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生物燃料應用范文1
正文
1、概述
生物質顆粒燃料是在一定溫度和壓力作用下，利用木質素充當粘合劑，將松散的秸稈、樹枝和木屑等農林生物質壓縮成棒狀、 塊狀或顆粒狀等成型燃料。中質煙煤相當；基本實現 CO2零排放，NOx和 SO2的排放量遠小于煤，顆粒物排放量降低；燃燒特性明顯得到改善，利用效率顯著提高。 因此，生物質固體成型燃料技術是實現生物質高效、 清潔利用的有效途徑之一。 生物質固體成型燃料主要分為顆粒、塊狀和棒狀 3 種形式，其中顆粒燃料具有流動性強、燃燒效率高等優點，因此得到人們的廣泛關注。
隨著我國的再生能源快速發展，生物質成型燃料技術及其清潔燃燒設備的研究開發提高了秸稈運輸和貯存能力，燃燒特性明顯得到了改善，可為農村居民提供炊事、取暖用能，具有原料來源廣泛、價格低、操作簡單等特點，是生物質能開發利用技術的主要發展方向之一。
自2006年1月1日我國頒布實施了再生能源法。使我國生物質能源發展走上了快速規范化的道路。生物質能在我國主要是以農作物秸稈為主體的資源。秸稈長期被作為農村傳統的用能，隨著我國農村經濟的發展，農民，特別是新一代的農民難以接受傳統的、直燒秸稈生活用能的落后方式。但又苦于缺乏先進廉價的使用。也只能花高價用液化氣、電、型煤等現代能源。由于現代能源的緊張和價格的日趨上漲，長期花高價用現代能源，農民又難以承受。特別是城鎮及城市接壤區域居民采暖，800-900元每噸的煤，一個冬天要用上1-2噸滿足采暖需要，農民甘愿受凍也不愿花如此大的費用，而城鎮及城市接壤區域居民采暖受到環境要求的嚴格限制。目前，居民冬季用煤采暖的已越來越少。從這一點看，在現代社會有相當多的農民沒有得到，也很難得到良好的能源服務，他們的現代生活水平還較低。國家早就重視如此重要的民生問題，從20世紀90年代初中國農業部和科技部就開始投資進行農作物秸稈資源化利用的研究、開發、試點示范和技術推廣工作。近幾年，中國農作物秸稈的清潔、方便能源利用的技術研究和開發工作已取得了一些成果，有些技術已趨于成熟，并得到一定程度的推廣?，F在，中國主要的農作物秸稈能源利用技術有秸稈氣化集中供氣技術、秸稈壓塊成型及炭化技術、利用秸稈制取沼氣技術和秸稈直接燃燒技術。由于中國農村經濟的發展，農民及城鎮居民生活水平的提高，居民對清潔能源的需求，加上這些秸稈能源利用技術的不斷發展和逐步完善，秸稈能源利用將逐漸由傳統的、低效不衛生的直接燃燒方式向優質化和高效化方向發展。
國外關于生物質成型燃料與燃燒技術設備的應用以趨于成熟化和普遍化，我國生物質成型燃料的發展還剛開始，與之相適應的燃燒技術設備處于一種滯后狀態。目前一些成型燃料的應用，主要是在現有燃燒設備的基礎上，直接應用或改造應用，既使河南省科學院研制具有較高水平的家用顆粒燃料爐灶，也存在著技術不到位的情況，難以產業化發展，沒有做到商品化應用。
