生物能源的缺点

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生物能源的缺点范文第1篇

关键词：可再生能源；发电；电网调度；影响；对策

新经济时代讲求可持续发展，能源是给予经济发展腾飞的动力源泉。可再生能源的开发和利用有效的实现了经济的可持续发展，且可再生能源已被广泛应用于能源发电事业发展中，给我国电力行业的发展带来了新的给予和新的活力，但同时，也使我国电网调度运行面临着严峻的形势和新的挑战。

1.可再生能源发电特点概述

可再生能源主要包括：风能、水能、生物能、太阳能、海洋能、地热能等非化石能源，在上述能源中，水源属于常规能源，其他的则都被归为新能源范畴之列。这些可再生能源具有其共同优点，即蕴藏量大、分布范围广、可以再生、没有污染。与此同时也存在着一些局限性，如能源的密度较低且不稳定、地区能源的差异性较大等。对可再生能源的优缺点进行分析和了解后，将其于电网相结合，能够使之更好的发挥其优势，促进电网的运行，其发电运行特点主要表现在以下几个方面。

（1）在装机容量上，水能发电的装机容量为60MW及以下；风能发电的装机容量约为5000KW左右，低于国际标准7500KW；太阳能的光伏发电的装机容量走在最前线，已突破千瓦级。生物能和海洋能及地热能还未普遍应用进发电事业中。但是，在湖南怀化某生物质能发电公司已建成生物能发电站，其试验装机容量已达5000KW。

（2）在发电稳定性上，水能发电的能力会随着雨量的变化而具有不稳定性，再加之气候的影响，即丰水期和枯水期的季节性变化，使水能发电的可用水量具有不确定性；风能发电由于我国地区差异较大，有些地区一年四季都鲜少有大量可用风量的进入，而且我国目前对风量的收集和控制技术有限，使得风能发电仍需要电网来支撑，其稳定性比水能发电的稳定性还低；太阳能发电受日照照射量和日照强度的影响，使太阳能的发电功率无法满足工业大量用电的稳定性需求。

（3）在调频调压上，常规能源发电的调频调压在其电网调度运行中发挥着重要的作用，可再生能源受能源机组容量的影响，其调节控制能力非常有限，主要依靠电阻通过参数变化对电网运行进行有效的稳定【1】。

（4）具有明显的地区差异性。如在我国中东部水资源较为集中，其水能发电被普遍开发和应用；而风能资源在中西部地区比较丰富，因此我国、青海等低采用风能发电的企业较多；潮汐能源主要分布在河口、海湾等地形地貌处，因此潮汐能发电在藏南、滇西等低较为常见。

（5）可再生能源发电能够远离电网独立运行，太阳能和风能是最普遍最广泛的自然资源、生物能常常可以就地取材，基于这些特点，电网在每个不同的地区可以建立独立的供电系统，是发电能够远离电网独立运行。

2.可再生能源发电对电网调度运行的影响

自我国发展改革委员会颁布《可再生能源长期发展规划》后，可再生能源利用会在2020年到达顶峰或全盛时期，加之可再生能源逐渐占领发电市场的大部份额，对电网运行调度的影响将日益明显。

（1）并网造成电网的冲击。可再生能源发电的机组容量小，通常采用异步发电机，其主要作用是通过励磁装置进行电流瞬间并网，虽加强了电力的快速运输，但同时会出现高于额定电流5～6倍的冲击电流，削弱电网强度并对其造成冲击。

（2）影响电网系统的稳定性。电网的最大功能是储备电能容量会让调节电流负载，可再生能源的发电都是一个独立运行的小型电网，无法对其进行进行及时有效的控制。例如风力发电常受风速影响，风速大时其发电量会超出额定电压自动退出并网系统，从而使电压的稳定性出现波动。

（3）对电能质量的影响。可再生能源发电具有随机性，因为天气状态不可控。因此其产生的电能常常出现频率波动、电压忽高忽低、电压闪变或跌落等现象，使电能质量无法有效保障。例如，家庭用电中常出现灯泡明暗程度不稳，就是由于上述因素的影响。

（4）对保护设备的影响。可再生能源在发电过程中常需借助异步发电机，而异步发电机在提供高效检测数据的同时，会对发电机组造成频繁性的摩擦而对设备造成破坏性影响。

3.基于可再生能源发电对提高电网调度运行的对策研究

为加强可再生能源发电与电网调度运行的协调，必须作出有效的提高电网调度运行的有效对策：①以法律观念为基准，进行依法调度。例如，法律和经济手段对电网运行调度进行干预，定期深入电力市场，了解市场行情，制定紧跟时代步伐的可再生能源的管理制度和办法。②对可再生能源的接入容量进行科学合理的规划，及具体操作方法为：对可再生能源的装机容量作负荷水平、电源备用容量、电能指标等的参数控制，使大小电流、电源有效融合，且协调发展，创造电网运行的物质环境。③加快电网建设的进程，电网作为电力运输的强大后盾，提供着接入、调峰、消纳等支撑。其具体方案有：使用交流输电技术（FACTS），其主要作用是为串流和静电作缺失性的补偿，同时对电网进行分层和分区，根据区域电流强弱对不同层面和区域进行回输电，加强电流的紧凑性输入与输出【2】。④研发新型吸纳技术，提高可再生能源的并网性能。吸纳技术主要应对可再生能源发电带来的不稳定性，其主要可以提高电力元器件的运行性能，对发电机组的发电频率有效规范。再次，作用于励磁调整期发电功率、去效补偿电容，向电网输送无障碍电流，加强电网的稳定性、扩大风电机组并网的允许容量。

