绿色能源之生物质能的应用研究进展

朱冬梅

(兰州信息科技学院，甘肃兰州 730207)

能源的绿色化利用和新型绿色能源的开发是绿色化学的研究内容之一。众所周知，社会生活和全球经济的发展都离不开能源。能源已然成为现代文明物质基础。而化石原料因其形成周期长、不可再生、污染严重等原因，需要找到能够通过自然力保持或增加蕴藏量的可再生自然资源。煤、石油和天然气是我国使用的主要能源，近年来又研究与推广了生物质能、太阳能以及核聚变能等能源[1]。

生物质能是一种重要的且可再生的绿色能源，是以生物质为载体的能量。绿色植物的叶绿素通过光合作用把CO2和H2O 转化为葡萄糖，并把光能储存下来,然后再聚合成淀粉、纤维素、甲基素、木质素等大分子生物质。生物质在自然界中分布广泛，包括农作物、林产物、海产物、植物油料、动物代谢物以及农林废弃物等。生物质能种类丰富，包括农业物质资源、林业物质资源、农产品加工业有机废水、城市固体废物等，具有产量大、储量丰富、低污染、可再生性等特点。生物质能利用形式多样，应用广泛，大力发展潜在的生物质能可积极响应经济循环和可持续发展的理念[2]。

1 农药领域的应用[3]

农业生产中广泛应用的农药为油溶性物质，其特点是与水不能互溶，但是极易溶于有机溶剂。农药制剂在便捷生产的同时也伴随着对环境的危害，所以将微乳剂或者水乳剂（有少量助剂以及有机溶剂）应用于农药中能达到相对的环保。淀粉表面活性剂、增稠剂黄原胶和糖类表面活性剂等在农药制剂中具有特殊的地位。科学研究表明，生物助剂在农药领域有着广阔应用前景。但由于传统助剂的利用多于新型助剂，因此可以制定相关政策来支撑与推动各类生物质助剂的研发，从而使传统的助剂如石油类助剂逐渐减少。

2 烤烟烘烤领域的应用[4]

我国处于生物质能源产量的首位，为将资源充分利用和改善环境问题可以将充足的生物质能应用于烤烟烘烤中。通常高耗煤量、低热能利用率的燃煤供热用于烤烟烘烤中，具有优良表现性质的生物质（生物质压块、物质型煤、生物质气化）能在其中得以广泛使用并都具有较好的作用效果。姚宗路在2010 年通过研究生物质压块的相关因素，制造了用于大规模且全自动的生产生物质压块的一系列设施。烤烟烘烤时，通过将生物质进行压块而形成的生物质原料比起用烤炉或者烤房来成形更便捷。生物质能在烤烟烘烤中有如下优势：1）能够代替煤炭燃料；2）烤烟生产成本低；3）节能减排；4）烟叶质量较高。近期研究显示，生物质能在未来烤烟烘烤领域将具有广阔的应用前景。

3 食品包装领域的应用[5]

目前，无毒性、水溶性以及环境友好的聚乙烯醇大量应用于食品领域中，因而，为了使聚乙烯醇更稳定且能够广泛的应用于食品工业，可以将壳聚糖、蛋白质以及能够降解的塑料等一系列生物质用于其中。此外，聚乙烯醇薄膜的抗菌、抗氧化能力可以用天然提取物、精油以及花青素等来改良，但科学研究者在低成本这一方面仍需要做较多的研究。

4 制氢技术领域的应用[6]

生物质制氢技术是指营养或者光合微生物以及动植物的一系列代谢产物通过光合作用得到氢气用于能量供应的过程，属于生物质能应用的其中之一。较低硫、碳含量的生物质之所以用于制氢是由于其产生了可以用于新能源交通设施以及燃料电池的氢气，这一清洁燃料大大提高了其使用效率。此外，农林废弃物、工业有机废水以及生活污染物等也可以用于生物制氢中，从而在废物利用的同时也有利于环境的保护。固氮酶（遇氧失活和固氮反应的催化）以及氢酶（可逆氢、酶氢酶和吸氢酶的相互依存且具有强的还原力）在生物质产氢过程中具有决定性的作用。就任于哈尔滨工业大学的任南琪教授已经将厌氧活性污泥作为产氢菌种（将污水中的细菌分离产生氢气）来发酵并完成了制氢技术，并在此领域取得了令人瞩目的成就。但是，改进菌群的种类、大量产氢以及产氢时的约束性等都是现存的问题，研究者们将在以后的开发中作出更为广阔的应用范围。

5 化学转化技术领域的应用[1]

固型燃烧、炉灶燃烧、垃圾焚烧等传统燃烧手段是将生物质能直接转化为其他形式的能量用于生活所需，此过程中不发生任何化学变化，其因成本低，利用率高且无公害而大规模应用于转化技术中。另外，液化（直接液化和间接液化）技术、热解技术、汽化利用技术等也应用于生物质能转化技术中。由于仍然存在政治策略的局限性、成本较高和资源环境等问题，所以应当在资源充分利用上增加对生物质能的试用与试验，为未来生物质能在国民经济以及环境中树立了难以动摇的地位。

6 催化剂领域的应用

目前，生物质催化剂的开发与利用已经受到了世界科研工作者的高度重视。为了使甲烷能够更好的催化氧化Amadou 等制备了多孔的生物质炭材料，此炭材料是用甲壳素来合成的纳米材料（负载Pt）[7]。生物质气化时将催化剂放入其中可以有效地量化燃料气并将其成分重组，也能够使焦炭、焦油催化裂化而降低产量，通过催化气化从而使生物质按照一定的方向向着生成氢气等其他类型燃料气的方向进行。因此，将催化气化应用于生物质气化领域中会是一个经济性的途径[8]。

7 吸附领域的应用[7]

强吸附力的多孔生物质炭材料在食品的安全性、包装以及废弃物处理等方面有了广泛使用。Essandoh 等通过一系列实验表明存在于水溶液中的水杨酸与布洛芬能够被发生物理变化的松木屑产生的炭材料进行强有力的吸附。研究表明，此生物质炭材料具备优良的吸附性能和低成本的好处。

8 电化学领域的应用[9]

炭材料的碳源来自于低成本的生物质（可再生或者废弃物资源），即生物质炭材料，是将稳定性好、比表面积高以及导电性能良好等集一身的新兴理想电极材料，在国防、医疗和电子设备等领域中使用较多。内阻低、高稳定性的炭材料在电化学领域的成就是制成了电池或者电容器设备，提高其利用率最有效的手段是改进比表面积和孔径的大小。

生物质能源与生物质化学品是化学化工中常见的表现形式，也是人类生存的必需品，生物质的开发与利用在环境保护及国民经济的增长等方面起到了重要作用。在今后，科研工作者将更深层次的探索生物质能并应用于相关领域。