生物能源的缺點

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生物能源的缺點范文第1篇

關鍵詞：可再生能源；發電；電網調度；影響；對策

新經濟時代講求可持續發展，能源是給予經濟發展騰飛的動力源泉。可再生能源的開發和利用有效的實現了經濟的可持續發展，且可再生能源已被廣泛應用于能源發電事業發展中，給我國電力行業的發展帶來了新的給予和新的活力，但同時，也使我國電網調度運行面臨著嚴峻的形勢和新的挑戰。

1.可再生能源發電特點概述

可再生能源主要包括：風能、水能、生物能、太陽能、海洋能、地熱能等非化石能源，在上述能源中，水源屬于常規能源，其他的則都被歸為新能源范疇之列。這些可再生能源具有其共同優點，即蘊藏量大、分布范圍廣、可以再生、沒有污染。與此同時也存在著一些局限性，如能源的密度較低且不穩定、地區能源的差異性較大等。對可再生能源的優缺點進行分析和了解后，將其于電網相結合，能夠使之更好的發揮其優勢，促進電網的運行，其發電運行特點主要表現在以下幾個方面。

（1）在裝機容量上，水能發電的裝機容量為60MW及以下；風能發電的裝機容量約為5000KW左右，低于國際標準7500KW；太陽能的光伏發電的裝機容量走在最前線，已突破千瓦級。生物能和海洋能及地熱能還未普遍應用進發電事業中。但是，在湖南懷化某生物質能發電公司已建成生物能發電站，其試驗裝機容量已達5000KW。

（2）在發電穩定性上，水能發電的能力會隨著雨量的變化而具有不穩定性，再加之氣候的影響，即豐水期和枯水期的季節性變化，使水能發電的可用水量具有不確定性；風能發電由于我國地區差異較大，有些地區一年四季都鮮少有大量可用風量的進入，而且我國目前對風量的收集和控制技術有限，使得風能發電仍需要電網來支撐，其穩定性比水能發電的穩定性還低；太陽能發電受日照照射量和日照強度的影響，使太陽能的發電功率無法滿足工業大量用電的穩定性需求。

（3）在調頻調壓上，常規能源發電的調頻調壓在其電網調度運行中發揮著重要的作用，可再生能源受能源機組容量的影響，其調節控制能力非常有限，主要依靠電阻通過參數變化對電網運行進行有效的穩定【1】。

（4）具有明顯的地區差異性。如在我國中東部水資源較為集中，其水能發電被普遍開發和應用；而風能資源在中西部地區比較豐富，因此我國、青海等低采用風能發電的企業較多；潮汐能源主要分布在河口、海灣等地形地貌處，因此潮汐能發電在藏南、滇西等低較為常見。

（5）可再生能源發電能夠遠離電網獨立運行，太陽能和風能是最普遍最廣泛的自然資源、生物能常常可以就地取材，基于這些特點，電網在每個不同的地區可以建立獨立的供電系統，是發電能夠遠離電網獨立運行。

2.可再生能源發電對電網調度運行的影響

自我國發展改革委員會頒布《可再生能源長期發展規劃》后，可再生能源利用會在2020年到達頂峰或全盛時期，加之可再生能源逐漸占領發電市場的大部份額，對電網運行調度的影響將日益明顯。

（1）并網造成電網的沖擊。可再生能源發電的機組容量小，通常采用異步發電機，其主要作用是通過勵磁裝置進行電流瞬間并網，雖加強了電力的快速運輸，但同時會出現高于額定電流5～6倍的沖擊電流，削弱電網強度并對其造成沖擊。

（2）影響電網系統的穩定性。電網的最大功能是儲備電能容量會讓調節電流負載，可再生能源的發電都是一個獨立運行的小型電網，無法對其進行進行及時有效的控制。例如風力發電常受風速影響，風速大時其發電量會超出額定電壓自動退出并網系統，從而使電壓的穩定性出現波動。

（3）對電能質量的影響。可再生能源發電具有隨機性，因為天氣狀態不可控。因此其產生的電能常常出現頻率波動、電壓忽高忽低、電壓閃變或跌落等現象，使電能質量無法有效保障。例如，家庭用電中常出現燈泡明暗程度不穩，就是由于上述因素的影響。

（4）對保護設備的影響。可再生能源在發電過程中常需借助異步發電機，而異步發電機在提供高效檢測數據的同時，會對發電機組造成頻繁性的摩擦而對設備造成破壞性影響。

3.基于可再生能源發電對提高電網調度運行的對策研究

為加強可再生能源發電與電網調度運行的協調，必須作出有效的提高電網調度運行的有效對策：①以法律觀念為基準，進行依法調度。例如，法律和經濟手段對電網運行調度進行干預，定期深入電力市場，了解市場行情，制定緊跟時代步伐的可再生能源的管理制度和辦法。②對可再生能源的接入容量進行科學合理的規劃，及具體操作方法為：對可再生能源的裝機容量作負荷水平、電源備用容量、電能指標等的參數控制，使大小電流、電源有效融合，且協調發展，創造電網運行的物質環境。③加快電網建設的進程，電網作為電力運輸的強大后盾，提供著接入、調峰、消納等支撐。其具體方案有：使用交流輸電技術（FACTS），其主要作用是為串流和靜電作缺失性的補償，同時對電網進行分層和分區，根據區域電流強弱對不同層面和區域進行回輸電，加強電流的緊湊性輸入與輸出【2】。④研發新型吸納技術，提高可再生能源的并網性能。吸納技術主要應對可再生能源發電帶來的不穩定性，其主要可以提高電力元器件的運行性能，對發電機組的發電頻率有效規范。再次，作用于勵磁調整期發電功率、去效補償電容，向電網輸送無障礙電流，加強電網的穩定性、擴大風電機組并網的允許容量。

