查字网-字源字典字源网-汉字源流-字源字典-chaziwang.cn

生物质（biomass），根据国际能源机构（IEA）的定义，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。

生物质简介及特点

在各种可再生能源中，由于核能、大型水电具有潜在的生态环境风险，风能和地热等区域性资源制约，大力发展遭到限制和质疑，而生物质能却以遍在性、丰富性、可再生性等特点得到人们认可。生物质的独特性，不仅在于能贮存太阳能，还是一种可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料，煤、石油、天然气等能源实质上也是由生物质能转变而来的。

生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，即一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质。

特点：可再生性。低污染性。广泛分布性。资源丰富。碳中性。

生物质包括植物、动物和微生物。

广义概念：生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。有代表性的生物质如农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便。狭义概念：生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素（简称木质素）、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质。

生物质能是可再生能源的重要组成部分.生物质能的高效开发利用,对解决能源、生态环境问题将起到十分积极的作用.进入20世纪70年代以来,世界各国尤其是经济发达国家都对此高度重视,积极开展生物质能应用技术的研究,并取得许多研究成果,达到工业化应用规模.本文概述了国内外研究和开发进展,涉及到生物质能固化、液化、气化和直接燃烧等研究技术.

生物质含成分

1. 糖类：

   常见的糖类有纤维素、淀粉、麦芽糖和葡萄糖。两个葡萄糖分子之间脱水后，它们的分子就会连到一起，成为淀粉，有利于贮存；更多的葡萄糖分子脱水后聚集起来就形成了一个更大的集团——纤维素，这个物质就相对比较稳定了，自然界中只有某些细菌类（如沼气菌）能把它分解成为淀粉或葡萄糖。有的葡萄糖则被细胞转化为其他物质，参与各种生命活动，在不同的条件下与不同的物质组成为不同的碳框架物质。

   纤维素是分子量最大的糖类，人的消化系统不能将它分解，所以它不能为人体提供能量，但是现代人们研究发现，它有利于肠内有益细菌的生存，能促进肠胃的蠕动，对人体健康有利。自然界中有的细菌能够将它分解成为简单的葡萄糖。

   淀粉是比纤维素简单的糖类，是人类重要的食物和原材料，它在人的口腔里在唾液淀粉酶的作用下，被分解为麦芽糖，所以人在多次咀嚼米粉时，感觉有点甜。它可分解为简单的葡萄糖供人体吸收利用。

   麦芽糖在我们常见的啤酒中含有，它是淀粉分解后的比葡萄糖复杂一些的糖类。

   葡萄糖是最简单的糖类，能够直接为人体细胞所用，在生物体内，和氧反应生成二氧化碳和水，同时释放出能量，为生命活动提供能量。同时，也参与构成细胞，如核糖。

2. 醛类

   一个羰基（C=O）基团和一个氢基（-H）基团，可以组合成为一个新的基团，叫醛基（CHO）基团，有这个基团的物质叫醛，我们相当熟悉的甲醛，碳框架中只有一个碳的醛类，甲醛的重要特点就是它能使蛋白质稳定，具有防腐作用。又是一种重要的化工原料，广泛应用于工业和化妆品行业，同时，过量的非天然甲醛可以致癌。自然界中的甲醛对人体是有益的，如西红柿是很好的抗衰老食品，它里面就含有微量甲醛，这个含量就决定了它清除自由基的特性。植物燃烧不充分时发出的烟中也有甲醛，所以用烟熏过的肉，能够长久保存。在人工心脏瓣膜移植手术中，把牛的心脏瓣膜经过一种醛（叫戊二醛）的处理后，再移植到人的心脏中，可以使人获得健康。甲醛给人类带来的伤害也不少。据美国有关部门统计，全世界每年生产了五十亿磅甲醛。装修材料中超标，化妆品中超标，非法用于食品防腐等事件也常有报导。

3. 酸：

   一个羰基（C=O）基团和一个羟基（-OH）基团，可以组合成为羧基（COOH）基团，有这个基团的物质叫酸，甲酸、乙酸、丙酸、脂肪酸、氨基酸都是与我们的生活有密切关系的“酸”。甲酸又称蚁酸，蜜蜂蜇人时，会向人体注入了一点蚁酸，会引起局部皮肤红肿和疼痛。乙酸就是醋酸，用粮食做的，因为粮食中的淀粉可分解成为葡萄糖，再在一定的条件下转化成食醋。它连在一起的碳框架碳的个数是两个，所以食醋学名叫乙酸；如果连在一起的碳框架碳的个数为三个，叫丙酸，人们熟悉的乳酸就是一种丙酸，葡萄糖在一定条件下还可转化为乳酸，如人体运动时，由于供氧不足，葡萄糖分解不完全，肌肉处会产生大量乳酸，使肌肉感到酸痛；人体对酸都是比较敏感的，会产生不舒服的反映。只有胃中有盐酸，保持强酸性。如果碳框架中的碳的个数是多个，并且是首尾相接的排成一列的，就统称为脂肪酸；如果再结合一个氨基，就成为大家熟悉的氨基酸。这些酸是人体不可缺少的营养物质。从人体对酸的反应可以知道，现代人们通过高脂肪高蛋白食物，人体摄入了大量的脂肪酸和氨基酸，就形成了酸性体质。

