清潔能源之生物質(zhì)能隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以石油為代表的化石燃料支撐的產(chǎn)業(yè)體系已顯出許多弊端。首先是化石燃料的不可再生性導(dǎo)致其必然枯竭的命運(yùn)，其次是化石燃料使用時(shí)大量的環(huán)境不友好物質(zhì)的釋放為其發(fā)展設(shè)置了障礙。再加上如今世界人口膨脹，各國(guó)間能源爭(zhēng)奪愈演愈烈，大有為能源進(jìn)行第三次世界大戰(zhàn)之勢(shì)。為保證世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，保證世界和平，尋找新的可再生資源替代化石能源，解決其使用時(shí)的高成本問題成為21世紀(jì)的頭等大事。清潔能源的開發(fā)與利用應(yīng)運(yùn)而生，而以材料科學(xué)為代表的技術(shù)革新必將給世界帶來一次新的產(chǎn)業(yè)革命。清潔能源顧名思義就是環(huán)境友好型的能源，其碳排放量低于一般化石能源，對(duì)環(huán)境污染小，又被稱作綠色能源。目前常見的清潔能源包括太陽(yáng)能，風(fēng)能，地?zé)崮?，波?潮汐能，生物質(zhì)能，燃料電池等。核能作為一種比較有爭(zhēng)議的能源，在此不予討論。眾多清潔能源各有優(yōu)劣，但就我個(gè)人而言，經(jīng)過一番比較，認(rèn)為生物質(zhì)能這種清潔能源前景最廣闊。下面我將對(duì)生物質(zhì)能重點(diǎn)分析一一生物質(zhì)是植物通過光合作用生成的有機(jī)物，它的能量最初來自太陽(yáng)能。生物質(zhì)是地球上存在最廣泛的物質(zhì)，包括所有的植物，動(dòng)物，微生物以及這些生命體排泄和代謝的所有有機(jī)物質(zhì)。從能源利用的角度來看，凡能夠被利用的生物質(zhì)能資源統(tǒng)稱為生物質(zhì)能資源，這也是生物質(zhì)能被看重的最主要的原因之一。按原料的化學(xué)性質(zhì)分，生物質(zhì)能資源主要為糖類，淀粉和木質(zhì)纖維素物質(zhì)；按來源分，則主要包括：（1）農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物，主要為農(nóng)作物秸稈；（2）薪柴，枝柴和柴草；（3）農(nóng)林加工廢棄物，如木屑，谷殼，果殼等；（4）人畜糞便及生活有機(jī)垃圾等；（5）工業(yè)有機(jī)廢棄物，如有機(jī)廢水廢渣；（6）能源植物，包括所有可作為能源用途的農(nóng)作物，林木，水生植物資源等【1】從這一系列的分類我們也已經(jīng)可以看出生物質(zhì)能簡(jiǎn)直無(wú)處不在。廢棄不用，這些東西就被定義為垃圾，而利用好這些“垃圾”就可以變廢為寶，解決人類賴以生存的能源危機(jī)?？芍^意義重大。生物質(zhì)能是由植物光合作用而來，而其利用主要是類燃燒反應(yīng)，生成二氧化碳。如果這一過程能有機(jī)結(jié)合，形成光合作用如圖的循環(huán)體系，則地球上一日有太陽(yáng)存在，就有取之不盡用之不竭的能源。目前對(duì)生物質(zhì)能的利用主要有以下幾種方法：（1）直接燃燒和發(fā)電；（2）燃料乙醇；（3）沼氣；（4）生物柴油；（5）其他技術(shù)，包括生物制氫；生物質(zhì)氣化發(fā)電；汽化合成液體燃料；熱分解液化；高壓液化和氣化等。生物質(zhì)能動(dòng)力工業(yè)是僅次于水利的第二大可再生能源工業(yè)，相關(guān)發(fā)電裝置裝機(jī)容量750萬(wàn)千瓦?；谏镔|(zhì)能的特殊性，它擁有其它新能源所沒有的一些特性。其特點(diǎn)主要有：生物質(zhì)能資源的大量性和普遍性生物質(zhì)能資源不分地界，隨處都有。包括我們的生活垃圾，工業(yè)廢水廢渣，農(nóng)村的作物秸稈，谷殼果殼都可作為原材料，且量大，加工簡(jiǎn)單。不像風(fēng)能，若該地區(qū)風(fēng)力達(dá)不到要求，則無(wú)法建立風(fēng)場(chǎng)；地?zé)崮茉匆灿腥蚍植键c(diǎn)，有些地區(qū)擁有這種資源而有些地區(qū)無(wú)法利用這種天然的能源。可以說生物質(zhì)能資源是一種平民化的資源，對(duì)全球所有公民公平開放。這是其最突出的特點(diǎn)。