可再生能源

前言

眾所周知，火的使用和工具的發(fā)明開啟了人類使用能源和材料的歷史進程，促進了人類的進化，推動了人類文明進步。時至今日，能源和材料已成為人類生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎，決定著人類文明的發(fā)展方向。它們的發(fā)展給全球經(jīng)濟、政治以及精神文化帶來了前所未有的變革，也使全球的生態(tài)環(huán)境傷痕累累。開發(fā)綠色能源，發(fā)明新型材料，建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會已迫在眉睫。    2012年，中國將啟動《國家能源發(fā)展戰(zhàn)略》編制工作，提出我國能源發(fā)展的總體方略和戰(zhàn)略規(guī)劃。但是，目前市場上還沒有一套詳細介紹新能源、新材料方面內(nèi)容的高新技術科普叢書。為了引導讀者，特別是廣大青少年更好地認識和了解新能源和新材料，明確我國的能源現(xiàn)狀和材料科學的創(chuàng)新成果，增強開發(fā)高新技術的意識，激發(fā)他們?yōu)楦咝录夹g事業(yè)奉獻的信心和決心，培養(yǎng)他們的民族自信心和創(chuàng)新精神。向青少年普及新能源和新材料的相關知識和發(fā)展動態(tài)，必將吸引和鼓勵更多青少年熱愛科學，獻身科學，積極投身能源和材料事業(yè)，發(fā)明更多低碳、綠色的新型材料，使我國能源結構合理，為創(chuàng)造我們可持續(xù)發(fā)展的綠色家園做出更大的貢獻。    “高新技術科普叢書”，由國內(nèi)知名材料學專家、西北師范大學博士生導師莫尊理教授擔任叢書總主編，西北師范大學等高校的教授、博士生導師擔任編委，叢書各冊的作者均為相關領域的專家、學者。他們熱愛科學、朝氣蓬勃、學風嚴謹、勤奮探索，以真摯的情感和對人類社會持續(xù)發(fā)展的使命感，用樸實而又不失優(yōu)美的文筆嚴肅認真地編撰了本套叢書。    本套叢書作為新材料、新能源的科普讀物，宗旨鮮明，風格獨特，系統(tǒng)性強，認真探討了人類與能源材料和諧的發(fā)展歷程和方向。與一般科普讀物相比，具有如下鮮明的特點：一是內(nèi)容豐富時代感強，本叢書共18個分冊，緊扣當前能源、材料發(fā)展的困境，以新能源、新材料方面最新的研究成果及翔實的資料為基礎，用通俗易懂的文字分別敘述了與人類生存、發(fā)展最密切的各種新能源和新材料，構成了一個完整的知識體系。另外，本套叢書多視角，多層次、全方位介紹了材料和能源領域的基礎知識和發(fā)展動態(tài)，深入淺出地展示了材料和能源的發(fā)展腳步?！渡裢◤V大的第三金屬》《新材料的寵兒：稀土》向你展示第三金屬和稀土的魅力；《高新科技的特種鋼》《取之不盡的太陽能》《持續(xù)不斷的風電新能源》《可再生能源：生物質(zhì)能》《又愛又恨是核能》《待開發(fā)的地熱能》《清潔能源：氫能》《未來無害新能源可燃冰》《無限豐富的海洋能》讓你盡情領略能源的豐饒和開發(fā)前景；《異彩紛呈的功能膜》《節(jié)能減排的新動力電池》《無處不在的碳纖維》《遨游太空的航天材料》《改變世界的信息材料》《比人聰明的智能材料》《神奇的人體修復材料》向你呈現(xiàn)新型材料的發(fā)展動態(tài)以及帶給我們生活的變化。二是時尚流行的編創(chuàng)，本叢書語言流暢、深入淺出，配有大量精美的圖片，圖文并茂、通俗易懂，加上擴充知識面的小百科，使讀者朋友全面了解新材料、新能源并享受著它們帶來的無限魅力。    20世紀80年代以來，人們逐步認識到必須永續(xù)利用地球資源，改善地球的生態(tài)環(huán)境才能實現(xiàn)人類的可持續(xù)發(fā)展。我們應統(tǒng)一規(guī)劃、合理開發(fā)能源，積極開發(fā)新能源、新材料，促進人類與自然界的和諧共處與協(xié)調(diào)發(fā)展。希望這套凝聚著策劃者、組織者、編撰者、設計者、編輯者等工作者辛勤汗水和心血的“高新科技科普叢書”能給那些熱愛科學，倡導低碳、綠色、可持續(xù)發(fā)展的人們以驚喜和收獲，并對我國的能源和材料事業(yè)做出貢獻。衷心祝愿應時代所需而出版的高新科技科普叢書能得到讀者的青睞。    薛群基    中國工程院院士    2012年3月

