环境材料之生物质能源的现状和发展
能源是当前社会发展所必不可缺少的重要一部分，是人类赖以生存的物质基础。随着工业的进步和人类生活的发展，世界各国对能源需求的不断加大，传统能源越来越短缺，寻求新能源替代传统能源，是解决资源短缺问题的唯一有效的路径。新能源的概念比较模糊，一般是指传统能源（石油，煤炭，天然气等等）之外的各种能源形式。例如，太阳能，风能，生物质能，潮汐能，地热能以及氢能等等
一.生物质能发展背景
1.人类能源状况
在当今的世界能源结构中，人类所利用的能源主要是石油、天然气和煤炭等化石能源。2007年世界一次能源消费总量为143.72亿吨，其消费构成为：石油占39.9%，天然气占23.2%，煤炭占27%，核电占7.3%，水电2.6%。随着经济的发展、人口的增加、社会生活的提高，预计未来世界能源消费量将以每年2.7%的速度增长，到2020年世界的能源消费总量将达到195亿。【1】
截至2007年末，世界石油、天然气和煤炭的可采储量为1.3万亿，其中：石油和天然气占1/5，煤炭约占4/5。尽管今后还可能有新的储量被发现，但按目前的世界能源探明储量和消费量计，这些能源资源仅可供全世界大约消费172年。根据目前国际上通行的能源预测，石油资源将在40年内枯竭，天然气资源将在60年内用光，煤炭资源也只能使用220年。【2】
2.生物质能定义和分类
为了人类的发展必须找到一种替代能源，生物质能就引起了广大科学家的兴趣，首先让我们来认识一下什么是生物质能。“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。”(来自百度百科)
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。
二.生物质能的优越性
1) 可再生性
人类发展至今为止，使用的主要能源为煤炭、石油和天然气，但是这些能源的产生时间比较久远，是不可再生能源。而生物质是通过植物光合作用以及微生物的代谢产生的，其具有可再生性，且含量丰富。
2) 低污染性
传统能源的燃烧都会带来各种各样的危害大气环境的污染物，打破碳的平衡，使得一些灾害性的自然现象产生，例如全球气候变暖、酸雨等等。而生物质能燃料燃烧所释放的二氧化碳相当于其生长时通过光合作用所吸收的二氧化碳量，所以基本上不会破坏地球环境中的碳的平衡。还有就是生物质中含有的硫、氮和灰分少，这样再利用过程中产生的硫化物、氮化物以及粉尘会比较少，可以有效地改善大气酸雨环境、缓解气候变暖的现象。所以说，对于生物质能源的利用，可以有效地保护生态环境，为地球美好家园创造良好的条件。
3) 可存储性以及替代性
生物质能源可以对其原料本身及其固体、气体或液体燃料产品进行方便的储存，可以方便快捷的用于以后的在加工和转换。同时，现在的技术可以制造出生物乙醇，生物柴油等液态生物质燃料，它们可以在动力系统中替代那些传统使用的石油、煤炭等进行作用。
4)利用技术难度性对较低
生物质能资源具有分布广泛，易获取性等特点，从目前国内外的开发利用新能源的技术来看，相比于太阳能、风能、地热能、海洋能等其他形式的新能源来说，生物质能源的利用和开发技术还是比较容易一些的。
5)资源丰富，分布广泛
生物质能是世界第四大能源,
,地球陆地每年生产1000～1250亿吨生物质;海洋年生产500亿吨生物质。生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量,相当于目前世界总能耗的10倍。我国可开发为能源的生物质资源到2010年可达3亿吨。随着农林业的发展,特别是炭薪林的推广,生物质资源还将越来越多。
6)应用广泛
7)生物质能源可以以沼气、
气化发电、
三．国内与国外生物质能利用的对比
相比于国外的生物质能利用来说，我国利用的规模性对比较小，今年来我国的发展速度很快。
1.沼气工程
我国采用人工方法制造沼气也比较早，大约在19世纪80年代，当时人称“人造瓦斯”。但是一直到解放初期，都未能推广使用，直到上世纪70年代，农村能源紧缺时，经过总结经验，逐步探索，不断改进，终于使中国式的小型户用沼气池在农村发展起来了。国际上称中国是的沼气池为“水压式沼气池。而国外在沼气工程建设方面比较深入，且原料多样化，建成的普遍是大规模的沼气工程，比如英国有45座大型沼气工程，德国在2003年时全国沼气工程总数已经超过2000个，平均每年还要增加450个左右。
