生物质燃料详细数据收集
2065 438+07 10月27日17世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理，供参考。生物质燃料(主要是木材)和家用燃料燃烧的室内排放物属于2A类致癌物。
基本介绍中文名:生物质燃料mbth:生物质成型燃料解释:生物质材料燃烧为燃料过程:粉碎、混合、挤压、干燥等过程主要区别:化石燃料经济燃料:生物质成型燃料来源:农业废弃物、畜禽粪便等简介、生物燃烧、生物转化产生能源、沼气、乙醇、生物柴油、氢气、生物电、优点简介生物质能是指由天然植物、粪便和城乡有机废弃物转化而来的能源。生物质除了在地球生态环境中具有美学价值外，对人类来说是一种方便、经济的可再生能源。生物质通过光合作用将CO 2和水结合形成碳氢化合物(糖)来构建生物质的骨架，而在这个过程中，太阳能被储存在生物体内结构化合物的化学键中。在这个过程中，随着大量植被的繁衍，为人类的发展和建设提供了可以长期使用的能源材料。当使用它们时，基本元素(碳、氧、氢、氮等。)组成生物的物质被新的生物利用，储存在它们化学键中的能量被释放出来或转化为其他形式的能量。光合作用人类发现了煤和石油——化石生物质，是生物质(主要是糖聚合物)缓慢转化为类似木质素的碎片的产物。这个过程经历了上亿年，所以它们一般被认为是不可再生能源。在生物质和石化资源的利用过程中，化学键最突出的区别是对环境的影响不同:生物降解时，其释放的化学物质大部分回到环境中被生物再利用；而石化资源长期深埋地下，在开发利用前可以稳定存在，对环境影响不大。但当它燃烧时，石油化工过程中沉积的硫、重金属等物质大量释放，生物难以利用，从而造成严重的环境污染，如酸雨。因此，与石化能源相比，生物质燃料具有许多独特的环境价值。它可以减少气候变化、水土流失、水污染和垃圾堆积的压力，为野生动物提供生存环境，并有助于保持更好的生态健康。在生物利用和再生的碳循环中，生物燃烧不会产生净CO 2释放，因此对温室效应的影响相对较小；燃料后产生的生物残渣较少，还可以用作生物肥料。表1列出了生物资源的一些基本数据。提高现有资源的利用率，增加植物的生产力，可以实现巨大生物潜力的开发。尤其是前者，由于当今热机的能量利用率低，浪费了大量的生物潜能。为了解决这一问题，将原有的生物燃料转化为其他符合现代需求、高效、易于使用和运输储存的能源形式，如电能、液体或气体燃料，或经过处理的固体燃料。通过这种方式，从生物质中提取了更多的能量，从而大大改善了城市和农村地区的物质和经济生活。这也成为当今生物能源研究的核心。简单的生物质燃料利用(燃烧木材产生热量)生物质燃料中，生物质成型燃料较为经济，多为秸秆类作物、花生壳、树皮、锯末和固体废弃物(糠醛渣、食用菌渣等)加工产生的块状燃料。).其直径一般为6~8 mm，长度为直径的4~5倍，破碎率小于1.5%~2.0%。干基水含量小于10%~15%，灰分小于1.5%，硫含量和氯含量小于0.07%，氮含量小于0.5%。如果使用添加剂，应是农林产品，并注明使用的种类和数量。生物燃烧直接燃烧是从生物质中提取能量的最常用、最直接和商业上可行的方式。从能源供应工厂到农业残留物和废料，几乎所有形式的生物燃料都用于燃烧系统。它们的燃烧过程颇为相似，一般分为四个过程:生物燃料(1)生物质中水的蒸发过程，即使经过数年干燥，木材的细胞结构中仍含有15% ~ 20%的水分；(2)生物质中气体/汽化组分的释放，不仅是烟囱释放的气体，还有一些可燃的蒸汽混合物和汽化的焦油；(3)释放的气体和空气中的氧气高温燃烧，高温分解产物喷出；(4)燃烧木材中的残留物(主要是碳)。在完全燃烧的情况下，木材中的能量完全释放，木材完全化为灰烬。这个过程的主要问题是效率低。如上所述，溢出的火焰和可燃气体使大部分热量没有用，浪费了。在燃烧木材制沸水的过程中，1m 3干木材含有10G J的能量，而将1L的水升温到1℃需要412K J的热能，所以烧开1L的水只需要不到400K J的能量，在数值上只相当于40cm 3的木材。