有些單位在取得了生物質顆粒燃料炊暖爐灶的基礎上，立足于建立一個秸稈成型顆粒燃料與高效清潔燃燒設備系統技術產品的有機統一，協調發展的機制。在進行“生物質冷成型燃料加工設備系統”和生物質顆粒燃料炊暖爐灶的研制過程中，重點解決了目前百姓采暖困難問題，創造了“生物質顆粒燃料供熱鍋爐”的成果。采用了生物質顆粒燃料炊暖爐灶的核心技術，實現了生物質高效、清潔燃燒、節能排放的目標。應用廣泛，可滿足城鎮及城市接壤區域居民采暖需求。
2、物質顆粒燃料成型和清潔燃燒技術及設備
2.1傳統成型方法。
它與現有的飼料制粒方式相同，即原料從環模內部加入，經由壓輥碾壓擠出環模而成粒狀。
包括原料烘干、壓制、冷卻、包裝等。該工藝流程需要消耗大量能量，首先在顆粒壓制成型過程中，壓強達到50～100MPa，原料在高壓下發生變形、升溫，溫度可達100℃～120℃，電動機的驅動需要消耗大量的電能；其次，原料的濕度要求在12%左右，濕度太高和太低都不能很好成粒，為了達到這個濕度，很多原料要烘干以后才能用于制粒；第三，壓制出來的熱顆粒（顆粒溫度可達95℃～110℃）要冷卻才能進行包裝。后2項工藝消耗的能量在制粒全過程中占25%～35%，加之成型過程中對機器的磨損比較大，所以傳統顆粒成型機的產品制造成本較高。
2.2冷成型技術。
新型冷成型技術通過顆粒成型機直接壓制，把秸稈、木料殘渣等轉化成大小一致的生物顆粒，其燃燒效率超過80%以上（超過普通煤燃燒約60%的效率）；燃燒效率高，產生的二氧化硫、氨氮化合物和灰塵少等優點。
2.3清潔燃燒設備
目前燃燒設備的理論研究和應用研究還較少，國內也引進一些以生物質顆粒為燃料的燃燒器， 但這些燃燒器的燃料適應范圍很窄，只適用于木質顆粒，改燃秸稈類顆粒時易出現結渣、堿金屬及氯腐蝕、設備內飛灰嚴重等問題，而且這些燃燒器結構復雜、能耗高、價格昂貴，不適合我國國情，因此沒有得到大面積推廣。
哈爾濱工業大學較早地進行了生物質燃料的流化床燃燒技術研究，并先后與無錫鍋
爐廠、杭州鍋爐廠合作開發了不同規模、不同爐型的生物質燃燒鍋爐。 此外，河南農業大學研制出雙層爐排生物質成型燃料鍋爐，浙江大學研制出燃用生物質秸稈顆粒燃料的雙膽反燒鍋爐等。
3、發展前景分析
我國生物質能資源非常豐富，農作物秸稈資源量超過7.2億噸，其中6.04億噸可作能源使用。國家通過引進、消化、吸收國外先進技術，嫁接商品化、集約化、規?；墓芾斫涷灒Y合中國國情，在農村推廣實施秸稈綜合利用技術，在節省不可再生資源、緩解電力供應緊張等方面都具有特別重要的意義。秸稈綜合利用不但減少了秸稈焚燒對環境造成的危害、減少了溫室氣體和有害氣體排放，而且對帶動新農村建設無疑將起到重要的促進作用。從秸稈資源總量看，廣大農村、鄉鎮的各種秸稈產量大、范圍廣。生物質固體燃料是繼煤炭、石油、天然氣之后的第四大能源，是可取代礦產能源的可再生資源，是未來一個重點發展方向。
參考文獻
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[2]趙迎芳，梁曉輝，徐桂轉，等.生物質成型燃料熱水鍋爐的設計與試驗研究[J].河南農業大學學報，2008，42（1）：108-111.
