问题

现有世界能源主要热能、电能。生物能是否是未来的一个发展方向?

回答
放眼当下,全球的能源版图,热能和电能确实占据着核心地位。我们赖以生存的工厂运转、城市照明、交通运输,乃至我们家中温暖舒适的环境,无不依赖这两种能量形式的供给。但如果将目光投向未来,问一句:生物能,它能否在能源领域占据一席之地,甚至成为一股重要的发展力量?我的看法是,它拥有这个潜力,而且具备许多令人兴奋的特质,值得我们深入探讨。

首先,我们得理解生物能到底是什么。简单来说,生物能就是来自生物质的能量。这些生物质包括了农作物(如玉米、甘蔗)、林木、农业废弃物(如秸秆、畜禽粪便)、城市生活垃圾,甚至一些藻类。这些看似平凡的物质,在经过一定的技术处理后,都可以转化为我们所需的能源。

那么,为什么说生物能是未来的一个发展方向?这背后有几个关键的理由:

可再生性:这是生物能最核心的优势。 与煤炭、石油、天然气这些有限的化石燃料不同,只要我们继续种植、生长,生物质就是源源不断地产生的。从这个角度看,它提供了摆脱化石燃料依赖的可能性。想象一下,我们不需要再从地下深处挖掘那些不可再生的资源,而是可以通过循环种植来获取能源,这在可持续发展的理念下,无疑是极具吸引力的。

碳中性潜力:这一点尤其重要,关乎我们应对气候变化的努力。 生物质在生长过程中会吸收大气中的二氧化碳。当这些生物质被转化为能源(例如燃烧)时,它们释放的二氧化碳量,理论上来说,与它们生长时吸收的二氧化碳量大致相当。这就形成了一个相对封闭的碳循环,相比于化石燃料燃烧释放出的是数百万年封存的碳,生物能的碳排放足迹要小得多,甚至可以达到“碳中性”。当然,要实现真正的碳中性,还需要考虑整个生命周期的能源消耗和排放,比如种植、运输、加工等环节,但这并不妨碍它成为一种非常有前景的低碳能源。

多样的能源形式:生物能并不局限于某一种固定的能量形式。 它可以被转化为:
生物质燃料: 直接燃烧生物质(如木材、秸秆)提供热能,这在一些地区已经非常普遍。
生物乙醇和生物柴油: 这些是液体生物燃料,可以直接或混合用于交通运输,取代一部分汽油和柴油。例如,用玉米或甘蔗发酵可以生产生物乙醇,用植物油或动物脂肪可以生产生物柴油。这对于那些对燃油依赖度高的交通领域来说,是很好的替代选项。
生物气体: 通过厌氧消化(微生物在没有氧气的环境中分解有机物)产生的气体,主要成分是甲烷。生物气体可以用于发电、供暖,甚至提纯后作为生物天然气添加到城市燃气管网中,用于烹饪和供暖。畜禽粪便、餐厨垃圾等有机废弃物,经过处理就能产生生物气体,这同时解决了废弃物处理的问题。
生物质发电: 直接燃烧生物质发电,或者通过气化技术将生物质转化为合成气后再驱动发电机发电。这可以为电网提供稳定且可再生的电力。

促进经济发展和农村振兴:生物能的发展可以带动相关产业,例如农业、林业、废弃物处理、能源技术研发等。 对于农村地区来说,发展生物能可以为当地提供就业机会,增加农民收入,并将原本的废弃物转化为宝贵的能源和经济资源,形成循环经济,助力乡村振兴。

当然,任何一种能源的发展都不会是一帆风顺的,生物能也不例外。它也面临着一些挑战:

“粮价”与“能源价”的竞争: 如果大量利用粮食作物(如玉米、甘蔗)来生产生物燃料,可能会影响粮食的供应,推高粮价,甚至引发“以粮为生还是以粮为能”的伦理争议。因此,未来的重点往往会放在利用非粮生物质,例如农业废弃物、林业剩余物、甚至藻类等。

