随着人类对能源需求的不断增长,传统化石能源日益减少,环境污染日益严重,生物质能因其清洁、可再生、低碳排放等优势逐渐成为了替代化石能源的重要选择。本文将针对生物质能的生产及利用技术的研究现状进行探讨。
一、生物质能的生产技术
生物质能的生产技术主要包括生物质资源的采集、处理、转化和利用等环节。目前,针对这些环节的技术已经相当成熟。
1、生物质资源的采集
生物质能的生产的第一步就是生物质资源的采集。生物质资源主要是指各种植物、动物的有机废弃物和农林废弃物等。目前主要采用的方法是:生物质能林的种植,固定种植的作物通过年轻成熟,每3至5年进行采伐或修枝剪枝,从而得到生物质;农林废弃物的回收,即利用农作物秸秆、芦苇、树叶、树皮、剪枝等生物质废弃物进行回收。
2、生物质资源的处理
生物质资源在采集后,需要进行处理。目前主要采用的生物质资源处理技术有:颗粒化技术、压块技术、热解技术和厌氧消化技术等。
颗粒化技术可以使生物质资源在非常高的压力下形成微小颗粒,不仅容易储存和运输,还能提高生物质资源的热值、降低含水量。
热解技术是将生物质资源在火焰或高温环境下进行热解,得到液态、气态、固态等产物的过程。这种技术可用于生产进口替代石油的生物质液体燃料。
压块技术将生物质资源压缩成块状,降低其占用空间,方便储存和运输,同时还能提高热值。
厌氧消化技术是将生物质资源在密闭的情况下,通过微生物的作用产生沼气。该技术及产生的沼气可用于大量的发电和生活用燃气。
3、生物质资源的转化
在生物质能生产过程中,转化是最为关键的环节。现阶段实现生物质能转化主要采用的技术主要有:
气化技术:将加热后的生物质资源中的碳、氢、氧等元素随着空气的加入,通过气态化反应产生的一种制气来实现生物质资源的转化,最终得到生物质燃料气。
液化技术:将生物质资源在高温下,通过液态化反应的方式将其转化成一种可用于燃烧的生物质液体燃料。该液体燃料的稠度和黏度均较低,更易于使用。
生物质发酵技术:通过对多种细菌和真菌的选择使用调节生物质资源的环境,使得生物质能得到大量进一步转化为根据不同需求制成的生物质酒精、醋酸和甲酸等生物质化工产品。
二、生物质能的利用技术
生物质能的利用主要包括热能、电能、气体燃料和生物质燃料等多种形式。目前,针对这些形式的利用技术已经相当成熟。
1、热能利用
生物质能作为一种热能通常被用来加热循环流体质,也可以用高压蒸汽发电,或者直接被
用来提供供热或工业加热。目前,生物质能利用的热能技术主要有:生物质燃烧炉、生物质热水锅炉和生物质热交换系统等多种形式。
2、电能利用
生物质能利用的电能主要采用蒸汽动力发电机、燃料电池和太阳能电池等技术。其中,由蒸汽动力发电机生产的电能,可以低成本地生成大量的绿电能;而燃料电池则可以将生物质转化成电能。
3、气体燃料利用
气体燃料是指利用生物质资源所产生的沼气、甲烷等气态燃料,目前主要应用于城市燃气和农村燃气的生产,也可以用于工业和交通运输等领域的燃烧。气体燃料的生产和利用技术相对独立,起到了促进人们利用生物质资源的同时降低污染的效果。
4、生物质燃料利用
生物质燃料是指利用生物质资源所制成的液态、颗粒状或块状的固态燃料,其与传统燃料
相比,具有较低的碳排放,更加环保。目前主要采用的生物质燃料利用技术有:生物质燃料电池、生物质液体燃料和生物质颗粒燃料等。
生物质能源结语
综合来看,生物质能的生产及利用技术前景广阔,同时也存在着几大挑战。如:生物质资源的获取及运输,部分技术的成本高昂和效率较低等问题,未来生物质能技术研发应以创新技术为主,加快解决生物质能研发中存在的问题,促使生物质能技术规模化、商业化的全面展开,并与其他新能源技术相结合,推进全球能源领域的可持续发展。
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