能源化学-生物质能源

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1、生物质能源化学ForestWoodResiduesAgriculturalResiduesEnergyCropsEnergywoodsWaste本章内容生物质能源概述生物质的利用与转化技术生物质的气化生物质液化生物质制氢生物燃料电池生物质能源生物质能利用与转化生物质能源概述Biomass:生物质能源生物质能概述Biologicalmaterialderivedfromliving,orrecentlylivingorganisms.Inthecontextofbiomassforenergythisisoftenus

2、edtomeanplantbasedmaterial,butbiomasscanequallyapplytobothanimalandvegetablederivedmaterial.木材，杂草，藻类;能源植物;有机废弃物;各种农、林废弃物：农作物杆、稻草、谷壳等Biomassvs.fossilfuels生物质能源生物质能概述Thevitaldifferencebetweenbiomassandfossilfuels:timescaleontheformationandusage；Biomassmaintainsac

3、losedcarboncyclewithnonetincreaseinatmosphericCO2levelsWhatisbiomassenergy?生物质能源生物质能概述生物质能是蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能而贮存起来的能量。通过光合作用，植物每年转化约2000亿吨的C02中的碳为碳水化合物，并存储了3ⅹ1013GJ的太阳能，相当于目前世界能源消耗量的10倍左右。CO2+H2O{CH2O}+O2生物质能源光合作用植物水+二氧化碳----->有机体+氧太阳能internallea

4、fstructurechloroplastsoutermembraneinnermembrane光合作用生物质能源生物质能概述光合作用的总过程光化学反应电子传递↓↓太阳光能------→电能-------→活跃化学能（同化力）·h·eATP，NADPH2（光反应）↓CO2＋H2O-----→稳定化学能C6H12O6（暗反应，酶促反应）↓↓↓生物质：n(C6H12O6)光合效率生物质能源生物质能概述光合作用过程中，每分解一个水分子，释放一个O2分子，需转移4个电子，而每个电子的转移要通过两个受激发的色素系统（光系统I

5、&II）接力进行，因而理论上需要8个以上的光量子。每个摩尔的波长为680纳米的红光和波长为420纳米的紫光分别含能180千焦耳和297千焦耳，都形成含热量46.89千焦耳的1摩尔碳水化合物（CH2O），其能量利用率分别为26％和16％。白光包括从380～720纳米的各种波长的光量子，其能量利用率约为20％。这是叶绿素所吸收的光量子的理论最高能量利用率。田间作物植被在光合层建成后的最佳期间，日光能的利用率可达3～4％，整个植物生长季的光能利用率约为1～2％，全球表面平均则为0.1％，能源植物——以提供能源为目的的植物生

6、物质能源生物质能概述糖类能源植物：可直接发酵生产燃料乙醇。如甘蔗、甜高梁、甜菜等。淀粉类能源植物：经水解后发酵生产燃料乙醇。如玉米。薯类作物等。纤维素类能源植物：经水解后发酵生产燃料乙醇；也可转化为气体、液体和固体燃料。如速生林木、芒草等。油料类能源植物：提取油脂后生产生物柴油。如油菜、花生等油料作物。烃类能源植物：提取含烃汁液，产生接近石油成分的燃料。生物质的元素组成生物质能源生物质能概述生物质的物质组成生物质能源生物质能概述纤维素，半纤维素，木质素，水分，挥发分，灰分，类脂物，蛋白质，单糖、淀粉，等等45%5%2

7、5%25%LigninOtherCellulose(Chainsofglucosesugar)Hemicellulose(Chainsofxyloseandarabinoseinhardwoods;mannoseandxyloseinsoftwoods)(Youngcleancoal)生物质主要成分的物质结构生物质能源生物质能概述Lignin:15-25%（由苯基丙烷结构单元通过碳-碳键和氧桥键连接而成的的芳香族聚合物）Cellulose:38-50%（葡萄糖分子通过以β-苷键形式的氧桥键连接而成的聚合物）Hemi

8、cellulose:23-32%（两种或两种以上单糖通过氧桥键连接而成的聚合物）生物质能源、资源的特点生物质能源生物质能概述挥发组分高，易燃，燃烧相对充分；生物质的大部分挥发组分可在400C左右释放出，而煤在800C才释放出30％左右的挥发组分；燃烧过程污染相对低生物质灰分含量低于煤，氮、硫含量通常低于煤；容易气化储量大、分布广泛、易于获得