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生物能源的缺点范文1
有关数据表明，巴彦淖尔市太阳能总辐射量高达每平方米6490MKJ～6992MKJ，仅次于青藏高原，与阿拉善盟同居全国第二位，年日照时数约3100h。得天独厚的资源优势，使巴彦淖尔市太阳能开发在可再生能源开发利用中占有重要位置。与太阳能、风能等大家耳熟能详的新能源比起来，生物质能的提法也许让人觉得有些陌生，但它其实是被人类最早熟练掌握应用的能源载体———人类钻木取火使用的木材就是一种生物质能。在当今科技背景下，生物质能的利用已经远远超越了简单的燃烧获取，五原县中兴能源公司甜高粱制乙醇项目就是当前最具代表性的先进生物质能源利用方式之一，相对而言，生物质能项目具有投资少、成本低、见效快的优点。巴彦淖尔市每年产生农作物秸秆360万t左右，其中仅有36％左右用于牲畜饲料，近220万t秸秆被直接用于燃料或遗弃，这部分秸秆资源可利用起来，作为生物质能源的原料。乌拉特后旗结合本地这些新能源资源将它们综合应用到建筑当中，加以合理利用，在原有节能建筑的基础上进一步节约大量能源，使新能源的利用率达到最大化。
2研究思路
2．1准备阶段收集当地气象资料，收集国内外相关建筑节能案例、技术标准及工程、系统的技术资料。2．2定性、定量评价先研究该地区全年气候普遍性规律，再将这种普遍性与当前国内外新能源技术相结合，提出切实可行的工程规模、设计、方案选择等，逐步优化设计，最终达到能源利用最大化，收益最大化。2．3评价结论及建议在对同类节能建筑调研的基础上，选择出适合该地区气候特点的建筑设计方案。
3研究方案及内容
3．1研究方案针对乌拉特后旗冬季寒冷多风的气候条件，在建筑墙体及门窗采用保温密闭性好的材料减少能耗的散失。外部附属设备间设置位置以及太阳能采光板和风车布置位置的确定。关键需要解决该地区常年冬季风力大小以及夏季日照时间和日照角度的测量以确定装机容量。先通过分析乌拉特后旗多年的气候资料，确定选用的太阳能发电及风力发电机组的装机容量，根据设备需要占用的场地尺寸设计附属设备间和配套设施。实验方案先在该地区进行样板工程设计施工获得可靠数据然后进行成本和收益分析确定可行性，然后再大面积推广。创新点在于利用多种绿色能源分季节分时段为建筑中人们提供日常所需的能源，克服了过去单一的新能源只能在特定的季节和时段使用，为居住者带来很大不便，在使用中利用率低下的缺点。并且在投入使用后短期内节约能源的效率大幅度提高，降低了使用者日常能源需求的开支，在短期内可以得到效益回报。3．2研究内容3．2．1太阳能技术应用。乌拉特后旗夏季日照时间长、强度大，可在建筑屋面布置太阳能聚焦集热器即利用太阳辐射所产生的热能发电。是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动汽轮机带动发电机发电。前一过程为光———热转换，后一过程为热———电转换。而热水可用于日常生活热水供给。并配套设计太阳能地下房，作为热能转换及蓄电功能，可在阴天环境下维持正常供电3天。太阳能聚焦集热器及支架设计应考虑当地较大的风荷载及风沙冲击进行特殊处理加固，理论抗风阻力不小于12级风力。3．2．2风能技术应用。风力发电是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒3公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始。乌拉特后旗冬季日照时间较短、强度弱，但是冬季风较强，可满足风能发电的基本条件，在冬季可采用风力发电为主，太阳能发电为辅的综合能源设计。通过计算机智能进行风能和太阳能供电的转换。风能配套机房可与太阳能供电机房合用供电蓄电风别设置可满足无法正常发电环境下能维持正常电力供应。理论上风能与太阳能综合发电不需要市政电网辅助，这将极大的节约不可再生能源的消耗。3．2．3生物能技术应用。乌拉特后旗冬季气候寒冷，人们生活取暖每年要消耗掉大量的煤炭，为了更好的节约能源同时能保障人们冬季取暖的要求。由于巴彦淖尔市是全国有名的农作物产区，每年有大量的农作物秸秆废弃，采用生物取暖器不仅可以将原来大量的农作物秸秆再加工为生物燃料，避免了资源的浪费，同时也节约了大量煤炭资源的消耗，是一种真正的绿色环保能源。冬季取暖可采用新型生物能取暖器，包括壳体，在所述壳体的前端设置有燃烧室，在所述燃烧室的后方设置有盛放储存生物能颗粒燃料的料斗，所述燃烧室与所述料斗通过隔板分开，并形成暖风通道，在所述燃烧室的上方设置有格栅板，以便于及时输出所述暖风通道内加热的气体；所述料斗的底部还设置有用于输送所述颗粒燃料的送料装置，在所述炉体上还设有微机控制器，所述微机控制器与所述送料装置相连接。有益效果是：结构简单，通过微机控制器调节送料多少，使得燃料充分燃烧，显著提高热效率。
4结论
生物能源的缺点范文2
关键词：风能；风力发电；电能储存；互补发电系统；并网
1.引言
空气的流动形成了风，风能是太阳能的一种转换形式，是一种重要的自然能源，也是一种巨大的、无污染、永不枯竭的可再生能源。风能的特点是具有随机性并随高度的变化而变化。几千年来，风能一直被用来作为碾磨谷物、抽水、船舶等机械设施的动力。但是风能的主要应用是风力发电：风力发电是通过风力发电机组实现风能到机械能，再到电能的转换。
与传统能源相比，风力发电不依赖矿物能源，没有燃料价格风险，发电成本稳定，也没有包括碳排放等环境成本。近年来，我国风力发电市场快速发展，迫切需求风力发电技术的同步发展。
2.风况预测技术
风电输出功率预测是确保电网平衡风电波动，减少备用容量和经济运行的重要技术保障。风电输出功率与风速大小有关，因此风电输出功率预测主要集中在风况预测。风能不仅随季节变化，而且每年也有变化，原则上完全预测风况是不大可能的。
风况有效预测是国际风能界正在从事的一项具体工作。风况预测方法主要有基于风况观测数据和气象模拟两种方法。利用风况观测数据方法预测风况时，主要是利用线性或非线性风况预测模型来预测。而利用风况观测数据预测风况时可能存在持续时间比较长。精度低等问题，所以不能只依靠风来观测，进年来，随着气象预报技术的发展和进步，利用气象模拟进行预测已经成为现实。利用气象模拟进行预测风况的技术，目前已被用于风力发电的计划，实施和运用的每一阶段。这种风况预测方法已经成为风力发电选址及制定风力发电系统稳定性的重要工具。
3.风力发电储存技术
在风力发电系统中，应用蓄能技术是解决风能不稳定性和负荷峰谷比问题的极为有效的措施，将富裕的风能储存起来，以满足负荷高峰时需求，同时风能存储装置还能尽量减少存储一转换过程中的能量损失。目前，经济可行的风能储存技术的研究在国内外理论界、工程界得到了越来越广泛的重视。下面将介绍比较常用的风能储存方式。
(1)新型电池储能技术
由风能转换的电能采用电池来存储是风能存储方式中最简单的方法。在中小型单独运行的风力发电机常需配备蓄电池储能，以应对风况、载荷的变化。目前该存储方式主要有铅酸电池(Lead-Acid Battery)、钠硫电池(NaS Battery)、钒电池全称为全钒氧化还原液流电池(Vanadium Redox Battery，缩写为VRB)、镍镉电池(Ni-Cd Batte ry)、锂离子电池(Li-ion Battery)等。
