生物质利用(生物质利用的主要途径)

　　生物质（biomass）是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。生物质能则是太阳能以化学能形式储存在生物质中的能量形式，它一直是人类赖以生存的重要能源之一，是仅次于煤炭、石油、天然气之后第四大能源，在整个能源系统中占有重要的地位。生物质种类繁多，分别具有不同特点和属性，利用技术复杂、多样，纵观国内外生物质利用技术，均是将其转换为固态、液态和气态燃料加以高效利用，主要途径有：[2]

　　1、直接燃烧技术包括户用炉灶燃烧技术，锅炉燃烧技术、生物质与煤的混合燃烧技术，以及与之相关的压缩成型和烘焙技术。

　　2、生物转化技术小型户用沼气池、大中型厌氧消化。

　　3、热化学转化技术包括生物质气化、干馏、快速热解液化技术。

　　4、液化技术包括提炼植物油技术、制取乙醇、甲醇等技术。

　　5、有机垃圾能源化处理技术。

　　生物质利用的主要途径

　　生物质能（biomassenergy）,就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式,即以生物质为载体的能量.它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用,可转化为常规的固态、液态和气态燃料,取之不尽、用之不竭,是一种可再生能源,同时也是唯一一种可再生的碳源.

　　生物质能的利用主要有直接燃烧、热化学转换和生物化学转换等3种途径.生物质的直接燃烧在今后相当长的时间内仍将是我国生物质能利用的主要方式.当前改造热效率仅为10%左右的传统烧柴灶,推广效率可达20%-30%的节柴灶这种技术简单、易于推广、效益明显的节能措施,被国家列为农村新能源建设的重点任务之一.生物质的热化学转换是指在一定的温度和条件下,使生物质汽化、炭化、热解和催化液化,以生产气态燃料、液态燃料和化学物质的技术.生物质的生物化学转换包括有生物质-沼气转换和生物质-乙醇转换等.沼气转化是有机物质在厌氧环境中,通过微生物发酵产生一种以甲烷为主要成分的可燃性混合气体即沼气、乙醇转换是利用糖质、淀粉和纤维素等原料经发酵制成乙醇.

　　生物质利用的绿色化工过程

　　什么是绿色化学

　　一、什么是绿色化学

　　绿色化学又称环境无害化学，与其相对应的技术称为绿色技术、环境友好技术。理想的绿色技术应采用具有一定转化率的高选择性化学反应来生产目的产品，不生成或很少生成副产品或废物，实现或接近废物的“零排放”过程。化学工艺过程中使用无毒无害原料、溶剂和催化剂。

　　绿色意识是人类追求自然完美的一种高级表现，它不把人看成大自然的主宰者，而是看作大自然中的普通一员，追求的是人对大自然的尊重以及人与自然的和谐关系。

　　绿色意识与环保不同，它们属于两个不同层次的概念。通常所说的“环保意识”带有明显的被动状态，带有比较强的功利目的。我们经常谈到环境污染给人类带来多少疾病和多大经济损失等等，实际上还是把人放在与自然相对立的位置上，在这种思想指导下，人们可以去治理和解决一些急迫的污染问题，但对于眼下不对人产生危害而仅仅对自然界产生危害的问题，反应就不那么积极了。只有在以绿色意识为核心谈环保意识的时候，才会有正确持续的产物。

　　绿色意识的发展产物就是绿色科技，绿色科技的范围比绿色化学广得多。所谓绿色科技是指以绿色意识为指导研究与环境兼容、不破坏生态平衡、节约资源和能源的绿色科学和工程技术，它的目标在于研究可持续发展的源头战略问题。

