生物能的能量转化和热化学转化过程

能量转化过程

一、生化转化过程 ：1.厌氧消化 厌氧消化为一生化转化过程，依靠不需氧微生物将固体有机物转化成甲烷、二氧化碳、氢及其他产物，整个转化过程可分成三个步骤。首先将不可溶复合有机物转化成可溶化合物;然后可溶化合物再转化成短链(Short chain)酸与乙醇;最后，二步骤的产物再经各种厌氧菌(不需氧生物)转化成气体，一般最后的产物含有50～80%的甲烷，最典型产物为含65%的甲烷与35%的二氧化碳。其主要优点为可利用水分含量达90%的有机物，可小规模利用，淤渣能充当农作物的肥料。至于主要缺点为大量废水需适当处理，气体产品储藏费用高。　⒉乙醇发酵 糖类作物发酵可制成乙醇。一般所谓的乙醇整批制程(batch　process)，先将发酵物(糖类作物)稀释至糖分约为20%(重量)，且酸化至Ph4～5，再加入酵母菌(约5%，)，再将液体施以分留和精炼。一般2.5加伦糖或5.85 公斤糖(约　2184Kcal)可制造1加伦的乙醇(3.79升，21257Kcal)，因此在整个发酵过程中几无能量损失。若使用淀粉作物(例如，玉米、大麦)做发酵物，必须先将淀粉转化成可发酵糖分，然后再进行发酵。可供发酵制造乙醇的作物，包括甘蔗、番薯，甜菜等。，由作物发酵生产乙醇的费用约为每公升0.34美元，其高生产成本是由于制程为整批式而非连续的，最终产物(乙醇)含有酵母需再精炼处理。这种产量不足以克服高度工业化的需求。现在美国的消费量将近30亿桶，以能含量计约为四十亿桶的酒精(酒精的热能约为汽油的70%)。在美国木材地区此等数字作比较，总计约为70万平方里(=1.8百万平方公里)，其三分之一-即约16亿亩-是有的卖的，且实际可用的约为35亿亩，我们认为，像美国这样的国家的燃料需求还不能由发酵酒精来克服。

热化学转化过程

热解：热解也称为干馏(destructive distillation)，指在缺氧条件下的加热作用。将有机物热解会产生气体、液体与固产物，大多数热解气体(pyrogas)的主要成分为H2、CO2、CO、CH4与少量碳氢化合物(例如，乙烷);热解液体一般含有乙醇、醋酸、水或焦油(tars)等;至于热解固体残余物含有炭(例如，木炭)于灰分等。热解过程包括下列处理程序：原料粗碎，烘干粗碎原料，去除杂质，原料细碎，热解，冷产物，储存与分配产物。热解加热过程中，固态有机物一般于300℃以上开始进行热解，某些催化剂热解作用一般指在大气压和200℃～600℃温度之间进行，在此状况下典型的产物包括：木炭　30～35% 有机液体　18～20% 气体　20% (产品重量相对与干燥源料的重量) 如果将薪材加热至1100℃ ，热解作用依然存在。在此状况下，大部分液体与固体分馏物将进一步分解，故有较多气体产物产生.。气化：有机物的气化是热化学反应将固体燃料转化成可燃气体。完全燃烧必须发生在有充分氧气的状况下，而有机物氧化作用则必须在氧气不足的状况下进行。氧化过程的主要反应为：C+ 02 CO　放热　C+H2O CO+H2　吸热 CO+ H2OCO2+H2　放热 C+2 H2 CH4　放热 最简单的氧化作用方式为空气氧化(air gasification)，有机物在有限量空气之下进行不完全燃烧反应。空气氧化炉构造简单、价格便宜并且可靠性高，主要缺点在於所产生气体被空气中氮气所稀释，因此气体产物的热值低，经济效益不高。