(2)水利蓄能技术
在水资源充足并有大容量高位水箱或水库的情况下，可用风能来驱动水泵，从而构成一个水利蓄能系统。当风能过量时，风力机带动水泵把水从低水位抽到高水位。当风能减小或电网中的功率不足时，就可采取存储的水利势能。采用水力涡轮发电机发电。
(3)压缩空气蓄能技术
压缩空气蓄能(CAES)是一种适用于缺水干旱地区风能储存的新型蓄能方式。在电力负载较小时，将风力发电机组提供的多余电能通过电动机带动空气压缩机，将空气压缩后储存到容量大、强度高的金属容器或地下岩盐矿内的岩洞或挖掘的岩石洞或现存的矿洞内；在电力负荷达到高峰、风小或无风时再释放存储的压缩空气作为动力，带动涡轮机实现发电。
(4)飞轮蓄能技术
飞轮蓄能是一种容量有限、存储时间较短、可适应于大容量发电机的蓄能方式。在风力机与发电机之间安装一个飞轮，利用飞轮旋转时的惯性储能。当风速高时，风能以动能的形式储存轮中；当风速低时，储存在飞轮中的动能即可带动发电机发电。飞轮蓄能包括高速飞轮蓄能和超高速飞轮蓄能方式。超高速飞轮蓄能的转速是高速飞轮的10倍以上，具有更好的蓄能能力，是今后研究的重点。飞轮蓄能系统需附带必要设备来降低飞轮的风损失和轴承损失，可见对飞轮和轴承等零部件的材料提出了更高的要求。
(5)氢能存储技术
氢能存储技术即电解水制氢储能技术，在电力负载减小时，将风力发电多余下来的电能用来电解水，使氢和氧分离制备氢气，把氢作为燃料储存起来，需要时再把氢和氧在燃料电池中进行反应产生电能。
4.互补发电系统
互补发电系统是风能和太阳能等两种或多种以上能源组合起来的复合发电系统。其作用是在弱风时，由太阳能等补充电力，这样两种或多种能源组合起来得到的电力更稳定。也降低了发电成本。常见的互补发电系统有风光互补发电系统、风水互补发电系统、风气互补发电系统、风柴互补发电系统、风能和生物能互补发电系统等。下面针对我国的实际情况，分别介绍以上几种互补发电系统。
(1)风光互补发电系统
我国地域辽阔，风能资源丰富，风能资源受地理位置、季风、地形等因素的影响。我国属于季风气候区，一般冬季风大，太阳辐射小；夏季风小，太阳辐射大。风能和太阳能正好可以相互补充利用，采用风光互补发电系统可以很好的克服风能和太阳能提供能量的随机性和间歇性的缺点，实现连续供电。
风光互补发电系统特别适应于风能和太阳光资源丰富的地区，如：草原、海岛、沙漠、山区、林场、渔排、渔船等地区；风光互补发电系统还可用于城市的住宅小区和环境工程，如照明路灯、庭院、草坪、景观灯、广场、公园、公共设施、广告牌等。
(2)风水互补发电系统
风水互补发电系统是风能和水能相互结合的一种互补发电系统，当风电场对电网的出力随机波动时，水电站可迅速调节发电机的出力，对风电场出力进行补偿。另外，在资源分布上二者具有天然的时间互补性。在我国、青海、新疆和内蒙古等部分地区，夏秋季节风速较小，风电场的出力较低，而这时候正是雨量充足的时候，水电站可以承担相应的负荷。到了冬春季节，水库的水位较低，水电站的出力不足，而这时风电场的风速较大，能够承担更多的负荷。
(3)风气互补发电系统
风气互补发电系统即指风电燃气轮机发电的互补系统。通过具有快速启停和快速负荷调节特性的燃气轮机电站来补偿风电场出力的波动，使得整个系统的出力在一段时间内有稳定的输出的一种互补发电系统。目前，风气互补发电系统在新疆已得到了较好的应用。
(4)风柴互补发电系统风／柴互补发电系统指的是利用柴油发电机(内燃机)和风力发电机组成的互补发电系统，主要是用于解决孤岛等偏僻地区的供电。
(5)风能和生物能互补发电系统
风能和生物能互补发电系统是风能和生物能互相结合 发电的一种互补发电系统。生物能和风能或者太阳能等其他可再生能源不同的是可以通过燃料形式储存起来，与负载相对应，可以通过人为的改变发电量。利用风能和生物能互补发电系统不仅可以提供稳定的电力输出，还可以避免地球温暖化，因此这种发电系统是～种非常有前景的互补发电系统。
当然互补发电系统还可以有多种以上的能源组合起来，如：风－光－柴互补发电系统、风能、太阳能和生物能互补发电系统等，这都是值得研究的互补发电系统。
5.风力发电设计制造技术
风力发电技术中，风电机组设备和零部件设计制造技术是其中的关键。风电机组研发着重在风电机组总体设计与仿真软件试验系统方面的研究，目前，已经开发了风力发电机组总体设计eWind软件应用系统，以进行风力发电机组设计的分析、计算和校核验证。
风电机组零部件的设计主要集中在叶轮的设计，而叶轮的关键则是叶片。叶片的形状和大小要符合流体力学特性并根据强度计算后得到的结构设计制作，已开展了先进翼型族的设计、实验与应用的研究。在翼型设计技术，数值模拟技术，风洞实验技术，数据库建立，翼型数据三维修正及在叶片设计中的应用都取得了较好的效果。但是，叶片制造过程中的智能化加工技术水平还有待于进一步提高。
风力发电机组的发展趋向大型化，与之相伴大型叶片的开发制作也随之发展。而叶片的大型化必须是在性能提高的同时尽量减少叶片重量，因此，在追求性能的同时要注意叶片材料的选择。用于制造叶片的材料必须强度高、重量轻，并且在恶劣气象条件下物理、化学性能稳定。叶片的材料主要在铝合金、不锈钢、木材、玻璃纤维树脂基复合材料、碳纤维树脂基复合材料等中选择。而大型风力发电机组的叶片基本上采用玻璃纤维树脂基复合材料、碳纤维树脂基复合材料等。目前，叶片设计与检测方面研究了1.5MW风力机叶片的气动与结构设计，开发设计适合我国风能资源和环境条件特点的大尺寸预弯式叶片。
6.风力发电并网技术
由于风能的不稳定性，中小型风力发电机一般采用直流发电系统并配合蓄能器或与其他发电装置互补运行的方式，以满足离散区域的稳定供电需求；而大型风力发电机大多采用直接或间接并网运行向外界输出电能。
由于发电机并网过程是一个瞬变过程，它受制于并网前的发电状况，影响并网后发电机的运行和电网电能质量，在并网运行方式中主要解决的是并网控制和功率调节问题。在大规模风电运行要求电网提高接纳风电承受能力的同时，电网为了维持自身的稳定性，也向并网风电机提出了更高的技术要求。并网问题的根源在于风能自然具有随机性及不可控性带来的风电出力的波动性。
解决并网问题的可能方向主要在以下两方面：一是“非并网”风力发电系统采用近距离直接利用，避免对电网的冲击。二是减少风电的波动性。在风电系统方面，发展变桨变速式功率调节等驱动技术；在风电场方面。发展先进的整体控制技术和输出功率短期预测技术；在系统集成方面，推动探索研究风电储能系统技术及风能与其他能源系统互补技术；在电网方面，发展智能电网，发展大规模低电压穿越技术，使其具有适应所有电源种类和电能储存的方式。
7.展望
随着科技的进步，人类对风能的认识不断深化，风力发电具有极大的潜力可以部分满足剧增的全球能源需求。风电是目前成本最接近常规电力、发展前景最大的可再生能源发电品种，受到世界各国的重视。我国的风力发电技术自20世纪70年代起步，在大型风电机组的自主研发、风电机组及零部件的检错手段、风电机组认证体系等方面都和世界先进国家还存在较大的差距，但是经过几个五年计划的科技攻关，我国在风电机组整机及零部件制造技术、风电接入系统仿真技术、风电场选择及建设技术等方面都取得了长足的进步。同时，我国已开始发展近海风能资源的近海风电机组和风电场技术。可以预测，随着风电产业和技术的快速发展，风力发电将成为我国可再生能源中极具规模化开发条件和商业化发展前景的一种新能源，是成本最低的温室气体减排方案之一。