生物燃料應用范文2
關鍵詞：天然植物性飼料添加劑；養豬生產；免疫力
中圖分類號：S816.7 文獻標識碼：B 文章編號：1007-273X（2017）03-0033-01
近年來，食品安全和飼料安全理念為更多人所重視，歐盟在2006年法令上全面禁止所有抗生素添加于飼料中，未禁止使用抗生素作為促生長劑的國家如美國、日本等也立法嚴格限制使用，并有規定的停藥期。在此背景下天然的植物性飼料添加劑在畜禽生產中越來越受到重視。
1 植物性飼料添加劑的定義及其一般特征
本文中所指植物性飼料添加劑的定義為：植物性飼料添加劑（Phytogenic feed additives，PFA）是經由特定物理、化學或生化技術手段，從天然植物中提取和純化得到的可作為畜禽飼料添加劑使用，對畜禽生產成績和健康狀況有改善作用的一大類純天然、復合性植物源性產品。
一般特征：①從植物中提取（非化工合成）；②活性成分明確、含量穩定、可測定；③長期使用對動物和人類沒有任何的毒副作用；④已通過實驗證明可提高動物的生產性能以及畜產品品質[1]。
2 植物性飼料添加劑的效應
2.1 抗菌效應
通過測定植物性飼料添加劑的體外抑菌活性以及最低抑菌濃度結果發現，許多天然植物有特定的抗菌譜，不同植物對特定細菌的抑制作用存在很大的差距。由當歸、蒲公英等組成添加劑的常見病原菌的體外抑菌試驗結果顯示，除鼠傷寒沙門氏菌外，該添加劑對其余各菌均有明顯的抑制作用。
2.2 抗氧化、生長促進功效
大多的實驗數據表明植物性飼料添加劑能降低飼料采食量和提高料肉比，一般來說植物性飼料添加劑具有促進豬和家禽生長的功效。天然植物性飼料添加劑能延緩和防治飼料中營養成分被氧化變質。如水芹、越橘葉、桉樹葉、龍膽根等植物提取物均可抗氧化，使飼料在貯存時不易氧化變質。
2.3 清除自由基與提高C體免疫力
天然植物飼料添加劑中含有多種抗氧化，清除自由基以及提高免疫力的物質。研究發現，黃芪多糖能顯著提高仔豬外周嗜中性白細胞百分數和淋巴細胞轉化率。將水溶性苜蓿多糖添加到肉仔雞早期生長階段，能促進巨噬細胞吞噬能力和T細胞轉化能力。
3 植物性飼料添加劑在養豬生產中的應用
3.1 調整仔豬腸道內菌群平衡
在中國臺灣嘉義國立大學進行的百奧明公司生產的特定植物產品系列―Digestarom PEP應用于80羽雞的對照試驗結果顯示，該植物性的提取物對經口感染的特定細菌有抗菌作用，腸道內梭狀芽孢桿菌的水平和腸道病變損傷程度均降低。
3.2 提高斷奶仔豬的免疫力
2010年四川農業大學進行了日糧添加PFA產品對斷奶仔豬抗氧化能力影響的試驗，結果顯示，添加PFA組血清中谷胱甘肽過氧化氫酶含量有上升趨勢，可以更多地清除由活性氧和-OH誘發的脂質過氧化物，保護細胞膜結構和功能的完整性。綜合試驗結果顯示，日糧添加PFA對斷奶仔豬的抗氧化能力有顯著影響[2]。
4 影響植物提取物飼料添加劑應用效果的因素
不同植物的抗菌能力以及抗菌譜不同，同一種植物不同的品種之間的主要成分含量差異也很大。如在亞里斯多德大學培育的專利止痢草的活性物質的含量是普通野種止痢草的20倍左右。實驗動物的生長階段、飼糧組成與養殖環境都對添加劑的效用有一定的影響。
5 小結
利用天然植物性飼料添加劑可以減少抗生素和化學合成類飼料添加劑的副作用，提高畜禽生產性能。在中國，植物飼料添加劑的開發利用還處于起步階段，加強植物提取物的基本研究是未來的一個可發展方向。正確的使用植物性飼料添加劑，并將其正確應用于養豬生產過程中，還需進行大量的研究實驗工作。
參考文獻：
生物燃料應用范文3
事實上，多年來，生物燃料作為一種新型能源一直被多國廣為探索。不久前，中國商用飛機有限責任公司也攜手波音公司進軍航空生物燃料研發高地，雙方成立節能減排技術中心，尋求提煉航空燃料的妙方。
