绿色的能源——生物质能

生物质能又称“绿色能源”，它是指通过植物的光合作用而将太阳辐射的能量以一种生物质形式固定下来的能源。它包括树木、青草、农作物、藻类、兽类及各种有机废物。生物质能的应用，有不同的形式，可以将树木、干草、秸杆等直接作燃料；也可以通过一定的方式将生物质转化为沼气、酒精等，作为燃料。

据推算，地球上每年由植物固定下来的太阳辐射能是目前全世界年能耗总量的十倍。照射到地球上的太阳能中的 0.024％被绿色植物的叶子捕获， 叶子通过叶绿素产生光合作用，将二氧化碳和水结合成碳水化合物和氧，太阳光的辐射能变成了植物的化学能。

生物质能来源于太阳辐射能，因此它是取之不尽的可再生能源。世界各国普遍重视生物质能的开发和利用

开发“绿色能源”已成为当今世界上工业化国家开源节流、化害为利和保护环境的重要手段。联合国环境保护机构最近的调查报告说，至少有 14 个工业化国家在开发“绿色能源”方面取得了良好成绩，其中有些国家通过实施“绿色能源”政策，在相当大程度上缓解了本国能源不足的矛盾，而且显著改善了环境。

“绿色能源”有两层含义：一是利用现代技术开发干净无污染新能源； 二是化害为利，同改善环境相结合，充分利用城市垃圾、淤泥等能源。与此同时，大量普及自动化控制技术和设备，提高能源利用率。据调查，自 1987

年以来，工业化国家在开发“绿色能源”方面的投资增长了近 1.2 倍，1991

年工业化国家利用水力、风力、太阳能和植物能源获得的电力相当于 900 万吨煤当量，而且这种增幅在本世纪内将以平均每年 15％～18％的速度增长。时至今日，城市淤泥将不再是一种污染物，英国、意大利、瑞士、法国

和日本等国已开始商业化回收、利用下水道淤泥。意大利从 1990 年起已将开

发淤泥燃料列为重要市政工程项目，西欧 1991 年淤泥回收处理设备成交额达

1.25 亿美元，淤泥燃料已成批向企业提供。

目前发达国家已有 50 多座垃圾发电站，其中一半以上是近 5 年建成的。

10 年前建成的美国皮内拉斯市的垃圾发电站每周可处理垃圾 120 万吨，年发

电 100 亿千瓦时，全部由电脑控制，垃圾燃烧后的废渣无菌，用于道路修筑。

日本政府已推出庞大的垃圾发电计划，2000 年实现全国垃圾无害化，到 2010 年实现 500～900 万千瓦发电能力。

国土仅 4 万多平方公里的荷兰，年人均丢弃垃圾超出半吨，给该国造成很大压力。1991 年，荷兰政府颁布沼气发电计划，投资 8000 万美元，设计建造若干大型沼气发电厂，工程将于 1996 年完成。按计划在 2000 年荷兰全国沼气利用 2.5～3 亿立方米，届时全国将有近 30 万户家庭可常年利用沼气能源。据称，该国的废弃物处理公司将向全世界推销沼气发电成套设备，其利润将十分可观。

据世界银行出版物介绍，生物质燃料在发展中国家里目前仍是一种重要能源，特别是在低收入（世界银行定为人均年国民生产总值在 500 美元以下者）的发展中国家里所消费的能源总量中几乎 75％以上是生物质燃料。

全世界生物质燃料提供的能源总量是较难准确计算的，这是因为大量的生物质燃料不进入市场。据国际能源机构估计，生物质能消费量约占总能源

消费量的 19％左右。

生物质燃料是农村的主要能源，在经济不发达的城市及一些加工企业中也广泛采用这种能源。其传统品种是木材（薪柴和木炭）、动物粪便、农作物废料（麦、稻、高粱等茎秆和枝叶，以及甘蔗渣等），其近代产品是沼气。在发展中国家之间，因地区、农业和森林条件不同，主要使用的品种也不同， 在非洲和拉丁美洲的大部分地区（除巴西主要用甘蔗渣外），主要以木材做燃料，在亚洲地区也大量用木材做燃料，但有些国家以农作物废料和动物粪便做燃料，其数量约占燃料消费总量的一半。

