5e科普 | 生物質能是什么?

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樓主 2020-05-24 08:59:55
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植物通過葉綠素,在太陽光的作用下將二氧化碳和水合成為碳水化合物,從而完成了將太陽能變成化學能,并將其儲存在生物體內的轉換過程。地球上每年通過植物的光合作用合成的儲存在植物體內的化學能大約相當于全世界每年消耗的能源總量的10倍。植物體內儲存的能量稱為生物質能。


生物質能可以通過燃燒轉換為熱能,燃燒產生的二氧化碳又可再次通過光合作用轉換成生物質能,因此,生物質能是可再生的能源。現在普通植物對太陽能的利用效率僅約4%,如果使植物對太陽能的利用效率提高到5%,那么,全世界現有農田的1/10所增產的農作物所提供的能量就相當于每年全世界消耗的化石能源的能量。因此,生物質能是一種很有前途的可再生能源。


生物質能可以直接燃燒,我國農村還有一半以上居民用燃燒木柴、秸稈取暖和炊事。但植物的直接燃燒會污染空氣而影響生態環境。如果通過生物化學和熱化學作用將植物變成甲烷、酒精,則可以獲得高效、低價的能源,而且這些新產生的能源對空氣污染和生態環境的影響輕微。但是這類能源的轉換效率低,而且往往受季節和地區的影響。


如果在汽油中摻入10%~20%的酒精,使之變成汽油醇,則在汽車發動機不做任何改造的條件下開動汽車,除了可節省汽油,還可減少汽車尾氣中一氧化碳和碳氫化合物的排放量。但到目前為止,用糖或淀粉通過發酵來生產酒精的成本還較高,而且還要消耗糧食。因此如果能用農作物的副產品如植物纖維(秸稈、木屑、鋸末等)生產廉價的酒精,則可大量節省汽油,并可減少汽車尾氣對環境的污染。


另外,科學家也在尋找能直接產生烴類的植物,并將其變成農作物。除了大豆、油菜籽、油棕、油桐等作物外,已經發現了四十幾種能產生烴類的植物。經過人工優選的油棕,每萬平方米可收獲14噸油料。海南的一種油楠大喬木的樹芯內有一種黃色的油狀樹液,可直接用于照明,每棵大樹可產生10~20千克這種可燃樹液。


另外,在海洋中還有某些海帶或海藻類植物可以提煉合成天然氣甚至可提煉汽車用的汽油和柴油。有研究認為,一公頃油菜田可生產1200升植物油和1060升氧氣。其中植物油只有經過加工處理,可以變成生物柴油。種植各種能變成烴類的能源植物,可以實現將農田變成“油田”,而且是可再生的油田。在新世紀,各種能源植物的研究將成為發達國家開發可再生能源的新途徑,而且還會使農業復興。


生物質能的主要發展領域還包括:生物纖維發酵生產酒精;生物質熱分解氣化產生一氧化碳、氫氣、甲烷等氣體,經過凈化可用于發電;在我國農村,將植物的秸稈等有機物封閉在窖中,在缺氧環境中使之發酵,產生沼氣可用于取暖、炊事和照明。


沼氣還可用來發電,每立方米沼氣可發電1.25~1.45千瓦時。由于我國還有8億多居民生活在農村,因此發展沼氣在我國有廣闊的前景,而且發展沼氣還可以將發酵后的秸稈等作為農肥使用,不僅增加土壤的肥力,還保護了環境。


來源:石油知識




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