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全球生物质能资源评价

2016-01-11 14:19来源:中国新能源网作者:闫强关键词:固体废物生物质能资源农业有机废弃物收藏点赞

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3生物质的热值

碳是生物质中最重要的元素,含量多少决定着热值高低,也即决定着生物质作为能源来开发的品质。1kg碳完全燃烧可释放出33.915MJ的热量,燃烧后生成二氧化碳或一氧化碳。纯碳不易燃烧,含碳量越高燃点越高,点火越难,生物质的碳含量比煤炭少得多,因此更易点燃和燃尽。氢在生物质中常以碳氢化合物形式存在,含量越多,越容易燃烧,燃烧的结果是水蒸气。1kg氢燃烧释放出的热量,高位热值为142.3MJ,低位热值为119.7MJ。硫是一种有害物质,1kg硫燃烧释放出9.21MJ的热量,生成二氧化硫或三氧化硫,然后进一步与水蒸气发生化学反应生成亚硫酸或硫酸,危害植物生长。磷和钾都可燃,燃烧后释放出热量并分别生成植物生长所需要的磷肥和钾肥。氮和氧都是不可燃元素,会因吸热而降低燃料的发热量,氧在热解期间被释放出来以部分满足燃烧过程中对氧的需求。

即使在空气中干燥,生物质的水分含量也有15%~20%,水分含量的高低与生物质的热值密切相关。大多数生物质的热值范围为15~19GJ/t,远低于煤炭的29GJ/t,石油的42GJ/t,天然气的55GJ/t(表3)。生物质的平均能量密度较低,热值约相当于标准煤的一半左右,可近似把2个单位质量的生物质折算成1个单位质量的标准煤。大部分生物质原料比煤炭更易气化、反应和点火,因此更易发生热化学反应,用于热值更高燃料的生产。生物质灰分含量低于大部分煤炭,硫的含量远低于化石燃料,燃烧后对环境的污染明显小于石油和煤炭。


4生物质能的资源保障性分析

4.1生物质资源总量

植物进行光合作用所消耗的能量占地球所接收太阳总辐射量的0.2%,因光合作用效率较低,所吸收的太阳能最终只有少部分转化为生物质。世界全部生物质存量约为1.9万亿t,陆地与海洋合计平均最低更替率为11年,可以计算出每年新产生的生物质约为1700亿 t,折算成标准煤850亿t或油当量600亿t,约相当于2007年全球一次能源供应总量的5倍(表4)。生物质产量与气候、温度、降水量、土壤、海陆位置等多种原因密切相关。一般来说,温度越高、降水量越大,生物质产量就越高,例如,热带雨林地区的平均净初级生产率达2.2kg/(m2˙年),是地球上生物质生产率最高的生态系统类型。地球陆地面积仅相当于地球总面积的29%,但陆地的生物质产量占地球全部生物质产量的比重为68%,远高于海洋所占的比重

4.2耕地的生物质能资源潜力

森林每年所产生的生物质约占全球陆地生物质年产量的2/3,其次是草原和草地,约占1/5,而耕地上所生产的生物质仅占8%。目前,商业化的生物燃料生产技术还处于第一代,原料基本来自于耕地上所生产的农作物,主要有生产乙醇的玉米(美国)、甘蔗(巴西)、甜菜(欧洲)、小麦(欧洲),生产生物柴油的油菜籽(欧洲)、大豆(美国、法国)、油棕(东南亚)等,其中以玉米、甘蔗和油菜籽为原料所生产的生物燃料占80%以上。2006年,全球耕地面积为1635万km2,上述7种作物的种植面积为500多万km2,其中,玉米、甘蔗和油菜籽合计为193万km2。


3种最重要生物质原料的生物燃料生产率分别为:玉米1.4toe/(hm2˙年),甘蔗4.8toe/(hm2˙年),油菜籽1toe/(hm2˙ 年)(表5)。如果把这3种农作物全部用于生物燃料的生产,每年的产量加起来为3.3亿toe,仅相当于2007年全球原油产量的8%,或全球一次能源供应量的2.7%。如果将上述所列7种农作物全部用于生物燃料的生产,每年的合计产量为6.8亿toe,仅相当于2007年全球原油产量的17%,或全球一次能源供应量的5.8%。人类所生产的粮油首先应该满足食用的需要,真正可供人类作为能源开发利用的粮食和油料是非常有限的。因此,充分利用森林资源、宜林宜农边际土地资源及海洋水域资源等非耕地土地资源,研发不需要消耗粮油的纤维素乙醇等新一代生物燃料技术是生物质能未来发展方向。

原标题:全球生物质能资源评价
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