結束語

綜上所述，可再生能源發電是解決我國電力緊張狀況的有效途徑，全面了解可再生能源發電對電網運行的影響，積極做出有效的應對戰略，方能保證電網調度的有效運行，促進我國電力實業的發展。

參考文獻：

生物能源的缺點范文第2篇

關鍵詞：纖維素原料；纖維素酶；預處理；水解；發酵；生物能源乙醇；精餾和脫水；產業化

長期以來我國能源生產以煤炭、石油、天然氣等化石能源為主，不僅消耗了大量的自然資源，而且對環境造成了嚴重污染。根據國家統計局的中國統計年鑒的數據顯示，2003年能源生產總量為1．7億t標準煤，2012年為3．3億t標準煤，增幅達93％，我國迫切需要一種可再生能源來代替化石能源。在美國、巴西及歐洲已形成新的可再生能源－燃料乙醇產業。隨著糧食價格的不斷上漲，土地資源日益緊張，以糧食為原料的生物液體燃料技術發展前景并不樂觀。而木質纖維素是地球上最豐富的可再生資源，發展纖維素生物乙醇成為我國和其他能源發達國家的必然選擇。木質纖維素是地球上最豐富的可再生資源，以其作為原料生產生物乙醇是最具發展前景的生產路線，利用現代化生物技術手段開發以纖維素為原料的生物能源，已成為當今世界發達國家能源戰略的重要內容。

1纖維素乙醇主要技術

路線纖維素乙醇的工藝技術路線主要包括預處理、水解、發酵、蒸餾脫水等幾大環節。其中關鍵步驟是酶水解，該過程具有反應條件溫和、過程可操縱性、對環境友好等優點。

1．1纖維素原料的預處理方法

目前，纖維素原料的預處理方法可分為物理法、化學法、物理化學相結合法以及生物法等。

1．1．1物理法

常見的物理法預處理技術包括機械粉碎法、高溫熱水處理法、微波輻射、射線處理等等，該類處理方法操作簡單，無環境污染，但需要較高的動力，其耗能約占糖化總過程耗能的60％以上。機械粉碎法：用振動磨等物理外力將纖維素原料進行粉碎處理，可以破壞木質素和半纖維素與纖維素之間的結合層，但是木質素仍然會被保留，其結果降低三者的聚合度，改變纖維素的結晶構造。該處理方法可提高反應性能和提高糖化率，保證酶解過程中纖維素酶或木質素酶發揮作用。高溫熱水處理法：即酸催化的自水解反應，原理就是在高溫（200℃以上）且壓力高于同溫度下飽和蒸汽壓時，使用高溫液態水去除部分木質素及全部半纖維素，但高溫作用會使產物有所損失，并產生一些有機酸等次級代謝產物抑制酶解與發酵過程。按照水與底物的進料順序不同，可分為以下3種，即流動水注入、水與物料相對進料及兩者平行進料，這3種方式都是利用沸水的高介電常數去溶解所有的半纖維素和1／3～2／3的木質素，但反應需要的pH值要求較高，一般控制在4～7之間，來減少副作用。

1．1．2化學法

稀酸預處理和濃酸預處理：濃酸具有腐蝕性，生產過后需要回收，因此大大增加了成本，所以稀酸水解應用的范圍廣，稀酸水解一般是在高溫高壓下進行，稀酸能夠斷裂纖維素內部的氫鍵，使得纖維素易水解且提高木聚糖到木糖的轉化率，雖然該方法較其他方法比較而言有很高的轉化率，但是據Selig等研究表示，在高溫條件下（如140℃處理時），在纖維素表面可能會形成一些木質素與碳水化合物復合物形成的球狀液滴。堿預處理技術：該方法原理是破壞木質素和碳水化合物之間的連接，破壞生物質的結晶區，使木質素溶于堿液從而促進水解的進行。常用的堿包括Ca（OH）2和氨水等。Chen等采用價格便宜的Ca（OH）2處理TK－9芒草秸稈半纖維素，其水解率大于59．8％，木質素的去除率為40．1％。Kim等發現利用NH4OH、在60℃條件下、采用1∶7的料液比處理廢棄秸稈9h可以去除70％～80％的木質素，若酶用量充足，可以將所有的纖維素水解掉。

1．1．3物理化學方法

氨冷凍爆破法：類似于蒸汽爆破法，其區別之處在于氨處理對設備的要求和所需的能耗降低，在蒸煮的過程中加入氨，同時還要注意氨的有效回收，其原理是液氨在50～80℃、1．5MPa條件下，采用物理方法，將壓力驟降，使液氨蒸發，使木質素晶體爆裂，破壞木質素與糖類的連接，脫去部分木質素，使得木質素的結構得以破壞，增加纖維素表面積和酶解的可及度。隨后向系統加入固液混合物，經過蒸發的氨通過壓縮可以得到有效回收。Alizadeh等采用柳枝為原料，將葡聚糖的轉化率從20％提高到90％，木質纖維素原料的酶解速率得到較大提高，另外該方法避免了酶的降解，無干擾抑制物的產生，因此處理過后無需處理。

