生物能源 - 生物质生产

有机材料被转化为可用的形式，称为生物能源。能源生产过程中使用的材料称为原料。

为了更好地了解生物质，我们将首先探索各种来源。

生物质生产是指有机质数量的增加。它是在给定区域或人群中添加有机物。生物质被认为是可再生能源，因为它会随着植物和动物的生长而得到补充。

有两种生产形式 -

初级生产是指植物通过光合作用产生能量。产生的多余能量被储存起来，并增加到生态系统中的总生物量。初级生产可以根据给定年份的森林覆盖总量来估算。
二次生产是有机物作为机体组织被生物体吸收的过程。它包括动物的摄入，即喂食，无论是其他动物还是植物。它还涉及微生物对有机物的分解。二次产量可按每年生产的肉类总量来估算。

尽管生物量可以衡量为给定环境中存活和死亡的生物体的质量，但产量更难以估计。尽管部分额外的生物量可能已通过自然过程被替换，但只能估计为体积的增加。

直接燃烧供热

直接燃烧产生热量是自最早的文明以来将生物质转化为能源的最古老的方法。热化学转化（燃烧）可以使用不同的原料以多种方式实现。

生物质发电机使用从植物油中提取的柴油来为柴油发电机提供燃料。发电机燃烧有机柴油产生能量来发电。

除了单独燃烧外，生物质还可以与其他化石燃料混合燃烧来产生能源。这称为共烧。

各种类型的燃烧是 -

热解是加工生物燃料的另一种形式，在无氧的高温下燃烧，这可能会导致完全燃烧。这会导致不可逆的物理和化学变化。不存在氧化或卤化过程会产生非常致密的生物燃料，可用于燃烧、共燃或转化为气体。

缓慢热解发生在 400oC 左右。这是制造固体木炭的过程。
快速热解发生在 450oC 至 600oC 之间，产生有机气体、热解蒸气和木炭。蒸气通过冷凝处理成液体形式作为生物油。此操作必须在 1 秒内完成，以防止进一步反应。所得液体是深棕色液体，其密度比木材生物质高，并且具有相同的能量含量。

生物油具有许多优点。它更容易运输、燃烧和储存。许多种原料可以通过热解加工生产生物油。

下图解释了通过热解将生物燃料的能量转化为可用形式的过程。

酒精发酵是将糖转化为纤维素的过程。该过程产生副产品乙醇和二氧化碳。该过程被认为是厌氧的，因为它是在没有氧气的情况下发生的。除了烘烤面包和制造酒精饮料外，这个过程还生产酒精燃料。酒精发酵的化学式由下式给出 -

$C_{6}H_{12}O_{6}+酵母\longrightarrow\:2C_{2}H_{5}OH+2CO_{2}$

甘蔗是该过程的主要原料，尤其是在干燥环境中。温带地区使用玉米或糖块。

该产品有以下应用 -

厌氧消化是在没有氧气的情况下分解有机物产生沼气的生物过程。产酸细菌和产乙酸菌等微生物将可生物降解的物质转化为沼气。它不仅是一种能源，也是一种废物沉积方法和环境保护技术。

这种产生二氧化碳和甲烷的转化的主要方程如下 -

$C_{6}H_{12}O_{6}\longrightarrow\:3CO_{2}+3CH_{4}$

分步过程解释如下 -