內(nèi)容概要

《可再生能源:生物質(zhì)能》作為新材料、新能源的科普讀物，宗旨鮮明，風格獨特，系統(tǒng)性強，認真探討了人類與能源材料和諧的發(fā)展歷程和方向。與一般科普讀物相比，具有如下鮮明的特點：一是內(nèi)容豐富時代感強，此書共18個分冊，緊扣當前能源、材料發(fā)展的困境，以新能源、新材料方面最新的研究成果及翔實的資料為基礎，用通俗易懂的文字分別敘述了與人類生存、發(fā)展最密切的各種新能源和新材料，構成了一個完整的知識體系。

書籍目錄

引言 一、聚焦全球熱點——能源 二、人類文明史的見證者 三、走在能源的十字路口 四、能源危機的破解之路 第一章 取之不盡的寶藏——生物質(zhì)與生物質(zhì)能 第一節(jié) 龐大的生物質(zhì)家族 一、揭秘生物質(zhì) 二、陽光哺育的生物質(zhì) 三、被遺棄的生物質(zhì) 第二節(jié) 驚人的生物質(zhì)資源量 一、天然生物質(zhì)資源量 二、廢棄生物質(zhì)資源量 第三節(jié) 生物質(zhì)能知多少 一、可再生的能量達人 二、"華山論劍"比高低 第四節(jié) 破蛹化蝶的轉化技術 一、直接燃燒 二、熱化學孵化 三、生物化學孵化 第五節(jié) 是非功過你來測 一、安全性評價 二、經(jīng)濟性評價 第二章 來自沼澤的氣休——沼氣 第一節(jié) 沼氣，原來如此 一、你我熟知的沼氣 二、"我"來閃光發(fā)熱 第二節(jié) 讓廢物變寶氣 一、沼氣池的"工人們" 二、"無氧消化" 三、再生之路 第三節(jié) "老"當益壯的沼氣能 一、沼氣的舊貌新顏 二、多面手的沼氣發(fā)酵 三、沼氣的錦繡前程 第三章 令人"醉倒"的生物質(zhì)能——生物乙醇 第一節(jié) 悠悠釀造史 一、"酒"的故事 二、我國的釀酒史 三、燃料乙醇登上舞臺 第二節(jié) 乙醇的"酒性" 一、用"水"點燃生命的美麗 二、"酸"而不酸的神奇物質(zhì) 第三節(jié) 瓊漿玉液人間來 一、兢兢業(yè)業(yè)的"酵母菌" 二、乙醇的生命來源 三、乙醇的蛻變之路 第四節(jié) 肩負重任的燃料乙醇 一、乙醇能源的應用 二、成長中的燃料乙醇 三、星火燎原 第四章 生物質(zhì)能中的大力神——生物柴油 第一節(jié) 石化柴油的替身——生物柴油 一、揭開生物柴油的面紗 二、生物柴油的歷史 第二節(jié) 生物柴油的"釀制" 一、重要的生物柴油資源 二、點石成金 第三節(jié) 生物柴油的今天和明天 一、柴油的又一次革新 二、生物柴油的"篩子" 三、身邊的生物柴油 第五章 最清潔的生物質(zhì)能——氫氣 第一節(jié) 掀起"氫氣"的蓋頭來 一、氫氣的優(yōu)勢 二、氫氣燃料 第二節(jié) 神奇的產(chǎn)氫生物 一、厭氧發(fā)酵菌 二、光合作用菌 第三節(jié) 生物魔法下的"煉氫術" 一、制氫的生物酶 二、生物制氫魔法解密 三、生物制氫原料 第四節(jié) "氫經(jīng)濟時代"漸行漸近 第六章 探索中的生物質(zhì)能——生物燃料電池 第一節(jié) 電池家族成員 一、各種電池各種說 二、微生物燃料電池 三、酶生物燃料電池 第二節(jié) 初顯身手的生物燃料電池 一、技能精湛的能源"替補" 二、神奇的"末梢神經(jīng)" 三、清潔的動力天使 四、生物燃料電池中的"海綿動物" 五、翱翔太空的夢想 第三節(jié) 尚在成長的生物燃料電池 …… 第七章 生物質(zhì)能的新生力量 第八章 吟唱時代贊歌——生物質(zhì)能與可持續(xù)發(fā)展 參考文獻

