体最先是在沼泽中发现的，所以称为沼气。

人畜粪便、秸秆、污水等各种有机物在密闭的沼气池内，在厌氧（没有氧气）条件下发酵，即被种类繁多的沼气发酵微生物分解转化，从而产生沼气。

沼气是一种混合的可燃性气体，主要成分是甲烷(CH4)、其余为二氧化碳(CO2)、氧气(02)、氮气(N2)和硫化氢(H2S)，其中甲烷含量约为55％一70％，二氧化碳含量约为30％——45％。

沼气能够作为燃料，是因为它所含大量甲烷气体可以燃烧。

甲烷完全燃烧时，火焰是淡蓝色。

空气中如含有8.6～20.8％（按体积计）的沼气时,就会形成爆炸性的混合气体。

沼气除直接燃烧用于炊事、烘干农副产品、供暖、照明和气焊等外，还可作内燃机的燃料以及生产甲醇、福尔马林、四氯化碳等化工原料。

经沼气装置发酵后排出的料液和沉渣，含有较丰富的营养物质，可用作肥料和饲料。

2 沼气的生产沼气的生产工艺主要包括以下部分：选取（培育）菌种→备料、进料→池内堆沤（调整pH值和浓度）→密封（启动运转）→日常管理（进出料、回流搅拌）。

2．1发酵原理沼气的生产过程主要是有机物的发酵过程，其中有发酵性细菌、产氢产乙酸菌、耗氧产乙酸菌、食氢产甲烷菌等五大类微生物参加发酵。

它们在发酵过程中的作用及对生存条件的要求，有以下三个阶段：（1）液化在沼气发酵中首先是发酵性细菌群利用它所分泌的胞外酶，如纤维酶、淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶等，对有机物进行体外酶解，也就是把禽畜粪便、作物秸杆、豆制品加工后的废水等大分子有机物分解成能溶于水的单糖、氨基酸、甘油和脂肪等小分子化合物这个阶段叫液化阶段。

生物质能的概述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。

它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，同时也是唯一一种可再生的碳源。

生物质能的原始能量来源于太阳，所以从广义上讲，生物质能是太阳能的一种表现形式。

目前，很多国家都在积极研究和开发利用生物质能。

生物质能蕴藏在植物、动物和微生物等可以生长的有机物中，它是由太阳能转化而来的。

有机物中除矿物燃料以外的所有来源于动植物的能源物质均属于生物质能，通常包括木材、及森林废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物、动物粪便等。

地球上的生物质能资源较为丰富，而且是一种无害的能源。

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%。

[编辑本段]生物质能的分类依据来源的不同，可以将适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便等五大类。

林业资源：林业生物质资源是指森林生长和林业生产过程提供的生物质能源，包括薪炭林、在森林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、树叶和木屑等；木材采运和加工过程中的枝丫、锯末、木屑、梢头、板皮和截头等；林业副产品的废弃物，如果壳和果核等。

农业资源：农业生物质能资源是指农业作物(包括能源作物)；农业生产过程中的废弃物，如农作物收获时残留在农田内的农作物秸秆（玉米秸、高粱秸、麦秸、稻草、豆秸和棉秆等）；农业加工业的废弃物，如农业生产过程中剩余的稻壳等。

能源植物泛指各种用以提供能源的植物，通常包括草本能源作物、油料作物、制取碳氢化合物植物和水生植物等几类。

生活污水和工业有机废水：生活污水主要由城镇居民生活、商业和服务业的各种排水组成，如冷却水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水、粪便污水等。

生物质能源的利用方法及发展趋势2013级博士研究生王波指导老师；陈新德生物质能源是蕴藏在生物质中的能量,是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量。

生物质能源具有燃烧容易、污染少、灰分较低等优点,是可再生的清洁能源。

目前所使用的化石能源导致环境污染日益严重,是造成臭氧层破坏、全球气候变暖、酸雨等灾难性后果的直接因素,而且地球上现存的化石燃料按消费量推算,在今后50～80年将最终消耗殆尽。