但实际上，在一个小炉子上，我们大概至少需要50倍的木材，也就是效率不超过2%。提高燃烧效率的主要方法有:(1)足够高的温度；(2)充足的氧气；(3)足够的燃烧时间；(4)较少的能量逃逸。设计一个高效的炉膛或锅炉为此提供了保证。在过去的十年中，锅炉设计取得了很大的进步，以满足更高效率和更少排放(粉尘和一氧化碳)的需要。特别是在燃烧室设计、燃烧用空气供给和燃烧自动控制过程方面取得了很大进展。对于手动锅炉，燃气轮机效率从50%提高到75% ~ 90%，而对于自动锅炉，从60%提高到85% ~ 92%。然而，锅炉不容易用于长期储存，因为各种原始生物燃料都容易降解。并且由于它们相对较低的能量密度，长距离运输也是极不经济的。再者，锅炉虽然在热能利用率上有所进步，但总的能量利用率还是很低。因此，从生物质中以其他形式获取能量，提高能量利用率，满足远距离能源供应和储备，成为20世纪80年代以来的研究热点。通过生物转化生产和使用沼气是通过生物转化提供能量的最早过程。沼气是甲烷(CH 4)的主要成分，由产甲烷细菌在厌氧条件下分解转化有机物形成。产甲烷细菌是严格意义上的厌氧菌，因为它们的细胞中不含过氧化氢酶和超氧化物歧化酶——氧气对它们有致死作用。此外，它们对碳源的种类有特殊要求，可利用的底物可分为三类:沼气(1)含有1 ~ 6个碳原子的短链脂肪酸；(2)含有1 ~ 5个碳原子的正丁醇或异丁醇；(3)三种气体:氢气、一氧化碳和二氧化碳。由于这种特殊的底物要求，对甲烷的大规模生产提出了技术和经济问题。乙醇乙醇是最重要的酒精燃料。乙醇作为一种能源，具有许多优良的特性，如发酵底物广泛，几乎包括所有种类的原始生物材料；优异的燃烧特性；该燃料无残留，辛烷值高；对环境有益的无污染燃料，特别是无铅、二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、微粒和其他碳氢化合物；可直接与石油、天然气混合(最佳条件下乙醇占20% ~ 30%)作为内燃机的液体燃料，从而提高燃料性能，减少三废排放。乙醇的发酵过程与酿造非常相似，一般涉及以下四个步骤:(1)产乙醇植物的生长、收获和运输；(2)预处理，将原始生物材料转化为适合发酵过程的底物；(3)发酵过程中底物转化为乙醇，分离提取；(4)处理发酵废渣，减少污染，回收副产品。可作为乙醇发酵的原料，用途广泛。近年来，利用木质纤维素作为碳源和发酵系统已成为研究热点[7]。木质纤维素是一种广泛存在于自然界的低成本可再生自然资源，其主要成分是多糖(主要是纤维素和半纤维素)和木质素。多糖可以作为酒精生产的原料，但必须经过酸和酶的水解转化为糖，才能被细胞直接利用。这一过程是降低酒精制造工业成本的关键步骤。木质素不能生物转化为乙醇，但可以和其他发酵残渣一起用作锅炉燃料或生物肥料。乙醇发酵传统的乙醇发酵工艺是利用酵母，尤其是酿酒酵母，通过EMP途径将葡萄糖降解为丙酮酸，然后脱羧丙酮酸脱羧酶，还原乙醇脱氢酶，产生乙醇。目前常见的是利用基因工程技术将运动发酵单胞菌的丙酮酸脱羧酶和乙醇脱氢酶基因整合到大肠杆菌中发酵生产乙醇。在过去的几十年里，乙醇发酵的技术和效率迅速提高，新的技术和工艺不断涌现，生产规模也越来越大。今天，美国每年平均有200亿加仑的乙醇通过发酵生产，它提供了美国超过1%的汽车燃料总量。拉丁美洲，尤其是巴西，是世界上最大的乙醇发酵地区。在巴西，自1975国家酒精计划(ProAlcool)以来，巴西通过甘蔗发酵生产了近900亿升乙醇，大量石化能源被乙醇替代，为石化能源进口节省了巨额开支。生物柴油生物柴油是指植物油与甲醇酯交换反应生成的脂肪酸甲酯，是一种清洁的生物燃料。由于乙醇在柴油机上应用的缺陷(与柴油不相溶，不能直接点燃等。)以及生物柴油本身优良的燃烧特性，生物柴油也是当今生物燃料研究的一个热点。生产生物柴油的方法一般有以下几种:生物柴油(1)植物油酶法，即废弃食用油与脂肪酶进行酯交换反应生产生物柴油。最近有报道称，利用固定化酶技术，在反应过程中分阶段加入甲醇，生产效率大大提高，酶的使用寿命也大大延长。