在许多发展中国家里，即使是从农村迁居城市的民众，其传统使用生物质燃料的习惯会长期延续下去。然而从农村迁居城市以后，单凭劳力无法获得这种燃料，只能购买薪柴和木炭，因而家庭负担增加，一般，燃料消费要占家庭必需消费的 5％～10％。随着供求形势的变化，生物质燃料价格经常波动，上涨时民众则改用石油制品，下跌时恢复用生物质燃料。因此，这种燃料的价格对能源的供求关系也将起着调剂作用。

欧共体最近重申，发展植物能源是补充西欧能源不足的重要途径。欧共体委员会最近指出，植物能源有着广泛的发展前景，它不仅有利于保护环境， 而且可以使欧共体国家解决农产品过剩问题。目前，欧共体国家利用粮食、甜菜、土豆、葵花籽等农产品生产的植物能源，不足欧共体全部能源消费的10％。

欧洲许多国家已经看到了能源农作物的潜在应用前景。英国科学与工程研究委员会决定，它将投资 2000 万英镑研究利用洁净能源的技术，其中向绿色植物要能源是这个研究计划的一部分。英国科学家认为，目前野生植物和栽培作物对于照射在它们上面的阳光的利用效率只有 4.2％，如果通过研究使其提高到 5％，那么世界农田面积的 1/10 即可提供相当于目前人类使用的全部化石燃料的能源。

欧洲一些国家已在大规模种植芒属植物，从中获取干净能源。英国科学家发现芒属植物生长迅速，能很快长到 3 米高。当这种植物临收割时，它只含有 20％至 30％的水分。因此适于当作工业锅炉和小型发电站的燃料。丹麦、奥地利、德国已大规模种植这种植物，每公顷可收获 30 多吨，比其他能

源植物如柳和白杨产量都高。德国在巴伐利亚附近兴建的一座发电能力为 12 千瓦的发电厂，其燃料就是芒属、白杨、柳的混合物和秸秆。实践表明，芒属作物所产生的能源相当于用油菜籽制作的生物柴油的两倍。

德国最近已开始半商业性应用菜籽油混合燃料，这种植物油被认为是再生能源，燃烧时污染空气少，故有可能取代石油，成为机动车的能源。现在使用柴油的车辆，均可不经改装便可换用这种混合燃料。据悉，法国、丹麦、比利时和荷兰等国希望从德国引进这项技术。欧共体为支持开发植物能源， 决定从 1993 年 1 月 1 日起把植物能源消费税降低 90％，以鼓励投资，大力开发这种具有“发展前途”的新能源。

不同形态的生物质能—— 古老薪柴换新颜

薪柴是人类学会钻木取火之后，首先利用的能源，尽管它的采伐和利用已有上百万年的历史，但至今还是人类掘取的能源之一。现在，世界上仍有许多国家，每年要消费掉大量薪柴。

我国一亿七千万户农户，绝大部分靠薪柴为主要生活能源。过去，由于

“重斧头，轻锄头，只伐不养，只造不管”，致使我国的森林覆盖面积逐年减少。全国广大农村严重缺烧。据有关方面统计，全国实际年薪柴需要量为

1.8 亿吨，折合标准煤 1.038 亿吨，但所能提供的薪柴量只有 8858 万吨，差距甚大。

自 1978 年以来，我国由于种植了薪柴林供应薪柴，1983 年薪柴栽种面积新增了 1000 多万亩。贯彻植树造林、绿化荒山的政策后，全国薪柴资源得到了开发和保护。在今后相当长的一段时间内，薪柴仍将是我国农民的主要燃料。