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。

我国的生物质能源也极为丰富,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5亿吨标准煤。

因此,利用生物质能源取代化石能源是解决能源问题的良好途径,发展林业生物质能源,凸显国家战略,是我国生物质能源发展的战略重点和优势。

生物质能源的开发利用早已引起世界各国政府和科学家的关注。

有许多国家都制定了相应的开发研究计划,包括日本的阳光计划、巴西的酒精能源计划、印度的绿色能源工程、美国的生物质产业发展路线图等发展计划。

生物质能源可以通过热化学转换技术、物理化学转换技术和生物转换技术制取沼气、燃料乙醇、生物柴油、发电等。

我国政府高度重视生物质能源的开发与利用。

早在1992年国务院批准的《中国环境发展十大对策》中就明确提出,要“因地制宜地开发利用和推广太阳能、风能、地热能、生物质能等新能源”。

目前有的生物质能源产业化技术主要包括以下几个方面。

一、沼气利用技术、沼气利用技术指将畜禽粪便、高浓度有机废水、生活垃圾等通过厌氧发酵生成以甲烷为主的沼气的技术，同时生成沼液、沼渣可作为有机肥施用于农田。

沼气是热值较高的洁净可燃气，可用作生活和工业燃料或发电，是很好的无公害能源，沼气工程建设可带来环境效益。

目前沼气技术在利用中存在有异味、二次污染等难题，另外，我国多数对沼液、沼渣工业化生产有机肥的研究停留在田间施用方法、施用效果上，缺少工程处理及转化为附加值更高的有机肥的方法；在温度较低的北方地区，沼气系统陷入启动难、维护难、微生物选育难的境地，所以该技术虽然已是产业化技术，但在使用率和技术推广工作上仍存在一定的障碍。

1 引言生物质能（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。

它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，同时也是唯一一种可再生的碳源。

生物质能的原始能量来源于太阳，所以从广义上讲，生物质能是太阳能的一种表现形式。

沼气作为生物质能的其中一类，在缓解能源短缺，解决能源污染上起着重要作用。

2 生物质燃料沼气生物质燃料沼气是一种新兴的可再生能源，最早是在农村普及。

上世纪八九十年代在我国农村开始应用，现如今，我国正开展农村普及沼气计划，用以缓解环境的污染问题。

将沼气作为未来我国的主要能源是当前的主要任务。

2.1 沼气概念沼气是一种新型的可再生能源，如今已在全世界普及、在环境污染日益严重的今天，无污染，清洁能源沼气的应用已变得更加广泛。

沼气是有机物质（如秸秆、杂草、人畜粪便、垃圾、污泥、工业有机废水等）在厌氧环境和一定条件下，经过种类繁多、数量巨大、功能不同的各类厌氧微生物的分解代谢而产生的一种气体，因为人们最早是在沼泽地中发现的，因此称为沼气。

2.2 沼气的理化性质沼气是一种多组分的混合气体，它的主要成分是甲烷，约占体积的50%～70%；其次是二氧化碳，约占体积的30%～40%；此外，还有少量的一氧化碳、氢气、氧气、硫化氢、氮气等气体组成。

沼气中的甲烷、一氧化碳、氢气、硫化氢是可燃气体，氧气是助燃气体，二氧化碳和氮气是惰性气体。

未经燃烧的沼气是一种无色、有臭味（含有其它气体）、有毒（硫化氢）、比空气轻、易扩散、难溶于水的可燃性混合气体。

沼气经过充分燃烧后即变为一种无毒、无臭味、无烟尘的气体。

沼气燃烧时最高温度可达1400℃，每立方米沼气热度值为2.13万～2.51万焦耳，因此说沼气是一种比较理想的优质气体燃料。

沼气中的主要气体甲烷还是大气层中产生“温室效应”的主要气体，其全球气候变暖的影响率达20%～25%，仅次于二氧化碳气体。

生物质能发电分类生物质发电是利用生物质具有的生物质能进行发电的一种技术。

大致分为农林生物质发电、垃圾焚烧发电和沼气发电，而农林生物质发电从发电技术上又可分为直接燃烧发电和混合燃烧发电。

生物质发电技术是目前生物质能应用方式中最普遍、最有效的方法之一。

我国生物质发电主要有：蔗渣燃烧发电，垃圾燃烧发电，稻壳秸秆燃烧发电生物质发电是利用生物质所具有的生物质能进行的发电，是可再生能源发电的一种，包括农林废弃物直接燃烧发电、农林废弃物气化发电、垃圾焚烧发电、垃圾填埋气发电、沼气发电。

生物质气化是在一定的热力学条件下，借助空气（或氧气），水蒸气的作用，使生物质的高聚物发生热解，氧化，还原重整反应，最终转化为一氧化碳，氢气和低分子烃类等可燃气体。

生物质发电是利用生物质所具有的生物质能进行的发电，是可再生能源发电的一种。

形式如下:1.直接燃烧发电（放在锅炉中直接燃烧，采用流化床燃烧，要求将生物质粉碎至一定的粒度）2.混合燃料发电（与煤混合后燃烧，设备要求高；）3.气化发电（分为内燃机发电，燃气轮机发电，燃气-蒸汽联合循环发电，燃料电池发电）4.沼气发电。

