2025年大學《能源化學》專業(yè)題庫——生物質能在工業(yè)生產(chǎn)中的應用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內）1.下列哪種物質通常不被視為生物質能源的主要來源？（）A.農作物秸稈B.木材廢棄物C.動物糞便D.地下煤炭2.生物質熱化學轉化不包括下列哪種過程？（）A.氣化B.熱解C.發(fā)酵D.燃燒3.生物柴油的主要原料來源通常是？（）A.植物油或動物脂肪B.糖類或淀粉類農作物C.生物質固體廢棄物D.地下天然氣4.下列哪種技術主要利用微生物在厭氧條件下分解生物質產(chǎn)生甲烷？（）A.熱解B.氣化C.厭氧消化D.燃燒5.生物質能源化利用過程中，通常被認為具有高效率和高靈活性的是？（）A.直接燃燒發(fā)電B.氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電C.生物燃料生產(chǎn)D.熱解制取生物油6.生物質轉化為生物燃料或化學品過程中，通常需要經(jīng)過預處理的主要目的是？（）A.提高轉化效率B.降低轉化成本C.簡化轉化過程D.以上都是7.評估生物質能源項目經(jīng)濟性的關鍵指標之一是？（）A.能量輸出B.碳減排量C.平準化度電成本（LCOE）D.原料收集半徑8.生物質能工業(yè)化應用面臨的主要挑戰(zhàn)之一是？（）A.技術成熟度低B.政策支持力度大C.原料供應穩(wěn)定充足D.市場需求旺盛9.生物質熱解過程中主要產(chǎn)生的是？（）A.水蒸氣和二氧化碳B.生物燃氣（主要含甲烷和CO）C.生物油、生物炭和燃氣D.純凈的生物柴油10.將生物質能轉化為高附加值化學品的技術屬于？（）A.生物燃料技術B.化學轉化技術C.熱化學轉化技術D.物理轉化技術二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.生物質的主要化學成分通常包括纖維素、______和木質素。2.生物質氣化過程中，生物質被轉化為富含氫氣和一氧化碳的______。3.生物乙醇的主要原料來源可以是______或淀粉類農作物。4.生物質能源的可持續(xù)性主要體現(xiàn)在其原料的______和可再生性。5.生命周期評價（LCA）是評估生物質能源______和環(huán)境影響的一種方法。6.生物質熱解根據(jù)操作溫度不同，可分為低溫熱解、______和高溫熱解。7.提高生物質能工業(yè)化應用經(jīng)濟性的關鍵在于降低______和提升轉化效率。8.生物質能源化利用可以減少對傳統(tǒng)化石能源的依賴，有助于______。9.生物質成型技術（如壓縮成型）的主要目的是提高生物質的______和運輸效率。10.氫燃料電池汽車使用生物制氫技術，其能源最終來源于______。三、簡答題（每小題5分，共20分）1.簡述生物質氣化技術的原理及其主要產(chǎn)物。2.與直接燃燒相比，生物質氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在哪些方面？3.簡述生物質能源化利用過程中進行原料預處理的主要原因和常用方法。4.簡述生物質厭氧消化技術應用于工業(yè)化生產(chǎn)生物甲烷面臨的挑戰(zhàn)。四、計算題（6分）某生物質直燃發(fā)電廠，每天處理玉米秸稈200噸，發(fā)電效率為30%，假設玉米秸稈的低位熱值（LHV）為18MJ/kg。試計算該發(fā)電廠每天的理論發(fā)電量（單位：度電，1度電=1kWh）。五、論述題（18分）結合當前的技術和經(jīng)濟狀況，論述提高生物質能在工業(yè)生產(chǎn)中應用規(guī)模的主要途徑及其面臨的挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.A4.C5.B6.D7.C8.A9.C10.B二、填空題1.半纖維素2.生物燃氣3.糖類4.豐富5.環(huán)境影響6.中溫熱解7.成本8.氣候變化應對9.密度10.生物質三、簡答題1.原理：生物質在缺氧或低氧環(huán)境中，通過加熱發(fā)生熱解等化學反應，轉化為氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)產(chǎn)物。主要產(chǎn)物包括：氣態(tài)產(chǎn)物（如氫氣、一氧化碳、二氧化碳、水蒸氣等組成的生物燃氣）、液態(tài)產(chǎn)物（生物油）和固態(tài)產(chǎn)物（生物炭）。解析思路：考察對生物質氣化基本概念和過程的掌握。需要回答氣化發(fā)生的條件（缺氧/低氧、加熱）以及主要產(chǎn)出物（氣、液、固三相）。2.優(yōu)勢：（1）更高的能量利用效率：氣化過程產(chǎn)生的燃氣經(jīng)過凈化后可用于燃氣輪機或內燃機發(fā)電，能量轉換環(huán)節(jié)少，整體效率高于直接燃燒發(fā)電。（2）更低的污染物排放：氣化過程可以去除部分雜質，燃燒時煙氣溫度較高，有利于NOx的生成和破壞，相比直接燃燒排放的煙塵、SOx、未燃碳氫化合物等污染物更少。