生物能源 - 生物质生产

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

为了更好地理解生物质，我们将首先探索各种来源。

生物质生产是指有机物数量的增加。它是特定区域或种群中增加有机物。生物质被认为是可再生能源，因为它随着植物和动物的生长而得到补充。

生产有两种形式 -

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，并累加到生态系统中的总生物量中。初级生产可以根据某一年度的森林覆盖总面积来估算。
次级生产是有机物被生物体吸收为机体组织。它包括动物的摄取，即摄食，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。次级生产可以估算为每年生产的肉类总量。

虽然生物质可以衡量为特定环境中活体和死体生物的质量，但生产却难以估算。它只能估算为体积的增加，尽管部分新增生物质可能已通过自然过程被替换。

直接燃烧供热

直接燃烧供热是自最早的文明以来，生物质转化为能源的最古老方法。热化学转化（燃烧）可以通过多种方式使用不同的原料来实现。

基于生物质的发电机使用源自植物油的柴油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。

除了独立燃烧外，生物质还可以与其他化石燃料混合燃烧以产生能量。这称为共燃。

各种燃烧类型包括 -

热解是通过在非常高的温度下无氧燃烧生物燃料的另一种加工形式，这会导致完全燃烧。这会导致不可逆的物理和化学变化。氧化或卤化过程的缺失导致非常致密的生物燃料，可用于燃烧、共燃或转化为气体。

缓慢热解发生在大约 400°C。它是制造固体木炭的过程。
快速热解发生在 450°C 至 600°C 之间，产生有机气体、热解蒸汽和木炭。通过冷凝将蒸汽加工成液体形式作为生物油。这必须在 1 秒内完成以防止进一步反应。所得液体是比木材生物质密度更大的深棕色液体，并且在能量方面具有相同含量。

生物油有许多优点。它更容易运输、燃烧和储存。许多类型的原料可以通过热解加工成生物油。

下图说明了通过热解将生物燃料中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。该过程产生乙醇和二氧化碳作为副产品。由于该过程在没有氧气的情况下发生，因此被认为是厌氧的。除了烘焙面包和制造酒精饮料外，此过程还会产生酒精燃料。酒精发酵的化学式如下所示 -

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

甘蔗是此过程的主要原料，尤其是在干旱环境中。玉米或糖块用于温带地区。

产品具有以下应用 -

厌氧消化是有机物在没有氧气的情况下分解产生生物气的生物过程。产酸菌和产乙酸菌等微生物将可生物降解物质转化为生物气。除了作为能源外，它还是一种废物处理方法和环境保护技术。

产生二氧化碳和甲烷的这种转化的主要方程式如下 -

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

分步过程解释如下 -

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