结束语

综上所述，可再生能源发电是解决我国电力紧张状况的有效途径，全面了解可再生能源发电对电网运行的影响，积极做出有效的应对战略，方能保证电网调度的有效运行，促进我国电力实业的发展。

参考文献：

生物能源的缺点范文第2篇

关键词：纤维素原料；纤维素酶；预处理；水解；发酵；生物能源乙醇；精馏和脱水；产业化

长期以来我国能源生产以煤炭、石油、天然气等化石能源为主，不仅消耗了大量的自然资源，而且对环境造成了严重污染。根据国家统计局的中国统计年鉴的数据显示，2003年能源生产总量为1．7亿t标准煤，2012年为3．3亿t标准煤，增幅达93％，我国迫切需要一种可再生能源来代替化石能源。在美国、巴西及欧洲已形成新的可再生能源－燃料乙醇产业。随着粮食价格的不断上涨，土地资源日益紧张，以粮食为原料的生物液体燃料技术发展前景并不乐观。而木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源，发展纤维素生物乙醇成为我国和其他能源发达国家的必然选择。木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源，以其作为原料生产生物乙醇是最具发展前景的生产路线，利用现代化生物技术手段开发以纤维素为原料的生物能源，已成为当今世界发达国家能源战略的重要内容。

1纤维素乙醇主要技术

路线纤维素乙醇的工艺技术路线主要包括预处理、水解、发酵、蒸馏脱水等几大环节。其中关键步骤是酶水解，该过程具有反应条件温和、过程可操纵性、对环境友好等优点。

1．1纤维素原料的预处理方法

目前，纤维素原料的预处理方法可分为物理法、化学法、物理化学相结合法以及生物法等。

1．1．1物理法

常见的物理法预处理技术包括机械粉碎法、高温热水处理法、微波辐射、射线处理等等，该类处理方法操作简单，无环境污染，但需要较高的动力，其耗能约占糖化总过程耗能的60％以上。机械粉碎法：用振动磨等物理外力将纤维素原料进行粉碎处理，可以破坏木质素和半纤维素与纤维素之间的结合层，但是木质素仍然会被保留，其结果降低三者的聚合度，改变纤维素的结晶构造。该处理方法可提高反应性能和提高糖化率，保证酶解过程中纤维素酶或木质素酶发挥作用。高温热水处理法：即酸催化的自水解反应，原理就是在高温（200℃以上）且压力高于同温度下饱和蒸汽压时，使用高温液态水去除部分木质素及全部半纤维素，但高温作用会使产物有所损失，并产生一些有机酸等次级代谢产物抑制酶解与发酵过程。按照水与底物的进料顺序不同，可分为以下3种，即流动水注入、水与物料相对进料及两者平行进料，这3种方式都是利用沸水的高介电常数去溶解所有的半纤维素和1／3～2／3的木质素，但反应需要的pH值要求较高，一般控制在4～7之间，来减少副作用。

1．1．2化学法

稀酸预处理和浓酸预处理：浓酸具有腐蚀性，生产过后需要回收，因此大大增加了成本，所以稀酸水解应用的范围广，稀酸水解一般是在高温高压下进行，稀酸能够断裂纤维素内部的氢键，使得纤维素易水解且提高木聚糖到木糖的转化率，虽然该方法较其他方法比较而言有很高的转化率，但是据Selig等研究表示，在高温条件下（如140℃处理时），在纤维素表面可能会形成一些木质素与碳水化合物复合物形成的球状液滴。碱预处理技术：该方法原理是破坏木质素和碳水化合物之间的连接，破坏生物质的结晶区，使木质素溶于碱液从而促进水解的进行。常用的碱包括Ca（OH）2和氨水等。Chen等采用价格便宜的Ca（OH）2处理TK－9芒草秸秆半纤维素，其水解率大于59．8％，木质素的去除率为40．1％。Kim等发现利用NH4OH、在60℃条件下、采用1∶7的料液比处理废弃秸秆9h可以去除70％～80％的木质素，若酶用量充足，可以将所有的纤维素水解掉。

1．1．3物理化学方法

氨冷冻爆破法：类似于蒸汽爆破法，其区别之处在于氨处理对设备的要求和所需的能耗降低，在蒸煮的过程中加入氨，同时还要注意氨的有效回收，其原理是液氨在50～80℃、1．5MPa条件下，采用物理方法，将压力骤降，使液氨蒸发，使木质素晶体爆裂，破坏木质素与糖类的连接，脱去部分木质素，使得木质素的结构得以破坏，增加纤维素表面积和酶解的可及度。随后向系统加入固液混合物，经过蒸发的氨通过压缩可以得到有效回收。Alizadeh等采用柳枝为原料，将葡聚糖的转化率从20％提高到90％，木质纤维素原料的酶解速率得到较大提高，另外该方法避免了酶的降解，无干扰抑制物的产生，因此处理过后无需处理。

1．1．4生物方法

自然界中有多种能够分解木质素的微生物，其中分解能力最强的是木腐菌，包括3种：百腐菌、软腐菌、褐腐菌。百腐菌能分泌胞外氧化酶包括漆酶、过氧化酶、锰过氧化酶等，因此百腐菌是自然界最主要的木质素降解菌，这些木质素降解酶能有效、彻底地将木质素降解成为水和二氧化碳。

