生物廢料對于新能源轉化的技術應用

景方斐

【摘 要】生物廢料作為一種殘余物，在人類社會生活中普遍且大量存在，如何利用新技術將這一資源進行合理化轉化并使其成為低碳高能的新能源，這一研究將對全球能源發(fā)展具有重大的影響。本文在總結梳理現(xiàn)有的新能源轉化案例的基礎上提出新的假設，通過分析其可能在實際應用中存在的優(yōu)劣勢，力求給出合理化建議。

【關鍵詞】生物廢料；新能源轉化；案例梳理；假設

中圖分類號： X791；TB33 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）31-0211-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.31.102

【Abstract】As a kind of residue， bio-waste is widespread and abundant in human social life. How to use new technology to rationalize and transform this resource and make it a new energy source with low carbon and high energy. This research will be on global energy development. Has a major impact. Based on the summary of the existing new energy conversion cases， this paper proposes new hypotheses， and tries to give rationalization suggestions by analyzing the advantages and disadvantages that may exist in practical applications.

【Key words】Biological waste； New energy conversion； Case combing； Hypothesis

隨著不可再生資源的逐漸萎縮，資源短缺的現(xiàn)象越來越嚴重，因此對清潔高效的可再生能源的開發(fā)和挖掘已成為全球各國的共識。生物廢料作為人們生產生活的一部分，不僅數(shù)量巨大而且可以源源不斷的持續(xù)生產，如果不能將其合理化的開發(fā)和利用，不但會占用空間、浪費資源，還可能會因為處理不當產生二度污染。因此，對于這些被忽略的生物廢料進行新能源的技術轉化將具有十分重要的意義。

縱觀當前的研究發(fā)現(xiàn)，大部分研究人員將精力主要集中在如何處理這些廢料上，雖然有一些研究人員已經注意到生物廢料中的重要性資源價值，但在技術的轉化應用上做的還遠遠不夠，本文從這一現(xiàn)實情況出發(fā)進行研究，希望能引起相關領域研究人員的重視，為未來新能源的開發(fā)做出一定的貢獻。

1 生物廢料的概況

生物廢料是指生物有機體在提供人類生產生活所需要的主產品后的殘余物。主要以固體形式存在，也包括擴散到水或土壤中的微小有機顆粒。[1]根據其來源不同，可以將生物廢料分為各種類型。

綜合當前的廢料來源，現(xiàn)做如下分類：第一類為農業(yè)生產廢棄物，如秸稈、玉米芯、谷殼、豆莢、花生殼、沼渣等。在國家環(huán)境保護政策的推行下，使得原來的秸稈就地焚燒成為不可能，人們關注到它的更大的開發(fā)利用潛能，所以當前對這一類廢料的利用還是比較多的，比如機械化秸稈還田、過腹還田、培育食用菌、制取沼氣、用作工業(yè)原料、用于生物質發(fā)電、用于生物降解材料等。第二類為植物的枯枝落葉，對于這部分的廢料的價值目前開發(fā)運用的還不是很多，當前主要是將樹枝用粉碎機進行粉碎，通過好氧微生物菌進行發(fā)酵，發(fā)酵周期在一個月左右，堆肥基本完成，形成腐殖質，然后再加以運用。第三類是木材生產加工廢棄物，如樹皮、家具生產商產生的木屑、家庭產生的廢棄木制品和家具等。第四類是食品、藥品加工廢棄物及廢水，如豆渣、酒渣、藥渣等。對于這類廢料，當前更多的是根據其類型產生的污染進行處理，也還沒有投入到大型的開發(fā)利用環(huán)節(jié)。第五類為動物排泄物及殘骸，如糞便、尿液、皮毛、內臟等。第六類是生活垃圾，如一次性筷子、餐巾紙、廢舊書報等。第七類是污泥，如下水道污泥、池塘底部污泥等。

如果生物廢料按照其所含的成分不同，又有不同的分類，主要有富含纖維素廢料，這類廢料主要有農作物秸稈、木屑、枯枝落葉等；富含淀粉廢料，這類廢料主要是部分中藥的藥渣；富含蛋白質廢料，這類廢料主要是豆渣、動物的毛發(fā)、糞便、污泥等；富含脂類成分的廢料，如泔水等；富含幾丁質的廢料，如節(jié)肢動物蝦、蟹、昆蟲的外殼、高等植物的細胞壁等。[2]

既然生物廢料有如此多的種類，那么我們在對其進行研究的時候就不能泛化的去歸整，而應是根據其相似成分進行細化研究，因此本文研究的重點主要是從第二種分類方法去探討。

2 當前生物廢料對新能源轉化技術的應用

眾所周知新能源技術已不再是新詞，早在1980年聯(lián)合國召開的“聯(lián)合國新能源和可再生能源會議”上就曾對“新能源”一詞有所界定，而在《2013-2017年中國新能源產業(yè)調研與投資方向研究報告》中更是對其有了新的詳細的解讀。新能源技術是高技術的支柱，包括核能技術、太陽能技術、燃煤、磁流體發(fā)電技術、地熱能技術、海洋能技術等。其中核能技術與太陽能技術是新能源技術的主要標志，通過對核能、太陽能的開發(fā)利用，打破了以石油、煤炭為主體的傳統(tǒng)能源觀念，開創(chuàng)了能源的新時代。[3]

