生物质能biomass energy

生物质本身具有的能量。生物质为一切生物及其遗体的有机物质，包括植物，动物和微生物三大类，均蕴藏有一定的化学能，即生物能，可为人类利用。
绿色植物利用环境中的二氧化碳和水，吸收太阳能形成碳水化合物和氧气。这一功能称为光合作用，其反应式概括为：

实际上，这是一系列复杂的酶控制反应，除极少数例外，所有有生命的植物都依赖于光合作用。动物不具有光合作用的功能，必须靠采食植物而生存。一部分食肉动物捕食草食动物，因此动物体内的生物化学能首先来源于经光合作用形成的醣分子中所固定的太阳能。
植物获取太阳能时，其转化率有很大的差异，一般植物的转化率小于1%，能源作物可达3%。尽管转化率低，在全世界范围内可获得的生物质能总量是巨大的。据估计，每年通过光合作用固定储存的生物质能是全世界能源消耗量的10倍，但目前被人们利用的只有0.5%。
人类利用生物质能有悠久的历史。在17世纪蒸汽机发明以前，生物质能是人类使用的主要能源。目前人类使用的主要燃料是煤炭、石油和天然气，但生物质能在世界的能耗中仍占14%。很多发展中国家在农村中使用生物质能的比例高达60%以上。中国现阶段，生物质能仍是农户的主要生活燃料。生物质能的开发和利用之所以值得重视，不仅因为这一能量由太阳能转换而来，是一种可再生能源，取之不尽，用之不竭，更因为森林等植物起着调节气候，保持土壤水分，维持生态平衡的重要作用，是人类生存和发展不可缺少的资源。生物质和煤炭比较，一般具有含硫低，灰分少、燃烧容易等优点，但也有体积大、发热量低等弱点。
分类 生物质能种类繁多，可归纳为几类：❶薪材类：木块、木片、刨花、锯屑、树枝、树权、树叶等；
❷农业废弃物：各类秸秆、果壳、果核、玉米穗轴、蔗渣等；
❸水生植物：各种藻类、水葫芦等；
❹油料作物：棉子、篦麻子、乌桕、桐子、油棕、油莎豆、文冠果等；
❺有机物加工废料：各类食品加工厂、屠宰厂、酒厂、造纸厂等生产中排出的废渣废液，以及城市污水，城市垃圾等；
❻粪便：牲畜、家禽等的粪便，也包括人的粪便。
各种生物质含能量由其成分所决定，表1、表2列出常用生物质的成分及其发热量。测定是取样风干后进行的。除油料作物外，一般生物质的发热量仅是煤发热量的1/3～3/4。木材及其树皮的发热值略高于秸秆，约为16 747.2千焦/千克。

表1 常用生物质的成分及发热量

物料种类	工 业 分 析				元 素 分 析						低位发热量 QDW (千焦/千克)
	Wf% （水分）	Af% （灰分）	Vf% （挥发分）	Cf(GD)% （固定碳）	Hf% （氢）	Cf% （碳）	Sf% （硫）	Nf% （氮）	Pf% （磷）	Kf% （钾）
杂草 豆秸 稻草 玉米秆 高粱秆 谷草 麦秸 棉花秆 马粪 羊粪 猪粪 牛粪 杂树叶 杨树叶	5.43 5.10 4.97 4.87 4.71 5.33 4.39 6.78 6.34 6.29 5.76 6.46 11.82 2.34	9.40 3.13 13.86 5.93 8.91 8.95 8.90 3.97 21.85 26.23 8.43 32.4 10.12 13.65	68.77 74.65 65.11 71.45 68.9 66.93 67.36 68.54 58.99 54.76 65.75 48.72 61.73 67.59	16.40 17.12 16.06 17.75 17.48 18.79 19.35 20.71 12.82 12.72 20.03 12.52 16.33 16.42	5.24 5.81 5.06 5.45 5.25 5.17 5.31 5.35 4.64 4.68 5.46 4.68 5.08 5.56	41.00 44.79 38.32 42.17 41.93 41.42 41.28 43.50 37.25 36.70 40.98 32.07 41.14 42.69	0.22 0.11 0.11 0.12 0.10 0.15 0.18 0.20 0.17 0.36 0.25 0.22 0.14 0.43	1.59 0.85 0.63 0.74 0.59 1.04 0.65 0.91 1.40 2.31 3.54 1.41 0.74 1.02	1.68 2.86 0.146 2.60 1.12 1.24 0.33 2.1 1.02 3.29 3.32 1.71 0.52 0.68	13.60 16.33 11.28 13.8 13.6 18.28 20.40 24.7 3.14 3.17 2.74 3.84 3.84 5.63	14 946.876 16 156.861 13 979.725 15 549.775 15 076.666 15 022.238 15 373.929 16 001.949 14 021.593 14 013.219 16 001.949 11 626.743 14 850.579 15 562.335