1．1．4生物方法

自然界中有多種能夠分解木質素的微生物，其中分解能力最強的是木腐菌，包括3種：百腐菌、軟腐菌、褐腐菌。百腐菌能分泌胞外氧化酶包括漆酶、過氧化酶、錳過氧化酶等，因此百腐菌是自然界最主要的木質素降解菌，這些木質素降解酶能有效、徹底地將木質素降解成為水和二氧化碳。

1．2發酵酶解

發酵酶解技術是木質素生產纖維素乙醇技術的關鍵，國內研究人員經過多年的探索，取得了較好的進展，如生產成本下降，生產工藝流程簡化。酶解發酵主要將五碳糖或六碳糖經過微生物發酵同時轉化為乙醇。利用木質纖維素原料生物轉化乙醇主要有4種途徑：分步水解和發酵（SHF）、同步糖化發酵（SSF）、同步糖化共發酵（SSCF）和直接微生物轉化（DMC）。

1．2．1分步水解和發酵（SHF）

分步水解和發酵的原理是，2個過程獨立進行，其優點就是各步能在各自適宜的溫度下（50～55℃酶解，35～340℃發酵）進行，有利于反應完全，纖維素酶首先將纖維素原料水解，再將得到的C5或C6分別發酵生產乙醇，也可共發酵產乙醇，該途徑最大的缺點就是酶解過程中的水解產物積累會抑制酶的活性，導致水解不徹底。世界上第一座纖維素乙醇示范裝置是加拿大Iogen公司于2004年在渥太華建立的，該公司以纖維素為原料利用SHF工藝，固液分離水解糖，利用工程菌生產乙醇，產能1800t／年。瑞典的O－Vik公司以木屑為原料采用SHF工藝建立的乙醇廠，成本只有0．46歐元。美國的Verenium則以甘蔗渣為原料，采用稀酸水解，采用基因工程大腸桿菌發酵生產乙醇，1t干生物質年產100加侖乙醇。

1．2．2同步糖化發酵（SSF）

同步糖化和發酵，即在同一個反應容器里，纖維素酶解與葡萄糖的乙醇發酵同時進行，微生物能直接利用酶解產生的糖，這樣避免了對纖維素酶的反饋抑制作用，SSF是目前生產乙醇最主要的方式，國內外的中試裝置上基本都采用此方法，主要代表就是瑞典Lund大學，采用木屑為原料，利用工程酵母發酵，其原料轉化率可達90％，提高乙醇產量。在生產過程中，原料在經過預處理之后，加入纖維素酶和酵母共發酵，不能被酶解的木質素則被分離出來，通過再利用提供能量，通過乙醇蒸餾工藝進行回收。

1．2．3同步糖化共發酵（SSCF）

SSCF法是SSF法的改進，最主要的優勢在于對戊糖的利用。半纖維素中含有豐富的戊糖，如木聚糖、阿拉伯聚糖，在SSF法中大量戊糖并未能轉化成乙醇；如果在發酵過程中接種能夠將戊糖轉化為乙醇的微生物，將大大提高發酵液中最終乙醇含量。Su等研究發現，利用重組的Zymomonasmobilis發酵玉米秸稈，在SSCF法中，當葡萄糖存在時，縮短了木糖的發酵時間；但葡萄糖與木糖會競爭相同的膜轉運蛋白，而且蛋白優先轉運葡萄糖，在培養基中葡萄糖含量降低到一定程度后，菌種才開始利用木糖進行發酵。現階段SSCF法采用混合菌種發酵居多，在下一步研究過程中，應開發能夠同時利用戊糖和己糖發酵產乙醇的新菌種。

1．2．4直接微生物轉化（DMC）

直接微生物轉化又稱為統合生物工藝，即原料中木質纖維素成分通過某些能夠產生纖維素酶的微生物群生產乙醇的工藝，同時該微生物還能利用發酵糖生產乙醇，這就要求該種微生物同時具有以下3個步驟：產纖維素酶、酶解纖維素、發酵產乙醇。目前，研究最多的就是粗糙脈孢菌和尖鐮孢菌這2種真菌，該菌有獨立的纖維素酶生產，在有氧和半通氧2種狀態下，分別產水解后的底物和發酵糖為乙醇，方法簡便，和普遍使用的SSF相比，無需額外酶的加入，能夠同時利用五碳糖或六碳糖，具有很廣的應用前景。Mascoma公司利用酵母和細菌共同完成產生纖維素酶和發酵產乙醇的工藝步驟，酶生產單元大大減少，在中試裝置上使用該技術，降低了成本，減少了費用。

1．3精餾和脫水技術

精餾和脫水技術主要是提純產物乙醇，其工藝類似于淀粉燃料乙醇的生產過程。精餾和脫水技術可以借鑒淀粉質原料燃料乙醇生產工藝中已經發展成熟的工業化技術，木質纖維素類原料發酵液中乙醇濃度比較低，一般情況下均在5％以下，致使精餾操作能耗高。有研究者建議，在木質纖維素水解液乙醇發酵工藝中耦合滲透蒸發技術來提高進入精餾系統發酵液中乙醇濃度，但是滲透蒸發系統本身的動力消耗也比較大，而且滲透蒸發所用的透醇膜容易被菌體污染的問題也很突出。