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生物能源的缺点范文3
能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。纵观人类社会发展的历史，人类文明的每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替。在过去100多年里，发达国家先后完成了工业化，消耗了地球上大量的自然资源，特别是能源资源。当前，一些发展中国家正在步入工业化阶段，能源消费增加是经济社会发展的客观必然。可以说能源的开发利用极大地推进了世界经济和人类社会的发展。中国是当今世界上最大的发展中国家，发展经济，摆脱贫困，是中国政府和人民在相当长一段时期内的主要任务。改革开放以来，中国成为世界上发展最快的发展中国家，经济社会发展取得了举世瞩目的辉煌成就，为世界的发展和繁荣作出重大贡献的同时，也消耗了大量的能源。资源的节约、集约、循环利用，仍是今后乃至更长一个时期在能源利用方面一个重要的方向。21世纪能源发展的一个重要趋势是多类能源转换系统的集成，将是物理能、化学能、生物能以及物理、化学、生物的优化梯级利用。
地沟油，这个长期伴随着人们生产、生活而存在的产物，却因为受再利用技术条件的限制被“忽略”了很多年，甚至回流到餐桌，侵害着我们的健康。在西方及个别发达国家，地沟油的安全利用早已超越“流向餐桌”的价值，在美国、加拿大、德国、英国、新西兰、日本等国，地沟油被制作为生物柴油、肥料等工业和农业生产的原料已屡见不鲜；而在我国，地沟油“利用”尚未大规模展开，以至于给了一些不法分子可乘之机。
随着科技的不断发展和相关领域专家的持续探索，地沟油高效利用的诸多技术难点已在实验室攻破。2013年8月1日，上海市食品安全委员会办公室、市绿化和市容管理局、同济大学汽车学院、市食品安全工作联合会、上海市华谊集团技术研究院和上海中器环保科技有限公司在同济大学新能源汽车工程中心举行了“上海市餐厨废弃油脂循环利用合作协议签署仪式”，“协议”中地沟油将成为沪上公交车的辅助能源，到2014年，上海将有1000辆公交车开始应用含有餐厨废弃油的生物柴油。而在此之前，昆明红火科技公司法人代表刘一江（发明人）与昆明理工大学退休教授董天敏经过多年的潜心研究，已经通过专利技术将地沟油开发制造成不同用途的生物醇油并由昆明红火科技有限公司进行推广。目前，红火科技公司利用高科技、微生物技术将地沟油开发成4个系列产品：1号产品用于家庭、饭店的取暖、照明等（400—1200度），2号产品用于柴油机发电、抽水等，3号产品用于中小形工业锅炉的燃烧（800—1300度），4号产品用于各种柴油机车辆，比如小汽车、大客车、货车、农用车、工程机械等。
昆明红火科技公司负责人刘一江介绍说，以甲醇、地沟油为原料研发的生物醇油系列产品全部通过了国家检测，而且利用目前国际先进技术，还解决了其它燃料的诸多缺点，比如煤炭的烟尘、柴油的异味、液化气的易爆和毒性、天然气及管道煤气的管道设施和毒性、汽油的烷烃、烯烃、硫化物的污染。最引人注目的是，除了没有以上这些传统燃料的各种缺点外，用地沟油制造的生物醇油较传统燃料还可节约30%—50%的燃料资金。发明人刘一江说，用地沟油生产的生物醇油具有性能稳定、不易挥发、无压力、不爆炸、无毒性、无烟尘、不腐蚀、不氧化、不放射、成本低、应用广泛、使用便捷、不受管道限制等等优点，不仅对人畜、农作物及柴油机零部件无腐蚀和影响，而且在生产过程中无“三废”排放，不会形成二次污染。该生产技术整合了物理、化学、生物、纳米等技术，是多领域的高新技术的科学组合，并非单一的物理勾兑或化学合成。
我国地沟油资源丰富，据不完全统计，每年我国消费的动、植物油总量大约3000万吨左右，而地沟油产量约为动、植物油消费总量的30%，由此推算，可利用的地沟油将不低于1000万吨，总量相当惊人。科学的利用地沟油，不但可以防止废弃食用油脂返回餐桌，还可缓解能源危机、解决环境污染等社会问题。所以，开拓地沟油回收再利用渠道，使地沟油变成有价值的工业资源是百利而无害的朝阳产业。目前虽然从技术上实现了地沟油的工业利用，但因各种原因，这一产业也受到诸多因素的困扰：一是随着各地地沟油再加工项目建设的兴起，对地沟油的需求也不断增大，地沟油收购价不断上涨，导致相关企业利润微薄，从事该行业的企业积极性锐减。二是国家对生物柴油生产企业的税费扶持政策和力度远远不足，相关企业仅靠生产生物柴油难以为继。三是目前我国还没有建立规范的废弃油脂收集、流通、管理体系，不少餐饮企业为了牟利，把泔水卖给非法加工商，而正规油化企业收不到地沟油的现象依然存在。要解决好这些问题，则需要国家进一步明确配套政策，在规范地沟油流通环节管理的同时，加大对违法使用地沟油的惩处力度，另外，辅以对合法企业的财政补贴和鼓励市场使用地沟油工业产品，从多方面入手，彻底解决好地沟油的再利用问题。
生物能源的缺点范文4
关键词：生物质；生物质能；产业；沼气；生物质发电；生物质燃料；能源作物
1 概 述
近年来，在能源危机、保护环境和可持续发展的呼声中，可再生的清洁能源以及能源的多元化倍受关注，生物质能成为其中的一个新亮点。
为了促进可再生能源的开发利用，增加能源供应，改善能源结构，保障能源安全，保护环境，实现经济社会的可持续发展，中国已经制定并实施了《可再生能源法》。可再生能源是清洁能源，是指在自然界中可以不断再生、永续利用、取之不尽、用之不竭的资源，它对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用。根据《可再生能源法》的定义，目前主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等非化石能源[1]。中国可再生能源资源非常丰富，开发利用的潜力很大，其中生物质能的开发潜力更大。
生物质能一直是人类赖以生存的重要能源，它目前是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源，在整个能源系统中占有重要地位[2]。据有关专家估计，生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的重要组成部分，到下世纪中叶，采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40%以上。
生物质能是蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量。煤、石油和天然气等化石能源也是由生物质能转变而来的。生物质能是可再生能源，通常包括以下几个方面：一是木材及森林工业废弃物；二是农业废弃物；三是水生植物；四是油料植物；五是城市和工业有机废弃物；六是动物粪便。在世界能耗中，生物质能约占14%，在不发达地区占60%以上。全世界约25亿人的生活能源的90%以上是生物质能，直接燃烧生物质的热效率仅为10%~30%[3]。生物质能的优点是燃烧容易，污染少，灰分较低；缺点是热值及热效率低，体积大而不易运输。
