2065 438+07 10月27日17世界衛生組織國際癌癥研究機構公布的致癌物清單初步整理，供參考。生物質燃料(主要是木材)和家用燃料燃燒的室內排放物屬於2A類致癌物。
基本介紹中文名:生物質燃料mbth:生物質成型燃料解釋:生物質材料燃燒為燃料過程:粉碎、混合、擠壓、幹燥等過程主要區別:化石燃料經濟燃料:生物質成型燃料來源:農業廢棄物、畜禽糞便等簡介、生物燃燒、生物轉化產生能源、沼氣、乙醇、生物柴油、氫氣、生物電、優點簡介生物質能是指由天然植物、糞便和城鄉有機廢棄物轉化而來的能源。生物質除了在地球生態環境中具有美學價值外，對人類來說是壹種方便、經濟的可再生能源。生物質通過光合作用將CO 2和水結合形成碳氫化合物(糖)來構建生物質的骨架，而在這個過程中，太陽能被儲存在生物體內結構化合物的化學鍵中。在這個過程中，隨著大量植被的繁衍，為人類的發展和建設提供了可以長期使用的能源材料。當使用它們時，基本元素(碳、氧、氫、氮等。)組成生物的物質被新的生物利用，儲存在它們化學鍵中的能量被釋放出來或轉化為其他形式的能量。光合作用人類發現了煤和石油——化石生物質，是生物質(主要是糖聚合物)緩慢轉化為類似木質素的碎片的產物。這個過程經歷了上億年，所以它們壹般被認為是不可再生能源。在生物質和石化資源的利用過程中，化學鍵最突出的區別是對環境的影響不同:生物降解時，其釋放的化學物質大部分回到環境中被生物再利用；而石化資源長期深埋地下，在開發利用前可以穩定存在，對環境影響不大。但當它燃燒時，石油化工過程中沈積的硫、重金屬等物質大量釋放，生物難以利用，從而造成嚴重的環境汙染，如酸雨。因此，與石化能源相比，生物質燃料具有許多獨特的環境價值。它可以減少氣候變化、水土流失、水汙染和垃圾堆積的壓力，為野生動物提供生存環境，並有助於保持更好的生態健康。在生物利用和再生的碳循環中，生物燃燒不會產生凈CO 2釋放，因此對溫室效應的影響相對較小；燃料後產生的生物殘渣較少，還可以用作生物肥料。表1列出了生物資源的壹些基本數據。提高現有資源的利用率，增加植物的生產力，可以實現巨大生物潛力的開發。尤其是前者，由於當今熱機的能量利用率低，浪費了大量的生物潛能。為了解決這壹問題，將原有的生物燃料轉化為其他符合現代需求、高效、易於使用和運輸儲存的能源形式，如電能、液體或氣體燃料，或經過處理的固體燃料。通過這種方式，從生物質中提取了更多的能量，從而大大改善了城市和農村地區的物質和經濟生活。這也成為當今生物能源研究的核心。簡單的生物質燃料利用(燃燒木材產生熱量)生物質燃料中，生物質成型燃料較為經濟，多為稭稈類作物、花生殼、樹皮、鋸末和固體廢棄物(糠醛渣、食用菌渣等)加工產生的塊狀燃料。).其直徑壹般為6~8 mm，長度為直徑的4~5倍，破碎率小於1.5%~2.0%。幹基水含量小於10%~15%，灰分小於1.5%，硫含量和氯含量小於0.07%，氮含量小於0.5%。如果使用添加劑，應是農林產品，並註明使用的種類和數量。生物燃燒直接燃燒是從生物質中提取能量的最常用、最直接和商業上可行的方式。從能源供應工廠到農業殘留物和廢料，幾乎所有形式的生物燃料都用於燃燒系統。它們的燃燒過程頗為相似，壹般分為四個過程:生物燃料(1)生物質中水的蒸發過程，即使經過數年幹燥，木材的細胞結構中仍含有15% ~ 20%的水分；(2)生物質中氣體/汽化組分的釋放，不僅是煙囪釋放的氣體，還有壹些可燃的蒸汽混合物和汽化的焦油；(3)釋放的氣體和空氣中的氧氣高溫燃燒，高溫分解產物噴出；(4)燃燒木材中的殘留物(主要是碳)。在完全燃燒的情況下，木材中的能量完全釋放，木材完全化為灰燼。這個過程的主要問題是效率低。如上所述，溢出的火焰和可燃氣體使大部分熱量沒有用，浪費了。在燃燒木材制沸水的過程中，1m 3幹木材含有10G J的能量，而將1L的水升溫到1℃需要412K J的熱能，所以燒開1L的水只需要不到400K J的能量，在數值上只相當於40cm 3的木材。