新能源技術已成為二十一世紀世界經濟發(fā)展中最具決定力的五大技術領域之一?？v觀當前的研究和實踐應用發(fā)現(xiàn)，許多生物廢料也開始借助一些技術進行轉化，比如相對比較早的是利用牲畜與家禽的排泄物、尸體、毛羽及屠宰下水等廢料制造沼氣和沼液，產生的沼氣除直接燃燒用于炊事、烘干農副產品、供暖、照明和氣焊等外，還可作內燃機的燃料以及生產甲醇、福爾馬林、四氯化碳等化工原料。而產生的沼液則不僅可以養(yǎng)魚，還可供花卉、蔬菜、作物之灌溉與養(yǎng)料。另外還有研究發(fā)現(xiàn)從沼也池中能分離出一株特殊的枯草桿，具有化解角蛋白的能力，能夠分泌角蛋白酶，這種酶可以用作飼料添加來增進各種不同蛋白質的消化率，也可將羽毛粉轉化為高經濟價值的飼料蛋白。[4]

當然也有通過固體發(fā)酵技術，利用生物廢料生產香料、有機物、聚合物、酶和抗生素等增值產品的研究，還有通過淀粉制取乙醇和氫氣的技術，目前對于這一種還主要停留在實驗室的研究階段，還沒有在工業(yè)上進行大量使用。另外也有對醋糟的研究，然而現(xiàn)有的研究也主要是將醋糟轉化為氫氣、甲烷和裂解氣，并且研究相對較少。芬蘭科學院技術研究中心研制的ENER-FISH工程利用水產廢料制造生物燃料，目前芬蘭、法國、德國、英國以及越南的中小型企業(yè)都將其納入系統(tǒng)工程中。[5]這是當前現(xiàn)有的且比較普遍的對于生物廢料的一些能源轉化應用，從中不難發(fā)現(xiàn)這些應用還主要集中在實驗室或小范圍內使用，或者說其轉化物還沒有達到能夠對新能源進行替代的地步，因此我們除了要克服技術難題外，還要轉化思維角度重新看待這一問題。

3 未來生物廢料在新能源轉化方面的假設與建議

綜合以上梳理，我認為當前我們首先應該認真分析這些生物廢料所含的成分，然后根據成分含量的多少確定能開發(fā)出來的新能源，最后利用新技術將其大批量開發(fā)生產，使其在工業(yè)上能夠廣泛應用。對此，我將從以下幾個方面進行敘述：

（1）富含纖維素的生物廢料在新能源轉化方面的可能性極其技術應用

我們都知道纖維素是由葡萄糖大分子組成的多糖，我們可以通過葡萄糖脫氧酶在磷酸煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADP）的幫助下，從葡萄糖中提取氫。在制取氫的過程中，NADP會從葡萄糖中剝取一個氫原子，使剩余物質變成氫原子溶液，然后再利用技術將其轉化為氫氣，從而滿足當前新能源供應不足的問題。但是我們還要注意到在這個過程中，還存在另一個技術問題，就是如何把這些含有纖維素的生物廢料用最簡潔的方式集中統(tǒng)一進行提取，如果按照我們之前的工業(yè)方法其實是相對比較復雜的，因此，我們還需在這方面多進行研究，因為富含纖維素的生物廢料在我們生活中太普遍了，如果能把這一技術推廣開來，將會給社會帶來巨大的社會效益。

（2）富含淀粉的生物廢料在新能源轉化方面的可能性極其技術應用

利用淀粉制取生物氫氣也是當前比較常用的一種方法，但當前淀粉的提取還主要是從小麥、玉米、薯類等有機食物出發(fā)，而且對淀粉類資源的利用主要是通過發(fā)酵來制取燃料乙醇，雖然該工藝比較成熟，但卻會占用人類的很多耕地，浪費社會資源，所以我們應將目光轉向這些含有淀粉成分的生物廢料上，另外，我們不僅僅可以利用淀粉制取乙醇，還可以利用淀粉發(fā)酵制取氫氣，但這項研究還沒有大量運用于工業(yè)上，因此這是不久的將來可以優(yōu)先發(fā)展的一個方向。

（3）富含蛋白質、脂類、幾丁質的生物廢料的新能源轉化應用

對于含有這三類的生物廢料來說，當前還沒有研究出可以進行新能源轉化的方法，但是在其他方面卻有極大的用處。比如說在提取含有蛋白質和脂類的生物廢料時會產生細菌，這時就可以對這些菌類加以運用。先前美國硅谷的LS9公司的研究員就曾發(fā)明過一種細菌遺傳改造轉基因技術，他們利用生物工程技術，對包括大腸桿菌在內的不同菌株進行遺傳改造和微生物轉基因培養(yǎng)，促使這些微生物在細菌的作用下，把能量轉換成乙醇或石油替代品。這種做法對于彌補資源短缺問題也具有重大的意義。另外就是幾丁質，它雖然在當前還不可以制作生成新能源，但確是一種重要的動物性食物纖維，被稱為二十一世紀的功能性保健食品。其作用不僅能補充人體所需的營養(yǎng)元素，而且還能對人體的生理功能具有強有力的調節(jié)作用。因此，對于這類物質的提取意義也是不容小覷的。

4 總結

因其豐富的資源數(shù)量和強大的開發(fā)潛力，生物廢料將成為未來發(fā)展新能源的一個主要趨勢。但是，我們還要看到在當前還存在很多技術難題，只有打破這種技術壁壘，未來一定會有更多的新能源被開發(fā)出來。

【參考文獻】

[1]、[2]李夢言.生物廢料的主要種類及其利用途徑[J/OL].生物學教學，2010年（第35卷）第6期.

[3]墨跡莫生.新能源技術[DB/OL].2018.09.16.

[4]石家興（ Jason C. H. Shih）.近代生物技術在廢料資源化與環(huán)境保護上的應用[J].中國沼氣China Biogas，1997，15（1）.

[5]芬蘭利用水產廢料制造生物燃料[N].中國漁業(yè)報.國內外海洋與漁業(yè)科技動態(tài).