土地和水资源的可持续性: 大规模种植能源作物需要占用土地和水资源,如果管理不当,可能导致森林砍伐、生物多样性丧失以及水资源短缺等环境问题。因此,在发展生物能的同时,必须高度重视土地利用的可持续性和水资源的合理分配。

技术成熟度和成本: 虽然许多生物能技术已经相对成熟,但与成熟的化石燃料能源相比,一些先进的生物质转化技术(如先进的生物燃料、高效的生物质气化)在成本上可能还不具备绝对优势。持续的技术研发和创新是降低成本、提高效率的关键。

收集、运输和储存: 生物质通常分布分散,其收集、运输和储存也比化石燃料更为复杂,需要建立高效的供应链体系。

展望未来,生物能的发展方向会更加多元化和智能化。 我们可以预见的是:

先进生物燃料的突破: 重点将转向利用非粮生物质,如木质纤维素(植物的茎、叶、秆等不易消化的部分),通过先进的生物转化技术生产第二代、第三代生物燃料,以克服与粮食作物竞争的问题。例如,利用酶解或热化学方法将纤维素转化为可发酵糖,再生产乙醇。藻类作为第四代生物燃料的代表,因其生长速度快、不占用耕地且富含油脂等优点,备受关注。

生物质与化石燃料的耦合技术: 例如生物质气化与联合循环发电(BGCC),可以将生物质气化产生的合成气与天然气一同送入燃气轮机发电,提高发电效率,并进一步降低碳排放。

废弃物资源化利用的深化: 将城市生活垃圾、厨余垃圾、畜禽粪便等有机废弃物更高效地转化为生物气体、生物燃料或有机肥料,实现“变废为宝”,解决环境污染问题的同时,提供清洁能源。

政策支持和市场引导: 各国政府需要通过制定合理的政策法规(如碳税、可再生能源配额、补贴机制等),以及培育市场需求,来推动生物能产业的发展。

总而言之,生物能并非是一个遥不可及的幻想,它已经以各种形式存在于我们的能源结构中,并且有巨大的潜力在未来扮演更重要的角色。它不仅提供了清洁、可再生的能源选择,还与环境保护、经济发展、农村振兴等多个领域息息相关。虽然挑战依然存在,但随着技术的不断进步和政策的有力支持,生物能很可能成为我们应对能源危机、迈向可持续发展未来的重要一环。它不是要完全取代热能和电能,而是作为一种重要的补充和替代,丰富我们的能源选择,为构建一个更清洁、更绿色的能源体系贡献力量。

网友意见

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靠生物的身体获得动力,例如人力肩扛手挑、马拉车、牛拉犁,是人类早已掌握的原始能源。改进生物的能量效率是人类文明一直以来的发展方向之一,但难度极大。

现在是有人指望植物、色藻或蓝菌生产燃料来支持“绿色火电”与“环保飞机燃料”之类的,但那往往需要大量的化肥和场地、水源,会与人争夺生产食物所需的资源,效率比不上光电、光热。

  • 2021 年 3 月,一些美国环保人士怒斥欧洲的所谓“生态友好型经济”依赖燃烧从美国进口的木材,“燃烧木头给他们提供的发电量多于风能与太阳能的总和”。他们说,燃烧生物质排放的碳多于燃烧同等产热量的煤炭,而且“太阳能电池板的发电量,约为燃烧同面积生物质能源的发电量的 100 倍”。如果要让生物质多负担 2% 的全球能源供应量,全球木材砍伐量就要翻倍。
  • 美国东南部的木材产量占世界的六分之一。美国南方目前有 23 家大型木材颗粒加工厂,砍伐的森林被粉碎成木屑、压成胶囊大小的颗粒、装船运往欧洲——看起来,在各种虚构概念的包装下,北美在做很传统的事情。
  • 美国国会的预算法案认为,只要美国的森林资源总量稳定或还在增加,美国生物质能源产业带来的净排放量就不会超过零。为此,他们大面积种植速生林,并比造纸行业更快地轮番砍伐。从 2007 年到 2017 年,美国的森林覆盖率实际上增加了约百分之二。