目前世界各国正逐步采用如下方法利用生物质能：1）热化学转换法，获得木炭、焦油和可燃气体等高品位的能源产品，该方法又按其热加工的工艺不同，分为高温干馏、热解、生物质液化等方法；2）生物化学转换法，主要指生物质在微生物的发酵作用下，生成沼气、酒精等能源产品；3）利用油料植物所产生的生物油；4）把生物质压制成成型状燃料(如块型、棒型燃料)，以便集中利用和提高热效率。
“为了缓解中国能源短缺问题，保证能源安全，治理有机废弃污染物，保护生态环境，建议国家应大力开发生物质能，实施能源农业的重大工程。”中国作物学会理事长路明研究员在接受记者采访时说[4]，“生物能源开发工程应主要包括：沼气计划、酒精计划、秸秆能源利用计划和能源作物培育计划等。”
在2006年8月召开的全国生物质能源开发利用工作会议上，国家发展与改革委员会副主任陈德铭提出，今后15年，中国在生物质能源方面将重点发展农林生物质发电、生物液体燃料、沼气及沼气发电、生物固体成型燃料技术四大领域，开拓农村发展新型产业，为农村提供高效清洁的生活燃料，并为替代石油开辟新的渠道。
综上所述，目前，中国生物质能源的产业化利用途径主要包括以下方面：沼气利用工程、农林生物质发电、生物固体成型燃料、生物质液体燃料、能源作物培育利用等。
2 中国生物质能产业发展目标
中国农村生物质能是一座待开发的宝藏。根据《可再生能源中长期发展规划》确定的主要发展目标，到2010年，生物质发电达到550万千瓦（5.5GW），生物液体燃料达到200万吨，沼气年利用量达到190亿立方米，生物固体成型燃料达到100万吨，生物质能源年利用量占到一次能源消费量的1%；到2020年，生物质发电装机达到3000万千瓦，生物液体燃料达到1000万吨，沼气年利用量达到400亿立方米，生物固体成型燃料达到5000万吨，生物质年利用量占到一次能源消费量的4%[5]。
开发利用生物质能是当前国内外广泛关注的重大课题，既涉及农业和农村经济发展，又关系到国家的能源安全。今后5～10年，中国农村生物质能发展的重点是沼气、固体成型燃料和能源作物。《农业生物质能产业发展规划》确定的主要发展目标是[6，7]：到2010年，全国农村户用沼气总数达到4000万户，新建大中型养殖场沼气工程4000处，生物质能固体成型燃料年利用量达到
100万吨，能源作物的种植面积达到2400万亩左右。
据统计，全世界每年通过光合作用生成的生物质能约50亿吨，相当于世界主要燃料消耗的10倍，而作为能源的利用量还不到其总量的1%，中国的利用量更是远远低于世界平均水平[8]。2005年，中国可再生能源开发利用总量约1.5亿吨标准煤（tce），为当年全国一次能源消费总量的7%(其中非水电可再生能源利用占1%)，根据政府的规划目标，到2010和2020年可再生能源利用总量将达到2.7亿tce和5亿tce，分别占届时能源消费总量的11%和16%(其中非水电可再生能源利用占2%和5%)[9]。因此，中国生物质能的发展利用空间很大。
3 中国生物质能产业化的发展前景
3.1沼气利用工程的发展空间
沼气的利用主要包括沼气燃气和沼气发电。目前，中国农村生物质能开发利用已经进入了加快发展的重要时期。统计显示，截至2005年底，中国农村中使用沼气的农户达到1807万多户，建成养殖场沼气工程3556处，产沼气约70亿立方米，折合524万吨标准煤，5000多万能源短缺的农村居民通过使用了清洁的气体燃料，生活条件得到根本改善[5]。中国已经建成大中型沼气池3万多个，总容积超过137万立方米，年产沼气5500万立方米，仅100立方米以上规模的沼气工程就达到630多处[10]。距离2010年预定目标的发展空间还很大。
中国经过二十多年的研发应用，在全国兴建了大中型沼气工程和户用农村沼气池的数量已位居世界第一。不论是厌氧消化工艺技术，还是建造、运行管理等都积累了丰富的实践经验，整体技术水平已进入国际先进行列。
沼气发电发展前景广阔，但目前还存在一些障碍，如技术障碍、市场障碍、政策障碍等，通过制定发展规划、加强技术保障体系建设、引入竞争机制，创新投资体系，研究制定促进沼气发展利用的国家级配套政策，等等。当技术、市场、政策等壁垒被克服后，沼气发展前景广阔，产业空间巨大。
3.2生物质能发电的发展前景
目前，生物质发电主要包括沼气发电、生物质直燃发电、生物质混燃发电、农林秸秆生物质气化发电、生物质炭化发电、林木生物质发电等。
生物质能源转化为电能，正面临着前所未有的发展良机：一方面，石油、煤炭等不可再生的化石能源价格飞涨；另一方面，各地政府顶着“节能降耗20%”的军令状，对落实和扶持生物质能源发电有了相当大的默契和热情。国家电网公司担任大股东的国能生物质发电公司目前已有19个秸秆发电项目得到了主管部门批准，大唐、华电、国电、中电等集团也纷纷加入，河北、山东、江苏、安徽、河南、黑龙江等省的100多个县、市开始投建或是签订秸秆发电项目[8]。
煤炭作为一次性能源，用一吨少一吨。而中国小麦、玉米、棉花等农作物种植面积很大，产量很高，而且农作物是可再生资源，相对于现在电厂频频“断煤”、不堪煤价攀升的尴尬局面，推广秸秆发电具有取之不尽的资源优势和低廉的成本优势。
生物质直接燃烧发电（简称生物质发电）是目前世界上仅次于风力发电的可再生能源发电技术。据初步估算，在中国，仅农作物秸秆技术可开发量就有6亿吨，其中除部分用于农村炊事取暖等生活用能、满足养殖业、秸秆还田和造纸需要之外，中国每年废弃的农作物秸秆约有1亿吨，折合标准煤5000万吨。照此计算，预计到2020年，全国每年秸秆废弃量将达2亿吨以上，折合标准煤1亿吨，相当于煤炭大省河南一年的产煤量。
为保障生物质发电原料供应，在强化传统农业生产的基础上，应大力开发森林、草地、山地、丘陵、荒地和沙漠等国土资源，充分挖掘生态系统的生物质生产潜力。重点加强高效光合转化作物、速生林木与特种能源植物的培育推广，大幅度扩大生物质资源的生产规模，逐步建立多样化的生物质资源生产基地。
大力发展生物质发电正当其时。中国“十一五”规划要求：建设资源节约型、环境友好型社会，大力发展可再生能源，加快开发生物质能源，支持发展秸秆发电，建设一批秸秆和林木质电站，生物质发电装机达550万千瓦。中国可再生能源发电价格实行政府定价和政府指导价两种形式。其中生物质发电项目上网电价实行政府定价，电价标准由各省（自治区、直辖市）2005年脱硫燃煤机组标杆上网电价加每千瓦时0.25元补贴电价组成[11]。 作为《中华人民共和国可再生能源法》配套法规之一的《可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法》规定，生物质发电项目补贴电价，在项目运行满15年后取消。自2010年起，每年新批准和核准建设的发电项目补贴电价比上年批准项目递减2%。发电消耗热量中常规能源超过20%的混燃发电项目，不享受补贴电价[11]。通过招标确定投资人的生物质发电项目，上网电价按中标确定的价格执行，但不得高于所在地区的标杆电价。
2010年，中国生物质能产量将达到22TWh，生物质发电装机容量5.5GW，占全国总发电量的0.78%；2020年，中国生物质能产量达到120TWh，生物质发电装机容量30GW，占全国总发电量的2.6%；2010年和2020年可再生能源发电占发电总量的比例仍然较小，分别为8.63%和11.86%[12]。国家发展与改革委员会计划到2020年底将可再生能源发电的比例提升到15%~16%。