英国和德国的有关专家预测，芦苇将会成为欧洲未来很有希望的能源， 它具有生长快、不用肥料、不打农药、可保护环境等优点，所以，很受专家们的重视与青睐。

芦苇，原生长在中国和日本，是常年生植物，它不用施肥，每个季节可长到 3 米高，同时，抗病和抗虫的能力很强，不用喷撒农药，燃烧后，尽管像其他的生物燃料一样，会排放 CO2，但是，在生长过程中，为了光合作用， 却要吸入大量的 CO2。它的根部能吸入硝酸根等化学物质，这样有利于保护地下水的水质。据德国科学家估计，每公顷土地每年可收获干芦苇 30 吨，是白杨和柳树等快生植物的一倍，所以，德国的农民，把芦苇称为“大象草”， 意味着它的生长速度快和收割量大。

英国和德国正在研究以芦苇代替石油和煤炭等能源，一是直接将它作为小型热电站的燃料；二是将它合成氢气，在加工原油时，用作提高轻质油收率的原材料；三是代替取暖油，作家庭取暖用燃料。

为此，德国还制定了使用芦苇作燃料的指标，预计到 1995 年，全国所用的取暖油，按其增长量计算，有 80％要用芦苇。

英国和德国的农业科研部门，都征用了大量土地来试种芦苇，仅德国就有一个占地面积为 130 公顷的试种基地，目前还在继续扩大。

英国剑桥“国立农业开发咨询服务机构”的科学家科林·斯佩尼尔说： 原来我们打算种植柳树和白杨树，尽管它们生长很快，但要间隔 3 年，才能

砍伐一次，平均每公顷每年的产量只有 16 吨。现在种植芦苇，每年都可收割。平均每公顷每年的产量能达到 20～35 吨，即使按 20 吨计算，它也是一种很有发展前景的能源。

科学家们一直在尝试从生物量中获取能源，也曾设计成功以木片和蔗渣作燃料的发电厂。但是，人们一直未能找出一种真正有效的方法，来将生物量转化成便于运输的燃料。现在，东京日立公司与石油替换品发展研究所配合，已在实验中取得从生物量中萃取乙醇的方法。该法在工业上的实用希望极大。

新法解决了多年来使科学家们伤脑筋的怎样除去木质素的问题。植物纤维中的木质素极为坚韧，难以使植物细胞壁受到分解。较早的方法中要使用毒性化学品，但新法则用臭氧来除去木质素。留下的纤维素再用酶处理掉， 以生成葡萄糖，然后发酵成乙醇，用作燃料或用来生产无铅汽油。

这个从植物中提取乙醇的方法，可使所耗的能量不超过所产生的能量。但目前的困难是，生物量体积庞大，运输费用昂贵，因而利用该法的发电厂， 必须靠近生物量的来源区（如糖厂）。

新法的研究人员称，这种厂家能生产出每升成本仅 80 美分的乙醇。干净的沼气倍受人们重视

人畜的粪便、垃圾都是人类社会的抛弃物，处理不当还有碍卫生。人们将粪便、秸秆、杂草、垃圾等有机物，置入沼气池内，在厌氧菌的作用下发酵产生沼气，沼气是以甲烷为主体的混合可燃气体，它可以像天然气一样由管道传输，可以用来烧饭、点灯、发电，是一种理想干净的能源。发展沼气不但可以变废为宝，提取能源，而且可以净化环境，将粪便和垃圾加以集中处置，从而大大减少传染病的流行机会。同时，办沼气还是优化生态环境， 形成一种最佳的生物链的先决条件。沼气池里排出来的肥渣可以喂蚯蚓，蚯蚓长大了可用来喂猪和鸡，猪粪、鸡粪又可作生产沼气的原料，肥水还可当肥料，增加农业产量。