注：本表摘自中国科学院能源研究所《生物质热量及元素成分的测试报告》。

植物油具有发热量高，便于运输等优点。它可以直接燃烧获得热能，但它燃烧时烟雾大，气味浓，且价格高，大多数还是人类的食用油，因此很少作为燃料。某些作物的废弃物和一些野生油料，如棉子、油棕、油莎豆等则可收集后加以利用。植物油经过化学方法处理可作为柴油的代用油（见生物柴油）。某些树种能直接流出像石油那样的液体燃料，称为石油植物。它们大多属于大戟属植物，如绿玉树、古巴香胶树属等，这是获得生物质能的另一途径。
生物质能的转换 现代工农业生产中要求燃料有较高的单位发热量，便于运输和存放，燃烧时能进行控制等。为此，要把原有生物质进行加工转换，方式主要有：热转换法和生物转换法等。
热转换法有高温干馏和气化法两种，都是将生物质在缺氧条件下进行燃烧，因方式不同，而获得不同的燃料产品。高温干馏可获得如木炭、焦油和低热值的气体燃料。干馏的方法有高压干馏、低压干馏和真空干馏等。气化法主要为获得气体燃料一一氧化碳(CO)，或二氧化碳(CO₂)和氢气(H₂)合成混合气体。用合成混合气体在催化剂作用下可进一步制成液体燃料—木酒精(CH₃OH)，其热值为22 332.391千焦/千克。

表2 几种油料作物的成分及其发热量

类别 脂肪酸	蓖麻油	棉子油	花生油	菜子油	向日葵油
豆蔻酸 棕榈 酸 硬脂酸 花 生酸 山 萮酸 木焦油酸 油 酸 蓖麻酸 芥 酸 亚油 酸 亚麻酸	0 1.18 3.10 0 0 0 4.85 89.6 0 1.27 0	0 28.33 0.89 0 0 0 13.27 0 0 57.51 0	0 11.38 2.39 1.32 2.52 1.23 48.28 0 0 31.95 0.93	0 3.49 0.85 0 0 0 64.4 0 0 22.3 8.23	0 6.08 3.20 0 0 0 16.93 0 0 73.73 0
热 值 (千焦/千克)	37 279.267	39 473.150	39 787.160	39 715.984	39 582.007

注： 本表摘自吴相淦主编《农村能源》。

生物转换法有两种： 一是利用厌氧微生物分解复杂有机物，获得气体燃料一沼气。另一种是将淀粉类谷物或糖类生物质在霉菌和酵母菌作用下经发酵转变为酒精（见燃料酒精）。

生物质能biological energy

从生物质获得的能量。它实质上是一种间接的太阳能。每年仅地球陆、水植物经光合作用生成的生物质能约为全球能耗的3～8倍，目前还很少利用。利用生物质能主要有3个途径：利用生物质残余物，如秸秆、粪便等发酵产生甲烷气；通过种植有能源利用价值的植物；培植水生生物。生物能的产能方式，有直接燃烧，合成液体燃料和生产生物气体。应用最广的是沼气。还可以通过干馏法合成燃气、甲醇或氨气。生物电池、微生物捕捉太阳能等新技术也在发展之中。

生物质能

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生物质能

又称“生物能”。通过自然界叶绿素的光合作用，太阳辐射能转变成化学能并固定在植物中的能量。是农村生活用能的主要能源。参见“生物学”中的“生物能”。

生物质能

参见 《知识经济卷》 中 “生物质能”。

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生物质能

生物质能就是直接或间接通过绿色植物的光合作用，把太阳能转换为化学能的形式，固定和贮藏在生物体内的能量。
众所周知，绿色植物的光合作用，是地球上最重要的、最大规模的太阳能利用和转换过程。正是依靠这种转换过程，地球上约200多万种生物 (植物30多万种，动物150多万种) 的生命活动所必需的食物和能量才能不断地得到供应。
绿色植物的光合作用可以用上式表示：