1．2发酵酶解

发酵酶解技术是木质素生产纤维素乙醇技术的关键，国内研究人员经过多年的探索，取得了较好的进展，如生产成本下降，生产工艺流程简化。酶解发酵主要将五碳糖或六碳糖经过微生物发酵同时转化为乙醇。利用木质纤维素原料生物转化乙醇主要有4种途径：分步水解和发酵（SHF）、同步糖化发酵（SSF）、同步糖化共发酵（SSCF）和直接微生物转化（DMC）。

1．2．1分步水解和发酵（SHF）

分步水解和发酵的原理是，2个过程独立进行，其优点就是各步能在各自适宜的温度下（50～55℃酶解，35～340℃发酵）进行，有利于反应完全，纤维素酶首先将纤维素原料水解，再将得到的C5或C6分别发酵生产乙醇，也可共发酵产乙醇，该途径最大的缺点就是酶解过程中的水解产物积累会抑制酶的活性，导致水解不彻底。世界上第一座纤维素乙醇示范装置是加拿大Iogen公司于2004年在渥太华建立的，该公司以纤维素为原料利用SHF工艺，固液分离水解糖，利用工程菌生产乙醇，产能1800t／年。瑞典的O－Vik公司以木屑为原料采用SHF工艺建立的乙醇厂，成本只有0．46欧元。美国的Verenium则以甘蔗渣为原料，采用稀酸水解，采用基因工程大肠杆菌发酵生产乙醇，1t干生物质年产100加仑乙醇。

1．2．2同步糖化发酵（SSF）

同步糖化和发酵，即在同一个反应容器里，纤维素酶解与葡萄糖的乙醇发酵同时进行，微生物能直接利用酶解产生的糖，这样避免了对纤维素酶的反馈抑制作用，SSF是目前生产乙醇最主要的方式，国内外的中试装置上基本都采用此方法，主要代表就是瑞典Lund大学，采用木屑为原料，利用工程酵母发酵，其原料转化率可达90％，提高乙醇产量。在生产过程中，原料在经过预处理之后，加入纤维素酶和酵母共发酵，不能被酶解的木质素则被分离出来，通过再利用提供能量，通过乙醇蒸馏工艺进行回收。

1．2．3同步糖化共发酵（SSCF）

SSCF法是SSF法的改进，最主要的优势在于对戊糖的利用。半纤维素中含有丰富的戊糖，如木聚糖、阿拉伯聚糖，在SSF法中大量戊糖并未能转化成乙醇；如果在发酵过程中接种能够将戊糖转化为乙醇的微生物，将大大提高发酵液中最终乙醇含量。Su等研究发现，利用重组的Zymomonasmobilis发酵玉米秸秆，在SSCF法中，当葡萄糖存在时，缩短了木糖的发酵时间；但葡萄糖与木糖会竞争相同的膜转运蛋白，而且蛋白优先转运葡萄糖，在培养基中葡萄糖含量降低到一定程度后，菌种才开始利用木糖进行发酵。现阶段SSCF法采用混合菌种发酵居多，在下一步研究过程中，应开发能够同时利用戊糖和己糖发酵产乙醇的新菌种。

1．2．4直接微生物转化（DMC）

直接微生物转化又称为统合生物工艺，即原料中木质纤维素成分通过某些能够产生纤维素酶的微生物群生产乙醇的工艺，同时该微生物还能利用发酵糖生产乙醇，这就要求该种微生物同时具有以下3个步骤：产纤维素酶、酶解纤维素、发酵产乙醇。目前，研究最多的就是粗糙脉孢菌和尖镰孢菌这2种真菌，该菌有独立的纤维素酶生产，在有氧和半通氧2种状态下，分别产水解后的底物和发酵糖为乙醇，方法简便，和普遍使用的SSF相比，无需额外酶的加入，能够同时利用五碳糖或六碳糖，具有很广的应用前景。Mascoma公司利用酵母和细菌共同完成产生纤维素酶和发酵产乙醇的工艺步骤，酶生产单元大大减少，在中试装置上使用该技术，降低了成本，减少了费用。

1．3精馏和脱水技术

精馏和脱水技术主要是提纯产物乙醇，其工艺类似于淀粉燃料乙醇的生产过程。精馏和脱水技术可以借鉴淀粉质原料燃料乙醇生产工艺中已经发展成熟的工业化技术，木质纤维素类原料发酵液中乙醇浓度比较低，一般情况下均在5％以下，致使精馏操作能耗高。有研究者建议，在木质纤维素水解液乙醇发酵工艺中耦合渗透蒸发技术来提高进入精馏系统发酵液中乙醇浓度，但是渗透蒸发系统本身的动力消耗也比较大，而且渗透蒸发所用的透醇膜容易被菌体污染的问题也很突出。