2.生物燃料乙醇汽油
生物燃料乙醇汽油方面我国还是比较靠前的。目前世界上生物燃料利用最好的是巴西和美国，我国仅次之。巴西是世界上领先的生物燃料生产国，其甘蔗作物的一半用于生产该国废柴有运输燃料的40％以上。在美国，谷物作物的15％用于生产废柴有运输燃料的约2％，乙醇生产以更快的速度在增长。据估计，巴西和美国现生产的乙醇已低于目前的汽油成本。很多其他国家也在积极的开发生产生物燃料。而我国的生物乙醇汽油的销售量，到2005年时已经占全国汽油消费量的20％，成为世界上第三大生物燃料乙醇生产国。
3.生物柴油
在2000～2007年，世界生物柴油的产量增长了60％，其中德国主导了生物柴油的生产和使用。其他国家的发展也很好，但是我国的生物柴油起步研发比较晚，到目前为止，成功研制了利用菜籽油、大豆油、米糠下脚料和野生植物小桐籽油、工业猪油、牛油为原料，经过甲醇预酯化再酯化生产生物柴油，不仅可以作为代用燃料直接使用，而且还可以作为柴油清洁燃料的添加剂。如果能够解决生物柴油的原料来源问题，生物柴油的前景就比较好了。
4.生物质发电
生物质发电是利用农作物秸秆、果树枝、林业加工废弃物、城市和工业有机废弃物、禽畜粪便等燃烧发电的技术。国外方面，丹麦政府为了建立清洁发展机制，减少温室气体的排放，加大了生物质能的研发和利用度，其中丹麦BWE公司率先研发秸秆生物燃烧发电技术，迄今为止在这一领域仍保持世界最高水平。目前丹麦全国已建立了130多家秸秆生物发电厂，秸秆发电量占到全国能源消耗总量的24％以上，靠着新型能源从一个石油进口国变成了石油出口国。其他国家和地区的生物质发电也取得了长足的发展，其中在2006年，欧洲最大的森林生物质能发电厂在奥地利维也纳投入运行等等。而我国的生物质发电，从2003年以来，国家发改委先后批复江苏如东、山东单县和河北晋州三个国家级的秸秆发电示范项目，拉开了中国生物质发电的序幕。目前在建的秸秆发电项目主要分布在山东、江苏、黑龙江、吉林、河南、辽宁和新疆等地区。到目前为止，国网公司已建成大约200万千瓦的生物质发电能力，约占中国生物质发电能力的36％。
生物质秸秆发酵产生天然气
这项技术是我国最先发明的，目前已申请专利。据2006年中国新能源投融资项目洽谈会发布的信息称：2.5千克秸秆可以一立方米的天然气，秸秆发酵技术的成熟将使得秸秆成为可替代能源。有河北沧州市政府支持的这一项目，在37℃、浓度10％～20％的情况下，利用秸秆发酵技术，能使2.5千克秸秆产生
1.375立方米的沼气，提纯后得到1立方米的天然气。秸秆发酵技术使天然气的成本下降到每立方米0.5～0.9元。据介绍，如果按照中国每年可产生可利用的秸
秆总量为6亿吨计算，那么利用这一技术之后，秸秆一年的产气量相当于西气东输工程200年的供气量，发展前景相当好。
生物质气化技术
生物质气化技术在国外已经有较为广泛的应用了，在国内也有较多成功的商业化应用实例。但是，到目前为止我国的生物质气化还是以中小规模、固定床、低热值气化为主，依靠小型多用途的方式来满足市场需求。与欧美国家相比，我国的气化技术的开发立足于解决农村能源问题，气化原料主要是农村的农林业生产废弃物，如秸秆、稻壳、玉米芯、果壳、锯末等；在技术和自动化方面明显落后于欧美各国。我们应该充分认识生物质能利用的意义，有计划、有组织的发展大规模生物质利用技术，缩小我国在该领域与国外的差
四．生物质能开发利用的前景
1.世界生物质能利用前景广阔
生物质能是仅次于煤炭、石油和天然气之后的世界能源总量第四的可再生绿色能源。据估计到本世纪中叶（也就是21世纪中期），采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总消耗能量的40％以上。目前，国外很多国家对生物质能的利用侧重于把生物质能转化为电力和优质燃料。
自然界每年储存的生物质能相当于世界主要燃料的10倍，而现在全世界的能源利用量不到其总量的1％，因此生物质能将成为21世纪主要的新能源之一。