（3）燃料適應性更強：產(chǎn)生的燃氣成分相對單一，對燃料種類的依賴性降低，可以處理更多種類的生物質原料。（4）可能實現(xiàn)熱電聯(lián)供：余熱可以被有效利用。解析思路：考察對氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術相對直接燃燒發(fā)電優(yōu)勢的理解。需從效率、環(huán)保、燃料適應性等多個維度進行比較分析。3.原因：生物質原料通常含水量高、灰分大、成分復雜且形狀不規(guī)則，直接用于轉化過程會降低效率、損壞設備、產(chǎn)生過量污染物等。預處理旨在改善原料特性，滿足后續(xù)轉化工藝的要求。常用方法：物理方法（破碎、粉碎、壓縮成型）、化學方法（酸堿處理、浸漬）、生物方法（酶處理）等。解析思路：考察對生物質預處理必要性和常用方法的掌握。首先要說明為何需要預處理（原料固有缺點及其影響），然后列舉主要方法類別。4.挑戰(zhàn)：（1）原料預處理要求高：需要干燥、去除雜質，對原料的均勻性和含水率要求嚴格。（2）消化效率與穩(wěn)定性：影響甲烷產(chǎn)量的因素多（溫度、pH、沼氣菌種、停留時間等），維持穩(wěn)定高效的消化過程技術要求高。（3）工程放大困難：從實驗室規(guī)模到工業(yè)化規(guī)模，設備設計、運行控制、故障處理等都面臨挑戰(zhàn)。（4）能源消耗與平衡：消化過程本身需要消耗部分能量，需確保系統(tǒng)能源平衡。（5）終端產(chǎn)品應用：生物甲烷的提純、儲存、應用市場（如燃氣入戶、車用燃料）等配套基礎設施和成本問題。解析思路：考察對工業(yè)化規(guī)模生物質厭氧消化技術挑戰(zhàn)的認識。需從原料、工藝、工程、能源、市場等多個環(huán)節(jié)分析可能遇到的困難。四、計算題理論發(fā)電量=總熱量×發(fā)電效率/發(fā)電量換算系數(shù)=(原料量×低位熱值×發(fā)電效率)/(3.6MJ/kWh)=(200噸/天×1000kg/噸×18MJ/kg×30%)/3.6MJ/kWh=(200,000kg/天×18MJ/kg×0.3)/3.6MJ/kWh=(1,080,000,000MJ/天)/3.6MJ/kWh=300,000kWh/天=300,000度電/天解析思路：計算步驟清晰：1)明確公式：發(fā)電量=(總輸入熱量×發(fā)電效率)/能量單位換算系數(shù)；2)確定各參數(shù)值：原料量（200噸/天）、低位熱值（18MJ/kg）、發(fā)電效率（30%）、換算系數(shù)（1kWh=3.6MJ）；3)注意單位統(tǒng)一：將噸換算為kg；4)代入公式計算即可得出結果。五、論述題提高生物質能在工業(yè)生產(chǎn)中應用規(guī)模的主要途徑包括：（1）技術創(chuàng)新與成本降低：持續(xù)研發(fā)更高效、更經(jīng)濟的生物質轉化技術（如先進的生物煉制技術、低成本催化劑、高效酶制劑等），降低生產(chǎn)成本，提升生物質產(chǎn)品與化石產(chǎn)品的競爭力。（2）優(yōu)化原料供應體系：建立穩(wěn)定、規(guī)?；?、標準化的生物質收集、儲存和運輸體系，降低原料成本和供應風險，提高原料利用效率。（3）完善政策法規(guī)與經(jīng)濟激勵：政府通過制定支持性政策（如補貼、稅收優(yōu)惠、碳交易機制）、制定合理的價格機制、完善基礎設施建設標準等方式，為生物質產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供有力保障。（4）拓展應用領域與市場：大力發(fā)展生物燃料（汽油、柴油、航空煤油）、生物化學品、生物基材料、熱量和電力等多元化應用，開拓國內外市場，形成規(guī)模效應。（5）加強產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同與基礎設施建設：促進生物質能源生產(chǎn)、轉化、應用各環(huán)節(jié)的銜接，推動產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展，完善配套基礎設施（如儲運設施、加注站等）。（6）提升公眾認知與接受度：加強宣傳教育，提高公眾對生物質能源的認識、了解和接受程度，營造良好的社會氛圍。面臨的挑戰(zhàn)主要包括：（1）高昂的初始投資成本：生物質轉化設備，特別是先進技術設備，投資巨大，增加了項目啟動難度。（2）原料供應的不穩(wěn)定性：生物質作為農業(yè)或林業(yè)產(chǎn)品，其產(chǎn)量受自然條件、市場波動、季節(jié)變化等因素影響，供應穩(wěn)定性有時難以保證。（3）經(jīng)濟性仍具挑戰(zhàn)：盡管成本在下降，但與成熟的化石能源相比，部分生物質能源產(chǎn)品的成本仍較高，市場競爭力有待提升。（4）技術瓶頸有待突破：部分轉化技術（如高效纖維素降解、高選擇性催化等）的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性仍需改進。（5）土地資源與糧食安全沖突：部分生物質原料（如糖料作物