2纤维素乙醇发展展望

2．1纤维素乙醇产业化发展的局限

目前，木质纤维素类生物质制备生物乙醇因其在生产、能耗和政策支持3个方面存在问题，不能实现大范围的工业化生产。生产技术方面存在工艺流程和预处理技术2个方面的限制，能源利用率存在成本和产出之比高低问题，以及存在政府是否颁布相应的支持条例的问题。首先，从原料上来看，木质纤维素由于自身坚固的细胞壁结构和难以水解的结晶纤维素，使得生产燃料乙醇需要较高的成本费用，其次，从生产工艺流程来看，制备燃料乙醇要经过预处理、酶解、发酵等过程，在预处理过程中，不同的处理方法针对不同的原料有不同的处理效果，虽然对燃料乙醇提供了有力的支持，但是也存在不同程度的局限之处。在水解和发酵方面，一般采用的技术工艺是分步水解和发酵（SHF）、同步糖化发酵（SSF）、同步糖化共发酵（SSCF）和直接微生物转化（DMC）。分步水解和发酵的反应特点是纤维素水解和水解液发酵可以在不同的反应容器中进行，所以两者可以选择适宜条件。其缺点在于，水解产物糖对纤维素酶有反馈抑制作用，使水解不完全，同时在转移产物过程中，由于在不同容器中进行，易造成微生物污染。而SSF则与此相反，在酶水解糖化纤维素的同时加入能产生乙醇的纤维素发酵菌，使两者在同一装置中连续进行，工艺大大简化，又能消除底物葡萄糖对纤维素酶的反馈抑制作用。但是也存在局限因素，如木糖的抑制作用、酶解温度和发酵温度不一致等。研究最多的假丝酵母菌、管囊酵母菌能够将木糖转化为乙醇，解决此难题。同步糖化共发酵（SSCF）是由该方法衍生出的新工艺，同样具有广阔应用前景。中国科学院生化工程国家重点实验室陈洪章等在了解了SSF法之后，提出秸秆分层多级转化液体燃料的新构想，在秸秆不经过添加化学药品的低压爆理之后，采用发酵－分离乙醇耦合系统，多级转化燃料乙醇和生物油，降低成本费用和酶的用量，简化生产工艺，提高酶解效率。

2．2纤维素乙醇产业化发展的趋势目前，国外纤维素乙醇产业化研究正进入一个关键时期，中国在这方面也有很好的基础，为了更快地实现产业化，应当吸取国外石油化工的实践经验，坚持生物精炼和乙醇联产的创新模式，促使纤维素乙醇实现产业化。该模式即实现原料的充分利用和产品价值最大化，就是所谓的“吃干榨净”，具体含义指利用玉米生产燃料乙醇，还能生产相关产品，如玉米油、高果糖浆、蛋白粉、蛋白饲料和其他系列产品，这样既提升了纤维素乙醇经济附加值，又能取得良好的经济和社会效益，一举两得。燃料乙醇将很快进入全球的成品油市场，在替代汽油供应方面发挥不可替代的作用。

在未来几年，随着中国对石油进口依赖度加深，扩大国内燃料乙醇产能已经成为必需。但是由于粮食生产乙醇的工艺不适合我国采用，因此，纤维素乙醇研究已经成为目前研究工作的重点。纤维素乙醇研究工作涉及物理、生物工程、化学等多个领域，为了早日实现纤维素乙醇产业化，应当提出相应的发展战略，首先，应该制定生物质能源产业的国家和地方的发展战略，政府应采取鼓励政策继续加大科研资金投入；其次，利用己糖发酵菌种的构建及木质纤维原料生物量全利用等方面来提升纤维素乙醇的经济效益：最后，要建立工业示范装置，为纤维素乙醇产业发展提供实践经验。纤维素乙醇作为主要的生物能源，应加快以纤维素乙醇为核心的综合技术的开发，整合多方力量，实现优势互补，使其在我国能源结构转变中发挥重要的作用。

参考文献：

［1］阮文彬，丁长河，张玲．纤维素乙醇生产工艺研究进展［J］．粮食与油脂，2015，28（11）：20－24．

［2］闫莉，吕惠生，张敏华．纤维素乙醇生产技术及产业化进展［J］．酿酒科技，2013（10）：80－84，89．

生物能源的缺点范文第3篇

自从2008经济危机以来，绿色经济和可持续发展战略得到了空前的关注。绿色经济能够保证自然环境和资源的可持续性，同时保证经济增长和发展。当前流行的凯恩斯主义和相关刺激经济的方案可以实现经济的绿色增长，这些方案依赖于低碳科技的发展。很多国家以此为契机调整国家战略及相关的政策，从而实现向低碳经济的转型，同时以绿色经济为手段来解决环境、经济、社会等各方面的挑战。然而，在技术发展层面之外，政策上的努力和期望依然不清晰。协调绿色经济、能源系统、社会制度依然是当前的主要挑战。如何评价绿色经济的政策效果依然存在争议。

向绿色能源经济的转型需要更大的动力和对经济结构的彻底转变。尽管在一些领域有了进展，现有的政策和战略仍然不足以解决绿色能源经济面临的世界性问题。这些问题说明人类社会产生了过多无用的绿色能源政策和低碳科技，但同时也加强了我们对绿色能源经济转变相关政策的效果、用途、复杂性的理解。

总的来说，我们需要更强的领导力、更积极的政治环境、缜密的评估、有效的多层管理、国内国外合作、经济与能源系统整合等来应对向绿色能源经济转型遇到的众多难题。本文研究的目的是总结绿色能源技术的最新进展，为国家绿色能源经济和可持续发展转型提供最新的技术支持。