目前生物质能源占全球能源利用总量的11％，但是部分来自于不可持续的采伐。据估计：到2020年，全世界生物质能源的商业化利用将达到1亿吨油当量，并形成千万吨级规模的生物液体燃料生产能力。
世界上每年生物体产生的生物质总量约在1700亿吨左右，而目前被人类利用的仅有60亿吨左右，只占总量的约3.5％。利用率是相当低的。如果西方工业国家不能够充分利用生物质能，将不可能完成《京都议定书》制定的减少温室气体排放的目标。预计到2020年，西方工业国家15％的电力将来自于生物质能发电，而目前生物质能发电仅占整个电力生产的1％。
五．结语
21世纪，人类正悄悄地走向可再生能源时代。谁能最先占领可再生能源利用的先机，谁就将在未来全球经济发展中占据有利地位。现如今是一个高速发展的社会,,我们正不断的向自然索取更多的东西,特别是能源物资,人们对能源的需求量越来越大,大自然已经无法像几个世纪以前那样完全满足我们的需求了.但是能源是人类生存与发展的重要保障,也是国民经济增长与发展的根本动力与基本保证;但是这种矛盾越来越大。
在保证环境不被破坏的前提下,环境材料出现,环保能源也伴随而来;我们积极去探索清洁能源和环保材料不单单是为了使我们的生活环境更好,也是为我们的子孙留下一个美丽的地球,就像我们的祖先留给我们的一样。
可持续发展并不是一句简简单单的空话,而是需要我们从自身出发,不断的探索清洁生产与环保材料的更高层次。同时更多的使用环境材料,从而达到真正的可持续发展.
参考文献:
[1] 李全林.新能源与可再生能源.南京：东南大学出版社，2008.
[2] 穆献中，刘炳文.新能源与可再生能源发展与产业化研究.北京：石油工业出版社，2009.
[3] 钱伯章.新能源-后石油时代的必然选择.北京：化学工业出版社，2007.
[4] 蒋国良，袁超.生物质转化技术与应用研究进展.河南农业大学学报，2005,39（4）：464-471.
[5] 孙永明.我国生物质能源与生物质利用现状与展望.可再生能源，2006,126
（2）：78-82.
[6] 钱伯章.节能减排--可持续发展的必由之路,北京:科学出版社2008
[7] 程备久.生物质能学.北京:化学工业出版社.2008
环境材料之生物质能源的现状和发展
能源是当前社会发展所必不可缺少的重要一部分，是人类赖以生存的物质基础。随着工业的进步和人类生活的发展，世界各国对能源需求的不断加大，传统能源越来越短缺，寻求新能源替代传统能源，是解决资源短缺问题的唯一有效的路径。新能源的概念比较模糊，一般是指传统能源（石油，煤炭，天然气等等）之外的各种能源形式。例如，太阳能，风能，生物质能，潮汐能，地热能以及氢能等等
一.生物质能发展背景
1.人类能源状况
在当今的世界能源结构中，人类所利用的能源主要是石油、天然气和煤炭等化石能源。2007年世界一次能源消费总量为143.72亿吨，其消费构成为：石油占39.9%，天然气占23.2%，煤炭占27%，核电占7.3%，水电2.6%。随着经济的发展、人口的增加、社会生活的提高，预计未来世界能源消费量将以每年2.7%的速度增长，到2020年世界的能源消费总量将达到195亿。【1】
截至2007年末，世界石油、天然气和煤炭的可采储量为1.3万亿，其中：石油和天然气占1/5，煤炭约占4/5。尽管今后还可能有新的储量被发现，但按目前的世界能源探明储量和消费量计，这些能源资源仅可供全世界大约消费172年。根据目前国际上通行的能源预测，石油资源将在40年内枯竭，天然气资源将在60年内用光，煤炭资源也只能使用220年。【2】
2.生物质能定义和分类
为了人类的发展必须找到一种替代能源，生物质能就引起了广大科学家的兴趣，首先让我们来认识一下什么是生物质能。“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。”(来自百度百科)
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。
二.生物质能的优越性
1) 可再生性
人类发展至今为止，使用的主要能源为煤炭、石油和天然气，但是这些能源的产生时间比较久远，是不可再生能源。而生物质是通过植物光合作用以及微生物的代谢产生的，其具有可再生性，且含量丰富。
2) 低污染性
