生物化学转换的过程及应用介绍

4.1.1 厌氧消化

厌氧消化是一种在缺氧的情况下各种细菌参与有机物分解的生物化学转换方法，可以用来生产含有55%～75%的甲烷和25%～45%二氧化碳（与水的含量有关）的沼气，另外还能产生少量硫化氢，这些要取决于生物质原料以及系统的设计^[1]。生成的气体能量含量通常大约为生物质原料热量值的20%～40%[26]，总的发电效率低（10%～16%，取决于生物质原料）^[14，26]。厌氧消化是一个多功能的过程，可以适用于很多废弃的生物质原料，包括城市固体废弃物，工业废弃物，农业废弃物以及食品生产过程中的废料，家庭和工业污水等高水分含量（80%～90%的水分含量）的生物质^[26]。

家用沼气池的尺寸大约为1m³，大规模的商业化安装的沼气池的尺寸有2000m³。沼气能够直接用来烹饪或者空间加热，或者用作气体涡轮机的燃料。它也可以通过去除气流中的二氧化碳而提纯得到更高质量的气体，像天然气^[4，26]。和任何发电系统使用内燃机作为主要的能源动力一样，来自机油和水冷系统的余热以及废气能够通过一个热电联合系统来回收利用^[26]。大部分生物质原料分解后的残留液体成分可以作为肥料而返回到地面，固体成分可以被用作土壤结构改良剂^[1]。

一种用于厌氧消化和生成沼气的专门形式是垃圾填埋法，厌氧消化过程需几十年的时间。从垃圾填埋场产生的富含甲烷的沼气就是有机物质分解的结果。在许多更大的垃圾填埋场，使用各种天然气发动机来实现垃圾填埋法气体的收集和电力生产，这样的系统已经被证明是赢利的，因此已经得到了广泛使用。它的优点很显著，因为产生的甲烷气体相比那些可能会促进大气中温室气体排放增加的气体来说，是一种更有用的能量载体^[14]。新开的垃圾填埋场，配有一种专门促进厌氧消化作用的装置。在这些新的场地，在废弃物处置前先设计安装好用于气体收集的管道系统。这种收集系统可以优化气体输出，每小时的输出量可以高达1000m^3[4]。(www.xing528.com)

4.1.2 水解和发酵

在许多国家，发酵常在商业中用来从糖类和淀粉类作物以及木质-纤维素等生物质原料中生产乙醇。典型的生产过程是，生物质被放在地下，通过酶将纤维素和半纤维素转化成糖类，随后，糖类通过酵母转化为乙醇。众所周知的生产乙醇的生物质原料是甘蔗，但是也可以使用其他原料，比如小麦和其他谷物，甜菜，菊芋和木材。

生物质的选择很重要，因为原料成本在最终酒精产品的价格中占55%～80%。到目前为止，淀粉基生物质的价格比糖类基生物质的价格要便宜，但是需要额外处理^[1]。像木材和稻草之类的木质纤维材料是现成可用的，但是由于他们存在长链多糖分子，所以处理过程更复杂。因此这些木质纤维生物质原料需要将纤维素和半纤维素进行预处理（酸、酶或热水解）来解聚成单体，随后的处理过程中通过酵母和细菌来进行转换^[16，26]。生物质中的木质素很难发酵的，作为一种副产品，它一般可以用来作为锅炉燃料或者作为其他热化学转换过程中的一种原料^[31]，这些热化学过程可以将残留的生物质转换成其他的燃料或产品。通过蒸馏来纯化乙醇是一种需要消耗大量能源的措施。1t干玉米可以生成将近496L的乙醇。非常规原料的水解技术目前还处在预试验阶段^[26]。