生物质：未来的清洁能源。方案、说明

生物质：未来的清洁能源。无线电电子电气工程百科全书

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什么是生物质？

生物质是指木材、谷物、动物粪便等有机物质。它们储存通过光合作用沉积的太阳能量。生物质能——农业废弃物（甜菜浆、谷壳、稻草及谷壳、坚果壳等）、木工废弃物（木屑、木片、边角料）、生活垃圾（废纸及生活垃圾）、快速生物质等所含的能源。种植植物（杨树、柳树、各种草本植物）、含甲烷废物（粪便、污水等）。

如何使用生物质？

生物质能可用于发电、热能或液体运输燃料，例如乙醇和其他醇基燃料。人类利用生物质取暖和烹饪已有数千年历史。

如何使用生物质？

在美国，目前生物质的使用占能源生产的 4%（乌克兰为 0%）。相信这个数字可以提高到20%。由于这是核电站对美国能源工业的贡献，因此相信生物质的利用可以完全替代核能。而且，美国专家认为，用生物质生产燃料可以减少50%的石油出口。

世界各地各类垃圾不断堆积：数百万吨农业垃圾污染地球，堆积如山的木屑、废纸、生活垃圾等待处理。它们含有天然气、汽车燃料和电力。所有这些都是可再生能源。

生物质能有什么好处？

经济

生物质在农村的最大优势之一是其加工的发展。生物质体积大，长距离运输没有意义，生物质加工应集中在粮食生长的地方。天然气、燃料和电力生产的就业机会数量巨大。例如，美国农业部估计，每年生产的每百万加仑（约4万升）乙醇将提供17000个就业机会。燃料和电力的生产将使农民获得稳定的收入并减少对国外石油供应的依赖（这对乌克兰来说是多么重要！）。

在环保方面

生物质能源的利用将缓解气候变化，减少酸雨、水土流失、水污染和对景观的压力，为动物生活和森林生长提供更好的条件。

气候变化令全世界人民忧心忡忡。人类活动，特别是与燃料燃烧相关的活动，向大气中释放了数亿吨气体，例如二氧化碳和甲烷。这些气体在大气中的浓度改变了地球的气候，破坏了支撑生命的整个生物圈。

生物质能源技术将有助于最大限度地减少这种影响。通过从废物中收集甲烷（其危害性是二氧化碳的 20 倍），我们可以防止其逃逸到大气中，并使其用于发电或用于车辆。

所有植物在其一生中都会在其根或茎中保留碳。如果植物在土壤中腐烂，它的碳就会被其他植物利用。这就是所谓的封闭式碳循环。

即使收获后，植物根部仍留在地下，稳定土壤并保留碳。

酸雨

当化石燃料燃烧时会产生酸雨，释放出硫和氮氧化物。它们导致水体生命的破坏并影响人和动物的生活。由于生物质不含硫杂质，即使生物质与煤混合燃烧也可以减少硫向大气的释放。

水土流失和水污染

生物质的使用可以通过多种方式减少水污染。

首先，您需要在低地和沿海地区种植更多植物。植物可以稳定土壤，减少土壤侵蚀，并防止各种物质从土壤中浸出。植物的存在可以保护水生生态系统，改善鱼类等各种水生生物的生活条件。

其次，生物质的使用通过结合甲烷（厌氧细菌）减少水污染。目前，出售给农民的土壤改良剂含有厌氧菌。使用这种调节剂可以将动物养殖场的液体废物结合起来并排出，从而将其变成更方便进一步加工的材料。

减轻景观压力

在美国，每年产生高达350亿吨农业废弃物。通过使用至少部分废物来生产乙醇，我们显着减少了进入农业区土壤的废物量。

如何利用生物质发电？

直接燃烧是获取生物质所含能量的最直接、最简单的方法。通常，燃烧锅炉产生工业过程中使用的蒸汽或直接发电。它们还产生可用于为房屋、温室等供暖的热量。燃烧生物质的技术与煤炭相同。此外，生物质可以在现有锅炉中与煤炭一起燃烧。一种较新的方法是气化。生物质不是燃烧，而是从固相转变为气态生物质。这种气体在运输、工业应用中代替家用天然气燃烧或转化为合成燃料。后一种工艺的技术尚未得到充分探索。

如何从生物质中获取乙醇？

乙醇是通过将食物垃圾（谷物、土豆、甜菜、制糖废物）的生物质中所含的淀粉加工成酒精而生产的。发酵过程与烈酒的生产相同 - 酵母和热量导致复杂的糖分解成简单的糖。这样，美国每年可生产多达 5 万吨乙醇。

尚未使用的较新工艺是加工木材废料、草料、农业废料中所含的纤维素。纤维素是碳水化合物的一种形式，可以分解成更简单的糖。该工艺可能比前一种工艺有更广泛的应用，因为它可以使用更广泛的废物。

由于乙醇与汽油具有不同的化学性质，因此需要以不同的方式处理。例如，乙醇比汽油不易蒸发。这意味着发动机的冷启动成为应用中的一个问题。因此，乙醇发动机的设计需要与汽油发动机不同。此外，由于乙醇是一种有机产品，它比汽油变质的速度要快得多。因此，使用乙醇与汽油混合（10%乙醇与90%汽油）是有意义的。与纯汽油相比，这种混合物向大气中释放的一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫等物质要少得多。

总结

生物质的使用是一种有前途的可再生能源。不仅可以改善环境保护，还可以为农村地区提供大量就业岗位。到目前为止，生物质的使用尚未广泛推向市场，因为化石燃料的使用仍然更便宜。但随着矿藏枯竭，化石燃料将变得更加昂贵，而生物质的使用将在 XNUMX 世纪具有经济竞争力。

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