传统能源的燃烧都会带来各种各样的危害大气环境的污染物，打破碳的平衡，使得一些灾害性的自然现象产生，例如全球气候变暖、酸雨等等。而生物质能燃料燃烧所释放的二氧化碳相当于其生长时通过光合作用所吸收的二氧化碳量，所以基本上不会破坏地球环境中的碳的平衡。还有就是生物质中含有的硫、氮和灰分少，这样再利用过程中产生的硫化物、氮化物以及粉尘会比较少，可以有效地改善大气酸雨环境、缓解气候变暖的现象。所以说，对于生物质能源的利用，可以有效地保护生态环境，为地球美好家园创造良好的条件。
3) 可存储性以及替代性
生物质能源可以对其原料本身及其固体、气体或液体燃料产品进行方便的储存，可以方便快捷的用于以后的在加工和转换。同时，现在的技术可以制造出生物乙醇，生物柴油等液态生物质燃料，它们可以在动力系统中替代那些传统使用的石油、煤炭等进行作用。
4)利用技术难度性对较低
生物质能资源具有分布广泛，易获取性等特点，从目前国内外的开发利用新能源的技术来看，相比于太阳能、风能、地热能、海洋能等其他形式的新能源来说，生物质能源的利用和开发技术还是比较容易一些的。
5)资源丰富，分布广泛
生物质能是世界第四大能源,
,地球陆地每年生产1000～1250亿吨生物质;海洋年生产500亿吨生物质。生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量,相当于目前世界总能耗的10倍。我国可开发为能源的生物质资源到2010年可达3亿吨。随着农林业的发展,特别是炭薪林的推广,生物质资源还将越来越多。
6)应用广泛
7)生物质能源可以以沼气、
气化发电、
三．国内与国外生物质能利用的对比
相比于国外的生物质能利用来说，我国利用的规模性对比较小，今年来我国的发展速度很快。
1.沼气工程
我国采用人工方法制造沼气也比较早，大约在19世纪80年代，当时人称“人造瓦斯”。但是一直到解放初期，都未能推广使用，直到上世纪70年代，农村能源紧缺时，经过总结经验，逐步探索，不断改进，终于使中国式的小型户用沼气池在农村发展起来了。国际上称中国是的沼气池为“水压式沼气池。而国外在沼气工程建设方面比较深入，且原料多样化，建成的普遍是大规模的沼气工程，比如英国有45座大型沼气工程，德国在2003年时全国沼气工程总数已经超过2000个，平均每年还要增加450个左右。
2.生物燃料乙醇汽油
生物燃料乙醇汽油方面我国还是比较靠前的。目前世界上生物燃料利用最好的是巴西和美国，我国仅次之。巴西是世界上领先的生物燃料生产国，其甘蔗作物的一半用于生产该国废柴有运输燃料的40％以上。在美国，谷物作物的15％用于生产废柴有运输燃料的约2％，乙醇生产以更快的速度在增长。据估计，巴西和美国现生产的乙醇已低于目前的汽油成本。很多其他国家也在积极的开发生产生物燃料。而我国的生物乙醇汽油的销售量，到2005年时已经占全国汽油消费量的20％，成为世界上第三大生物燃料乙醇生产国。
3.生物柴油
在2000～2007年，世界生物柴油的产量增长了60％，其中德国主导了生物柴油的生产和使用。其他国家的发展也很好，但是我国的生物柴油起步研发比较晚，到目前为止，成功研制了利用菜籽油、大豆油、米糠下脚料和野生植物小桐籽油、工业猪油、牛油为原料，经过甲醇预酯化再酯化生产生物柴油，不仅可以作为代用燃料直接使用，而且还可以作为柴油清洁燃料的添加剂。如果能够解决生物柴油的原料来源问题，生物柴油的前景就比较好了。
4.生物质发电
生物质发电是利用农作物秸秆、果树枝、林业加工废弃物、城市和工业有机废弃物、禽畜粪便等燃烧发电的技术。国外方面，丹麦政府为了建立清洁发展机制，减少温室气体的排放，加大了生物质能的研发和利用度，其中丹麦BWE公司率先研发秸秆生物燃烧发电技术，迄今为止在这一领域仍保持世界最高水平。目前丹麦全国已建立了130多家秸秆生物发电厂，秸秆发电量占到全国能源消耗总量的24％以上，靠着新型能源从一个石油进口国变成了石油出口国。其他国家和地区的生物质发电也取得了长足的发展，其中在2006年，欧洲最大的森林生物质能发电厂在奥地利维也纳投入运行等等。而我国的生物质发电，从2003年以来，国家发改委先后批复江苏如东、山东单县和河北晋州三个国家级的秸秆发电示范项目，拉开了中国生物质发电的序幕。目前在建的秸秆发电项目主要分布在山东、江苏、黑龙江、吉林、河南、辽宁和新疆等地区。到目前为止，国网公司已建成大约200万千瓦的生物质发电能力，约占中国生物质发电能力的36％。