而在這方面，英國算得上是佼佼者之一。早在2008年，英國的維珍大西洋航空公司就進行了首次使用生物燃料的航空飛行。這次飛行的機型是波音747，航程從倫敦到阿姆斯特丹，在一個飛機引擎中添加了20%的生物燃料，其原作物是椰子和巴西棕櫚樹。
生物燃料是當前全球應對氣候變化討論中的一個熱點話題。如今，英國作為積極應對氣候變化的國家，非常重視推動生物燃料的發展，在政策、商業、科研等方面都做了大量工作。雖然全球整個生物燃料市場的前景還面臨一些爭論，但英國的生物燃料產業仍在穩步發展。
1、用廢棄食用油換乘車打折卡
據統計，在2009/2010財年英國車輛所使用的生物燃料中，約71%是生物柴油，約29%是生物乙醇，還有很小一部分的生物甲烷。
目前，一些英國公司正在通過國際合作發展生物燃料。例如英國石油公司與美國Martek生物科學公司簽署了合作協議，共同開發把糖分轉變為生物柴油的技術。英國“太陽生物燃料”公司前幾年曾在非洲大量投資，購買土地種植麻風樹，以便從麻風樹果實中提煉生物燃料。
在英國國內，一些公司通過回收廢棄食用油來生產生物燃料。例如英國最大的公交和長途公共汽車運營商STAGECOACH就有這樣一個項目，該公司向居民發放免費容器盛裝廢棄食用油，居民以此換取乘車打折卡，所收集的廢油被送到一家能源公司制成生物柴油，供STAGECOACH公司的部分車輛作為燃料使用。
雖然生物燃料現在還主要應用于車輛，但英國一些航空公司已率先進行了航空業使用生物燃料的探索。例如“維珍大西洋”公司在2008年進行了全球首次使用生物燃料的試飛，在一架波音747客機的一個引擎中加入了20%的生物燃料，從倫敦飛到了阿姆斯特丹。
2、科學界熱衷生物燃料
據介紹，英國科學界非常熱衷于研究生物燃料，相關研究走在世界前列。有些研究關注如何降低生物燃料的成本，如帝國理工學院等機構研究人員在《綠色化學》上報告說，用木材制造生物燃料時常需要將木材粉碎成很小的顆粒，這個過程需要消耗不少傳統能源，估計每粉碎一噸木材需消耗約8英鎊的能源。但如果在粉碎過程中加入某種離子液體作為劑，可以把這個環節所消耗的能源量降低80%，把粉碎每噸木材消耗的能源成本降低到約1，6英鎊。據估算，最后得到的生物乙醇的價格有望因此降低1 O%。
除成本研究外，還有些研究在探索使用不同的原材料來生產生物燃料。使用甘蔗、玉米等農作物來制造生物燃料常被指責與民爭糧、與糧爭地，但如果使用通常廢棄的秸稈等部位來制造生物燃料就可以避免這個問題。秸稈的主要成分是纖維素，如何分解纖維素一直是個難題。
英國約克大學等機構的研究人員在美國《國家科學院學報》雜志上說，他們從真菌中發現了一種名為G H61的酶，它能夠在銅元素的幫助下以較高的效率分解纖維素，使其降解為乙醇，然后用以制造生物燃料。
此外，樹木枝干和許多植物的莖稈中還含有許多通常難以分解的木質素，英國沃里克大學等機構研究人員在《生物化學》雜志上說，一種紅球菌能分泌一種具有分解木質素能力的酶。這種紅球菌可以大量培養，因此也可以用于分解植物莖稈制造生物燃料。
3、民眾自制生物燃料
盡管生物燃料在英國獲得商界及科學界人士的“全方位”支持，但對于大部分英國民眾來說，是否在開車時使用生物燃料仍取決于它的價格，單純出于環保目的而使用生物燃料的人群畢竟還是少數。
對于使用柴油發動機的汽車來說，許多車輛不需要改裝就可以燒生物柴油，而現在英國一些加油站出售的柴油價格在每升1.4英鎊左右，有公司出售的生物柴油售價在1.25英鎊左右，但每升生物柴油能驅動車輛行駛的距離通常低于傳統柴油，因此消費者往往會隨著油價的波動和性價比的變化，選擇是否使用生物燃料。
有意思的是，有些具備相應知識的英國民眾還自制生物燃料，這樣會比買油便宜得多。