2纖維素乙醇發展展望

2．1纖維素乙醇產業化發展的局限

目前，木質纖維素類生物質制備生物乙醇因其在生產、能耗和政策支持3個方面存在問題，不能實現大范圍的工業化生產。生產技術方面存在工藝流程和預處理技術2個方面的限制，能源利用率存在成本和產出之比高低問題，以及存在政府是否頒布相應的支持條例的問題。首先，從原料上來看，木質纖維素由于自身堅固的細胞壁結構和難以水解的結晶纖維素，使得生產燃料乙醇需要較高的成本費用，其次，從生產工藝流程來看，制備燃料乙醇要經過預處理、酶解、發酵等過程，在預處理過程中，不同的處理方法針對不同的原料有不同的處理效果，雖然對燃料乙醇提供了有力的支持，但是也存在不同程度的局限之處。在水解和發酵方面，一般采用的技術工藝是分步水解和發酵（SHF）、同步糖化發酵（SSF）、同步糖化共發酵（SSCF）和直接微生物轉化（DMC）。分步水解和發酵的反應特點是纖維素水解和水解液發酵可以在不同的反應容器中進行，所以兩者可以選擇適宜條件。其缺點在于，水解產物糖對纖維素酶有反饋抑制作用，使水解不完全，同時在轉移產物過程中，由于在不同容器中進行，易造成微生物污染。而SSF則與此相反，在酶水解糖化纖維素的同時加入能產生乙醇的纖維素發酵菌，使兩者在同一裝置中連續進行，工藝大大簡化，又能消除底物葡萄糖對纖維素酶的反饋抑制作用。但是也存在局限因素，如木糖的抑制作用、酶解溫度和發酵溫度不一致等。研究最多的假絲酵母菌、管囊酵母菌能夠將木糖轉化為乙醇，解決此難題。同步糖化共發酵（SSCF）是由該方法衍生出的新工藝，同樣具有廣闊應用前景。中國科學院生化工程國家重點實驗室陳洪章等在了解了SSF法之后，提出秸稈分層多級轉化液體燃料的新構想，在秸稈不經過添加化學藥品的低壓爆理之后，采用發酵－分離乙醇耦合系統，多級轉化燃料乙醇和生物油，降低成本費用和酶的用量，簡化生產工藝，提高酶解效率。

2．2纖維素乙醇產業化發展的趨勢目前，國外纖維素乙醇產業化研究正進入一個關鍵時期，中國在這方面也有很好的基礎，為了更快地實現產業化，應當吸取國外石油化工的實踐經驗，堅持生物精煉和乙醇聯產的創新模式，促使纖維素乙醇實現產業化。該模式即實現原料的充分利用和產品價值最大化，就是所謂的“吃干榨凈”，具體含義指利用玉米生產燃料乙醇，還能生產相關產品，如玉米油、高果糖漿、蛋白粉、蛋白飼料和其他系列產品，這樣既提升了纖維素乙醇經濟附加值，又能取得良好的經濟和社會效益，一舉兩得。燃料乙醇將很快進入全球的成品油市場，在替代汽油供應方面發揮不可替代的作用。

在未來幾年，隨著中國對石油進口依賴度加深，擴大國內燃料乙醇產能已經成為必需。但是由于糧食生產乙醇的工藝不適合我國采用，因此，纖維素乙醇研究已經成為目前研究工作的重點。纖維素乙醇研究工作涉及物理、生物工程、化學等多個領域，為了早日實現纖維素乙醇產業化，應當提出相應的發展戰略，首先，應該制定生物質能源產業的國家和地方的發展戰略，政府應采取鼓勵政策繼續加大科研資金投入；其次，利用己糖發酵菌種的構建及木質纖維原料生物量全利用等方面來提升纖維素乙醇的經濟效益：最后，要建立工業示范裝置，為纖維素乙醇產業發展提供實踐經驗。纖維素乙醇作為主要的生物能源，應加快以纖維素乙醇為核心的綜合技術的開發，整合多方力量，實現優勢互補，使其在我國能源結構轉變中發揮重要的作用。

參考文獻：

［1］阮文彬，丁長河，張玲．纖維素乙醇生產工藝研究進展［J］．糧食與油脂，2015，28（11）：20－24．

［2］閆莉，呂惠生，張敏華．纖維素乙醇生產技術及產業化進展［J］．釀酒科技，2013（10）：80－84，89．

生物能源的缺點范文第3篇

自從2008經濟危機以來，綠色經濟和可持續發展戰略得到了空前的關注。綠色經濟能夠保證自然環境和資源的可持續性，同時保證經濟增長和發展。當前流行的凱恩斯主義和相關刺激經濟的方案可以實現經濟的綠色增長，這些方案依賴于低碳科技的發展。很多國家以此為契機調整國家戰略及相關的政策，從而實現向低碳經濟的轉型，同時以綠色經濟為手段來解決環境、經濟、社會等各方面的挑戰。然而，在技術發展層面之外，政策上的努力和期望依然不清晰。協調綠色經濟、能源系統、社會制度依然是當前的主要挑戰。如何評價綠色經濟的政策效果依然存在爭議。

向綠色能源經濟的轉型需要更大的動力和對經濟結構的徹底轉變。盡管在一些領域有了進展，現有的政策和戰略仍然不足以解決綠色能源經濟面臨的世界性問題。這些問題說明人類社會產生了過多無用的綠色能源政策和低碳科技，但同時也加強了我們對綠色能源經濟轉變相關政策的效果、用途、復雜性的理解。

總的來說，我們需要更強的領導力、更積極的政治環境、縝密的評估、有效的多層管理、國內國外合作、經濟與能源系統整合等來應對向綠色能源經濟轉型遇到的眾多難題。本文研究的目的是總結綠色能源技術的最新進展，為國家綠色能源經濟和可持續發展轉型提供最新的技術支持。