2纳米技术在能量储存方面的应用

能量储存无疑是21世纪最大的挑战之一。为了应对现代社会的需要和日益突出的生态问题，对于新型的、低廉的、环保的能量转换和储存设备需求紧迫，促使了这个领域研究发展迅速。这些设备的性能与其本身使用材料的性质密切相关。而近几年，纳米结构的材料因其非同寻常的机械、电学、光学性质而备受瞩目。认识到纳米材料在能量转换和储存中的优缺点，以及如何控制它们的性质和合成同样至关重要。锂离子电池是当今材料电化学的一大成功。然而，依靠现有的电极和电解质材料，电池的性能已经达到极限。为了突破这个极限，其中一条可行的思路就是运用纳米材料。

使用纳米级的传统阴极材料有很多缺点，但是阴极依然有进步的空间。一种有关硅纳米柱的方法已经在阴极材料中运用；另一种由五氧化二钒或者LiMn2O4形成的微纤维纳米结构也有上述硅材料的优点：兼顾体积改变并允许高的反应速度。再者，二级纳米阳极材料与二级纳米阴极材料的研究工作也在同时进行。传统观念认为，为了使可充电锂离子电池中可以快速而可逆地充上电，必须在电极上使用嵌入化合物，并且嵌入过程必须是单相的。但是现在出现了很多反例：即使反应中有相转变，锂离子的嵌入反应仍然很快。除此之外，LiFePO4的例子也表明了纳米电极材料的优势。纳米结构扩展了阴极材料的范围。

锂离子电池的进步也同样依赖于电解质的发展。固体聚合物电解质是目前最有前景的材料，因为它们生产过程简单、形状和大小可控、能量密度高，并且可以实现电池全固态。然而其在室温下很低的离子电导性依然是技术的瓶颈。晶化的聚合物电解质以前被认为是绝缘体，但是最近的研究表明有些复合物有显著增加的导电性。现有材料的电导性还不足以达到实际应用的水平，但是这些材料为进一步的提高开拓了新思路。

总的来说，把材料从正常大小变为纳米级会显著改变它们的性质，自然也就会改变它们作为能量储存和转换设备材料的性能。有时唯一的影响就是简单改变粒子大小而产生；而对于具有特殊结构的纳米材料，情况可能更为复杂。由粒子更小引起的空间限制和表面积改变会影响材料的很多性质，这使我们更迫切地需要发展新的理论或者改进现有体相材料的理论。这是材料化学和表面科学的交叉学科，这两个学科对于研究纳米材料都很重要。

3高效太阳能电池的商业化前景

利用太阳能来生产电能是解决世界能源问题最好的办法之一。然而，为了与传统能源竞争，太阳能电池本身必须足够可靠和价格相对低廉。有几种类型的太阳能电池被广泛研究，包括晶圆、薄膜、有机太阳能电池，并在太阳能电池的可靠性、成本效益方面取得了巨大成功。成本效益可以理解为更少的材料和更高的转化效率。

图12014年光伏产业各材料占比情况

在光伏产业中，薄膜电池公司发展迅速；2001～2009年，100家公司进入了此领域，能量产值从14MW上升到2141MW。在长期发展中，如果薄膜光伏技术的效率和可靠性够高，它被预测会超过晶体硅技术。然而与之相对的情况是，投资者担心晶体硅的发展会压制薄膜技术（如图1所示）。薄膜技术在2009年开始衰落，因为它比晶体硅更贵，效率和可靠性更低。在其市场占额减小的情况下，一个不争的事实是：目前薄膜技术没有成功替代晶体硅，但是它在炎热的阳光地带仍然有很大的优势。具有更好温度系数和合适转化效率的薄膜电池在一些极端环境下确实好于晶体硅电池。

4生物能和废物处理系统

由于全球性的污染和人为活动，水在某些地区非常稀缺。对清洁水源的需求和人们对环境的重视导致了循环水的使用量增加。因此，混合废水处理系统等先进有效的处理技术在近些年得到了广泛关注。由于对全球的环境和能源问题的持续关注，可持续和环保的新型废水处理技术都得到了发展。因此，很多机构的工作重心都放在了研究高效节能的混合处理系统上。某些先进的混合技术，例如微生物燃料电池，甚至可以从废水中生产能量。

一个混合能源系统通常有两个或两个以上的能量源一起使用来节省燃料和提高系统效率。而在混合废水处理系统中，大多数可以被概括为两种或两种以上单元的组合：生物处理单元、化学处理单元、物理处理单元。选择何种混合系统取决于废水中的成分。生物处理经常用于清除有机物、氮化物和磷化物；物理处理通常用于除去悬浮物一类的物质；化学处理一般处理金属离子。大多数废水含有多种物质，因此需要用混合系统来彻底的净化。

（1）物理-生物混合系统可以在含有悬浮物、油污、有机和无机杂质的废水中运用。最常见的例子包括膜生物反应器（MBR）：一种结合生物降解法和膜过滤法的反应器。这种反应器可以降低化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、氨氮含量（NH3-N）。MBR的優势有：可以处理有机物含量大的废水，提高净水效率，延长固体停留时间使硝化反应更完全。

