綠色能源之生物質(zhì)能的應(yīng)用研究進(jìn)展

朱冬梅

(蘭州信息科技學(xué)院，甘肅蘭州 730207)

能源的綠色化利用和新型綠色能源的開發(fā)是綠色化學(xué)的研究內(nèi)容之一。眾所周知，社會生活和全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都離不開能源。能源已然成為現(xiàn)代文明物質(zhì)基礎(chǔ)。而化石原料因其形成周期長、不可再生、污染嚴(yán)重等原因，需要找到能夠通過自然力保持或增加蘊(yùn)藏量的可再生自然資源。煤、石油和天然氣是我國使用的主要能源，近年來又研究與推廣了生物質(zhì)能、太陽能以及核聚變能等能源[1]。

生物質(zhì)能是一種重要的且可再生的綠色能源，是以生物質(zhì)為載體的能量。綠色植物的葉綠素通過光合作用把CO2和H2O 轉(zhuǎn)化為葡萄糖，并把光能儲存下來,然后再聚合成淀粉、纖維素、甲基素、木質(zhì)素等大分子生物質(zhì)。生物質(zhì)在自然界中分布廣泛，包括農(nóng)作物、林產(chǎn)物、海產(chǎn)物、植物油料、動物代謝物以及農(nóng)林廢棄物等。生物質(zhì)能種類豐富，包括農(nóng)業(yè)物質(zhì)資源、林業(yè)物質(zhì)資源、農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)有機(jī)廢水、城市固體廢物等，具有產(chǎn)量大、儲量豐富、低污染、可再生性等特點(diǎn)。生物質(zhì)能利用形式多樣，應(yīng)用廣泛，大力發(fā)展?jié)撛诘纳镔|(zhì)能可積極響應(yīng)經(jīng)濟(jì)循環(huán)和可持續(xù)發(fā)展的理念[2]。

1 農(nóng)藥領(lǐng)域的應(yīng)用[3]

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的農(nóng)藥為油溶性物質(zhì)，其特點(diǎn)是與水不能互溶，但是極易溶于有機(jī)溶劑。農(nóng)藥制劑在便捷生產(chǎn)的同時(shí)也伴隨著對環(huán)境的危害，所以將微乳劑或者水乳劑（有少量助劑以及有機(jī)溶劑）應(yīng)用于農(nóng)藥中能達(dá)到相對的環(huán)保。淀粉表面活性劑、增稠劑黃原膠和糖類表面活性劑等在農(nóng)藥制劑中具有特殊的地位?？茖W(xué)研究表明，生物助劑在農(nóng)藥領(lǐng)域有著廣闊應(yīng)用前景。但由于傳統(tǒng)助劑的利用多于新型助劑，因此可以制定相關(guān)政策來支撐與推動各類生物質(zhì)助劑的研發(fā)，從而使傳統(tǒng)的助劑如石油類助劑逐漸減少。

2 烤煙烘烤領(lǐng)域的應(yīng)用[4]

我國處于生物質(zhì)能源產(chǎn)量的首位，為將資源充分利用和改善環(huán)境問題可以將充足的生物質(zhì)能應(yīng)用于烤煙烘烤中。通常高耗煤量、低熱能利用率的燃煤供熱用于烤煙烘烤中，具有優(yōu)良表現(xiàn)性質(zhì)的生物質(zhì)（生物質(zhì)壓塊、物質(zhì)型煤、生物質(zhì)氣化）能在其中得以廣泛使用并都具有較好的作用效果。姚宗路在2010 年通過研究生物質(zhì)壓塊的相關(guān)因素，制造了用于大規(guī)模且全自動的生產(chǎn)生物質(zhì)壓塊的一系列設(shè)施?？緹熀婵緯r(shí)，通過將生物質(zhì)進(jìn)行壓塊而形成的生物質(zhì)原料比起用烤爐或者烤房來成形更便捷。生物質(zhì)能在烤煙烘烤中有如下優(yōu)勢：1）能夠代替煤炭燃料；2）烤煙生產(chǎn)成本低；3）節(jié)能減排；4）煙葉質(zhì)量較高。近期研究顯示，生物質(zhì)能在未來烤煙烘烤領(lǐng)域?qū)⒕哂袕V闊的應(yīng)用前景。

3 食品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用[5]

目前，無毒性、水溶性以及環(huán)境友好的聚乙烯醇大量應(yīng)用于食品領(lǐng)域中，因而，為了使聚乙烯醇更穩(wěn)定且能夠廣泛的應(yīng)用于食品工業(yè)，可以將殼聚糖、蛋白質(zhì)以及能夠降解的塑料等一系列生物質(zhì)用于其中。此外，聚乙烯醇薄膜的抗菌、抗氧化能力可以用天然提取物、精油以及花青素等來改良，但科學(xué)研究者在低成本這一方面仍需要做較多的研究。

4 制氫技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用[6]

