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第23章 什么是生物质能?

生物质能又称“绿色能源”,它是指通过植物的光合作用而将太阳辐射的能量以一种生物质形式固定下来的能源。它包括树木、青草、农作物、藻类、兽类及各种有机废物。生物质能的应用,有不同的形式,可以将树木、干草、秸秆等直接作燃料;也可以通过一定的方式将生物质转化为沼气、酒精等,作为燃料。

据推算,地球上每年由植物固定下来的太阳辐射能是目前全世界年能耗总量的十倍。照射到地球上的太阳能中的0.024%被绿色植物的叶子捕获,叶子通过叶绿素产生光合作用,将二氧化碳和水结合成碳水化合物和氧,太阳光的辐射能变成了植物的化学能。

生物质能来源于太阳辐射能,因此它是取之不尽的可再生能源。开发“绿色能源”已成为当今世界上工业化国家开源节流、化害为利和保护环境的重要手段。联合国环境保护机构最近的调查报告说,至少有14个工业化国家在开发“绿色能源”方面取得了良好成绩,其中有些国家通过实施“绿色能源”政策,在相当大程度上缓解了本国能源不足的矛盾,而且显著改善了环境。

美国是研究生物质能源较早的国家之一,其国家农业利用研究中心通过采用基因工程技术,对木质纤维素进行了成功的乙醇转化。从1980年到2000年的20年内,美国的燃料乙醇生产量由17.5亿加仑增加到163亿加仑,2000年美国石油进口量减少7000万桶;仅1997年,就为农民增收45亿美元,增加就业人数19.52万。尝到甜头的美国正在进一步加大对生物能源的深度研究,预计在5~10年后,美国的燃料乙醇生产应用将有大幅增长,特别是通过基因工程菌的应用,木质纤维素生产燃料乙醇将逐渐实现产业化,占据更大的市场份额。

“绿色能源”有两层含义:一是利用现代技术开发干净无污染新能源;二是化害为利,同改善环境相结合,充分利用城市垃圾、淤泥等能源。与此同时,大量普及自动化控制技术和设备,提高能源利用率。据调查,自1987年以来,工业化国家在开发“绿色能源”方面的投资增长了近1.2倍,1991年工业化国家利用水力、风力、太阳能和植物能源获得的电力相当于900万吨煤当量,而且这种增幅在20世纪内以平均每年15%~18%的速度增长。

时至今日,城市淤泥将不再是一种污染物,英国、意大利、瑞士、法国和日本等国已开始商业化回收、利用下水道淤泥。意大利从1990年起已将开发淤泥燃料列为重要市政工程项目,西欧1991年淤泥回收处理设备成交额达1.25亿美元,淤泥燃料已成批向企业提供。

目前发达国家已有50多座垃圾发电站,其中一半以上是近5年建成的。10年前建成的美国皮内拉斯市的垃圾发电站每周可处理垃圾120万吨,年发电100亿千瓦时,全部由电脑控制,垃圾燃烧后的废渣无菌,用于道路修筑。日本政府已推出庞大的垃圾发电计划预计到2010年实现500~900万千瓦发电能力。

国土仅4万多平方公里的荷兰,年人均丢弃垃圾超出半吨,给该国造成很大压力。1991年,荷兰政府颁布沼气发电计划,投资8000万美元,设计建造若干大型沼气发电厂,工程于1996年完成。在到2000年荷兰全国沼气利用2.5亿~3亿立方米,全国有近30万户家庭可常年利用沼气能源。据称,该国的废弃物处理公司将向全世界推销沼气发电成套设备,其利润将十分可观。

据世界银行出版物介绍,生物质燃料在发展中国家里目前仍是一种重要能源,特别是在低收入(世界银行定为人均年国民生产总值在500美元以下者)的发展中国家里所消费的能源总量中几乎75%以上是生物质燃料。

全世界生物质燃料提供的能源总量是较难准确计算的,这是因为大量的生物质燃料不进入市场。据国际能源机构估计,生物质能消费量约占总能源消费量的19%左右。

生物质燃料是农村的主要能源,在经济不发达的城市及一些加工企业中也广泛采用这种能源。其传统品种是木材(薪柴和木炭)、动物粪便、农作物废料(麦、稻、高粱等茎秆和枝叶,以及甘蔗渣等),其近代产品是沼气。在发展中国家之间,因地区、农业和森林条件不同,主要使用的品种也不同,在非洲和拉丁美洲的大部分地区(除巴西主要用甘蔗渣外),主要以木材做燃料,在亚洲地区也大量用木材做燃料,但有些国家以农作物废料和动物粪便做燃料,其数量约占燃料消费总量的一半。

在许多发展中国家里,即使是从农村迁居城市的民众,其传统使用生物质燃料的习惯会长期延续下去。然而从农村迁居城市以后,单凭劳力无法获得这种燃料,只能购买薪柴和木炭,因而家庭负担增加,一般,燃料消费要占家庭必需消费的5%~10%。随着供求形势的变化,生物质燃料价格经常波动,上涨时民众则改用石油制品,下跌时恢复用生物质燃料。因此,这种燃料的价格对能源的供求关系也将起着调剂作用。

欧共体最近重申,发展植物能源是补充西欧能源不足的重要途径。欧共体委员会最近指出,植物能源有着广泛的发展前景,它不仅有利于保护环境,而且可以使欧共体国家解决农产品过剩问题。目前,欧共体国家利用粮食、甜菜、土豆、葵花籽等农产品生产的植物能源,不足欧共体全部能源消费的10%。

欧洲许多国家已经看到了能源农作物的潜在应用前景。英国科学与工程研究委员会决定,它将投资2000万英镑研究利用洁净能源的技术,其中向绿色植物要能源是这个研究计划的一部分。英国科学家认为,目前野生植物和栽培作物对于照射在它们上面的阳光的利用效率只有4.2%,如果通过研究使其提高到5%,那么世界农田面积的1/10即可提供相当于目前人类使用的全部化石燃料的能源。

欧洲一些国家已在大规模种植芒属植物,从中获取干净能源。英国科学家发现芒属植物生长迅速,能很快长到3米高。当这种植物临收割时,它只含有20%至30%的水分。因此适于当作工业锅炉和小型发电站的燃料。丹麦、奥地利、德国已大规模种植这种植物,每公顷可收获30多吨,比其他能源植物如柳和白杨产量都高。德国在巴伐利亚附近建造的一座发电能力为12千瓦的发电厂,其燃料就是芒属、白杨、柳的混合物和秸秆。实践表明,芒属作物所产生的能源相当于用油菜籽制作的生物柴油的两倍。

德国最近已开始半商业性应用菜籽油混合燃料,这种植物油被认为是再生能源,燃烧时污染空气少,故有可能取代石油,成为机动车的能源。现在使用柴油的车辆,均可不经改装便可换用这种混合燃料。据悉,法国、丹麦、比利时和荷兰等国希望从德国引进这项技术。欧共体为支持开发植物能源,从1993年1月1日起把植物能源消费税降低90%,以鼓励投资,大力开发这种具有“发展前途”的新能源。

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