（2）物理-化学混合系统用于富含悬浮物、油污、浑浊、有害离子的污水中。常见的物理-化学混合系统包括：

1）化学凝聚和沉降——用药品来使废水中的微小颗粒凝聚为大颗粒，然后用物理方法除去。

2）吸附——大比表面积的活性炭可以吸附很多物质。例如，吸附-絮凝-溶气气浮混合法可以除去水中大部分的油污。

3）臭氧化——种常见的用臭氧来杀菌和氧化有机物的方法。例如，将臭氧化-吸附混合系统加入自养除氮步骤中可以显著提高除氮效率。

4）混合除盐法——它将可逆电渗析（RED）和可逆渗透法（RO）结合在一起。在除盐过程中，RED利用盐浓度梯度发电，两者的结合可以大大减少能量消耗。

（3）化学-生物系统通常用于除去氮、磷、难处理的毒性有机物等。带有氧化功能的混合系统可以在短时间内降低废水毒性，并且增加其生物可降解性。而微生物燃料电池可以把有机废物转化为电能，在处理系统中使用它可以增加净水效率并降低处理成本。

（4）当废水中的污染物种类很多时，就要用到物理-化学-生物混合系统。例如，薄膜-絮凝-吸附-生物反应器（MCABR）可以有效除去有机物。其中有四种机理：膜过滤、微生物降解、聚氯化铝沉降、活性炭吸附。

5结语

总的来说，绿色能源技术已经得到长足发展，但仍有很大提高空间。固氧燃料电池是一种较成熟的能源轉换技术，其转换效率比热机高并且污染小。出于对成本和运行环境的考虑，某些情况下的固氧燃料电池需要相对低的运行温度。在不懈的研究工作下，某些电池的运行温度已经可以达到600℃以下，而且通过改进加工工艺和研究新的电解质材料可以进一步降低运行温度，从而达到400℃～500℃的更低温。未来几年内，低温固氧燃料电池及其材料仍会备受瞩目，并且其商业化的趋势会更显著。

除了能量转换，研究低廉环保的能量储存装置也是绿色能源的一大重点。锂离子电池是一大成功，然而为了突破现有性能的瓶颈，人们开始关注纳米材料。纳米材料具有非同寻常的性质，它在某些情况下被证明可以提高电池性能，而且扩展了可用材料的范围。然而人们对纳米反应动力学机理的了解还是很少，这个领域仍然有很多工作要做。为了实现更大的发展，我们需要发展新的材料和反应理论。

从长远来看，解决能源危机的最好方案之一是使用太阳能。对于薄膜太阳能电池，其中的CIGS和碲化镉电池都已经达到了很好的转化效率，然而相关元素低产量仍然限制了大规模商业化。有关新型薄膜光伏电池的研究也在进行中。尽管薄膜太阳能电池可能在市场配额上可能无法超过晶体硅电池，但是在特殊环境下薄膜太阳能电池有着无与伦比的优势。

出于对水资源稀缺的考虑，节能高效的混合污水处理技术近年来得到了广泛关注。由于成本和能源问题，未来的混合系统趋势将是从废水中提取生物能或者通过盐梯发电，因此我们需要在微生物燃料电池与RED研究方面付出更大努力。

生物能源的缺点范文第4篇

关键词：能源；汽车 动力系统；发展取向

中图分类号：TE0文献标识码：A文章编号：1672-3198（2008）01-0274-01

1 中国石油能源现状

（1）人均能源拥有量低、储备量低 我国能源相对稀缺，人均能源资源量远低于世界平均水平。

（2）我国石油消费总体呈上升趋势。

2005年，我国石油表观消费量为3.2亿吨。2006年全球石油消费只增长了0.7%，但中国石油消费量增长近6.7%，接近过去10年的平均增长率。07年上半年，中国经济的高速增长推动了石油产量和消费量的双双攀升，预计全年石油表观消费量将达到3.7亿吨。根据分析，到2020年我国石油消费量将达到5．2－5．5亿吨。

下图为1978年－2007年我国石油年度消费量。

（3）中国石油对外依存度不断攀升。

近10年来，中国石油消费量年均增长率达到7％左右，而国内石油供应年增长率仅为1．7％。这种供求矛盾使中国自1993年成为石油净进口国之后，2004年对外依存度迅速达到42％。2005－2020年期间，国内石油天然气产量远远不能满足需求，且供需缺口越来越大。主要表现在：受国内石油资源的限制，2010年中国石油进口量将达到2－2．4亿吨，2020年将增加到3．2－3．6亿吨，而成为世界第一大油品进口国。2010年后，中国石油对外依存度将超过60％，到2020年石油对外依存度将达到70％左右。

2 汽车对石油的消耗与依赖分析

（1）汽车保有量的快速上升，导致我国对石油的需求大增。

截止2007年6月，中国机动车保有量为152,807,598辆。其中，汽车53,558,098辆，摩托车83,548,340辆，挂车800,345辆，上道路行驶的拖拉机14,880,466辆，其他机动车20,349辆。汽车耗油约占整个石油消费量的1/3，预计2020年中国汽车保有量将达1.5亿辆，石油消费比例将上升到57%。这些汽车将需要每天增加200万至300万桶石油供应。

（2）石油的替代能源状况不容乐观。

对于汽车工业来说，替代能源的前途的确不可乐观。一段时间，人们寄希望于核能、太阳能和风能等替代能源。然而，实际上，核能利用同样需要石油，虽然产生同样数量的功率，核能利用使用的石油量小；核能利用伴随着巨大危险，而且处理核废弃物也是尚未解决的难题；核能利用需要建设核反应堆（站），要保证燃料的供给和运输，比煤能利用需要使用更多的能源，并且处理放射性物质也需要大量能源。如果想让核能利用更加安全，就需要使用比使用煤能多几倍的能源，而且其能源大部分要依靠石油。与石油能源相比，太阳能和风能利用的瓶颈是能源密度低、效率差，无法保证稳定供能。所以人们都认为它不可能成为主要能源。而且太阳能和风力能利用所需要的设备非常庞大，在制造这些设备时同样需要耗费大量能源。