4. 醇

   葡萄糖在一定的条件下还可以变成醇，醇是碳框架中含有羟基（-OH）的物质，如乙醇，就是酒精，在自然界中，熟透的水果可能有酒精的味道，就是葡萄糖变成了乙醇的原因，酿酒就是利用了这一变化。自然界中很多醇都有特殊的香味，现在人们常说的植物精油，有些就是醇。

   陆地上的动植物都要保持水分，保持水分离不开一种物质，叫“甘油”，它与酒精乙醇是同一个家族的，叫丙三醇，都有（OH）集团，只是甘油碳框架的每个碳原子上都有（OH）基团，所以才叫“丙三醇”。甘油是食品加工业中通常使用的甜味剂和保湿剂，大多出现在运动食品和代乳品中。由于甘油可以增加人体组织中的水分含量，所以可以增加高热环境下人体的运动能力。也是一种重要的化工原料，它和硝酸可以变成“硝酸甘油”，是一种烈性能炸药，同时，也是一种良药，硝酸甘油还常用作强心剂和抗心绞痛药。

   曾经报导的齐二药事件中，就涉及了一种醇，叫二甘醇，它与丙三醇（甘油）一样能保持水份，曾在牙膏和化妆品和工业中广泛代替甘油使用，齐二药事件后，说明这两种醇在人体内的代谢结果是完全不同的，国家也禁止了在牙膏中用“二甘醇”代替“丙三醇”。那些肾衰竭而去世的受害者，是他们的牺牲，让更多的人们免受了“二甘醇”的危害。

5. 酯：

   生物体内的酸和醇会生成酯，广泛存在于自然界，例如乙酸和乙醇可以生成乙酸乙酯，在酒、食醋和某些水果中就有这种特殊的香味的物质，所以陈年的老酒和老醋都十分香；乙酸异戊酯存在于香蕉、梨等水果中；苯甲酸甲酯存在于丁香油中；水杨酸甲酯存在于冬青油中。脂肪酸的甘油酯是动植物油脂的主要成分；酯是蜡的主要成分。

   三条脂肪酸链与甘油组合，形成甘油三酸脂，就是一种脂肪类物质，我们平时食用的油，它们的成份都是甘油三酸脂，它们经人体消化后，被分解成为甘油和脂肪酸，被人体吸收。胆固醇、维生素D和生物体内的很多激素如性激素都是脂肪类物质。

   人体的皮肤分泌的皮脂，也是一种酯，它能保护和滋润我们的皮肤，并具有一种独特的体香味；有些动物能分泌特殊的酯类，如麝能分泌的麝香。天然的酯类大多对人体有益，并具有特殊的香味，人们从中提取出的植物精油和香精，大多都是酯。

   构成酯的脂肪酸链越长，这种酯就不再是液体油了，而成了固体蜡；脂肪链越长，分子量越大，就成了树脂，如松香、桐油和天然橡胶等，这些都是天然树脂。人类根据这个自然规律，做出了各种各样的人工树脂和高分子材料，如人们熟悉的聚氨脂树脂和丙烯酸树脂，做成了各种塑料制品。它们都无法或很难被大自然中的生物所分解，给生态环境造成了巨大的影响，如二恶英，白色污染。

6. 苯

   还有一种叫“苯”的物质也广泛存在于生物体内，它的碳框架结构为六个碳围成一个环，叫“苯环”，含有这种“苯环”的物质，大多有特殊的香味，被称为“芳香族”物质，在脂肪酸一类物质中，碳没有形成环状，被称为“脂肪族”物质。大多数围成了环的碳框架物质对人体都是有害的，它能使蛋白质沉淀变性，如甲苯，三聚氢胺这些都是有“环”的物质，会对人体造成伤害。

   我们已经知道有些酯也有香味，有些醇也有香味，有香味的酯和醇一般对人体是有益的。所有芳香族物质，虽然也有香味，可由于“苯环”的存在，一般对人体都是有害的。这两类不同的香味物质，价格和作用都相差很大，在市场经济的今天，肯定有人用便宜的有害的芳香族人工香料混到昂贵的有害的天然香料中，这提醒人们在消费时注意。

7. 酚：

   植物体内的“苯环”如果和一个羟基（-OH）集团组合起来，那就不是醇，而是“酚”了，在自然界中广泛存在于植物的树皮和果实，是单宁的主要组分，它能使植物的花和果实显示各种不同的颜色，也是许多染料的主要组成成份。酚类物质能和氨基结合，使蛋白质稳定，适量的酚类物质对人体有利。如现代人们常提到的“茶多酚”“花青素”等有抗氧化作用能清除“自由基”的物质，就是这类物质。自然界中存在的天然的酚，对人体是有益的。