生物質(zhì)制氫技術(shù)是指營養(yǎng)或者光合微生物以及動植物的一系列代謝產(chǎn)物通過光合作用得到氫氣用于能量供應(yīng)的過程，屬于生物質(zhì)能應(yīng)用的其中之一。較低硫、碳含量的生物質(zhì)之所以用于制氫是由于其產(chǎn)生了可以用于新能源交通設(shè)施以及燃料電池的氫氣，這一清潔燃料大大提高了其使用效率。此外，農(nóng)林廢棄物、工業(yè)有機(jī)廢水以及生活污染物等也可以用于生物制氫中，從而在廢物利用的同時(shí)也有利于環(huán)境的保護(hù)。固氮酶（遇氧失活和固氮反應(yīng)的催化）以及氫酶（可逆氫、酶氫酶和吸氫酶的相互依存且具有強(qiáng)的還原力）在生物質(zhì)產(chǎn)氫過程中具有決定性的作用。就任于哈爾濱工業(yè)大學(xué)的任南琪教授已經(jīng)將厭氧活性污泥作為產(chǎn)氫菌種（將污水中的細(xì)菌分離產(chǎn)生氫氣）來發(fā)酵并完成了制氫技術(shù)，并在此領(lǐng)域取得了令人矚目的成就。但是，改進(jìn)菌群的種類、大量產(chǎn)氫以及產(chǎn)氫時(shí)的約束性等都是現(xiàn)存的問題，研究者們將在以后的開發(fā)中作出更為廣闊的應(yīng)用范圍。

5 化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用[1]

固型燃燒、爐灶燃燒、垃圾焚燒等傳統(tǒng)燃燒手段是將生物質(zhì)能直接轉(zhuǎn)化為其他形式的能量用于生活所需，此過程中不發(fā)生任何化學(xué)變化，其因成本低，利用率高且無公害而大規(guī)模應(yīng)用于轉(zhuǎn)化技術(shù)中。另外，液化（直接液化和間接液化）技術(shù)、熱解技術(shù)、汽化利用技術(shù)等也應(yīng)用于生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化技術(shù)中。由于仍然存在政治策略的局限性、成本較高和資源環(huán)境等問題，所以應(yīng)當(dāng)在資源充分利用上增加對生物質(zhì)能的試用與試驗(yàn)，為未來生物質(zhì)能在國民經(jīng)濟(jì)以及環(huán)境中樹立了難以動搖的地位。

6 催化劑領(lǐng)域的應(yīng)用

目前，生物質(zhì)催化劑的開發(fā)與利用已經(jīng)受到了世界科研工作者的高度重視。為了使甲烷能夠更好的催化氧化Amadou 等制備了多孔的生物質(zhì)炭材料，此炭材料是用甲殼素來合成的納米材料（負(fù)載Pt）[7]。生物質(zhì)氣化時(shí)將催化劑放入其中可以有效地量化燃料氣并將其成分重組，也能夠使焦炭、焦油催化裂化而降低產(chǎn)量，通過催化氣化從而使生物質(zhì)按照一定的方向向著生成氫氣等其他類型燃料氣的方向進(jìn)行。因此，將催化氣化應(yīng)用于生物質(zhì)氣化領(lǐng)域中會是一個(gè)經(jīng)濟(jì)性的途徑[8]。

7 吸附領(lǐng)域的應(yīng)用[7]

強(qiáng)吸附力的多孔生物質(zhì)炭材料在食品的安全性、包裝以及廢棄物處理等方面有了廣泛使用。Essandoh 等通過一系列實(shí)驗(yàn)表明存在于水溶液中的水楊酸與布洛芬能夠被發(fā)生物理變化的松木屑產(chǎn)生的炭材料進(jìn)行強(qiáng)有力的吸附。研究表明，此生物質(zhì)炭材料具備優(yōu)良的吸附性能和低成本的好處。

8 電化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用[9]

炭材料的碳源來自于低成本的生物質(zhì)（可再生或者廢棄物資源），即生物質(zhì)炭材料，是將穩(wěn)定性好、比表面積高以及導(dǎo)電性能良好等集一身的新興理想電極材料，在國防、醫(yī)療和電子設(shè)備等領(lǐng)域中使用較多。內(nèi)阻低、高穩(wěn)定性的炭材料在電化學(xué)領(lǐng)域的成就是制成了電池或者電容器設(shè)備，提高其利用率最有效的手段是改進(jìn)比表面積和孔徑的大小。

生物質(zhì)能源與生物質(zhì)化學(xué)品是化學(xué)化工中常見的表現(xiàn)形式，也是人類生存的必需品，生物質(zhì)的開發(fā)與利用在環(huán)境保護(hù)及國民經(jīng)濟(jì)的增長等方面起到了重要作用。在今后，科研工作者將更深層次的探索生物質(zhì)能并應(yīng)用于相關(guān)領(lǐng)域。