2納米技術在能量儲存方面的應用

能量儲存無疑是21世紀最大的挑戰之一。為了應對現代社會的需要和日益突出的生態問題，對于新型的、低廉的、環保的能量轉換和儲存設備需求緊迫，促使了這個領域研究發展迅速。這些設備的性能與其本身使用材料的性質密切相關。而近幾年，納米結構的材料因其非同尋常的機械、電學、光學性質而備受矚目。認識到納米材料在能量轉換和儲存中的優缺點，以及如何控制它們的性質和合成同樣至關重要。鋰離子電池是當今材料電化學的一大成功。然而，依靠現有的電極和電解質材料，電池的性能已經達到極限。為了突破這個極限，其中一條可行的思路就是運用納米材料。

使用納米級的傳統陰極材料有很多缺點，但是陰極依然有進步的空間。一種有關硅納米柱的方法已經在陰極材料中運用；另一種由五氧化二釩或者LiMn2O4形成的微纖維納米結構也有上述硅材料的優點：兼顧體積改變并允許高的反應速度。再者，二級納米陽極材料與二級納米陰極材料的研究工作也在同時進行。傳統觀念認為，為了使可充電鋰離子電池中可以快速而可逆地充上電，必須在電極上使用嵌入化合物，并且嵌入過程必須是單相的。但是現在出現了很多反例：即使反應中有相轉變，鋰離子的嵌入反應仍然很快。除此之外，LiFePO4的例子也表明了納米電極材料的優勢。納米結構擴展了陰極材料的范圍。

鋰離子電池的進步也同樣依賴于電解質的發展。固體聚合物電解質是目前最有前景的材料，因為它們生產過程簡單、形狀和大小可控、能量密度高，并且可以實現電池全固態。然而其在室溫下很低的離子電導性依然是技術的瓶頸。晶化的聚合物電解質以前被認為是絕緣體，但是最近的研究表明有些復合物有顯著增加的導電性。現有材料的電導性還不足以達到實際應用的水平，但是這些材料為進一步的提高開拓了新思路。

總的來說，把材料從正常大小變為納米級會顯著改變它們的性質，自然也就會改變它們作為能量儲存和轉換設備材料的性能。有時唯一的影響就是簡單改變粒子大小而產生；而對于具有特殊結構的納米材料，情況可能更為復雜。由粒子更小引起的空間限制和表面積改變會影響材料的很多性質，這使我們更迫切地需要發展新的理論或者改進現有體相材料的理論。這是材料化學和表面科學的交叉學科，這兩個學科對于研究納米材料都很重要。

3高效太陽能電池的商業化前景

利用太陽能來生產電能是解決世界能源問題最好的辦法之一。然而，為了與傳統能源競爭，太陽能電池本身必須足夠可靠和價格相對低廉。有幾種類型的太陽能電池被廣泛研究，包括晶圓、薄膜、有機太陽能電池，并在太陽能電池的可靠性、成本效益方面取得了巨大成功。成本效益可以理解為更少的材料和更高的轉化效率。

圖12014年光伏產業各材料占比情況

在光伏產業中，薄膜電池公司發展迅速；2001～2009年，100家公司進入了此領域，能量產值從14MW上升到2141MW。在長期發展中，如果薄膜光伏技術的效率和可靠性夠高，它被預測會超過晶體硅技術。然而與之相對的情況是，投資者擔心晶體硅的發展會壓制薄膜技術（如圖1所示）。薄膜技術在2009年開始衰落，因為它比晶體硅更貴，效率和可靠性更低。在其市場占額減小的情況下，一個不爭的事實是：目前薄膜技術沒有成功替代晶體硅，但是它在炎熱的陽光地帶仍然有很大的優勢。具有更好溫度系數和合適轉化效率的薄膜電池在一些極端環境下確實好于晶體硅電池。

4生物能和廢物處理系統

由于全球性的污染和人為活動，水在某些地區非常稀缺。對清潔水源的需求和人們對環境的重視導致了循環水的使用量增加。因此，混合廢水處理系統等先進有效的處理技術在近些年得到了廣泛關注。由于對全球的環境和能源問題的持續關注，可持續和環保的新型廢水處理技術都得到了發展。因此，很多機構的工作重心都放在了研究高效節能的混合處理系統上。某些先進的混合技術，例如微生物燃料電池，甚至可以從廢水中生產能量。

一個混合能源系統通常有兩個或兩個以上的能量源一起使用來節省燃料和提高系統效率。而在混合廢水處理系統中，大多數可以被概括為兩種或兩種以上單元的組合：生物處理單元、化學處理單元、物理處理單元。選擇何種混合系統取決于廢水中的成分。生物處理經常用于清除有機物、氮化物和磷化物；物理處理通常用于除去懸浮物一類的物質；化學處理一般處理金屬離子。大多數廢水含有多種物質，因此需要用混合系統來徹底的凈化。

（1）物理-生物混合系統可以在含有懸浮物、油污、有機和無機雜質的廢水中運用。最常見的例子包括膜生物反應器（MBR）：一種結合生物降解法和膜過濾法的反應器。這種反應器可以降低化學需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、氨氮含量（NH3-N）。MBR的優勢有：可以處理有機物含量大的廢水，提高凈水效率，延長固體停留時間使硝化反應更完全。