但實際上，在壹個小爐子上，我們大概至少需要50倍的木材，也就是效率不超過2%。提高燃燒效率的主要方法有:(1)足夠高的溫度；(2)充足的氧氣；(3)足夠的燃燒時間；(4)較少的能量逃逸。設計壹個高效的爐膛或鍋爐為此提供了保證。在過去的十年中，鍋爐設計取得了很大的進步，以滿足更高效率和更少排放(粉塵和壹氧化碳)的需要。特別是在燃燒室設計、燃燒用空氣供給和燃燒自動控制過程方面取得了很大進展。對於手動鍋爐，燃氣輪機效率從50%提高到75% ~ 90%，而對於自動鍋爐，從60%提高到85% ~ 92%。然而，鍋爐不容易用於長期儲存，因為各種原始生物燃料都容易降解。並且由於它們相對較低的能量密度，長距離運輸也是極不經濟的。再者，鍋爐雖然在熱能利用率上有所進步，但總的能量利用率還是很低。因此，從生物質中以其他形式獲取能量，提高能量利用率，滿足遠距離能源供應和儲備，成為20世紀80年代以來的研究熱點。通過生物轉化生產和使用沼氣是通過生物轉化提供能量的最早過程。沼氣是甲烷(CH 4)的主要成分，由產甲烷細菌在厭氧條件下分解轉化有機物形成。產甲烷細菌是嚴格意義上的厭氧菌，因為它們的細胞中不含過氧化氫酶和超氧化物歧化酶——氧氣對它們有致死作用。此外，它們對碳源的種類有特殊要求，可利用的底物可分為三類:沼氣(1)含有1 ~ 6個碳原子的短鏈脂肪酸；(2)含有1 ~ 5個碳原子的正丁醇或異丁醇；(3)三種氣體:氫氣、壹氧化碳和二氧化碳。由於這種特殊的底物要求，對甲烷的大規模生產提出了技術和經濟問題。乙醇乙醇是最重要的酒精燃料。乙醇作為壹種能源，具有許多優良的特性，如發酵底物廣泛，幾乎包括所有種類的原始生物材料；優異的燃燒特性；該燃料無殘留，辛烷值高；對環境有益的無汙染燃料，特別是無鉛、二氧化碳、壹氧化碳、二氧化硫、微粒和其他碳氫化合物；可直接與石油、天然氣混合(最佳條件下乙醇占20% ~ 30%)作為內燃機的液體燃料，從而提高燃料性能，減少三廢排放。乙醇的發酵過程與釀造非常相似，壹般涉及以下四個步驟:(1)產乙醇植物的生長、收獲和運輸；(2)預處理，將原始生物材料轉化為適合發酵過程的底物；(3)發酵過程中底物轉化為乙醇，分離提取；(4)處理發酵廢渣，減少汙染，回收副產品。可作為乙醇發酵的原料，用途廣泛。近年來，利用木質纖維素作為碳源和發酵系統已成為研究熱點[7]。木質纖維素是壹種廣泛存在於自然界的低成本可再生自然資源，其主要成分是多糖(主要是纖維素和半纖維素)和木質素。多糖可以作為酒精生產的原料，但必須經過酸和酶的水解轉化為糖，才能被細胞直接利用。這壹過程是降低酒精制造工業成本的關鍵步驟。木質素不能生物轉化為乙醇，但可以和其他發酵殘渣壹起用作鍋爐燃料或生物肥料。乙醇發酵傳統的乙醇發酵工藝是利用酵母，尤其是釀酒酵母，通過EMP途徑將葡萄糖降解為丙酮酸，然後脫羧丙酮酸脫羧酶，還原乙醇脫氫酶，產生乙醇。目前常見的是利用基因工程技術將運動發酵單胞菌的丙酮酸脫羧酶和乙醇脫氫酶基因整合到大腸桿菌中發酵生產乙醇。在過去的幾十年裏，乙醇發酵的技術和效率迅速提高，新的技術和工藝不斷湧現，生產規模也越來越大。今天，美國每年平均有200億加侖的乙醇通過發酵生產，它提供了美國超過1%的汽車燃料總量。拉丁美洲，尤其是巴西，是世界上最大的乙醇發酵地區。在巴西，自1975國家酒精計劃(ProAlcool)以來，巴西通過甘蔗發酵生產了近900億升乙醇，大量石化能源被乙醇替代，為石化能源進口節省了巨額開支。生物柴油生物柴油是指植物油與甲醇酯交換反應生成的脂肪酸甲酯，是壹種清潔的生物燃料。由於乙醇在柴油機上應用的缺陷(與柴油不相溶，不能直接點燃等。)以及生物柴油本身優良的燃燒特性，生物柴油也是當今生物燃料研究的壹個熱點。生產生物柴油的方法壹般有以下幾種:生物柴油(1)植物油酶法，即廢棄食用油與脂肪酶進行酯交換反應生產生物柴油。最近有報道稱，利用固定化酶技術，在反應過程中分階段加入甲醇，生產效率大大提高，酶的使用壽命也大大延長。(2)蔗渣發酵生產柴油。