据农业部提供的数据[13]，中国拥有充足的可发展能源作物，如农作物秸秆年产6亿吨、畜禽粪便年产21.5亿吨、农产品加工业如稻壳、玉米芯、花生壳、甘蔗渣等副产品的年产量超过1亿吨、边际土地4.2亿公顷，同时还包括各种荒地、荒草地、盐碱地、沼泽地等。据中国科学院石元春院士估计，如果能利用现有农作物秸秆资源的一半，生物质产业的产值就可达近万亿元人民币。截止到2005年底，中国生物质发电量2GW，距离2010年的5.5GW和2020年的30GW还有很大的发展空间。作为唯一可运输并储存的可再生能源，凭其优越的先天条件，中国生物质能发电产业具备广阔的发展空间，拥有巨大的投资价值。
3.3 生物质固体燃料的发展模式
生物质固体成型燃料也是农业部今后的重点发展领域之一。农业部将重点示范推广农作物秸秆固体成型燃料，重点在东北、黄淮海和长江中下游粮食主产区进行试点示范建设和推广，发展颗粒、棒状和块状固体成型燃料，并同步开发推广配套炉具，为农户提供炊事燃料和取暖用能。
丰富、清洁、环保又可再生的生物质能源过去却没有得到重视，而被白白浪费掉。河南农业大学张百良教授分析指出，除去饲养牲畜、工业用和秸秆还田，中国每年还具有4亿吨制作成型燃料的资源可以生产1.5亿吨成型燃料，可替代1亿吨原煤，相当于4个平顶山煤矿的年产量[8]。以农作物秸秆为原料的生物质固体燃料产业规模虽然不是很大，但因目前开发程度低，发展空间仍巨大。
3.4生物质液体燃料的发展模式
3.4.1 生物液体燃料生产大国的典型模式
生物液体燃料具有替代石油产品的巨大潜力，得到了各国的重视，主要包括燃料乙醇和生物柴油。国际油价的持续攀升，提高了生物液体燃料的经济性，在一些国家和地区已经具有了商业竞争力。目前，巴西燃料乙醇折合成油价约25美元／桶，低于原油价格。2005年，巴西和美国仍然是燃料乙醇的生产大国，分别以甘蔗和玉米为原料，掺混汽油，占其国内车用交通燃料的50%和3%，比2004年分别提高6%和1%。美国在2001~2005年，燃料乙醇产量已经翻了一番，2005年最新的能源法案中又提出，到2010年燃料乙醇产量再增加一倍的目标。欧盟确定了到2010年生物液体燃料在总燃料消耗的比例达到6%的目标[14]。
目前，生产生物液体燃料比较成功的典型模式有巴西模式和美国模式。
1）巴西甘蔗－乙醇模式
巴西是推动世界生物燃料业发展的先锋。它利用从甘蔗中提炼出的蔗糖生产乙醇，代替汽油作为机动车行驶的燃料。如今巴西乙醇和其他竞争燃料相比，价格上已具有竞争性。这也是当前生物燃料业发展最为成功的典范。巴西热带地区的光照使得那里非常适合种植甘蔗。现在，巴西已经是世界上最大的甘蔗种植国，每年甘蔗产量的一半用来生产白糖，另一半用来生产乙醇。
最近几年，由于过高的汽油价格和混合燃料轿车的推广，巴西燃料乙醇工业更是得到了长足的发展。混合燃料轿车能够以汽油和乙醇的混合物为燃料，自从2003年在巴西大众市场销售后，销量节节攀升，目前已经占据了巴西轿车市场的半壁江山。在混合燃料轿车需求的拉动下，巴西燃料乙醇的日产量从2001年的3000万升增加到2005年的4500万升，已能满足国内约40%的汽车能源需求[14]。
用蔗糖生产乙醇是目前世界上制造乙醇最便宜的方法。在未来4年中，巴西计划将新建40～50家大型乙醇加工厂。为了保证原料供应，甘蔗的种植面积也将不断扩大。
当前巴西生物燃料发展战略的成功，并不意味着巴西的蔗糖乙醇会成为世界生物燃料业未来的选择。因为即使只替代目前全球汽油产量的10%，也需要将巴西现有的甘蔗种植面积扩大40倍。巴西不可能“腾”出这么多土地用于种植甘蔗。另外，由于甘蔗的品种有强烈的地域性，巴西的技术路线在别的国家很难走得通。就连非洲、印度、印度尼西亚都无法照搬，更别说主要地处温带的中国了。
因此，巴西模式尽管取得了迄今最大的成功，但却不是未来世界生物燃料业发展的方向，更不适合地处温带、缺少耕地的中国。探索适合中国国情的生物液体燃料发展模式成为当务之急。
2）美国玉米－乙醇模式
美国是主要的燃料乙醇生产国之一，但与巴西不同，它用的不是甘蔗而是玉米。尽管有不少反对的声音，但美国燃料乙醇的日产量仍从1980年的100万升增加到现在的4000万升。目前，美国已投入生产的乙醇生产厂有97家，另外还有35家正在建设当中。这些工厂几乎都集中在玉米种植带。
玉米中用于生产乙醇的主要成分是淀粉，通过发酵它可以很容易地分解为乙醇。这正是用玉米生产乙醇的优势，但这也是人们反对的原因，因为淀粉是一种重要的粮食。2007年美国计划投入4200万吨玉米用于乙醇生产，按照全球平均食品消费水平，同等数量的玉米可以满足1.35亿人口一年的食品消耗[14]。
中国现在80%的乙醇的原料是谷类，由于原本过剩的谷物在2000年后产量快速减少，使得燃料乙醇的发展再次面临挑战[15]。玉米加工燃料乙醇业过快发展，一些地区甚至玉米主产区已在考虑进口玉米了。国家已经制定相关政策，对玉米加工燃料乙醇项目加以限制，强调发展燃料乙醇要以非粮原料为主，因为谷类供给安全问题对于拥有巨大人口的中国来说，始终应该放在首位。粮食安全始终是国家重大战略问题。中国粮食不能承受“能源化”之重。中国国情和美国、巴西不一样，其成功经验虽有可资借鉴之处，但不能照搬他们的模式。
生物液体燃料方面新技术的研发，在很大程度上取决于解决生物燃料生产的原料供应问题。目前生产液体燃料大多使用的是粮食类作物，如玉米、大豆、油菜籽、甘蔗等。但是从能源的投入、产出分析，利用粮食类作物生产液体燃料是不经济的。因此，利用木质纤维素制取燃料乙醇将是解决生物液体燃料的原料来源和降低成本的主要途径之一。
3.4.2中国生物质液体燃料的产业化发展途径
中国生物液体燃料的发展已初具规模。当前，中国以陈化粮为原料生产燃料乙醇的示范工程，年生产能力已达102万吨，生产成本也达到了消费群体初步接受的水平。在非粮食能源作物种植方面，中国已培育出“醇甜系列”杂交甜高粱品种，并建成了产业化示范基地，培育并引进多个亩产超过3吨的优良木薯品种，育成了一批能源甘蔗新品系和能糖兼用甘蔗品种。具备了利用菜籽油、棉籽油、木油、茶油和地沟油等原料年产10万吨生物柴油的生产能力[16]。
1）油菜籽－生物柴油模式
中国农科院油料作物研究所所长王汉中研究员呼吁：国家应大力推广“油菜生物柴油”。生物柴油相对于矿物柴油而言，是通过植物油脂脱甘油后再经过甲脂化而获得。发展油菜生物柴油具备三大优点：一是可再生；二是优良的环保特性：生物柴油中不含硫和芳香族烷烃，使得二氧化硫、硫化物等废气的排放量显著降低，可降解性还明显高于矿物柴油；三是可被现有的柴油机和柴油配送系统直接利用。因此，生物柴油在石油能源的替代战略中具有核心地位。
目前，发展生物柴油的瓶颈是原料。木本油料的规模有限，大豆、花生等草本油料作物与水稻、玉米等主要粮食作物争地，扩大面积的潜力不大。而作为生物柴油的理想原料，油菜具有其独特的优势。首先适应范围广，发展潜力大:长江、黄淮流域、西北、东北等广大地区都适宜于油菜生长；其次油菜的化学组成与柴油很相近:低芥酸菜油的脂肪酸碳链组成与柴油很相近，是生物柴油的理想原料；第三，可较好地协调中国粮食安全与能源安全的矛盾：长江流域和黄淮地区的油菜为冬油菜，充分利用了耕地的冬闲季节，不与主要粮食作物争地。