（2）物理-化學混合系統用于富含懸浮物、油污、渾濁、有害離子的污水中。常見的物理-化學混合系統包括：

1）化學凝聚和沉降——用藥品來使廢水中的微小顆粒凝聚為大顆粒，然后用物理方法除去。

2）吸附——大比表面積的活性炭可以吸附很多物質。例如，吸附-絮凝-溶氣氣浮混合法可以除去水中大部分的油污。

3）臭氧化——種常見的用臭氧來殺菌和氧化有機物的方法。例如，將臭氧化-吸附混合系統加入自養除氮步驟中可以顯著提高除氮效率。

4）混合除鹽法——它將可逆電滲析（RED）和可逆滲透法（RO）結合在一起。在除鹽過程中，RED利用鹽濃度梯度發電，兩者的結合可以大大減少能量消耗。

（3）化學-生物系統通常用于除去氮、磷、難處理的毒性有機物等。帶有氧化功能的混合系統可以在短時間內降低廢水毒性，并且增加其生物可降解性。而微生物燃料電池可以把有機廢物轉化為電能，在處理系統中使用它可以增加凈水效率并降低處理成本。

（4）當廢水中的污染物種類很多時，就要用到物理-化學-生物混合系統。例如，薄膜-絮凝-吸附-生物反應器（MCABR）可以有效除去有機物。其中有四種機理：膜過濾、微生物降解、聚氯化鋁沉降、活性炭吸附。

5結語

總的來說，綠色能源技術已經得到長足發展，但仍有很大提高空間。固氧燃料電池是一種較成熟的能源轉換技術，其轉換效率比熱機高并且污染小。出于對成本和運行環境的考慮，某些情況下的固氧燃料電池需要相對低的運行溫度。在不懈的研究工作下，某些電池的運行溫度已經可以達到600℃以下，而且通過改進加工工藝和研究新的電解質材料可以進一步降低運行溫度，從而達到400℃～500℃的更低溫。未來幾年內，低溫固氧燃料電池及其材料仍會備受矚目，并且其商業化的趨勢會更顯著。

除了能量轉換，研究低廉環保的能量儲存裝置也是綠色能源的一大重點。鋰離子電池是一大成功，然而為了突破現有性能的瓶頸，人們開始關注納米材料。納米材料具有非同尋常的性質，它在某些情況下被證明可以提高電池性能，而且擴展了可用材料的范圍。然而人們對納米反應動力學機理的了解還是很少，這個領域仍然有很多工作要做。為了實現更大的發展，我們需要發展新的材料和反應理論。

從長遠來看，解決能源危機的最好方案之一是使用太陽能。對于薄膜太陽能電池，其中的CIGS和碲化鎘電池都已經達到了很好的轉化效率，然而相關元素低產量仍然限制了大規模商業化。有關新型薄膜光伏電池的研究也在進行中。盡管薄膜太陽能電池可能在市場配額上可能無法超過晶體硅電池，但是在特殊環境下薄膜太陽能電池有著無與倫比的優勢。

出于對水資源稀缺的考慮，節能高效的混合污水處理技術近年來得到了廣泛關注。由于成本和能源問題，未來的混合系統趨勢將是從廢水中提取生物能或者通過鹽梯發電，因此我們需要在微生物燃料電池與RED研究方面付出更大努力。

生物能源的缺點范文第4篇

關鍵詞：能源；汽車 動力系統；發展取向

中圖分類號：TE0文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）01-0274-01

1 中國石油能源現狀

（1）人均能源擁有量低、儲備量低 我國能源相對稀缺，人均能源資源量遠低于世界平均水平。

（2）我國石油消費總體呈上升趨勢。

2005年，我國石油表觀消費量為3.2億噸。2006年全球石油消費只增長了0.7%，但中國石油消費量增長近6.7%，接近過去10年的平均增長率。07年上半年，中國經濟的高速增長推動了石油產量和消費量的雙雙攀升，預計全年石油表觀消費量將達到3.7億噸。根據分析，到2020年我國石油消費量將達到5．2－5．5億噸。

下圖為1978年－2007年我國石油年度消費量。

（3）中國石油對外依存度不斷攀升。

近10年來，中國石油消費量年均增長率達到7％左右，而國內石油供應年增長率僅為1．7％。這種供求矛盾使中國自1993年成為石油凈進口國之后，2004年對外依存度迅速達到42％。2005－2020年期間，國內石油天然氣產量遠遠不能滿足需求，且供需缺口越來越大。主要表現在：受國內石油資源的限制，2010年中國石油進口量將達到2－2．4億噸，2020年將增加到3．2－3．6億噸，而成為世界第一大油品進口國。2010年后，中國石油對外依存度將超過60％，到2020年石油對外依存度將達到70％左右。

2 汽車對石油的消耗與依賴分析

（1）汽車保有量的快速上升，導致我國對石油的需求大增。

截止2007年6月，中國機動車保有量為152,807,598輛。其中，汽車53,558,098輛，摩托車83,548,340輛，掛車800,345輛，上道路行駛的拖拉機14,880,466輛，其他機動車20,349輛。汽車耗油約占整個石油消費量的1/3，預計2020年中國汽車保有量將達1.5億輛，石油消費比例將上升到57%。這些汽車將需要每天增加200萬至300萬桶石油供應。

（2）石油的替代能源狀況不容樂觀。

對于汽車工業來說，替代能源的前途的確不可樂觀。一段時間，人們寄希望于核能、太陽能和風能等替代能源。然而，實際上，核能利用同樣需要石油，雖然產生同樣數量的功率，核能利用使用的石油量小；核能利用伴隨著巨大危險，而且處理核廢棄物也是尚未解決的難題；核能利用需要建設核反應堆（站），要保證燃料的供給和運輸，比煤能利用需要使用更多的能源，并且處理放射性物質也需要大量能源。如果想讓核能利用更加安全，就需要使用比使用煤能多幾倍的能源，而且其能源大部分要依靠石油。與石油能源相比，太陽能和風能利用的瓶頸是能源密度低、效率差，無法保證穩定供能。所以人們都認為它不可能成為主要能源。而且太陽能和風力能利用所需要的設備非常龐大，在制造這些設備時同樣需要耗費大量能源。