3 能源动力系统发展的战略选择

在能源压力下，我国必须把低能耗与新能源汽车和氢能及燃料电池技术列入优先主题和前沿技术。

（1）节能汽车。

优化现有以石油和内燃机为基础的车用能源动力系统，发展节能汽车，重点发展直喷式内燃机及其混合动力系统。

（2）混合动力汽车。

混合动力汽车是介于内燃机汽车和电动汽车之间的一种形式，能够兼顾降低燃油消耗和减少排放污染。混合动力技术为汽车动力系统的转型奠定了基础平台，是联结现有汽车节能环保技术与新能源汽车技术之间的桥梁。

（3）电动车。

除了短期内可见利润的先进柴油车和混合动力汽车之外，电动车的发展前途也为多数业内人士所看好。电动车包括燃料电池汽车和纯电动车两种。

（4）汽车清洁代用燃料技术。

因此如何在后石油时代，针对我国自然条件和能源资源特色，逐步改变汽车能源结构，发展汽车清洁代用燃料，在发动机上实现高效、低污染的燃烧，控制汽车发动机有害排放对我国城市大气质量带来的日趋严重的影响，已成为我国能源与环境研究中的一个十分重大和紧迫的研究课题。本文介绍了国内外各种汽车清洁代用燃料及其技术发展趋势。

①液化石油气和天然气。

天然气（NG）和液化石油气（LPG）由于具有低的污染物排放被认为是内燃机的较理想代用燃料，已经被成功地应用于汽油机。

作为车用燃料LPG的主要成份是丙烷、丁烷和少量烯烃和戊烷。LPG辛烷值较高，燃料费比酒精、汽油、柴油等便宜，CO、NOx等有害排放量低于汽油机排放，基本上消除黑烟和颗粒物(PM)，发动机工作噪音低。天然气的主要成份是甲烷(一般为83%～99%)及少量其他烃类和CO2等。天然气具有较高的辛烷值，抗爆性能好，与汽油相比，燃烧更完全。天然气汽车因为其良好的排放特性及丰富的储量而成为各种代用燃料汽车的首选。

②氢气。

氢气(H2)作为汽车燃料，氢气辛烷值高，发动机热效率高，发动机可在空气过量系数(λ)较大的范围内稳定燃烧，点火能量低，不到汽油最低点火能量的1/10，且氢燃料的火焰传播速度快，低温下易起动，其燃烧生成物主要是水和NOx，不产生HC、CO和碳烟排放。 但在发动机上使用还有回火、早燃、燃烧控制等问题尚待解决。

氢的主要缺点是储运性能很差，氢的沸点为-253℃，以液态方式储存时成本高，不适宜长期储存。氢的制取原料有天然气、煤、水。从水制取氢有电解法、热化学法、光解法及微生物法。至今这些制氢方法的成本及能耗都较高、难以进行大规模制氢用于车用燃料，因此氢气必须在解决降低生产成本、储存运输等难题后，才能走向实用。

③醇类燃料。

醇类燃料甲醇和乙醇，具有辛烷值高、汽化潜热大、热值较低等特点。作为汽车燃料，醇类燃料自身含氧，在发动机燃烧中可提高氧燃比，CO和HC的排放较汽油和柴油的低，几乎无碳烟排放；另外，由于汽化潜热高，可降低进气温度，提高充气效率，使最高燃烧温度低，发动机的NOx排放较低。

④二甲醚。

二甲醚(Dimethyl ether)，简称DME，是一种含氧燃料，它无毒性，常温常压下为气态，常温时可在五个大气压下液化，具有与液化石油气相似的物性。二甲醚无C-C链，其十六烷值大于55，具有优良的压燃性，非常适合于压燃式发动机，用作为柴油机的代用燃料。

⑤生物燃料。

生物能源的缺点范文第5篇

其实，北方草地上的牛羊粪是一种重要资源，它可以肥田肥地，还是制造沼气不可缺少的原料，这些都是人们熟知的常识。除此以外，牛羊粪还是牧民生活离不开的燃料，在古代还是建筑的材料和防敌的武器，这些知识，就未必是常人所知了。

牧民的生活燃料

内蒙古牧民特别热情好客，每有客人来访，都要烧煮奶茶接待客人。所谓奶茶是把茶叶放入牛奶中加水煮沸，既有牛奶的甘甜，又有茶叶的清香，是内蒙古牧民离不开的饮品。在庐帐正中挖一椭圆形深坑，四周放置石块，将圆底锅架在上面，这就是烧煮奶茶的炉灶。这种炉灶早在数千年前就出现了，考古学家称之为“火塘”，至今西南一些少数民族地区，仍使用火塘烧饭。以前的野外考察人员，也常常拾取干树枝，用这种办法蒸煮食物。不过牧民所使用的燃料，不是树枝干柴，而是一大块一大块的干牛羊粪。其燃烧力很强，用不了多长时间就可以将奶茶煮沸，煮牛羊肉也是如此。