沼气已受世界各国的重视，无论是工业发达的国家，还是发展中的国家都十分重视发展沼气。即使包括美国这样经济发达国家在内，也都积极发展沼气，甚至在积极发展大型沼气工厂。美国俄克拉何马州一家沼气工厂饲养了七万五千多头牲口，每天用 200 吨动物粪便作为产沼气原料，大量生产沼气，并通过地下管道将沼气和天然气一起输送出去，作为工业动力能源。

拉丁美洲已有 28 个国家和地区不同程度地开展了沼气技术的研究与应用。沼气技术的应用领域可分为四类：农业废物，工业废物，城市下水道污水，城市垃圾。

农业沼气的开发：绝大多数沼气池是建在农村，单个体积为 7～40 立方米的小型池，发酵原料主要为畜粪，也有人粪和其他农业废物，所建沼气池主要用于炊事等。

工业沼气的开发：甘蔗、水果、咖啡等农副产品加工产生的高浓度有机废物，肉类、奶类加工产生的废水，造纸工业和石油化工废水都可用沼气技术加以处理。到目前为止，至少有 25 种工艺废水、废物在拉丁美洲开展了沼气发酵的研究，其中使用最多的是酒精厂废醪和咖啡加工后废壳、废水的消化。据报道，仅墨西哥每年就从甘蔗加工废液中回收 3 万桶石油当量的沼气

能源。在巴西，目前有 102 个工业沼气发酵罐，总容积达 7657 立方米。

城市下水道污水沼气的开发：在城镇下水道污水厌氧处理方面，已有 33 个国家研究应用报道，其中近一半是实验室试验项目，其余是生产规模的应用，发酵罐单体容积为 200～3300 立方米。拉美是当今利用这项技术的领先者。1990 年 9 月哥伦比亚布卡拉曼加两座总容积为 6600 立方米的上流式厌氧污泥床发酵罐已成功启动。

城市垃圾沼气开发：利用城市垃圾卫生堆埋场技术，可从垃圾中获得沼气。其投资运行费用低，并可以回收能源。据理论计算，一吨垃圾在堆肥场发酵 10～20 年，可产 400 立

方米沼气，实践中可回收 100～200 立方米。拉丁美洲现在是发展中国家中采用卫生堆埋场技术的先行者。智利和巴西已有 5 座堆埋场进行沼气开发。还

有 5 座在计划开发中，其中 4 座在巴西，1 座在哥伦比亚。

从垃圾开发沼气，降低了垃圾堆埋场的运行管理费用，其次是减少石油进口，第三是减轻了大气污染。沼气经过净化后，可用作市镇汽车的燃料， 减轻汽车尾气污染；如作为城市煤气，则为市民提供一种廉价的气体能源。

拉丁美洲目前沼气年产量约 2.173 亿立方米，相当于 18.64 万吨油当量。

其中，农村沼气 340 万立方米，相当于 2900 吨油当量，占总量的 1.6％；工

业和城市污水沼气 1.257 亿立方米，相当于 10.78 万吨油当量，占 57.8％；

垃圾堆埋场沼气 8820 万立方米，相当于 7.57 万吨油当量，占 40.6％。

拉丁美洲的沼气开发对我们的启示是，应当抓紧发展工业和城镇污水沼气和垃圾堆埋场沼气。

我国广大农村也正大力推广沼气。截至 1992 年底，全国有正规沼气池

498.21 万个，年产沼气量 11.548 亿立方米。沼气发电装机容量 2343 千瓦， 年发电量 301 万千瓦时。除西藏外，全国各省区都建有沼气池。

一些积极发展沼气的地区，还开始建设家庭生态农业工程，有些农户建起了与猪栏、厕所相通的“三结合”沼气池，人畜粪便自动流入沼气池，以沼气肥渣喂鸡，肥水肥田或流入小池塘喂鱼或养水浮莲。庭园四周种植绿树和花草，环境优美，五谷丰登，造成了五业协调发展的良性生态循环。