5.生物质垃圾焚烧发电。

生物质发电技术分类（按发电方式划分）直接燃烧发电：将生物质放入锅炉中直接燃烧，产生的蒸汽带动蒸汽轮机及发电机发电。

混合燃烧发电：将生物质和煤混合进行燃烧发电，可分为两种方式：一种是直接将生物质与煤混合后投放燃烧，另一种是将生物质气化产生的燃气与煤混合燃烧。

垃圾发电：以焚烧发电的形式为主，垃圾焚烧发电是利用锅炉燃烧技术产生的热量将水加热后获得蒸汽推动汽轮机带动发电机发电。

沼气发电：利用工农业或城镇生活中产生的大量有机废弃物经厌氧发酵处理产生的沼气驱动发电机组发电。

气化发电：生物质在气化炉中转化为气体燃料，经一系列的净化冷却后直接进入燃气机中燃烧发电或者直接进入燃料电池发电。

生物质能的开发利用与环境保护生物质能是一种源自自然界的可再生能源，包括植物、动物、微生物和人类生活垃圾等材料，在适当处理后可以转化为热能、电能和燃料等形式，用于满足人类生活和工业生产的能源需求。

生物质能的开发利用不仅能够减少化石能源的使用和相应的二氧化碳排放，还能缓解能源供应短缺和农业废弃物的处理难题，实现经济、社会和环境的可持续发展。

一、生物质能的开发利用1.1 生物质能的利用途径生物质能的利用途径主要包括热能、电能和燃料等形式。

其中，生物质燃料是直接利用生物质能转化为热能或动力能的一种方式，包括木材、秸秆、沼气和生活垃圾等；生物质燃料在农村地区和发展中国家得到广泛应用，能够减少化石能源的使用和相应的二氧化碳排放。

生物质热能则是通过生物质燃烧或其他方式，将生物质能转化为热水、蒸汽或热空气等，用于供暖、热水和工业生产等方面。

生物质电能则是通过生物质燃烧或发酵等方式，产生热能，并利用热能发电的方式产生电能，用于满足人类生活和工业生产的电能需求。

1.2 生物质能与农业废弃物的利用生物质能与农业废弃物的利用密不可分，其中包括农作物秸秆、麦秸、稻草、玉米芯等。

这些废弃物一般被当做农业废弃物，被视为垃圾处理掉或留在田野里被当做肥料，但是这些废弃物却可以被高效的利用为生物质燃料。

1.3 生物质能的开发利用生物质能的开发利用已经成为全球范围内的一项重要任务，各国都在积极开展相关的研究和开发工作。

在开发利用过程中，需要注重简化技术、降低成本、提高效率和扩大规模；还需要加强政策引导，增加投资和资金支持，促进生物质能的开发利用和推广。

二、生物质能的环境保护2.1 生物质能的环保优势生物质能是一种源自自然界的可再生能源，其开发利用与环境保护息息相关。

与化石能源相比，生物质能具有多种环保优势。

首先，生物质能是一种可再生能源，不会像化石能源一样造成能源资源的枯竭。

其次，生物质能的燃烧产生的二氧化碳可以被植物吸收，形成一个可循环的碳循环系统。

生物质能利用技术在当今能源需求不断增长和环境保护日益受到重视的背景下，生物质能作为一种可再生能源，其利用技术正逐渐成为研究和应用的热点。

生物质能来源于有机物，包括植物、动物粪便、垃圾等，具有广泛的来源和巨大的潜力。

生物质能的利用技术多种多样，其中生物质燃烧发电是较为常见的一种方式。

通过将生物质燃料，如木材废料、农作物秸秆等，在专门设计的锅炉中燃烧，产生高温高压蒸汽，驱动涡轮机转动进而发电。

这种技术相对成熟，但其效率在一定程度上受到燃料质量和燃烧条件的影响。

为了提高燃烧效率，减少污染物排放，相关的燃烧设备和净化装置不断得到改进和优化。

生物质气化技术也是一项重要的利用途径。

在气化过程中，生物质在缺氧的条件下受热分解，转化为合成气，主要成分包括一氧化碳、氢气和甲烷等。

这些合成气可以用于发电、供热，或者经过进一步处理合成液体燃料，如甲醇、乙醇等。

与燃烧发电相比，气化技术具有更高的能源利用效率，同时产生的污染物相对较少。

然而，气化过程中产生的焦油等副产物的处理仍然是一个需要解决的技术难题。

生物柴油是生物质能利用的另一个重要领域。

它通常由植物油或动物脂肪与醇类（如甲醇）通过酯交换反应制得。

生物柴油具有与传统柴油相似的性能，但具有更低的硫含量和更好的环保性能。

其使用可以在不改变现有发动机结构的情况下，有效降低尾气排放对环境的影响。

不过，生物柴油的生产成本相对较高，限制了其大规模的推广应用。

目前，研究人员正在努力通过改进生产工艺、寻找更廉价的原料等途径来降低成本。

除了上述几种主要的利用技术，生物质发酵制取沼气也在农村地区得到了广泛的应用。

沼气池将畜禽粪便、农作物秸秆等有机废弃物在厌氧条件下发酵，产生的沼气可用于照明、炊事和发电。

这种技术不仅能够解决农村能源问题，还能对废弃物进行有效的处理，减少环境污染。

同时，沼渣和沼液还可以作为优质的有机肥料，用于农业生产，形成了一个良性的生态循环。

在生物质能利用技术的发展过程中，也面临着一些挑战。