利用地球生物的身体将太阳的光能或地球上的各种化合物的化学能、地热能之类转换为化学能再转换为机械能,或是汲取其他生物转换的化学能再转换为机械能,总的能量转换率很低,为单位功率排放的二氧化碳比热机多,还会排放或多或少的甲烷。人利用得多的哺乳类的粪便会对水和土地造成污染,反刍动物的甲烷排放量高。

会出现这种题目,可能是因为一些人太少见到从事体力劳动的家畜和无产阶级。

提升光合生物的能量转换率是目前已经有人在研究的。提升动物的能量汲取率或转换率的研究主要着眼于生产更多的肉、蛋、奶,增强动物的体能来跟机器竞争的情况很少、高度局限于特定场景。微生物降解有机物、吸取特定重金属的能力广泛应用于城市污水处理。

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科技发展到一定阶段,生物质能终究会被扫进垃圾桶。

如今的生物质能,甚至可能不如古代粪便的地位。

粪便含有:10~20%的脂肪,10~20%的无机盐,2~30%的含氮物质。

中国从商朝便开始用粪便施肥,周朝有了公厕收集粪便,唐朝当街扔粪便,会被打六十大板。

从南宋到明清,甚至形成了粪便经济链。城市内有专门收集和运送粪便的专业人士,甚至会不惜重金在农村兴建公厕,以收集人粪。

古代商人把粪便晒成粪块卖给农民,经过一代代的积累,一些家族通过到卖粪便积累巨万家产。

农业施肥对收成的影响十分显著,古代西方农业收成是播种量的3~5倍,而中国古代可高达24~200倍。

进入近代,随着城市越来越发达,粪便经济催生了新的“权贵”——粪霸。

二十世纪初的上海,苏北帮、苏州帮,以及江南帮,在争夺粪便上,竞争到了相当激烈的地步。无论上海还是北京,都催生了一些名头响当当的粪霸。

尤其是北京的超级粪霸德顺,依靠欺行霸市的手段,最终掌管了20多个粪道,成了全北京最大的粪霸。巅峰时期,拥有100多套房产以及1550亩土地。折合成现在的价值,大约相当于100亿。其实从平价购买力的角度来说,实际远远不止100亿。

不过新中国成立之后,于德顺在1951年11月3日被公开枪决,国家正式废除粪道占有制度。

新中国在化肥稀缺的年代,自然而然催生了捡狗屎鸡屎的职业。时传祥是中国掏粪工中的第一位全国劳动模范。当时的中国不仅有粮票、肉票,还有粪票。

直到2000年,北京才正式结束了人工清运粪便的历史,摆脱粪城的帽子。

随着中国现代化工的发展,曾经在中国文明史上贵如黄金的粪便,最终还是被现代文明扫入了“垃圾桶”里。

如今,中国人的粪便最终会被粪便消纳站处理,绝大部分都会被当做垃圾填埋,只有极少部分可能做成绿色肥料。

粪便产业链在古代,至少相当于整个化肥产业的地位。从社会地位来说,是现今生物质能产业远远不能比的。

虽然因为现今科技的局限,核能和太阳能尚未得到巨大突破,又有控碳需求,所以必须多元发展,生物质能自然也可以进行尝试。

但只要人类对能源的利用上一个数量级,生物质能就完全是鸡肋。

人类每年利用地球太阳能的万分之一,而绿色植物每年利用太阳能的千分之一。

哪怕人类建立所有绿色植被10%的生物质能产业,人类的能源产能才堪堪翻倍。而投出的产能成本无比巨大,恐怕严重拖累人类发展。

更何况,超级生物质能产业对氧气和二氧化碳的大量吞吐,会大大改变气候环境。

生物质能,是为了适应生物内环境而演化出来的,能源利用率永远也比不上简单粗暴的无机化学反应,更不用说核能了。

随着人类技术发展,对核能光能的利用,越能简单有效,生物质能越会被扫进垃圾桶。

从某种意义上来说,人类科技的发展,也是能源利用越来越直接的过程。

当能源廉价了,反过来,人工合成生物质,才是未来真正的发展趋势。生物质本身最多作为垃圾,在外太空等特殊环境,或有一定回收利用的价值。

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