況且我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，有多少人吃飯，就相應(yīng)有多少作物秸稈。每年我國(guó)僅農(nóng)作物秸稈就有7億噸之多，可獲得系數(shù)為85%，相當(dāng)于3.1億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。這些秸稈平時(shí)主要以焚燒為主，農(nóng)村有限的技術(shù)條件無(wú)法對(duì)其進(jìn)行高效利用，只能讓能量白白嫁與東風(fēng)，實(shí)在是一大浪費(fèi)。其次，經(jīng)調(diào)查表明，我國(guó)年均產(chǎn)薪量約為1.27億噸，折合標(biāo)準(zhǔn)煤0.74億噸；據(jù)估算2000年全國(guó)禽畜糞便可獲得實(shí)物量為3.2億噸，折合1.1億噸當(dāng)量油。據(jù)1995年統(tǒng)計(jì)，全國(guó)工業(yè)廢水年排放量達(dá)22億噸，含有近50萬(wàn)噸有機(jī)物質(zhì)；城鎮(zhèn)垃圾也以每年8%-10%的速度遞增。下表為中國(guó)從2003年到2050年各類生物質(zhì)能資源產(chǎn)生情況。2皿年2GWD年即30年WOE0年(Ct)(4Etea)（億t函工業(yè)有機(jī)度札廢造（制沼氣）（伍?。?.09200山172S00.243200.27鹿著糞便（制沼氣）0.093700.26□500.39S200.55粘拜及祝業(yè)加直則余物L(fēng)7L0L94.32.J432.2稀柴及林業(yè)加工劇余物].】42.691.482.811.603.121.78城市生活垃圾山03L7山47.70.66ms1.1S小甘4.21丸996.02能源埴物（制生物乙醇｝山030.197山170.2630.230.3950.34靛源植物｛制生物柴油）00.7411.001.J12L2.2233.02小計(jì)山03].171」43.363,】46.386.73土04注：折標(biāo)媒系數(shù)t當(dāng),值）同表1，生物柴油拆標(biāo)煤系數(shù)取表中靛源檀林堂鞘廖網(wǎng)為通過可裁得的能源植物蚩源可生產(chǎn)生物乙醇柬生物柴油的數(shù)量 -hw.ntt而這些驚人的數(shù)據(jù)都顯示出生物質(zhì)能巨大的開發(fā)空間和能源潛力。生物質(zhì)能資源是一種理想的可再生資源按照上圖中的循環(huán)看，只要有太陽(yáng)存在，就有生物質(zhì)能資源產(chǎn)生。況且全球的各種生活及工業(yè)消費(fèi)可加快這一循環(huán)的進(jìn)行，只要管理得當(dāng)，開發(fā)有效，一定可以得到優(yōu)質(zhì)低廉的清潔能源。生物質(zhì)能的清潔安全性眾所周知我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)以煤炭為主，是世界第一大煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)。但由于煤炭燃燒放出大量有害氣體，二氧化硫污染已成為主要的大氣污染源，有1/3的國(guó)土面積受到酸雨污染，極大的影響居民生活質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。清潔能源的發(fā)展是眾望所歸。但是由于技術(shù)有限，很多清潔能源在開發(fā)及使用中都會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。有些是在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生有毒物質(zhì)，有些在使用時(shí)破壞了生態(tài)平衡。比如太陽(yáng)能電池在生產(chǎn)時(shí)，硅片的制作就會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不好的影響，也對(duì)工人的健康造成極大的破壞；而風(fēng)能的利用會(huì)影響到周邊地區(qū)野生物的生存環(huán)境，造成物種滅亡或生態(tài)失衡等問題；地?zé)釓S的建立會(huì)對(duì)周邊地區(qū)土地的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，當(dāng)老井溫度降低，地面沉降可能會(huì)發(fā)生；而燃料電池在制氫的過程中會(huì)污染環(huán)境，而氫氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸本身也具有危險(xiǎn)性。