章節(jié)摘錄

版權頁：   插圖：    生物質(zhì)包括所有的植物、動物和微生物，及這些生物派生、排泄和代謝的物質(zhì)。可是說太陽光和植物是這個環(huán)鏈的基礎，幾乎所有的生物質(zhì)都直接或間接地從植物中獲取物質(zhì)原料和能源。 在能源大家族中，生物質(zhì)能是最富有的成員，據(jù)國際能源局的調(diào)查報告顯示，地球上生物質(zhì)能的年產(chǎn)量是人類年消費能源總量的近千倍。據(jù)科學家估算，地球上蘊藏的生物質(zhì)達18000億噸，并且植物每年生成的質(zhì)量約為1440億～1800億噸（干重），大約等于現(xiàn)在世界能源年消耗總量的10倍，如果再加上禽畜糞便，生物質(zhì)數(shù)量就更加驚人了。當然了，當今人們實際利用的生物質(zhì)能還非常有限，而且利用效率也不高，粗略地估計，充其量占全球總能耗的15％左右。全世界還有很多人口的生活能源主要依靠生物質(zhì)能，其中主要是經(jīng)濟比較落后的發(fā)展中國家，例如中國的生物質(zhì)使用量約占總能耗的30％，在非洲有些國家則高達60％，這些發(fā)展中國家的農(nóng)村人口多，農(nóng)村生活燃料主要靠燒薪柴，甚至連牛羊糞也會被燒掉。 有資料表明，我國的生物質(zhì)資源主要來自農(nóng)林業(yè)廢棄物、薪柴、禽畜糞便、城市有機垃圾和工業(yè)有機廢棄物，總量約相當于4.87億噸的石油，其中約有76％的生物質(zhì)資源可用于發(fā)電和供熱。然而，由于生物質(zhì)資源狀況非常復雜，缺乏相關的統(tǒng)計資料和數(shù)據(jù)，各類生物質(zhì)資源間也以各種復雜的方式相互影響，因此，生物質(zhì)的消耗量是難以確定或估計的。鑒于目前生物質(zhì)資源對全球能源需求所做的貢獻超過其他任何形式的可再生資源，對它們的數(shù)量進行分析統(tǒng)計是非常必要的。 一、天然生物質(zhì)資源量 全球森林生物質(zhì)產(chǎn)量約占全部生物量的45％，所以生物質(zhì)作為一種能源被利用的潛力巨大。當前在發(fā)展中國家，大約還有20億農(nóng)民主要靠薪柴供應生活用能。我國每年薪柴的產(chǎn)量達8860萬噸，約占農(nóng)村生活用能的40％左右。在很久以前木材就一直作為資源被人們利用，當代隨著化石能源帶來的諸多問題的顯現(xiàn)，生物質(zhì)能的利用也重新被人們重視。例如，美國能源部專門撥款來開發(fā)研究通過建立能源林場來解決能源問題，還進行著把林木廢材轉變成甲醇的研究工作。南非也已經(jīng)開始研究利用林業(yè)廢棄物來制造酒精等液體燃料，目前每年大約有500萬噸廢棄物可以被制成100萬噸左右的酒精。 在我國可獲得的林木生物質(zhì)資源種類主要是薪炭林、平茬灌木、經(jīng)濟林和城市綠化修枝、油料樹種果實等。