根據英國《每日電訊報》報道，薩默賽特郡的詹姆斯。莫菲就是這樣一個例子。他從兩家餐廳購入廢棄食用油，每升只需1 O便士；在篩去渣滓后，向其中加入甲醇和氫氧化鈉等化學物質，經過加熱和沉淀等過程，就能得到自制的生物柴油。
他說，自己開車每月消耗150升生物柴油，制造這些生物柴油的成本是每升約18便士，這比市場價格要便宜得多。根據英國稅務海關總署的規定，民眾每年自制生物柴油2500升以下無需交納任何費用。因此，像莫菲這樣自制生物柴油的民眾可以給自己省下一大筆錢。
4、政府穩步推進
在英國能源與氣候變化部201 1年的《英國可再生能源路線圖》中，有關機構專門列出了有關生物燃料的目標。其中提到，在2009/201 0財政年度，英國道路上行駛的車輛使用生物燃料的比例占道路交通所用總燃料的3，33%，這個比例在近幾年一直處于增長之中，英國計劃到2014年將其提高到5%。
由于生物燃料主要用于供給車輛，英國交通部也參與了相關管理工作，負責《可再生交通燃料規范》的實施。根據這項法規，英國每年銷售量在45萬升以上的燃料供應商必須使生物燃料等可再生能源在其銷售量中達到一定比例，如果自身銷售的生物燃料達不到相應比例，則需要花錢從其他超額完成任務的燃料供應商那里購買相應份額。
這個比例是逐年上升變化的，目前的指向是前面提到的在2014年5%的目標。客觀地說，這是一個穩健的目標，每年的上升幅度不大，顯示出英國政府穩步推進生物燃料發展的態度。
此外，英國政府還對生物燃料的標準進行了規定，即與傳統化石燃料相比至少能減排溫室氣體35%以上，并且原料產地的生物多樣性不能因為生產生物燃料而受到影響。這是為了讓生物燃料能夠切實起到保護環境的效果。
5、前景還不明朗
需要說明的是，英國的生物燃料雖穩步發展，但仍稱不上達到“快跑”的程度。
一方面，英國商界雖然在發展生物燃料方面做出了諸多探索，但并沒有出現特別明顯的增長，一些項目還遇到了問題。比如有報道稱太陽生物燃料公司在非洲某些國家的項目已經終止，維珍大西洋公司雖然率先探索在飛機上應用生物燃料，但現在全球已有多家航空公司實現了使用生物燃料的商業化飛行，而維珍大西洋公司卻沒有太多進一步的消息。這可能與聯合國氣候變化談判結果波動和全球生物燃料市場本身的前景也還面臨一些爭論有關。
生物燃料應用范文4
文章中提到了生物燃料企業“吃不飽”的問題，與以往政策支持向生產領域傾斜不同，本文提出生物燃料產業鏈重心向種植和原料生產傾斜，并加大政策支持力度。對生物燃料生產企業來說，這未嘗不是個好消息。
生物燃料通常指生物液體燃料，是重要的交通替代燃料。相對于其他替代燃料，生物燃料具有與現有基礎設施兼容性好、能量密度高、清潔低碳、資源可再生且資源基礎廣闊等優點，而且已具有規?；a應用的實際經驗，可望成為重型卡車、航運和航空等長途交通工具的最經濟可行的清潔替代燃料。
20世紀90年代以來，為保障能源安全、應對氣候變化、保護環境、促進農業發展，許多國家制定實施積極戰略和政策，推動生物燃料的規?；_發利用。我國在上述各領域也面臨著巨大挑戰，也亟待制定符合我國國情的戰略和政策，促進生物燃料的規?；l展。
為此，國家發展改革委能源研究所開展了“中國可再生能源規?；l展研究”，通過考察分析國際上生物燃料產業發展趨勢和政策實踐，評估我國生物燃料的發展潛力和重大挑戰，進而探討我國生物燃料規?；l展的戰略任務、總體思路和發展路徑，并提出促進我國生物燃料產業發展的政策措施建議。
國際政策趨向——扶持與監管并重