令人奇怪的是牛羊粪燃烧时，几乎闻不到什么异味，所留下的灰烬也不多，说明燃烧得很彻底。为什么牛羊粪没有异味呢?原来草地上的牛羊吃的是纯净的青草，不吃粮食，故而草原上的牛羊肉不膻，粪不臭：而内地饲养牛羊是以粮食作为补充饲料的，牛羊肉有强烈的膻味。也是由于这种原因，内蒙古的牛羊肉在北京市场上特别畅销，内地的牛羊肉很难与之竞争。

草原城镇也烧牛羊粪

不但草地上的牧民用牛羊粪作为燃料，草原城镇居民也多以牛羊粪为生活燃料，甚至像海拉尔、呼和浩特这样的大城市也不例外。在海拉尔旧城区和呼和浩特旧城区的茶馆、饭馆，多半以牛羊粪为燃料。在20世纪70年代，可以看到茶馆、饭馆旁边有牛羊粪堆，许多牛车、马车满载牛羊粪沿街叫卖，与围观的居民讨价还价，可说是草原城市特殊的一景。牛羊粪是论车买卖的，按照车载的体积计费，属于一种比较原始的买卖方式。

在城镇中使用牛羊粪略有改进，有的住户将牛羊粪与煤粉掺和在一起，做成一块块似煤非煤、似粪非粪的燃料。据当地居民介绍，这种做法有许多好处：煤饼中含有牛羊粪易于点燃，粪饼中有了煤粉，可以持续燃烧，燃烧力更强一些。

牛羊圈

许多人认为，牧民作为生活燃料的牛羊粪，是从草地上一块一块拾取的，实际上并非如此。牛羊粪是从牛羊圈清理出来的。牛羊从草地上放牧归来，要进入圈中休息，久而久之在圈中形成了厚厚的粪层。牧民每隔一段时间便把牛羊粪清理一次，将清理出来的牛羊粪用铁锹切成小碎块，有如煤坯一般，然后堆积起来晒干。草原气候干燥多风，用不了多长时间粪块就彻底风干，成为可以燃烧的燃料了。每个牧民家庭都有大大小小的粪垛，粪垛的大小成为牲畜多少的象征，也成为蒙古牧民的特殊风俗。

20世纪的蒙古牧民，普遍用火塘烧饭取暖。现在则有了很大的变化，富裕起来的牧民，多购买城市中的铁皮炉子，代替了昔日的火塘，但是依然以牛羊粪作为燃料。在东乌珠穆沁旗，有许多牧民修建了宽大的砖瓦房，房内安装了比较先进的暖气装置，用锅炉烧水，暖气片散热。其锅炉是特制的，炉门稍大一些，以便于大块的牛羊粪投入。由于牧民家庭饲养的牛羊多在10。O头以上，牛羊粪的产量很高，有充足的能源，故能采用热效率比较高的暖气设施。

马矢涂

汉代为了防御匈奴的侵袭在西北地区修筑了许多边防工程，其中有长城、城堡、烽燧等等。其墙体有的是夯土版筑，有的是采用墼筑。墼就是今日所说的土坯。用土坯筑墙要比夯土版筑容易一些，但缺点是会留下缝隙。西北地区季风强烈，大风会钻入缝隙之中产生破坏作用，称作风蚀，会导致墙体坍塌毁坏，为此古人想出了一个办法，即在墙面上涂抹草泥，防止风蚀破坏的发生。草泥是以泥中有草屑得名，草屑可以增强墙皮的整体性，防止其皲裂脱落。草屑的功用，与今日水泥浇铸中的钢筋相似。

用于搅拌泥浆的草屑，不是一般的草，而是牛马的粪便。在汉代简牍中，被称作“马矢涂”，“马矢”即马屎。“马矢涂”的墙壁干了以后，有的呈白色，有的呈土红色。草泥不仅用于涂抹城墙，也用于涂抹房墙，故汉简中常见有“草涂内屋”、“涂内地”的记载。

涂墙的草泥用马粪，是有科学道理的。和泥的草屑必须短小柔软，现割的野草很难达到要求。马不是反刍类动物，所食的野草在胃肠中不能完全消化吸收，有一部分残渣要排出体外，因此马粪中有较多的草屑。经过马的咀嚼，牧草变成短小柔软的细屑，最适于草泥使用，因而马粪成为草泥最方便最理想的原料。

古代城防用粪

古代人想出了许多办法加强城防御敌，牲畜的粪便也派上了用场。当敌人冲到城墙底下时，若从城上撒下灰尘，使敌人的眼睛眯住看不清目标，敌人自然就会撤出战斗。可以眯眼睛的材料很多，战国时候的《墨子》一书，记载可用的材料有“灰、糠、枇、麸、马矢”，“皆谨收藏之”。其中，“马矢”即马粪。将马矢列为可以眯眼的材料。应当用的是细小颗粒的粪粉。

宋朝人曾公亮编写的《武经总要》一书记载，在守城时要“收城内粪秽，用水调稀，顺风浇污攻城敌人。”城内粪秽大概既有牲畜之粪，也有人的粪便。

环境保护

用马粪涂墙，用粪便眯住敌人的眼睛，古代虽曾有之，但在科技发达的今日却不具有现实意义了。不过蒙古牧民以牛羊粪作为生活燃料，却很值得重视和思考。