生質能源與生物技術

廖 秋 榮 高雄市立空中大學科技管理系

第一章 生質能源利用前景與一般運用進展

能源是人類生存與發展的重要保障，也是社會經濟發展的引擎和根本動力。21世紀，隨著人類社會經濟的快速發展，石油、天然氣等礦物能源的消耗正在以比它們自然形成的速度快大約100萬倍的速度增長，人類也因此面臨著諸如能源短缺，資源匱乏、環境惡化等一系列重大問題。目前，能源問題已從一個純粹的經濟和生產問體演變成了一個涉及國際安全、政治、外交甚至軍事的廣義問題。開發和利用包括生物質在內的可再生能源，已引起世界各國的廣泛關注。 能源的多元化發展是各國能源開發與利用的必然趨勢。生質能源產業是一類跨學科、跨部門、跨行業的新興的新型產業。＜生質能源與生物技術＞課程目的是促使學生了解生質能源的發展狀況，提高節能和科學開發利用新能源、可再生能源的意義，掌握生物質轉化的關鍵技術，明確未來生質能源發展的方向。

生質能源是太陽能以化學能形式儲存在生物質中的能量形式，即以生物質為載體的能量。它直接或間接的來源於綠色植物的光合作用，可轉化為常規的固態、液態和氣態燃料，取之不盡、用之不竭，是一種再生能源，同時也是唯一一種可再生的碳源。生質能具有可再生性、低污染性、廣泛分布性和可至取生物質燃料的靈活性特點。生質能的原始能量來源於太陽，所以從廣義上講，生質能是太陽能的一種表現形式。目前，世界許多國家都在積極研究和開發生質能。 生質能蘊藏在植物、動物和微生物等可以生長的有機物中，有機物中除礦物燃料以外所有來源於動植物的能源物質的能源物質均屬於生質能源，通常包括木材、森林廢棄物、農業廢棄物、水生植物、油料植物、城市和工業廢棄物、動物糞便等。地球每年經光合作用產生的物質有1730億噸，其中蘊含的能量相當於全世界能源消耗總量的10~20倍，但目前的利用率不倒3%。

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1.1 世界生質能源利用前景

隨著後石化經濟時代的到來，用可再生能源來替代石化資源已成必然。生質能源是目前應用最廣泛的可再生能源，消費總量僅次於煤炭、石油、天然氣，位居第四位。生質能源是太陽能以化學能形式儲存生物中的一種能量形式。生質能主要指薪柴、農林植物、農作物殘渣、動物糞便和生活垃圾等。生質能與風能、太陽能等都屬於可再生能源。到21世紀中葉，採用新技術生產的各種生物質替代燃料將佔全球總能耗的40%以上。目前，各國對生質能源的利用側重於把生物質轉化成電力和優質燃料。

全球每年有2000億噸光合成有機物，其能量相當於全球每年消耗能量的10倍，但是目前其利用率還不足每年消耗能量的7%。自然界每年貯存的生質能源相當於世界上主要燃料的10倍，而現在全世界能源的利用量還不到其總量的1%，因此生質能源將成為21世紀主要新能源之一。據聯合國開發計畫署(UNDP)估計，可持續的生殖能源潛力巨大，可滿足當前全球能源需求量的65%以上。

地球上每年生物體產生的生物質總質量約在1700億噸，目前被人類利用的生物質量只有約60億噸，僅佔總量的3.5%，其中37億噸作為人類的食物，20億噸用作材料和能源，3億噸被用於滿足人類其他需求。纖維素、半纖維素和澱粉是生物質中最主要的成分，它們佔生物質的65~85%，也是地球上儲量最大的物質。

近年來，生物質發電、燃料乙醇和生質柴油等生質能源產業在世界各地快速發展，生物燃料在一些國家也以實現規模化生產和應用。尤其是進入21世紀，隨著國際石油價格不斷攀升級(京都議定書)的生效，生質能源的發展得到世界許多國家的廣泛關注，成為國際可再生能源領域的熱點。總體而言，美國在開發利用生質能源方面處於世界領先地位。

現在一些作物專用於生產生物燃料，僅利用了世界總土地面積

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