20世紀90年代以來，為促進農業經濟、改善大氣質量、減排溫室氣體，以美國、歐盟國家和巴西為代表的許多發達國家和發展中國家制定實施了規?？涨暗纳锶剂享椖亢头e極的扶持政策，全面推動了生物燃料產業的蓬勃發展。雖然2008年金融危機以來受到油價低位運行和市場需求疲軟的影響，但各國扶持政策保持延續并繼續深化，大型石油企業開始大力介入，技術研發取得積極進展，應用領域擴展到航空領域，推動了生物燃料產業加快升級轉型和繼續擴大規模。
目前，以糧糖油為原料的燃料乙醇和生物柴油（通常被稱為傳統生物燃料，或第一代生物燃料）已進入商業化發展階段，以農林業有機廢棄物、專用非糧能源植物/藻類微生物等生物質為原料的先進生物燃料（或第二代、第三代生物燃料）正在建設一批示范項目，預計在今后10年內逐步實現商業化。2009年全球燃料乙醇和生物柴油產量分別達到5760萬t和1590萬t，絕大部分集中在美國、巴西和歐盟地區。據國際能源機構（IEA）的生物燃料路線圖分析，2010年全球生物燃料產量約1000億升，滿足全球3%道路交通燃料需求；2050年生物燃料可滿足全球交通能源需求的27%，可年減排21億t二氧化碳。
雖然生物燃料在近年來發展迅速并初步展示了廣闊的發展潛力，但也開始引發了眾多爭議和批評，主要是生物燃料的節能減排效益和發展潛力、以及對糧食安全和生態環境的威脅，反映了生物燃料產業自身及其社會經濟含義的復雜性。
近年來，一些領先國家和國際組織積極推動建立扶持與監管并重的政策體系，促進生物燃料產業健康持續發展。在扶持政策方面，早期主要采取了投資補貼、減免消費稅和燃油稅等措施，近年來美國和歐盟許多國家陸續引入了再生燃料標準（RFS）等強制性市場份額政策，并特別規定先進生物燃料的具體發展目標和更高貢獻度。在監管政策方面，近年來歐美國家開始規定生物燃料的最低溫室氣體減排率，調整農業及土地政策，推動建立可持續生產準則和產品認證體系；包括我國在內的部分發展中國家則禁止使用或嚴禁擴大使用糧食原料，以確?？沙掷m發展。
我國生物燃料生產潛力大
由于我國人口保持增長、飲食水平的持續提高，而優良耕地減少、水資源相對短缺，利用傳統糧糖油原料發展生物燃料的潛力在我國非常有限。利用非糧原料將是我國發展生物燃料的根本方向。
我國早在上世紀90年代即開展以甜高粱、小桐子為原料的生物燃料生產技術研究，“十一五”以來，大批企業，包括大型企業，積極投身非糧生物燃料產業研發。目前，我國利用薯類、甜高粱、小桐子等非糧作物/植物生產燃料乙醇和生物柴油的技術已進入示范階段。木薯和甘薯乙醇技術也可實現商業化應用，廣西于2007年建成年產20萬t木薯乙醇項目。甜高粱乙醇技術開發取得實質性進展，已開發出高品質雜交種籽，自主開發的發酵工藝和技術達到實用水平，并在黑龍江省建成年產5000t乙醇的示范裝置。木質纖維素乙醇在原料預處理、纖維素轉化以及酶制劑生產成本等方面均取得實質性進展，在黑龍江、河南等地建成了年產數百噸和數千噸乙醇的示范生產裝置。生物柴油產業化示范工作的時機也已基本成熟，但受廢油資源收集利用量、油料植物種植基地建設進度的限制，目前只有少數生物柴油企業實現規模化持續生產，也沒有正式進入車用成品油的主要流通使用體系。其他第二代生物燃料（如合成燃料技術）目前仍處于實驗室研究和小規模中試階段。
目前我國還沒有全面深入開展生物質能資源潛力評價。初步估算，利用廢糖蜜、食品加工業和飲食業廢油、棉籽油等廢棄糖油類資源，估計可滿足年產80萬t燃料乙醇和200萬t以上生物柴油的原料需求?？赡茉椿玫霓r作物秸稈和林業剩余物年產量目前約2.5億t，且可望繼續增加，在中長期可滿足年產3000～5000萬t第二代生物燃料的原料需求。另外，還可通過推廣良種良法、品種替換、開發劣質邊際土地等途徑發展能源植物，例如甜高粱、木薯、麻瘋樹等。相關土地評估顯示，我國現有約3200萬～7600萬hm2邊際性土地，但適合能源植物生長的土地資源有待查清。
