生物质是人类开发的最古老的可再生能源之一,使用可再生的生物质能来替代化石燃料的想法已经不是新鲜的了。到18世纪中叶,生物质,主要是木材生物质为美国提供了90%的能源和燃料需求。使用生物质作为一种可再生能源的基本概念包括捕获太阳能和周围二氧化碳中的碳供生物质生长,然后将它们转化成其他燃料或者直接被用来作为热能的一种资源或者用来转化成化学物质或化学中间体[3]。它的使用主要基于直接燃烧,这种过程在全球许多地方仍然被广泛使用。同时,不断增加的人口和工业活动导致了对能量更多的需求,在许多地方化石燃料开始取代传统的生物质成为首选的能源。
在1973~1974年的石油危机过后,利用生物质能源和燃料的商业开始稳步地缓慢增加。在过去的10年里,相对于化石燃料价格的增加,生物质的竞争性已经在很大程度上得到提升。燃烧时从生物质中得到的净能量从新木材的8MJ/kg上升到干燥植物的20MJ/kg。甲烷的是55 MJ/kg,煤的是27 MJ/kg[4]。全球范围内,每年由于光合作用可以产生将近224×109t的干生物质[5]。作为一项能源资源,这相当于目前全球一次能源使用量的近10倍[1]。1970年末,美国生物质能占一次能源消费总量的近2%。在1990年,美国一次能源的消费总量达到88.9EJ,各种生物质资源占了其中将近3.3%的比例。到了2000年,生物质能源可以满足一次能源将近23%的需求[3]。根据美国的情况,1990年世界范围内的生物质能源的消费约占总能源消费量的6.7%。在2000年,国际能源署公布的数据显示了可持续能源的使用占全球能源消费的13.8%,其中79.8%为易燃的可再生能源和废物,大部分是生物质[3]。到2000年为止,在全球范围内,40GW基于生物质发电的装备已安装完毕,每年产生0.6EJ的电能;另外200GW的热能生产装置也已安装完毕,每年创造2.5EJ的热能[6]。
目前全球能量供应主要是通过化石燃料的燃烧(产生的能量为388EJ/a),其中核能提供了小部分的能量,为26EJ/a,水力发电提供了28EJ/a,生物质提供了45±10EJ,这使得它成为了一种举足轻重的可再生能源。平均来说,在工业国家生物质能在能量供应总量中的份额不足10%,但在发展中国家,这个比例可以高达20%~30%。在很多国家,生物质能可以满足高达50%~90%的能量需求。在一些比较贫穷的地方这种能量可以应用到日常的衣食住行中[2]。生物质能过去一直和贫困家庭紧密联系在一起,现在生物质能正在逐步变为一种很重要的资源,无论是在工业国家还是在发展中国家。(www.xing528.com)
生物燃料,主要是生物乙醇,是从甘蔗和过剩的玉米和谷物中获得的。全球范围内,从作物油籽中提取的生物柴油可以作为运输燃料提供1.5EJ(1.5%)的能量。全球对运输用生物燃料的兴趣正在不断提高,尤其是欧洲,巴西,北美和亚洲[6,8]。自从2000年以来全球乙醇的生产已经翻倍,生物燃料的生产已经增长了将近3倍。相反的,自从2000年以来原油的产量仅仅增加了7%[9]。在热带地区,从甘蔗中生产的乙醇已经成为一种很有竞争力的生物燃料。从中期来看,乙醇和从木质生物质中合成的高质量燃料与价格为45美元一桶的原油相比,有望具有较强的竞争力[2]。许多国家政策中,生物质能的长期和中短期情景都含有雄心勃勃的具有挑战性的远大目标,在一些工业国家中要使生物质能源占到总能源需求的20%~30%[2]。因此,不但要有可靠的、可持续的生物质供应的运转中的生物经济,而且要有充足的生物质资源和优越的加工能力,也是非常必要的。
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