着能量)+6H₂O+6O₂↑
它包含两个主要转化过程，一个是物质的转化过程，即绿色植物吸收地下的水、无极盐和空气中的二氧化碳，通过叶绿体把这些简单的无机物转化成以淀粉(分子式为〔C6H₁₂O6〕₁₂是许多葡萄糖分子缩合而成的多糖) 为主的复杂的有机物，而这些有机物正是一切动物和人类生存所必需的食物； 另一个是能量的转化过程，把太阳光能转化为贮存在有机物中的化学能，而这些转化储藏的化学能正是一切生物和人类生存所必需的能量和食物。总之，在太阳辐射能的推动下，通过光合作用，把生物界中能量的生产者 （绿色植物）、消费者 (包括食草动物、人和食肉动物) 和分解者 （微生物） 的功能有机地联系起来，完成自然界物质和能量的代谢与循环，使生物不断地生长发育、自我更新、遗传变异、繁衍发展。据估计，每年地球陆地表面植物 (森林、农作物、野生草类等) 和水生植物 (水草、藻类等) 经光合作用生成的生物质产量为1440—1800亿吨 （干重）,1吨干的生物物质可以转换成1.25桶原油或0.26吨标准燃料。就是说地球上每年生物质能的产量大约相当于目前全世界每年消耗的矿物能量的3—8倍。可见生物质能蕴藏量之巨大。
地球上绿色植物包括森林、农作物、野生草类等陆地表面生长的植物和水草、藻类等水生植物，以0.25—5%的能量转换效率，每年把太阳辐射照到地球表面能量的1%左右，主要以碳的形式固定下来。碳是构成有机体的主要元素，占生命物质总量的25%。绿色植物是碳的主要生产者，通过食物链互相转移。植物的根、茎、叶、花、果实的90%以上都是由光合作用产生的有机物 (主要是碳水化合物，也有少数碳氢化合物) 组成。它们中间有的可以直接供人类食用如肉类、蛋类、鱼虾等。地球上30多万种绿色植物是有机的生产者，所有的食物链都是以绿色材料为基础的，动植物呼吸放出大量二氧化碳，动植物死后尸体腐烂并经微生物的分解变成包括二氧化碳在内的简单无机物，煤、石油和干生物质燃烧时产生二氧化碳等。上述两个过程的有机循环结合就完成了自然界里碳的循环。
在碳的循环过程中，也进行着能量的循环。绿色植物通过光合作物制造有机物，也同时把太阳能以化学能的形式贮藏在自己体内。动物以绿色植物为食物，能量也随着有机养料转移到动物体内； 古代生物遗体埋藏在地下，有的形成了煤碳、石油、天然气等矿物燃料，能量也就随之转移到煤炭、石油、天然气里。生物体中含有能量，经过呼吸、体内有机物分解，放出能量，作为生命存在和生理活动的动力； 煤炭、石油、天然气和干生物质的燃烧，动物尸体的分解都释放能量，使能量回到自然界。
生物体内总是含有能量的，这些能量在生命活动中又会以某种方式释放到自然界中。而我们所说的生物质能，主要是指把某生物质作为一种能源 （而不是食物），设法将蕴藏在其中的化学能尽量全部地、集中地释放出来，满足人类对能源 （而不是对食物） 的需求。

生物质能

自然界中有生命的植物提供的能量。这些植物以生物质作为媒介储存太阳能。属再生能源。据计算，生物质储存的能量为270亿千瓦，比目前世界能源消费总量大2倍。人类历史上最早使用的能源是生物质能。19世纪后半期以前，人类利用的能源以薪柴为主。当前较为有效地利用生物质能的方式有： (1) 制取沼气。主要是利用城乡有机垃圾、秸杆、水、人畜粪便，通过厌氧消化产生可燃气体甲烷，供生活、生产之用。(2) 利用生物质制取酒精。当前的世界能源结构中，生物质能所占比重微乎其微。但我国农村的能源消费构成仍以生物质能为主。从现实情况和今后的情况看，生物质能的地位还应予以重视。因为世界上发展中国家的农村，木材砍伐过量，燃料缺乏严重，占世界一半以上的人口面临着第二能源危机，即薪柴危机。靠大量增供煤炭和石油来寻找解决问题的希望是极小的。较为可行的途径之一是利用生物质能。