(3)控制油脂積累水平，使乙酰輔酶a羧化酶基因在微藻細胞中高效表達，從而通過培養微藻生產柴油。氫氫是21世紀的另壹種重要能源。目前，氫氣主要產自石油化工行業，但由於其高能耗、高成本和環境汙染的特點，生物制氫工藝已成為研究熱點。生物制氫主要依靠藍藻和綠藻的光解水，或者厭氧發酵，但這些過程的高成本以及氫氣作為能源的儲存和運輸困難，使得氫氣的實用化為時尚早。生物制氫此外，在傳統的石油化工行業中，將微生物發酵應用於現代石油開采技術以提高原油采收率的報道屢見不鮮，在壹些油田得到了廣泛的應用，如勝利油田。這也說明，即使在傳統的石化能源中，也有生物能源生產的影子。生物電是將生物質中的化學能轉化為電能的過程，主要分為傳統的燃燒發電和生物電池兩種。傳統的燃燒發電，前面提到過，可以細分為兩種形式:生物質(1)通過生物質在鍋爐中燃燒產生蒸汽，然後用蒸汽發電；(2)生物質氣化產物燃燒發電。與生物電池不同，制造電的過程是在溫和的條件下，通過生物催化將化學能直接轉化為電能的過程。傳統的生物發電是將生物質在鍋爐中燃燒產生高密度蒸汽，然後蒸汽帶動渦輪發電。時至今日，這項技術已經發展得很好，可以使用的可燃材料範圍很廣。然而，由於其相對較低的能量利用率和較低的運行效率(並且從長期來看它們的改進潛力極其有限)以及高蒸汽壓力(>:1200atm，以提高蒸汽溫度和增加能量利用率)，該技術的進壹步發展受到限制。沼氣氣化是壹種從生物質中獲取電能的新方法。生物質不是直接燃燒，而是在首先轉化為可燃蒸汽的過程中使用生物質中包含的大約65%-70%的能量。制得的氣體與天然氣壹樣，可用於發電、汽車驅動，廣泛應用於工業。可以說這種新技術有很大的發展潛力。生物電池的發電機理主要有兩種:(1)在反應器中，原料轉化為燃料產物，如H 2，在串聯發電設備中被氧化發電，如圖1A；或者將微生物發酵和產電結合起來，微生物的代謝產物通過電極上的電子傳遞介質直接與氧化物(O _ 2或H _ 2O _ 2)傳遞電子來產電，如圖1B所示。(2)利用固定在電極上氧化還原酶來氧化和還原特定的燃料物質和氧化的底物，從而發電。這壹過程的基本原理如圖2所示。由於大多數氧化還原酶不能用導電載體直接轉移電子，因此發展了壹系列電子轉移介體。最近，已經報道了壹些覆蓋單層或多層生物催化劑的新型功能電極。結合了具有生物活性的單個膜電極，既保證了生物催化速率，又大大加快了界面電子轉移速率，降低了電池內阻，從而保證了生物電池小型化和穩定性的發展。小型、便攜、高效、穩定和長壽命是生物電池的發展方向。理想狀態是插電式電池可以使用天然燃料物質(如葡萄糖等。)以高效且持續地產生電能，用於醫療診斷和其他目的，例如支持體內起搏器和探針的長期正常運行。電極氧化還原酶的優勢隨著化石能源價格的上漲，生物質能的利用價值越來越高。除了傳統的木柴、稭稈和甘蔗渣外，專門用作燃料的高產植物也培育成功。作為鍋爐燃料，用木材廢料或植物燃料替代煤炭或石油，不僅節省了不可再生的化石能源和企業的能耗成本，而且由於木材廢料幾乎不含硫，對環境的汙染也較小。具有以下優點:生物質燃料(1)生物質燃料熱值大，約為3900~4800大卡/千克，炭化後熱值高達7000 ~ 8000大卡/千克。(2)生物質燃料純度高，不含其他不發熱的雜質。其含碳量為75-85%，灰分為3-6%，水分為1-3%。(3)絕對不含煤矸石、石頭等不產生熱量但消耗熱量的雜質，對企業來說會直接降低成本。(4)生物質燃料不含硫、磷，不腐蝕鍋爐，可延長鍋爐使用壽命，企業受益較大。(5)由於生物質燃料不含硫、磷，燃燒時不產生二氧化硫和五氧化二磷，因此不會造成酸雨，汙染大氣和環境。(6)生物質燃料清潔，進料方便，降低了工人的勞動強度，大大改善了工作環境。企業會降低人工成本。(7)生物質燃料燃燒後，灰渣極少，大大減少了煤渣堆放場地，降低了排渣成本。(8)生物質燃料燃燒後的灰渣是壹種高品位的優質有機鉀肥，可循環利用創造利潤。(9)生物質燃料是大自然賦予的可再生能源，是響應中央建設節約型社會、工業反哺農業號召的深水炸彈。