3 能源動力系統發展的戰略選擇

在能源壓力下，我國必須把低能耗與新能源汽車和氫能及燃料電池技術列入優先主題和前沿技術。

（1）節能汽車。

優化現有以石油和內燃機為基礎的車用能源動力系統，發展節能汽車，重點發展直噴式內燃機及其混合動力系統。

（2）混合動力汽車。

混合動力汽車是介于內燃機汽車和電動汽車之間的一種形式，能夠兼顧降低燃油消耗和減少排放污染。混合動力技術為汽車動力系統的轉型奠定了基礎平臺，是聯結現有汽車節能環保技術與新能源汽車技術之間的橋梁。

（3）電動車。

除了短期內可見利潤的先進柴油車和混合動力汽車之外，電動車的發展前途也為多數業內人士所看好。電動車包括燃料電池汽車和純電動車兩種。

（4）汽車清潔代用燃料技術。

因此如何在后石油時代，針對我國自然條件和能源資源特色，逐步改變汽車能源結構，發展汽車清潔代用燃料，在發動機上實現高效、低污染的燃燒，控制汽車發動機有害排放對我國城市大氣質量帶來的日趨嚴重的影響，已成為我國能源與環境研究中的一個十分重大和緊迫的研究課題。本文介紹了國內外各種汽車清潔代用燃料及其技術發展趨勢。

①液化石油氣和天然氣。

天然氣（NG）和液化石油氣（LPG）由于具有低的污染物排放被認為是內燃機的較理想代用燃料，已經被成功地應用于汽油機。

作為車用燃料LPG的主要成份是丙烷、丁烷和少量烯烴和戊烷。LPG辛烷值較高，燃料費比酒精、汽油、柴油等便宜，CO、NOx等有害排放量低于汽油機排放，基本上消除黑煙和顆粒物(PM)，發動機工作噪音低。天然氣的主要成份是甲烷(一般為83%～99%)及少量其他烴類和CO2等。天然氣具有較高的辛烷值，抗爆性能好，與汽油相比，燃燒更完全。天然氣汽車因為其良好的排放特性及豐富的儲量而成為各種代用燃料汽車的首選。

②氫氣。

氫氣(H2)作為汽車燃料，氫氣辛烷值高，發動機熱效率高，發動機可在空氣過量系數(λ)較大的范圍內穩定燃燒，點火能量低，不到汽油最低點火能量的1/10，且氫燃料的火焰傳播速度快，低溫下易起動，其燃燒生成物主要是水和NOx，不產生HC、CO和碳煙排放。 但在發動機上使用還有回火、早燃、燃燒控制等問題尚待解決。

氫的主要缺點是儲運性能很差，氫的沸點為-253℃，以液態方式儲存時成本高，不適宜長期儲存。氫的制取原料有天然氣、煤、水。從水制取氫有電解法、熱化學法、光解法及微生物法。至今這些制氫方法的成本及能耗都較高、難以進行大規模制氫用于車用燃料，因此氫氣必須在解決降低生產成本、儲存運輸等難題后，才能走向實用。

③醇類燃料。

醇類燃料甲醇和乙醇，具有辛烷值高、汽化潛熱大、熱值較低等特點。作為汽車燃料，醇類燃料自身含氧，在發動機燃燒中可提高氧燃比，CO和HC的排放較汽油和柴油的低，幾乎無碳煙排放；另外，由于汽化潛熱高，可降低進氣溫度，提高充氣效率，使最高燃燒溫度低，發動機的NOx排放較低。

④二甲醚。

二甲醚(Dimethyl ether)，簡稱DME，是一種含氧燃料，它無毒性，常溫常壓下為氣態，常溫時可在五個大氣壓下液化，具有與液化石油氣相似的物性。二甲醚無C-C鏈，其十六烷值大于55，具有優良的壓燃性，非常適合于壓燃式發動機，用作為柴油機的代用燃料。

⑤生物燃料。

生物能源的缺點范文第5篇

其實，北方草地上的牛羊糞是一種重要資源，它可以肥田肥地，還是制造沼氣不可缺少的原料，這些都是人們熟知的常識。除此以外，牛羊糞還是牧民生活離不開的燃料，在古代還是建筑的材料和防敵的武器，這些知識，就未必是常人所知了。

牧民的生活燃料

內蒙古牧民特別熱情好客，每有客人來訪，都要燒煮奶茶接待客人。所謂奶茶是把茶葉放入牛奶中加水煮沸，既有牛奶的甘甜，又有茶葉的清香，是內蒙古牧民離不開的飲品。在廬帳正中挖一橢圓形深坑，四周放置石塊，將圓底鍋架在上面，這就是燒煮奶茶的爐灶。這種爐灶早在數千年前就出現了，考古學家稱之為“火塘”，至今西南一些少數民族地區，仍使用火塘燒飯。以前的野外考察人員，也常常拾取干樹枝，用這種辦法蒸煮食物。不過牧民所使用的燃料，不是樹枝干柴，而是一大塊一大塊的干牛羊糞。其燃燒力很強，用不了多長時間就可以將奶茶煮沸，煮牛羊肉也是如此。