   通过化学方法从石油中提炼的苯类酚类等物质，多半能使人致病，如绝大多数染料中有这个苯环，前几年欧美提出某些染料可以致癌，列出一些禁用的染料，他们的人不能用这些致癌物质。所以有些专家提出不染色的内衣对健康有利，各种彩棉制品也开始流行，反映出人们对环保和健康的重视。

8. 胺：

   胺在自然界中分布很广，其中大多数是由氨基酸脱羧生成的。工业制备胺类的方法多是由氨与醇或卤代烷反应制得，产物为各级胺的混合物，分馏后得到纯品。由醛、酮在氨存在下催化还原也可得到相应的胺。工业上也常由硝基化合物、腈、酰胺或含氮杂环化合物催化还原制取胺类化合物。

   胺的用途很广。最早发展起来的染料工业就是以苯胺为基础的。有些胺是维持生命活动所必需的，但也有些对生命十分有害，不少胺类化合物有致癌作用，尤其是芳香胺，如萘胺、联苯胺等。

   胺中氮原子的结构，很像氨分子中的氮原子，是以三个sp杂化轨道与氢或烃基相连接,组成一个棱锥体,留下一个sp3杂化轨道由孤电子对占据。

生物质利用技术

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：

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。

生物质利用现状

中国对生物质能源利用极为重视，己连续在四个国家五年计划将生物质能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技术的研究与开发，如户用沼气池、节柴炕灶、薪炭林、大中型沼气工程、生物质压块成型、气化与气化发电、生物质液体燃料等，取得了多项优秀成果。政策方面，2005年2月28日，第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议通过了《可再生能源法》，2006年1月1日起已经正式实施，并于2006年陆续出台了相应的配套措施。这表明中国政府已在法律上明确了可再生能源包括生物质能在现代能源中的地位，并在政策上给予了巨大优惠支持。2007年，国家发展与改革委员会制订的《中国对应气候变化国家方案》确认，2010年后每年将通过发展生物质能源减少温室气体排放0.3亿吨CO2当量。因此，中国生物质能发展前景和投资前景极为广阔。

中国已经开发出多种固态填充床和流化床气化炉，以秸秆、木屑、稻壳、树枝为原料生产燃气。2006年用于木材和农副产品烘干的有800多台，村镇级秸秆气化集中供气系统近600处，年生产生物质燃气2,000万立方米。

近年来，中国生物油技术的开发取得较大进展。2013年4月24日，中国成功地进行了首次1号生物航空煤油飞机试飞。这使中国成为继美国、法国和芬兰之后，第四个拥有这项技术的国家。该技术以生物质或废弃食用油为原料，通过转化和提纯制造航空煤油等高附加值产品。它不仅在技术上可行，也为解决所谓“地沟油”回流餐桌的问题提供了新的技术途径。目前面临的成本问题有望在大规模量产时逐步解决。

总体而言，中国生物质能源技术的发展和市场发育还不够完善，生物质能利用技术的整体技术水平与发达国家还有差距，市场亟需规范。但随着环保立法的加强和技术进步，生物质能源行业将会得到快速发展。

生物质种类

依据来源的不同，可以将适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便等五大类。

1. 林业资源

   林业生物质资源是指森林生长和林业生产过程提供生物质能的生物质能源，包括薪炭林、在森林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、树叶和木屑等;木材采运和加工过程中的枝丫、锯末、木屑、梢头、板皮和截头等;林业副产品的废弃物，如果壳和果核等。

2. 农业资源

   农业生物质能资源是指农业作物(包括能源作物);农业生产过程中的废弃物，如农作物收获时残留在农田内的农作物秸秆(玉米秸、高粱秸、麦秸、稻草、豆秸和棉秆等);农业加工业的废弃物，如农业生产过程中剩余的稻壳等。能源植物泛指各种用以提供能源的植物，通常包括草本能源作物、油料作物、制取碳氢化合物植物和水生植物等几类。

3. 污水废水

   生活污水主要由城镇居民生活、商业和服务业的各种排水组成，如冷却水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水、粪便污水等。工业有机废水主要是酒精、酿酒、制糖、食品、制药、造纸及屠宰等行业生产过程中排出的废水等，其中都富含有机物。

4. 固体废物

   城市固体废物主要是由城镇居民生活垃圾，商业、服务业垃圾和少量建筑业垃圾等固体废物构成。其组成成分比较复杂，受当地居民的平均生活水平、能源消费结构、城镇建设、自然条件、传统习惯以及季节变化等因素影响。

5. 畜禽粪便

   畜禽粪便是畜禽排泄物的总称，它是其他形态生物质(主要是粮食、农作物秸秆和牧草等)的转化形式，包括畜禽排出的粪便、尿及其与垫草的混合物。