　　由于当今世界主要的环境问题大部分直接与化学反应、化工生产过程及它们的产物有关，因此绿色化学便自然而然地成为绿色科技的重要组成部分。

　　由于以上观点，绿色化学又可定义为以绿色意识为指导，研究和设计对环境负作用尽可能少，在技术和经济上可行的化学和化工生产过程。

　　绿色化学的最大特点在于它是在始端就采用实现污染预防的科学手段，因而过程和终端均为零排放或零污染。显然，绿色化学技术不是去对终端或生产过程的污染进行控制或处理。所以绿色化学技术根本区别于“三废处理”，后者是终端污染控制而不是始端污染的预防。

　　二、绿色化学主要研究问题

　　绿色化学研究的问题当然应该着眼于当前和发展未来并重，就目前来说，主要研究问题共有12个方面（又称12项原则）。

　　（1）从源头制止污染，而不是在末端治理污染。

　　（2）合成方法应具备“原子经济性”原则，即尽量使参加反应过程的原子都进入最终产物。

　　（3）在合成方法中尽量不使用和不产生对人类健康和环境有毒有害的物质。

　　（4）设计具有高使用效益低环境毒性的化学产品。

　　（5）尽量不用溶剂等辅助物质，不得已使用时它们必须是无害的。

　　（6）生产过程应该在温和的温度和压力下进行，而且能耗最低。

　　（7）尽量采用可再生的原料，特别是用生物质代替石油和煤等矿物原料。

　　（8）尽量减少副产品。

　　（9）使用高选择性的催化剂。

　　（10）化学产品在使用完后能降解成无害的物质并且能进入自然生态循环。

　　（11）发展适时分析技术以便监控有害物质的形成。

　　（12）选择参加化学过程的物质，尽量减少发生意外事故的风险。

　　三、绿色化学的任务

　　1、设计安全有效的目标分子

　　要从源头上消除污染，我们必须首先保证我们所需要的物质分子——目标分子是完全有效的，因此，绿色化学的一大关键任务就是设计安全有效的目标分子。

　　设计安全化学品就是利用分子结构与性能的关系和分子控制方法，获得最佳所需功能的分子，且分子的毒性最低。这可以从两方面加以解决：第一，进行分子设计，设计新的安全有效的目标分子。第二，对已有的有效但不安全的分子进行重新设计，使这类分子保留其已有的功效，消除掉不安全的性质，得到改进过的安全有效的分子。

　　2、寻找安全有效的反应原料

　　目前化工生产中经常使用光气、甲醛、氢氰酸、丙烯腈为原料，毒性较大。以光气为例，它本身是一种军用毒气，但它又能与许多有机化合物发生反应，生产出许多种产品。在生产聚氨酯中不用光气作原料是绿色化学产生以来的有名的例子。

　　在用量极大和用处极广的泡沫塑料中，聚氨酯泡沫塑料占的比重最大。它还用于涂料、胶粘剂、合成纤维、合成橡胶。

　　生产聚氨酯的传统工艺是以胺和光气为原料合成异氰酸酯：

　　RNH2+COCl2-→RNCO+2HCl

　　再用RNCO与R′OH反应生成聚氨酯：

　　RNCO+R′OH-→RNHCO2R′

　　这一工艺不仅要使用剧毒的光气为原料，而且产生有害的副产物氯化氢。

　　美国孟山都公司的新工艺用二氧化碳代替光气，CO2与COCl2的不同在于CO2以氧原子代替了COCl2中的氯原子，但又保持了分子中含有CO的成分，所以CO2与胺反应，同样可以生成异氰酸酯：

　　RNH2+CO2-→RNCO+H2O

　　进一步同样可制得聚氨酯：

　　RNCO+R′OH-→RNHCO2R′

　　众所周知，二氧化碳是无毒气体，它对环境的害处是产生温室效应，但在生产聚氨酯工艺中，CO2是被消耗的原料，不会产生温室效应，而且还为地球上消耗减少CO2立了大功。同时，CO2中的CO被消耗以后，剩下的氧与氢结合成水，更是一种无污染的副产物。