生物质秸秆发酵产生天然气
这项技术是我国最先发明的，目前已申请专利。据2006年中国新能源投融资项目洽谈会发布的信息称：2.5千克秸秆可以一立方米的天然气，秸秆发酵技术的成熟将使得秸秆成为可替代能源。有河北沧州市政府支持的这一项目，在37℃、浓度10％～20％的情况下，利用秸秆发酵技术，能使2.5千克秸秆产生
1.375立方米的沼气，提纯后得到1立方米的天然气。秸秆发酵技术使天然气的成本下降到每立方米0.5～0.9元。据介绍，如果按照中国每年可产生可利用的秸
秆总量为6亿吨计算，那么利用这一技术之后，秸秆一年的产气量相当于西气东输工程200年的供气量，发展前景相当好。
生物质气化技术
生物质气化技术在国外已经有较为广泛的应用了，在国内也有较多成功的商业化应用实例。但是，到目前为止我国的生物质气化还是以中小规模、固定床、低热值气化为主，依靠小型多用途的方式来满足市场需求。与欧美国家相比，我国的气化技术的开发立足于解决农村能源问题，气化原料主要是农村的农林业生产废弃物，如秸秆、稻壳、玉米芯、果壳、锯末等；在技术和自动化方面明显落后于欧美各国。我们应该充分认识生物质能利用的意义，有计划、有组织的发展大规模生物质利用技术，缩小我国在该领域与国外的差
四．生物质能开发利用的前景
1.世界生物质能利用前景广阔
生物质能是仅次于煤炭、石油和天然气之后的世界能源总量第四的可再生绿色能源。据估计到本世纪中叶（也就是21世纪中期），采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总消耗能量的40％以上。目前，国外很多国家对生物质能的利用侧重于把生物质能转化为电力和优质燃料。
自然界每年储存的生物质能相当于世界主要燃料的10倍，而现在全世界的能源利用量不到其总量的1％，因此生物质能将成为21世纪主要的新能源之一。
目前生物质能源占全球能源利用总量的11％，但是部分来自于不可持续的采伐。据估计：到2020年，全世界生物质能源的商业化利用将达到1亿吨油当量，并形成千万吨级规模的生物液体燃料生产能力。
世界上每年生物体产生的生物质总量约在1700亿吨左右，而目前被人类利用的仅有60亿吨左右，只占总量的约3.5％。利用率是相当低的。如果西方工业国家不能够充分利用生物质能，将不可能完成《京都议定书》制定的减少温室气体排放的目标。预计到2020年，西方工业国家15％的电力将来自于生物质能发电，而目前生物质能发电仅占整个电力生产的1％。
五．结语
21世纪，人类正悄悄地走向可再生能源时代。谁能最先占领可再生能源利用的先机，谁就将在未来全球经济发展中占据有利地位。现如今是一个高速发展的社会,,我们正不断的向自然索取更多的东西,特别是能源物资,人们对能源的需求量越来越大,大自然已经无法像几个世纪以前那样完全满足我们的需求了.但是能源是人类生存与发展的重要保障,也是国民经济增长与发展的根本动力与基本保证;但是这种矛盾越来越大。
在保证环境不被破坏的前提下,环境材料出现,环保能源也伴随而来;我们积极去探索清洁能源和环保材料不单单是为了使我们的生活环境更好,也是为我们的子孙留下一个美丽的地球,就像我们的祖先留给我们的一样。
可持续发展并不是一句简简单单的空话,而是需要我们从自身出发,不断的探索清洁生产与环保材料的更高层次。同时更多的使用环境材料,从而达到真正的可持续发展.
参考文献:
[1] 李全林.新能源与可再生能源.南京：东南大学出版社，2008.
[2] 穆献中，刘炳文.新能源与可再生能源发展与产业化研究.北京：石油工业出版社，2009.
[3] 钱伯章.新能源-后石油时代的必然选择.北京：化学工业出版社，2007.
[4] 蒋国良，袁超.生物质转化技术与应用研究进展.河南农业大学学报，2005,39（4）：464-471.
[5] 孙永明.我国生物质能源与生物质利用现状与展望.可再生能源，2006,126
（2）：78-82.
[6] 钱伯章.节能减排--可持续发展的必由之路,北京:科学出版社2008
[7] 程备久.生物质能学.北京:化学工业出版社.2008