改善生態(tài)環(huán)境纖維素類的生物質(zhì)可生長(zhǎng)在一些土地貧瘠的地方，用于固化土層，改良土壤，以改善當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。又能有效緩解對(duì)食用類生物質(zhì)能的使用。下面，我將用一張表簡(jiǎn)單比較各類清潔能源的優(yōu)劣：生物質(zhì)能風(fēng)能太陽(yáng)能地?zé)崛剂想姵卦牧蠠o(wú)地域限制，無(wú)時(shí)間氣候限制有時(shí)間和地域限制無(wú)地域限制，有時(shí)間限制有地域限制可再生性好好好較差好清潔性有適量二氧化碳排放好好好無(wú)有害氣體排放抑制發(fā)展點(diǎn)纖維素類物質(zhì)的轉(zhuǎn)化難突破電力的產(chǎn)生有間歇性多晶硅的轉(zhuǎn)化率依然較低只有地?zé)峄钴S的地區(qū)可行；開發(fā)成本大（勘探，打井，建廠）催化劑成本高，效率較差氫氣的儲(chǔ)備及運(yùn)輸從上表中我們也能看出，除了技術(shù)問題有待提高，生物質(zhì)能這種清潔能源幾乎沒有什么硬傷。從國(guó)際能源署的一些圖表數(shù)據(jù)我們也會(huì)看出生物質(zhì)能在未來應(yīng)用的前景:

Rateofworldenergyusageinterawatts(TW),1965-2005由上圖可看出，天然氣長(zhǎng)期以來是能源中的主力。傳統(tǒng)的天然氣取之于地下，如果可以用生物質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)生天然氣來替代這種開采出的不可再生天然氣，對(duì)于緩解對(duì)煤炭石油等化石燃料的依賴性大有好處。且就其消費(fèi)市場(chǎng)來看，潛力巨大。由這張圖可以看出，各國(guó)年度乙醇的生產(chǎn)量在顯著提高。用乙醇燃料代替化石燃料可以說是未來能源發(fā)展的趨勢(shì)。當(dāng)然，如果使用糧食作物來制造乙醇其利弊還有爭(zhēng)議。如果能夠突破非糧食作物的乙醇轉(zhuǎn)化技術(shù)難度，這一點(diǎn)爭(zhēng)議也將隨之消除。目前我國(guó)已有一些非農(nóng)作物用于生物燃油的制備。比如陳化糧制乙醇；從能源燃料作物甘蔗和高粱中提取生物乙醇；還有利用菜籽油、籽油、烏桕油、木油、茶油等原料小規(guī)模生產(chǎn)生物柴油的案例。近年來，為了不與食用油和工業(yè)用油爭(zhēng)原料而開發(fā)了麻瘋樹果實(shí)、黃連木籽等作原料制取生物柴油技術(shù)，初步具備商業(yè)化發(fā)展的條件。由這張圖我們也可清楚看出生物質(zhì)能各種開發(fā)利用途徑的前景與現(xiàn)狀。目前為止沼氣利用已經(jīng)商業(yè)化，燃料乙醇也已基本走向市場(chǎng)。作為東華大學(xué)材料系的學(xué)生，我更關(guān)注纖維素類物質(zhì)包括植物秸稈，稻殼等的轉(zhuǎn)化問題。其原理很清楚，即將纖維素降解為單糖，而單糖可進(jìn)一步發(fā)酵成酒精。但由于纖維素分子以氫鍵形式連接，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，故很難水解。由上圖也可清晰看到，纖維素乙醇的利用目前還處于試驗(yàn)階段。但在未來的二十年里，這一技術(shù)必然會(huì)走向成熟，最后成為主流能源形式。目前科學(xué)家正致力于用生物酶催化使纖維素降解而進(jìn)一步產(chǎn)生乙醇。希望能提高纖維素的降解程度。綜上所述，雖然目前的生物質(zhì)能資源利用還存在問題，但至少可以看到其無(wú)限的市場(chǎng)。生物質(zhì)能可當(dāng)之無(wú)愧的被稱為,亟待釋放的‘潛能’”。開發(fā)生物質(zhì)能，一可以帶來巨大的環(huán)境效益；二可以推動(dòng)農(nóng)林業(yè)發(fā)展，提高農(nóng)村人口的就業(yè)率問題。更主要的是可緩解石油漲價(jià)帶來的壓力，降低我國(guó)資源進(jìn)口的依存度，提高我國(guó)的競(jìng)爭(zhēng)力和國(guó)際影響力?？梢哉f生