令人奇怪的是牛羊糞燃燒時，幾乎聞不到什么異味，所留下的灰燼也不多，說明燃燒得很徹底。為什么牛羊糞沒有異味呢?原來草地上的牛羊吃的是純凈的青草，不吃糧食，故而草原上的牛羊肉不膻，糞不臭：而內地飼養牛羊是以糧食作為補充飼料的，牛羊肉有強烈的膻味。也是由于這種原因，內蒙古的牛羊肉在北京市場上特別暢銷，內地的牛羊肉很難與之競爭。

草原城鎮也燒牛羊糞

不但草地上的牧民用牛羊糞作為燃料，草原城鎮居民也多以牛羊糞為生活燃料，甚至像海拉爾、呼和浩特這樣的大城市也不例外。在海拉爾舊城區和呼和浩特舊城區的茶館、飯館，多半以牛羊糞為燃料。在20世紀70年代，可以看到茶館、飯館旁邊有牛羊糞堆，許多牛車、馬車滿載牛羊糞沿街叫賣，與圍觀的居民討價還價，可說是草原城市特殊的一景。牛羊糞是論車買賣的，按照車載的體積計費，屬于一種比較原始的買賣方式。

在城鎮中使用牛羊糞略有改進，有的住戶將牛羊糞與煤粉摻和在一起，做成一塊塊似煤非煤、似糞非糞的燃料。據當地居民介紹，這種做法有許多好處：煤餅中含有牛羊糞易于點燃，糞餅中有了煤粉，可以持續燃燒，燃燒力更強一些。

牛羊圈

許多人認為，牧民作為生活燃料的牛羊糞，是從草地上一塊一塊拾取的，實際上并非如此。牛羊糞是從牛羊圈清理出來的。牛羊從草地上放牧歸來，要進入圈中休息，久而久之在圈中形成了厚厚的糞層。牧民每隔一段時間便把牛羊糞清理一次，將清理出來的牛羊糞用鐵鍬切成小碎塊，有如煤坯一般，然后堆積起來曬干。草原氣候干燥多風，用不了多長時間糞塊就徹底風干，成為可以燃燒的燃料了。每個牧民家庭都有大大小小的糞垛，糞垛的大小成為牲畜多少的象征，也成為蒙古牧民的特殊風俗。

20世紀的蒙古牧民，普遍用火塘燒飯取暖。現在則有了很大的變化，富裕起來的牧民，多購買城市中的鐵皮爐子，代替了昔日的火塘，但是依然以牛羊糞作為燃料。在東烏珠穆沁旗，有許多牧民修建了寬大的磚瓦房，房內安裝了比較先進的暖氣裝置，用鍋爐燒水，暖氣片散熱。其鍋爐是特制的，爐門稍大一些，以便于大塊的牛羊糞投入。由于牧民家庭飼養的牛羊多在10。O頭以上，牛羊糞的產量很高，有充足的能源，故能采用熱效率比較高的暖氣設施。

馬矢涂

漢代為了防御匈奴的侵襲在西北地區修筑了許多邊防工程，其中有長城、城堡、烽燧等等。其墻體有的是夯土版筑，有的是采用墼筑。墼就是今日所說的土坯。用土坯筑墻要比夯土版筑容易一些，但缺點是會留下縫隙。西北地區季風強烈，大風會鉆入縫隙之中產生破壞作用，稱作風蝕，會導致墻體坍塌毀壞，為此古人想出了一個辦法，即在墻面上涂抹草泥，防止風蝕破壞的發生。草泥是以泥中有草屑得名，草屑可以增強墻皮的整體性，防止其皸裂脫落。草屑的功用，與今日水泥澆鑄中的鋼筋相似。

用于攪拌泥漿的草屑，不是一般的草，而是牛馬的糞便。在漢代簡牘中，被稱作“馬矢涂”，“馬矢”即馬屎。“馬矢涂”的墻壁干了以后，有的呈白色，有的呈土紅色。草泥不僅用于涂抹城墻，也用于涂抹房墻，故漢簡中常見有“草涂內屋”、“涂內地”的記載。

涂墻的草泥用馬糞，是有科學道理的。和泥的草屑必須短小柔軟，現割的野草很難達到要求。馬不是反芻類動物，所食的野草在胃腸中不能完全消化吸收，有一部分殘渣要排出體外，因此馬糞中有較多的草屑。經過馬的咀嚼，牧草變成短小柔軟的細屑，最適于草泥使用，因而馬糞成為草泥最方便最理想的原料。

古代城防用糞

古代人想出了許多辦法加強城防御敵，牲畜的糞便也派上了用場。當敵人沖到城墻底下時，若從城上撒下灰塵，使敵人的眼睛瞇住看不清目標，敵人自然就會撤出戰斗。可以瞇眼睛的材料很多，戰國時候的《墨子》一書，記載可用的材料有“灰、糠、枇、麩、馬矢”，“皆謹收藏之”。其中，“馬矢”即馬糞。將馬矢列為可以瞇眼的材料。應當用的是細小顆粒的糞粉。

宋朝人曾公亮編寫的《武經總要》一書記載，在守城時要“收城內糞穢，用水調稀，順風澆污攻城敵人。”城內糞穢大概既有牲畜之糞，也有人的糞便。

環境保護

用馬糞涂墻，用糞便瞇住敵人的眼睛，古代雖曾有之，但在科技發達的今日卻不具有現實意義了。不過蒙古牧民以牛羊糞作為生活燃料，卻很值得重視和思考。