(2)蔗渣发酵生产柴油。(3)控制油脂积累水平，使乙酰辅酶a羧化酶基因在微藻细胞中高效表达，从而通过培养微藻生产柴油。氢氢是21世纪的另一种重要能源。目前，氢气主要产自石油化工行业，但由于其高能耗、高成本和环境污染的特点，生物制氢工艺已成为研究热点。生物制氢主要依靠蓝藻和绿藻的光解水，或者厌氧发酵，但这些过程的高成本以及氢气作为能源的储存和运输困难，使得氢气的实用化为时尚早。生物制氢此外，在传统的石油化工行业中，将微生物发酵应用于现代石油开采技术以提高原油采收率的报道屡见不鲜，在一些油田得到了广泛的应用，如胜利油田。这也说明，即使在传统的石化能源中，也有生物能源生产的影子。生物电是将生物质中的化学能转化为电能的过程，主要分为传统的燃烧发电和生物电池两种。传统的燃烧发电，前面提到过，可以细分为两种形式:生物质(1)通过生物质在锅炉中燃烧产生蒸汽，然后用蒸汽发电；(2)生物质气化产物燃烧发电。与生物电池不同，制造电的过程是在温和的条件下，通过生物催化将化学能直接转化为电能的过程。传统的生物发电是将生物质在锅炉中燃烧产生高密度蒸汽，然后蒸汽带动涡轮发电。时至今日，这项技术已经发展得很好，可以使用的可燃材料范围很广。然而，由于其相对较低的能量利用率和较低的运行效率(并且从长期来看它们的改进潜力极其有限)以及高蒸汽压力(>:1200atm，以提高蒸汽温度和增加能量利用率)，该技术的进一步发展受到限制。沼气气化是一种从生物质中获取电能的新方法。生物质不是直接燃烧，而是在首先转化为可燃蒸汽的过程中使用生物质中包含的大约65%-70%的能量。制得的气体与天然气一样，可用于发电、汽车驱动，广泛应用于工业。可以说这种新技术有很大的发展潜力。生物电池的发电机理主要有两种:(1)在反应器中，原料转化为燃料产物，如H 2，在串联发电设备中被氧化发电，如图1A；或者将微生物发酵和产电结合起来，微生物的代谢产物通过电极上的电子传递介质直接与氧化物(O _ 2或H _ 2O _ 2)传递电子来产电，如图1B所示。(2)利用固定在电极上氧化还原酶来氧化和还原特定的燃料物质和氧化的底物，从而发电。这一过程的基本原理如图2所示。由于大多数氧化还原酶不能用导电载体直接转移电子，因此发展了一系列电子转移介体。最近，已经报道了一些覆盖单层或多层生物催化剂的新型功能电极。结合了具有生物活性的单个膜电极，既保证了生物催化速率，又大大加快了界面电子转移速率，降低了电池内阻，从而保证了生物电池小型化和稳定性的发展。小型、便携、高效、稳定和长寿命是生物电池的发展方向。理想状态是插电式电池可以使用天然燃料物质(如葡萄糖等。)以高效且持续地产生电能，用于医疗诊断和其他目的，例如支持体内起搏器和探针的长期正常运行。电极氧化还原酶的优势随着化石能源价格的上涨，生物质能的利用价值越来越高。除了传统的木柴、秸秆和甘蔗渣外，专门用作燃料的高产植物也培育成功。作为锅炉燃料，用木材废料或植物燃料替代煤炭或石油，不仅节省了不可再生的化石能源和企业的能耗成本，而且由于木材废料几乎不含硫，对环境的污染也较小。具有以下优点:生物质燃料(1)生物质燃料热值大，约为3900~4800大卡/千克，炭化后热值高达7000 ~ 8000大卡/千克。(2)生物质燃料纯度高，不含其他不发热的杂质。其含碳量为75-85%，灰分为3-6%，水分为1-3%。(3)绝对不含煤矸石、石头等不产生热量但消耗热量的杂质，对企业来说会直接降低成本。(4)生物质燃料不含硫、磷，不腐蚀锅炉，可延长锅炉使用寿命，企业受益较大。(5)由于生物质燃料不含硫、磷，燃烧时不产生二氧化硫和五氧化二磷，因此不会造成酸雨，污染大气和环境。(6)生物质燃料清洁，进料方便，降低了工人的劳动强度，大大改善了工作环境。企业会降低人工成本。(7)生物质燃料燃烧后，灰渣极少，大大减少了煤渣堆放场地，降低了排渣成本。(8)生物质燃料燃烧后的灰渣是一种高品位的优质有机钾肥，可循环利用创造利润。(9)生物质燃料是大自然赋予的可再生能源，是响应中央建设节约型社会、工业反哺农业号召的深水炸弹。