扬州市农村改建沼气式卫生厕所，即沼气池、猪圈、厕所三联通，又有新发展。1993 年上半年新建沼气式卫生厕所 700 多个，乡镇改建大中型沼气公厕 20 座，比 1992 年同期上升 50％。迄今为止，全市已改建沼气式卫生厕

所 9.5 万户；乡镇企业、学校、卫生院改造大中型沼气公厕 83 座，总地容积

为 7000 立方米，其中邗江县已改 48 座，占总数 57.8％，已有 14 个乡镇卫生院改建沼气净化公厕，使 50％的卫生院向老式公厕永远告别！

这种新型沼气式净化公厕，采用厌氧和好氧发酵相结合处理粪便污水， 具有四级发酵工艺，第一、二节为厌氧发酵，三、四节为好氧发酵，采用环流、折流和生物填料的新装置，增加发酵量的流动，延长了发酵液的滞留期， 有效地杀灭各种病菌虫卵，使厌、好氧发酵更为完善，达到国家卫生排放标准。创造了无害化的卫生环境，保护了水资源。

全市通过改厕所、建沼气，开发了沼气能源，用于烧饭、照明，形成年节柴 15.5 万吨，折标煤 10 万吨，还为农民提供优质有机肥 3000 多万担，减少了化肥用量，减轻了农民负担，节约成本，增加农民收入 2500～3000 万元， 基本上实现猪进圈、粪入池，消灭了不文明的露天粪坑，有效地改变了农村

卫生环境和传统观念习惯。

湖北省松滋县城建环保局，采取减免城建配套费和重点倾斜环保补助资金的办法，扶持并指导当地骨干企业——湖北省白云边酒厂兴建起全国首家固体酒槽发酵沼气站。该站同与其配套的饲料厂和污水处理厂一起投入运行后，可使日产 120 吨的固体酒糟和酿酒废水得到综合利用。

绿色的油库造福人类

如果有人告诉你，石油可以种出来，也许你不会相信，但是从植物中可以提炼出石油，这是千真万确的事。

人类在长期的生产实践中，经过细心的观察，发现在数以万计的植物中， 有的会分泌出类似于石油的乳汁；有的籽实或枝叶里含有很高的油分，只要通过简单的加工，便能提取出各种各样的植物油，这种植物油可以代替柴油当燃料。还有人发现，利用各种农副产品和废料发酵和蒸馏，制成酒精和甲醇，也是汽油的理想代用品。现在，有些已经突破了技术和经济难关，在全世界范围内推广应用。

早在 20 世纪初，柴油机的发明者狄塞尔就在他发明的柴油机上，试验过以各种植物油作燃料。后来，由于中东的廉价石油流入国际市场，“绿色的油库”曾一度被人们遗忘。1973 年，中东爆发石油危机，油价猛涨，一些国家又开始重视植物油的研究和开发利用。

现在，在世界范围内已经找到许多种可以提取燃料油的植物。除了我们

所熟悉的油菜籽、向日葵等油料作物外，在美国发现了一种名叫美洲香槐的石油树，这种树长成时，可以像割橡胶一样，从树干的表皮取出白色乳汁， 这种乳汁只要稍加提炼，就会得到石油。此外，东南亚的合欢树，我国台湾省的高冠树，美国的“绿玉树”、“续随树”，都属于石油树。

还有一种能适应沙漠恶劣环境下生活的灌木植物，名叫霍霍巴，它的果实含有 50％～ 60％油性乳汁，经过提炼就是高级精密机械的润滑油。

油料作物还有大豆、花生、棉籽、油橄榄、桔皮等，都可榨油。

我国是研究油料植物较早的国家之一，但由于食油缺乏，油料作物得先满足人民日常生活食油所需，作为燃料的为数不多。不过，亦有一些地区的农村，在农忙季节，因柴油缺乏也曾以植物油代替柴油，也收到了较好的经济效果。

可以预计，随着石油资源的消耗，石油产量的下降，人类终将打开“绿色的油库”，为满足社会对液态燃料的日益增多的需要。