根据欧洲油菜发展的经验和油料科技进步的情况，王汉中预计，只要政策、科技、投入均能到位，经过15年的努力，到2020年，中国油菜种植面积可达到4亿亩，平均亩产达到200千克，含油量达到50%左右。届时，中国每年可依靠“能源油菜”生产6000万吨的生物柴油(其中4000万吨来源于菜油，2000万吨来源于油菜秸秆的加工转化)，相当于建造3个永不枯竭的“绿色大庆油田”[17]。
2）纤维素－乙醇模式
在整个生物燃料领域，当前最吸引投资者的并不是用蔗糖、玉米生产乙醇，或是从油菜籽中提炼生物柴油，而是用纤维素制造乙醇。所有植物的木质部分--通俗地说，就是“骨架”--都是由纤维素构成的，它们不像淀粉那样容易被分解，但大部分植物“捕获”的太阳能大多储存在纤维素中。如果能把自然界丰富且不能食用的“废物”纤维素转化为乙醇，那么将为世界生物燃料业的发展找到一条可行的道路。
虽然因技术上的限制，目前还没有一家纤维素乙醇制造厂的产量达到商业规模，但很多大的能源公司都在竞相改进将纤维素转化为乙醇的技术。最大的技术障碍是预处理环节(将纤维素转化为通过发酵能够分解的成分)的费用过于昂贵。但是，要想用纤维素生产乙醇，预处理环节无法回避。技术上的不确定性，迫使制造乙醇的大部分投资仍集中在传统的工艺--通过玉米、蔗糖生产乙醇，但这些办法无法从根本上解决当前的能源危机。为了保证能源安全，美国总统布什说，美国政府计划在6年内把纤维素乙醇发展成一种有竞争力的生物燃料。
因为发展能源不可能走牺牲粮食的道路。尽管现在技术上还存在障碍，但大部分人仍相信，利用纤维素生产燃料乙醇代表了未来生物燃料发展的方向。中国生物质液体燃料的未来也同样寄希望于用纤维素生产燃料乙醇。一旦技术取得突破，纤维素乙醇产业化发展空间巨大，产值难以估量。但是，各国的国情与能源结构不同，不能寄希望于某个方面来解决，因为任何国家都不可能单靠技术引进发展本国的生物燃料产业。因此，需要因地制宜，多能互补。
3）能源作物－生物液体燃料模式
石元春院士表示，在能源结构的历史转型中，中国发展生物质能源有很强的现实性和可行性。目前，中国对石油的进口依存度为近40%；SO2和CO2的排放量也分居世界第一和第二位。中国发展生物质能源不仅原料丰富，而且还有自行培养的甜高粱、麻疯树等优良能源植物；燃料乙醇、生物柴油等主产品工业转化技术基本成熟且有较大的改进空间，成本降幅一般在25%~45%，且目前在新疆、山东、四川等地已取得进展[4]。
发展能源作物不会威胁粮食安全与环保。曾有专家提出能源安全和粮食安全存在矛盾。解决这个问题需要充分认识到粮食安全和能源安全有统一性，发展能源农业将是促进农民增收、调动农民种粮积极性的有效措施。粮食作物和能源作物有很好的互补性。首先，能源作物大都是高产作物，既能满足粮食安全的需求，又是很好的能源作物。其次，能源农业开发的领域很广，可以做到不与或少与粮食争地。能源农业开发的领域，大多是利用农业生产中的废弃物，如利用畜禽场粪便、农产品加工企业的废水与废物开发能源，既能增加农民收入，又能为粮食生产提供优质肥料，是生产清洁能源、促进粮食生产、保证粮食安全和能源安全的双赢举措。
除粮食外，中国其他可用于生物质能生产的植物和原料还有很多，如甘蔗、甜菜、薯类等。广西科学院院长黄日波说，仅广西的甘蔗资源和木薯资源分别具备年产830万吨和1300万吨生物乙醇的生产潜力，加起来超过2000万吨[15]。
科技部中国生物技术发展中心有关专家指出，根据能源作物生产条件以及不同作物的用途和社会需求，估计中国未来可以种植甜高粱的宜农荒地资源约有1300万公顷，种植木薯的土地资源约有500万公顷，种植甘蔗的土地资源约有1500万公顷[15]。如果其中20%~30%的宜农荒地可以用来种植上述能源作物，充分利用中国现有土地与技术，生产的生物质可转化5000万吨乙醇，前景十分可观。
据农业部科教司透露，为稳步推动中国生物质能源的发展，并为决策和进一步开发利用土地资源提供可靠的数据，该司决定按照“不与人争粮，不与粮争地”的原则，开展对适宜种植生物质液体燃料专用能源作物的边际土地资源进行调查与评价工作，以摸清适宜种植能源作物边际土地资源总量及分布情况[18]。
以能源作物为原料的生物液体燃料模式发展潜力巨大，将是未来生物质能源发展的方向之一。
4) 林木生物质－生物柴油发展模式
利用中国丰富的林木生物质资源生产生物柴油，将薪炭林转变为能源林，实现以林木生物质能源对油汽的替代或部分替代，探索兼顾能源建设和生态环境建设的新模式，实现可再生能源与环境的可持续发展。开发林业生物质能产业是林业的一个很有潜力的新产业链，既是机会，也是创新，不仅具有巨大潜力和发展空间，更是林业发展新的战略增长点。
“森林具有可再生资源的属性。林业是天然的循环经济。生物质能技术是林业发展的新契机。”专家研究指出，中国生物质资源比较丰富，据初步估计，中国仅现有的农林废弃物实物量为15亿吨，约合7.4亿吨标准煤，可开发量约为4.6亿吨标准煤[19]。专家预测2020年实物量和可开发量将分别达到11.65亿吨和8.3亿吨标准煤。中国现有木本油料林总面积超过600多万公顷，主要油料树种果实年产量在200多万吨以上，其中，不少是转化生物柴油的原料，像麻疯树、黄连木等树种果实是开发生物柴油的上等原料。
中国现有300多万公顷薪炭林，每年约可获得近1亿吨高燃烧值的生物量；中国北方有大面积的灌木林亟待利用，估计每年可采集木质燃料资源1亿吨左右；全国用材林已形成大约5700多万公顷的中幼龄林，如正常抚育间伐，可提供1亿多吨的生物质能源原料；同时，林区木材采伐、加工剩余物、城市街道绿化修枝还能提供可观的生物质能源原料[19]。
中国发展林业生物质能源前景十分广阔。中国林业可用来发展生物质能源的树种多样，可作为能源利用的现有资源数量可观。在已查明的油料植物中，种子含油量40%以上的植物有150多种，能够规模化培育利用的乔灌木树种有10多种。目前，作为生物柴油开发利用较为成熟的有小桐子、黄连木、光皮树、文冠果、油桐和乌桕等树种。初步统计，这些油料树种现有相对成片分布面积超过135万公顷，年果实产量在100万吨以上，如能全部加工利用，可获得40余万吨生物柴油[19]。
目前全国尚有5400多万公顷宜林荒山荒地，如果利用其中的20%的土地来种植能源植物，每年产生的生物质量可达2亿吨，相当于1亿吨标准煤；中国还有近1亿公顷的盐碱地、沙地、矿山、油田复垦地，这些不适宜农业生产的土地，经过开发和改良，大都可以变成发展林木生物质能源的绿色“大油田”、“大煤矿”，补充中国未来经济发展对能源的需要[18]。国家林业局副局长祝列克介绍，“十一五”期间，中国主要开展林业生物质能源示范建设，到2010年，实现提供年产20万吨~30万吨生物柴油原料和装机容量为100万千瓦发电的年耗木质原料。到2020年，可发展专用能源林1300多万公顷，专用能源林可提供年产近600万吨生物柴油原料和装机容量为1200万千瓦发电年耗木质原料，两项产能量可占国家生物质能源发展目标30%以上，加上利用林业生产剩余物，林业生物质能源占到国家生物质能源发展目标的50%以上[19]。
可见，林木生物质能源的发展将逐步成为中国生物质能源的主导产业，发展空间巨大，前景广阔。
4 结 语