　　因此，孟山都公司为聚氨酯设计的新工艺可谓巧妙之极，而设计的指导思想则是绿色化学。为此，1996年，美国政府给孟山都公司颁发了美国总统绿色化学挑战奖。

　　比使用无毒无害原料更先进的方法是使用生物资源为原料。

　　在19世纪中叶，大多数工业有机化学品都来自植物提供的生物质，少数来自动物生物质。工业革命开始采用煤作为化工原料，在发明了从地下抽取石油的便宜方法后，石油就成了主要的化工原料，目前95%以上的有机化学品都是由石油加工而得到的。

　　石油和煤都是不可再生的资源，因此，从考虑人类长远的利益出发，应该考虑用可再生的生物资源来代替不可再生的资源。

　　生物资源主要指生物质，它主要有两类，即淀粉和木质纤维素。玉米、小麦、土豆等是淀粉类的代表。农业废料（如玉料杆、麦苗杆等）、森林废物和草类等是木质纤维素的代表。木质纤维素是地球上最丰富的生物质，每年以1640亿吨的速度在全世界不断再生，但至今人类只利用了其中的1.5%。

　　淀粉和木质纤维素都含有糖类聚合物，从中可提取出蔗糖和葡萄糖就可以作为化工原料，在酶的催化或细菌作用下生产我们需要的化学物质。已二酸生产工艺的改进可以看到利用生物质资源的前景。

　　已二酸是生产尼龙66的原料，也用作增塑剂和润滑剂。已二酸的传统生产工艺是：由苯加氢制得环已烷，环已烷氧化得环已酮和环已醇，再用硝酸将环已酮和环已醇氧化得到已二酸：这一传统工艺的缺点是，所采用的起始原料苯是一种已知的致癌物，副产物中有氮的氧化物。

　　经过改进以后的已二酸绿色合成则用环已烯与过氧化氢直接发生氧化反应：这一过程不再使用苯，过氧化氢也是无毒的氧化剂，反应也不产生有毒副产物，这一反应很符合绿色化学要求，但美中不足的还要用化工产品环已烯为原料。

　　一个更安全清洁的已二酸生产途径又被设计出来了，那就是利用生物质葡萄糖生产已二酸的绿色工艺：显然，这一新工艺是最理想的。

　　生物质利用途径和方法

　　生物质（biomass）是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。生物质能则是太阳能以化学能形式储存在生物质中的能量形式，它一直是人类赖以生存的重要能源之一，是仅次于煤炭、石油、天然气之后第四大能源，在整个能源系统中占有重要的地位。生物质种类繁多，分别具有不同特点和属性，利用技术复杂、多样，纵观国内外生物质利用技术，均是将其转换为固态、液态和气态燃料加以高效利用，主要途径有：[2]1、直接燃烧技术包括户用炉灶燃烧技术，锅炉燃烧技术、生物质与煤的混合燃烧技术，以及与之相关的压缩成型和烘焙技术。2、生物转化技术小型户用沼气池、大中型厌氧消化。3、热化学转化技术包括生物质气化、干馏、快速热解液化技术。4、液化技术包括提炼植物油技术、制取乙醇、甲醇等技术5、有机垃圾能源化处理技术。

　　生物质利用的主要企业

　　可广泛用于汽车、发电及民用燃料等领域。

　　生物质燃料由秸秆、稻草、稻壳、花生壳、玉米芯、油茶壳、棉籽壳等以及“三剩物”经过加工产生的块状环保新能源。

　　中国也十分重视生物能源的开发和利用。20世纪80年代以来，中国政府一直将生物质能源利用技术的研究与应用列为重点科技攻关项目，开展了生物质能利用新技术的研究和开发，使生物质能技术有了进一步提高。中国生物质能的利用主要集中在大中型畜禽场沼气工程技术、秸秆气化集中供气技术和垃圾填埋发电技术等项目，对于生物质能颗粒燃料产品的生产加工与直接燃烧利用的研究还刚刚起步。