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junjianchen@163.com绿色化学与生物质的化学加工陈建钧Chap.4生物质的化学加工总论4.1生物质的种类及其特点4.2生物质加工方法4.1.1生物质的基本概念一切有生命的可以生长的有机物质统称为生物质。包括植物、动物及动物排泄物、微生物、垃圾及有机废水等。生物质对人类的重要性：a、用作食物；b、用作工业原料；c、用作能源；d、改善环境、调节气候、保持生态平衡。生物质能是指蕴藏在生物质中的能量，它包括这几方面：a、木材及森林工业废弃物；b、农业废弃物；c、水生植物；d、油料植物；e、城市生活垃圾及工业废弃物；f、排泄物。广而言之，生物质是植物通过光合作用生成的有机物，绿色植物的光合作用是地球上最重要、规模最大的太阳能利用和转换过程，通过光合作用，太阳能转化为储存在有机物质中的化学能。这些转化储存的化学能是人类和一切生物所必须的能量。这部分能量是太阳能的多种自然转换形式中唯一可被储存起来的。4.1生物质的种类及其特点绿色植物吸收地下水、无机盐和CO2,通过叶绿素把这些简单的无机物转化成以淀粉为主的有机化合物，这些有机物正是一切生物和人类生存所必须的食物。在太阳辐射能的推动下，通过光合作用，生物界中能量的生产者－绿色植物，消费者－食草动物、食肉动物和人类，和分解者－微生物的功能被有机地联系起来，完成了自然界物质和能量的代谢与循环，使生物不断生长发育、自我更新、遗传变异、繁衍发展。地球上的绿色植物包括森林、农作物、野生草类等陆生植物和水草、藻类等水生植物，它们以0.25％～5％的能量转化率，每年把1％左右的太阳辐射到地球表面能量，以碳的形式固定下来。绿色植物通过光合作用使非生物界的碳进入生物界，又通过食物链相互转移。植物体90％以上都是由光合作用产生的有机体组成的。有的植物直接供人类食用，有的转化为动物质后再被人类食用。所有食物链都是以绿色植物为基础的。绿色植物在自然界中的作用1.动植物呼吸放出大量CO2；2.动植物尸体腐烂后经微生物分解变成包括CO2在内的简单无机物；3.煤、石油和干物质燃烧时产生CO2。自然界的碳循环生物界的碳重新回到非生物界主要通过三种途径在碳的循环过程中，同时进行着能量的循环。绿色植物通过光合作用制造有机物，同时把太阳能以化学能的形式储存在自己体内。动物以绿色植物为食物，能量也随着有机养料转移到动物体内。古代生物遗体埋藏在地下，有些形成了煤炭、石油、天然气等矿物燃料，能量随之转移到了这些矿物质之中。生物体中含有的能量经过呼吸、体内有机物的分解放出能量，作为生命存在和生理活动的动力。煤、石油、天然气和干生物质的燃烧，生物尸体的分解都要放出能量，使能量重新回到自然界。自然界的能量循环通常说的生物质能，主要是把某些生物质作为一种能源，设法将蕴藏在其中的化学能尽量全部地集中地释放出来满足人类对能源的需求。由于生物质形成过程的独特性，生物质能既不同于常规的矿物能源，又有别于其他新能源。其主要特点是：1.生物质能资源的大量性和普遍性。生物质是一种到处都有，普遍而廉价的能源，材料易得，生产过程简单。2.生物质能是理想的可再生能源。只要太阳能辐射存在，绿色植物光合作用就不会停止，生物质就永远不会枯竭。3.生物质能源具有清洁性，在科学合理的使用下，生物质能不会污染环境，且有益于环境。将生物质作为能源利用，可实现污染物“零排放”。生物质能的特点1.农作物废弃物据统计2001年全国粮食产量为4.5264亿吨，而农作物秸秆产量为7.074亿吨，稻壳、玉米秸和麦秸的产量大约为1.749亿吨，占农作物废弃物总量的70.6％。2.林业废弃物我国有森林土地2.63亿公顷，森林面积1.59亿公顷，其木材存量为124.9亿立方米，森林存量超过112.7亿立方米。我国木材的消耗主要分为三部分：第一部分用于制造木制品，约占总量的44.2％；第二部分用于木材厂和农场自身消耗，约占总量的32.1％；第三部分用于生活燃料，大部分是直接燃烧形式，约占总量的28.8％。3.畜禽粪便城市人口的增长和家禽养殖业的发展，人畜禽的粪便成了一大污染源，同时也是一种重要的生物质资源。4.工业生物质废弃物工业生物质资源是指来自工业生产过程的固体废弃物，如酿酒厂、造纸厂、木材厂、粮食加工厂、糖厂和食品加工厂的固体废弃物。5.动物油脂及其废弃物主要指在陆产动物中的牛、羊、马、猪等含有较多的油脂。在它们的某些部位的含油量高达90％，这是油脂的重要来源。4.1.2生物质种类及其特点a.农作物谷壳有30%的谷壳被用作生活燃料、乙醇发酵和动物饲料。b.造纸废弃物造纸业是工业固体废弃物的重要来源，而且这部分资源几乎没有被用作能源。c.木材厂废弃物我国是世界上最大的木材和木制品生产国和消费国之一。但人均占有森林量却很低。据权威估算，全国木材年需求量超过了3亿立方米，但目前国