国家已出台的《生物燃料乙醇及车用乙醇汽油“十一五”发展专项规划》及相关产业政策，明确提出“因地制宜，非粮为主”的发展原则，发展替代能源坚持“不与人争粮，不与粮争地”，要更加依靠非粮食原料。从大方向来看，用非粮原料能源替代化石能源是长远方向，例如薯类和纤维质以及一些植物果实来替代。为避免粮食“能源化”问题[20]，必须开发替代粮食的能源原料资源。开发替代粮食资源，如以农作物秸秆和林木为代表的各类木质纤维类生物质，及其相应的生物柴油和燃料乙醇生产技术，被专家们认为是未来解决生物质液体燃料原料成本高、原料有限的根本出路。
生物质能源将成为未来能源重要组成部分，到2015年，全球总能耗将有40%来自生物质能源，主要通过生物质能发电和生物质液体燃料的产业化发展实现。
有关专家也对生物质能源的发展寄予了厚望，认为中国完全有条件进行生物能源和生物材料规模工业化、产业化，可以在2020年形成产值规模达万亿元。
虽然生物质能源发展潜力巨大、前景广阔，并正在逐步打破中国传统的能源格局，但是生物质能的产业化发展过程也并非一帆风顺，因为生物质原料极其分散，采集成本、运输成本和生产成本很高，成为生物质燃料乙醇业的致命伤，若不能妥善解决将可能成为生物质能产业发展的瓶颈。
生物质能的资源量丰富并且是环境友好型能源，从资源潜力、生产成本以及可能发挥的作用分析，包括生物燃油产业化在内的生物质能产业化开发技术将成为中国能源可持续发展的新动力，成为维护中国能源安全的重要发展方向。在集约化养殖场和养殖小区建设大中型沼气工程也将成为中国利用生物能源发电的新趋势。从环保、能源安全和资源潜力综合考虑，在中国推进包括以沼气、秸秆、林产业剩余物、海洋生物、工业废弃物为原料的生物质能产业化的前景将十分广阔。
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生物能源的缺点范文5
[关键词]脂肪酶酯交换生物柴油
生物柴油是由可再生的动植物油脂与短链醇（甲醇或乙醇）经转酯化反应制得的脂肪酸酯（甲酯或乙酯），生物柴油一般由不饱和脂肪酸甲酯（如油酸甲酯、亚麻酸甲酯、亚油酸甲酯等）与饱和脂肪酸甲酯（如软脂酸甲酯、硬脂酸甲酯等）组成[1]，各种甲酯的含量也是不一样的。它是一种可再生、易生物降解的绿色能源，燃烧后无毒，属环境友好型燃料[2]，面对生物能源短缺和环境污染的今天，它可以作为生物能源的补充甚至替代品，因而显得特别重要。目前工业上主要是用动植物油脂与甲醇在酸碱催化剂条件下酯化合成，但存在反应废液污染环境、转化率较低、产物分离很困难等缺点。
用脂肪酶代替酸碱催化剂催化合成生物柴油的报道已有很多。如Yomi Watanabe，Yuji Shimada，Weiyang Zhou等都用脂肪酶催化动植物油脂合成生物柴油[3-5]。利用酶法合成生物柴油条件温和、醇用量少、产物易分离、反应废液排放无污染、生物柴油燃烧对环境无污染、可再生。但目前的主要瓶颈是：酶的成本比较高和寿命短，低碳醇转化率低[6-7]。随着世界范围能源短缺的出现，以及人们对环境保护的日益重视，研究生物柴油这一绿色环保型燃料，不仅可以开发出新型能源，而且可充分利用我国的土地资源，调整农作物结构，促进农业的发展，同时还可促进新兴的生物柴油工业的发展，从而产生巨大的社会效益和经济效益。国产扩展青霉碱性脂肪酶是一种生物催化剂，现在已经广泛用于医药、食品、洗涤剂、饲料、轻工业等行业，是发展前景广阔的工业酶制剂[8-10]。用国产碱性脂肪酶催化生物柴油的合成正在填补酶法合成生物柴油的空白。本文利用碱性脂肪酶在叔丁醇有机介质中催化大豆油进行酯交换反应合成生物柴油，采用气相色谱法检测合成产物，用单因素实验对其制备工艺进行优化，得出了酶法酯交换合成生物柴油的最佳反应条件。
1材料与方法
1.1 材料和仪器
大豆油：市购金龙鱼转基因一级大豆油；扩展青霉碱性脂肪酶：由福建师范大学生命科学学院提供；叔丁醇：化学纯；其他试剂均为分析纯。
恒温摇床：KYC-100型；电子分析天平：型号TG328A；气相色谱：6890型。
1.2 实验体系的构建
在100ml的三角瓶中，加入1mmol的大豆油、一定量甲醇、5ml叔丁醇组成非水相酯交换反应体系，加入一定量的脂肪酶粉，混合均匀。于一定的温度条件下，在恒温摇床中以150r/min的速度旋转振荡，定时取样分析。
1.3 气相色谱法测定转化率
气相色谱分析条件：柱温采用程序升温:第一阶段,初始温度170℃,保持0.5min；第二阶段，以升温速率4℃/min升至200℃，保持1min；第三阶段以升温速率3℃/ min升至250℃,保持20min，进样器温度280℃，检测器温度280℃。
2结果与讨论
2.1 脂肪酶酶活对合成转化率的影响
反应体系为5ml叔丁醇、醇油摩尔比3:1，t=0，8，16时分别加入甲醇总量的1/3、反应温度28℃、转速150r/min，反应时间24h，探讨酶量对酯交换转化率的影响。从图1中看出，脂肪酶量在20～100mg内的酯交换转化率变换比较明显，增加到120mg时反而有下降的趋势。这是因为过大的酶量可能造成酶的团聚，从而增加反应过程中的传质阻力[11]，因而最佳脂肪酶量为100mg。 用经典橄榄油乳化法[12]测定脂肪酶酶活力2560U/g，因此，每1mmol大豆油加入256U为最佳加酶量。
2.2 醇油摩尔比对合成转化率的影响
反应体系为5ml叔丁醇、酶量100mg、反应温度28℃、转速150r/min，反应时间24h，t=0，8，16h时分别加入甲醇总量的1/3，探讨醇油摩尔比对酯交换转化率的影响。从图2可以看出，醇油摩尔比为4:1时，酯交换转化率相对较高，再增加摩尔比，转化率反而下降。这主要是由于随着甲醇浓度的增加，甲醇对脂肪酶起到蛋白质变性的作用[13]，从而导致反应转化率降低。因此，甲醇和大豆油的摩尔比取4:1为最好。
2.3 甲醇加入次数对合成转化率的影响
反应体系为5ml叔丁醇、酶量100mg、反应温度28℃、转速150r/min，反应时间24h，探讨甲醇加入次数对酯交换转化率的影响（二次：t=0，12h分别加入总量的1/2；三次：t=0，8，16h分别加入总量的1/3；四次t=0，6，12，18h分别加入总量的1/4；五次：t=0，5，10，15，20h分别加入总量的1/5）。从图3中看出：甲醇分四次加入转化率相对较高，分四次加入可以避免过多的甲醇对脂肪酶的抑制作用。
2.4 反应温度对合成转化率的影响
反应体系为5ml叔丁醇、醇油摩尔比4:1，t=0，6，12，18h时分别加入总量的1/4、酶量100mg、转速150r/min，反应时间24h，探讨反应温度对酯交换转化率的影响。温度低，转化率低，酯交换速率低，但温度过高会导致酶失活和甲醇挥发，降低固定化酶的使用寿命，所以适宜温度有利于酶活性的最佳发挥。从图4中可以看出：反应温度为32℃时，酯交换转化率相对较高。
2.5 反应时间对合成转化率的影响
反应体系为5ml叔丁醇、醇油摩尔比4:1，t=0，6，12，18h时分别加入总量的1/4、酶量100mg、反应温度32℃、转速150r/min，探讨反应时间对转化率的影响。对于酯交换这个可逆平衡反应，如图5所示，从0～48h，转化率随时间的延长变化较显著；反应时间从48h增加到60h，转化率变化非常小，说明反应进行到48h时已基本达到平衡，再延长反应时间，转化率也不会有明显的提高，而且还会增加能量的消耗、时间的浪费和仪器的磨损。因此，最适反应时间选择为48h。