科學家們估算，每年可產(chǎn)生的生物質(zhì)約有8億～10億噸，這其中，可作為能源利用的不少于3億噸，如果這3億噸全部開發(fā)利用的話可替代2億噸標準煤，這樣就能夠減少目前1／10的化石能源地消耗。據(jù)統(tǒng)計，我國現(xiàn)有400多萬公頃薪炭林，每年約可獲得1億多噸的薪柴。在未來20年內(nèi)我國已經(jīng)計劃再投資建設1600萬公頃薪炭林，屆時每年將產(chǎn)生3億多噸的薪柴。其他國家像美國、巴西、瑞典也都有大規(guī)模的薪炭林場。 我國具有得天獨厚的發(fā)展木本生物質(zhì)資源的優(yōu)勢，首先種植木本生物質(zhì)不會占用耕地，恰好我國又是一個多山的國家，國土總面積中有70％是山地，還有5400多萬公頃適宜種植林木的荒地可用于發(fā)展能源林，而且氣候、土壤、地理條件都適宜種植薪炭林木。還有大量的鹽堿地、沙地以及礦山、油田等復墾地適宜種植一些特定的能源樹種，如檉柳、檸條、沙柳等灌木。其次我國適合大規(guī)模種植木本生物質(zhì)的樹種資源也比較豐富，僅本土樹種就多達幾十種。這些樹種有的適合作為燃料用于發(fā)電，如刺槐、黑荊樹、沙棘、檉柳等，而有的像麻風樹、黃連木、文冠果、油桐、光皮樹等則比較適合開發(fā)生物柴油。 薪炭林可在解決農(nóng)村能源利用時起到非常重要的作用。如果要解決農(nóng)村能源短缺，有效保護其他的林種樹木，就必須要大力去發(fā)展薪炭林。薪炭林既有天然林，也有人工林，作為生物質(zhì)能資源的主要是人工林。世界上營造薪炭林的規(guī)模在擴大，速度也在加快，而且對于薪炭林資源的利用也不再局限于燃燒。近10年來，美國、瑞典等發(fā)達國家在林業(yè)生物質(zhì)能源轉換技術方面也都取得了新進展，無論是熱化學轉換技術，還是生物學轉換技術和木質(zhì)燃燒發(fā)電技術，均已取得了一些成熟的經(jīng)驗，這就為更好地利用林木生物質(zhì)資源做出了很大的貢獻。我國薪炭林的發(fā)展速度還是較慢，年均新造薪炭林面積僅占每年人工造林面積的1.3％。所以還需要加大薪炭林的比例，積極營造速生的、短輪伐期的薪炭林，使這一潔凈能源迅速發(fā)展起來。我國在林木資源的利用上，還停留在直接燃燒的方式上，如開發(fā)節(jié)能省柴灶等，很少研究滯后的能源轉換技術，這是我國在生物質(zhì)能源利用中亟待解決的問題之一。

編輯推薦

《可再生能源:生物質(zhì)能》多視角，多層次、全方位介紹了材料和能源領域的基礎知識和發(fā)展動態(tài)，深入淺出地展示了材料和能源的發(fā)展腳步。此書語言流暢、深入淺出，配有大量精美的圖片，圖文并茂、通俗易懂，加上擴充知識面的小百科，使讀者朋友全面了解新材料、新能源并享受著它們帶來的無限魅力。

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