EnergyChemistry08-010203.ppt
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1、能源化学,第八章 生物质能 Biomass Energy,主要内容,生物质最古老的能源 生物质能资源 生物质能在能源系统中的地位 生物质的利用 生物质发电 “绿色燃油”作物,第八章,第一节 生物质最古老的能源 Biomass the oldest energy,思考题,什么是生物质?什么是生物质能? 生物质资源可分为哪两类? 生物质能的特点? 生物质的组成元素有哪些? 生物质组成物质有哪些? 生物质利用有哪些方法?,1 生物质(Biomass),一切有生命的可以生长的有机物质统称为生物质,主要包括薪柴、农林作物、农作物残渣、动物粪便和生活垃圾等。,Wood Waste,Agricultural
2、,Energy Crops,一切有生命的或失去生命的生物体都是生物质,2 生物质能(Biomass energy),生物质能是以生物质为载体的能量,即蕴藏在生物质中的能量,是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而储存在生物质内部的能量。,生物质能直接或间接地来源于植物的光合作用。,3 光合作用与生物质(photosynthesis),广义上讲,一切生物质都源自于绿色植物的光合作用。光合作用是绿色植物吸收日光能还原二氧化碳并释放氧气的过程,该过程的总反应式为,绿色植物出现前,辐射能尽散失于大气,惟有绿色植物可利用日光能将它吸收的二氧化碳和水合成为有机物碳水化合物,将光能转化为化学能并储存下来。
3、绿色植物是光能转换器和能源之源,碳水化合物是光能储藏库,生物质是光能循环转化的载体,连煤炭、石油和天然气也是地质时代的绿色植物在地质作用影响下转化而成的。,4 生物质资源分类,传统生物质,包括家庭使用的薪柴、木炭和稻草(也包括稻壳)、其他植物性废弃物和动物的粪便。,传统生物能主要在发展中国家使用,广义上包括所有小规模使用的生物能,但也并不总是置于市场之外。第三世界农村烧饭用的薪柴便是其中的典型例子。,现代生物质,由生物质转化成的现代能源载体,如气体燃料、液体燃料或电能,可大规模用来代替常规能源。现代生物质包括工业性的本质废弃物、甘蔗渣(工业性的)、城市废物、生物燃料(包括沼气和能源型作物)。,
4、巴西、瑞典、美国的生物能计划便是这类生物能的例子。,5 植物生物质所含能量的影响因素,品种; 生长周期; 繁殖与种植方法; 收获方法; 抗病抗灾性能; 日照时间与强度; 环境温度与湿度; 雨量; 土壤条件等,6 生物质能的特点优点,资源丰富、分布广泛、廉价易取,低污染:提供低硫燃料;,释放少量二氧化碳,可被植物吸收,做到二氧化碳零排放,可再生:通过自然界的碳循环不断再生,是可再生能源中唯一可以贮存与运输的,生物质能的特点不足,是能量密度较低的低品位能源:热值及热效率低,生物质重量轻,体积大,不易运输,由于风、雨、雪、火等外界因素,对它的保存带来不利条件。,小规模利用,7 生物质组成和结构,生物
5、质的组成元素,生物质的元素组成通常仅指其有机质的元素组成。,一般认为植物生物质主要由碳、氢、氧、氮硫五种元素组成,其中木材主要由碳、氢、氧、氮四种元素组成,它们的含量约为:碳49.5%、氢6.5%、氧43%、氮1%;秸秆主要由碳、氢、氧、氮、硫五种元素组成,它们的含量约为:碳40%46%、氢5%6%、氧43%50%、氮0.6%1.1%、硫0.10.2%。,生物质的组成物质,一般而言,木质纤维素一类的生物质主要有三种聚合体纤维素、半纤维素和木质素以及少量的灰分和提取物组成。,植物生物质基本组成物及石油、煤的碳、氢、氧原子比,碳水化合物,纤维素和半纤维素是由碳水化合物构成的,木质素、淀粉和植物油则
6、是由碳水化合物通过一系列生物化学反应合成的。,碳水化合物分子是由碳和水构成的。,碳水化合物分布广泛,在自然界无处不在。,葡萄糖(C6H12O6)是人们发现的第一个简单的碳水化合物,其组成被认为是“碳水化合物”, H : O = 2 : 1,C6(H2O)6。,碳水化合物依其水解性质可分为三类,碳水化合物,单糖, 多羟基醛或酮,不能再被水解的碳水化合物。 如葡萄糖、果糖等。,特点:白色结晶,一般有甜味,可溶于水。,低聚糖 (寡糖), 水解后能生成210个单糖。以二糖最为 重要。,如 蔗糖 1分子葡萄糖 + 1分子果糖,麦芽糖 2分子葡萄糖,多糖, 水解后生成10个以上的单糖。 如 淀粉、纤维素。
7、,单糖结构,-D-(+)-葡萄糖,-D-(-)-葡萄糖,蔗糖结构,自然界中最 重要的多糖,淀粉 是植物体内储存养分,是我们 人 类的主要食物之一。,纤维素 是木材和许多天然纤维素的 主要成分。,多糖(polysaccharide),纤维素(Cellulose),纤维素在自然界分布很广,是大自然中存量最丰富的碳水化合物 ,广泛分布于棉花(93%)、亚麻(80%)、木材(50%)、竹子、芦苇、稻草、野草等植物中。是构成植物结构的主要物质 。,纤维素的分子式为(C6H10O5)n,分子量在25 200万(随着纤维素来源不同而异),纤维素结构是没有支链的链状分子,分子中的D-葡萄糖是以-1,4-苷键相
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