2.6 甲醇加入时间对合成转化率的影响
反应体系为5ml叔丁醇、醇油摩尔比4:1、酶量100mg、反应温度32℃、转速150r/min，探讨甲醇加入时间（方式1: t=0,8,16,24h；方式2: t=0,4,12,28 h；方式3: t=0,12,24,36h）对转化率的影响。从图6看出，t=0,4,12,28h分别加入甲醇总量的1/4时，转化率较高。根据酶促反应动力学[14]，反应初期大豆油的浓度比较大，故反应速率相对较快，消耗的甲醇就快，所以反应前期加入甲醇的间隔时间短，随着反应进行大豆油被消耗，反应速率变慢，故加入甲醇间隔时间应增长。故甲醇加入时间为t＝0，4，12，28h时分别加入甲醇总量的1/4最为适宜。
2.7 酶催化酯交换合成反应转化率的测定
根据前述优化实验得到最佳反应条件进行生物柴油的生物合成：叔丁醇5ml；醇油摩尔比4:1；t＝0，4，12，24h分别加入甲醇总量的1/4；每1mmol大豆油中加入碱性脂肪酶100mg；反应温度32℃；摇床转速150r/min。反应48h后，取样经处理并按1.3的方法进行气相色谱分析，得到气相色谱图（图7）。图中，保留时间分别为10.502、14.68、15.211、16.319、17.703min其对应的组分分别为棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯、油酸甲酯、亚油酸甲酯、亚麻酸甲酯，求出转化率达90.1%。
3结论
国产扩展青霉碱性脂肪酶在以叔丁醇为反应介质中催化合成生物柴油的最佳工艺条件为: 在100ml三角瓶中加入叔丁醇5ml；醇油摩尔比4:1；甲醇的加入方法为在反应时间t＝0，4，12，28时分别加入甲醇总量的1/4；每1mmol大豆油中加入酶活为256U的酶量；反应温度为32℃；在摇床中以150r/min的转速旋转振荡；反应48h后，转化率达到90.1％。
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生物能源的缺点范文6
1资源无害，太阳能是绝对的洁净能源，开发利用太阳能对环境无任何污染。
2资源无限，每年地球可利用的太阳辐射能约相当于130万亿吨标煤，是现今人类可以开发的最大的能源。
3资源长久，太阳中氢的储量可维持百亿年，而地球的寿命约为几十亿年，因此从某方面来讲，太阳的能源是用之不尽的。
4资源普遍，太阳光一年四季长期照射各个地方，可直接开发利用，无需开采运输。缺点：1能源收集的不稳定性，太阳能到达地球表面的总量很大，但是因为受到季节、昼夜差异以及南北半球差异的影响，能流密度很低，因此在利用太阳能时，需要达到足够的面积及装备才能保证一定的转换功率。因为能源的不稳定造成了太阳能能源的储蓄成为主要问题，这影响了太阳能是否能作为产品主要能源使用的决定因素。2成本较高，太阳能的利用率与其设备成本直接挂钩，想要达到高的能源转换效率就需要成本相当高的优良的转换设备，近几年，科技的高速发展在此领域也有很大程度的进步。
二、太阳能在环保设计中的应用案例
在产品设计中，利用太阳能作为能源主要通过两种方式：光热转换和光电转换。光热转换是通过反射、吸收等方式将太阳辐射能集中然后转换成足够温度的过程以满足不同负载的要求。光电转换则是光子将能量传递给电子使其运动从而形成电流。案例一：太阳能交通工具在大气污染中，交通工具中汽车等流动污染源约占大气污染总量的90%，汽车尾气主要的危害是光化学烟雾，对人类有严重危害。而主要原因就是因为汽车所使用的汽油和柴油等。太阳能汽车真正意义上实现了无污染无噪音，太阳能提供的电动能源不会排放污染大气的有害气体，没有内燃机就不会产生行驶时的轰鸣。而太阳能汽车利用太阳能将其转换为驱动力，既有效降低大气污染和噪音污染，创造洁净的生活环境，又减少有限的石油资源的使用，同时太阳能还可以为汽车提供辅助设备的能源。其他的太阳能交通设计还有太阳能飞机、太阳能船等，都已经在天空或海洋的领域设计并使用成功，虽然造价昂贵，但是却为未来太阳能在交通工具上的应用提供了宝贵的经验。案例二：太阳能家电产品相比之下，太阳能在家电中应用的成本要低得多，而且在全球范围内已经取得了卓越的科研和使用成果。太阳能家电与太阳能交通工具一样是以提供电能为主。大型太阳能家电比如太阳能空调，将太阳能蓄电池和主体空调器成分体式链接，外部蓄电池在日间吸收太阳能供应和存储能量。法国生产一种太阳能冰箱，利用吸收固体间隙吸附作用，无需运动部件，电源零消耗。其原理是用氨和干燥的氯化钙颗粒代替一般的制冷剂，将他们混合后形成固体铵盐，固体铵盐受热后分解释放氨在夜间温度降低时冷凝，白天受阳光照射蒸发时吸收热量，使冰箱制冷。太阳能电视则是在多个国家均已实现投产和销售。比如德国的流动式太阳能电视机，日本销售的天线内装有特殊太阳能电池的电视机可以白天工作时充电，晚上使用5~8小时。其他国家还有菲律宾、芬兰等。大部分的方式是利用太阳能蓄电池储存充足电量以供使用。还有很多小型的太阳能家电，比如太阳能风扇、太阳能灶、太阳能收音机、太阳能灯具、太阳能照相机、太阳能熨斗、太阳能轮椅、太阳能电话等，太阳能在小型家电的应用技术已经具有相当高的技术水平，这更是为太阳能在环保设计的应用提供技术和经验支持。案例三：太阳能农业机械设备与系统在农业方面，随着科技的进步也逐步向机械农业发展，农业机械可以大量提高农忙时节的效率，并减少人力投入，但如同汽车一样需要汽油、柴油等燃料资源，太阳能这种洁净能源，应用在农业中的具体实例有太阳能农业秸秆蒸汽爆破装置、太阳能干燥装置、太阳能鱼塘增氧机、太阳能生态农业大棚、太阳能养殖场等，以及应用在相关农业生产中的例子，太阳能杀虫灯、太阳能污水净化系统等。对于电力不足或不同的偏远农业乡镇，太阳能在农业生产中的应用具有良好的市场前景和实际意义。案例四：太阳能相关的概念设计概念设计是根据用户需求提出设想，由抽象的设计概念到细化而具体的设计内容的一个过程。太阳能概念设计是在一定的太阳能技术支持基础上去大胆设想概念方向的设计。通过设想来开拓新的设计思路和领域。比如太阳能淡水处理人工岛屿，具有雨水收集、海水淡化、高温消毒、过滤净化的系统功能，主要利用太阳能高温集热技术，采用“太阳能渐分式蒸馏”完成海水的淡化，并通过太阳能集热器高温消毒水源。还有一些相关的空气处理装置都是利用太阳能来完善产品系统来达到最终的需求。类似的概念设计还有很多，或许当今的技术还不能达到这样的水平，但是在长远意义上看，这些概念是科技技术的推动力，是技术发展的引领方向。
三、太阳能技术发展的新方向
光化利用，是一种利用太阳辐射来直接分解水制氢的转换方式。包括光合作用、光电化学作用、光敏化学作用及光分解反应，地球上的植物靠叶绿素将光能转化成化学能，从而促进自身的生长和繁衍，现有概念是制造人工叶绿素，吸收光能发电。早在2009年，美国的研究人员在黄石国家公园发现一种可以将光能转化为生物能的罕见的细菌。这种细菌进行的是一种新型的光合作用，是人类发现的第一种含有集光绿色体的喜氧微生物。而这个太阳能技术发展的新方向无疑是生命科学的研究热点。此研究本身不仅具有重大的理论价值，还能推进多个相关前沿领域的发展。
四、总结