生物燃料應用范文5
關鍵詞：葡萄糖燃料電池 生物燃料電池 直接燃料電池 研究進展
中圖分類號：TM911 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2015）06-0289-02
燃料電池作為一種新型能源，具有能量轉換效率高、功率密度高、響應速度快、啟動時間短、潔凈、無污染、噪聲低等優點，適用于可移動動力源、電動車以及分散電站，既可以集中供電也適合分散供電。葡萄糖是具有潛在的巨大能量密度的生物質燃料，其完全轉化為CO2將轉移24個電子，經熱力計算可得理論能量密度為4430 Wh?kg-1[1]。造紙、釀酒等工業廢水中都含有大量的葡萄糖，且相較于甲醇等生物質燃料，葡萄糖具有無毒無臭、清潔等特點，可成為代替甲醇作為燃料電池的能源。
一、葡萄糖燃料電池的分類
根據葡萄糖燃料電池（Glucose fuel cell， GFC）按照催化劑的種類可以分為葡萄糖生物燃料電池（Biofuel cell， BFC））和葡萄糖直接燃料電池（Direct glucose fuel cell， DGFC）。葡萄糖生物燃料電池是以微生物或酶為催化劑，將燃料中的化學能直接轉化為電能的一種特殊燃料電池。 微生物燃料電池（Microbial fuel cell， MFC）是通過微生物的催化反應將化學能轉換成電能，相對酶燃料電池（Enzyme biofuel cell， EBFC）壽命較長。但由于細胞膜的傳質阻礙，使電子從微生物轉移到電極上的比較困難，導致其產電性能較低。酶生物燃料電池通過的酶來催化燃料的氧化和氧的還原。一方面，單酶只能部分氧化葡萄糖，能輸出的能量密度較低；另一方面酶是蛋白質，其壽命很短也很容易受到環境的影響，所以大多酶生物燃料電池只能部分氧化燃料且壽命有限。近年來的一些研究中，在堿性溶液下使用貴金屬催化劑（如鉑）來代替酶或微生物，以增加葡萄糖燃料電池的產電性能[2]。這些貴金屬由于其長期穩定性和生物相容性，成為葡萄糖燃料電池中合適的催化劑。所以使用金屬催化劑的葡萄糖直接堿性燃料電池逐漸得到關注。
二、葡萄糖生物燃料電池
生物燃料電池是利用酶或者微生物組織作為催化劑將燃料的化學能轉化為電能的一類電池。19世紀80年代，研究人員試圖用生物燃料電池從天然作物的廢棄物中產生電能，出現了采用固定酶電極和電子介體的生物燃料電池。20世紀90年代起，利用微生物發電的技術出現了較大突破，生物燃料電池在環境領域的研究與應用也逐步發展起來。
微生物燃料電池具有酶生物燃料電池所不具備的優點，如長期工作穩定性好以及對燃料的催化效率較高等。與微生物燃料電池使用全細胞微生物作為生物催化劑，因為沒有細胞膜限制傳質，而且沒有微生物分子的稀釋作用而實現的高的酶負載量，酶生物燃料電池可能有更高的能量輸出。由于酶電極催化反應的性質不同，不同酶修飾的電極可以分別用于酶生物燃料電池的陽極或陰極。酶生物燃料電池通常在陽極利用氧化還原酶作為生物催化劑通過氧化化學化合物產生電能。酶生物燃料電池的陽極主要有含有輔基FAD 的氧化酶（如葡萄糖氧化酶，GOx） 電極、具有輔基NAD（P）+的脫氫酶（如乳酸脫氫酶，LDH） 電極。研究較多的陰極有微過氧化物酶電極、漆酶Lac 電極、膽紅素氧化酶BOD 電極、HRP 電極。根據電極上固定酶數量的不同，可以分為單酶電極和多酶電極。固定化GOx電極是酶燃料電池中采用最多的酶陽極。以陽極為葡萄糖氧化酶修飾電極為例，電池工作時，在GOx的輔因子FAD（黃素腺嘌呤二核苷酸） 的作用下葡萄糖轉化為葡萄糖酸內酯并最終轉化為葡萄糖酸。反應產生的電子通過介體轉移到電極上，H+透過質子交換膜傳到陰極；Lac和BOD常用作O2 還原的生物催化劑，O2被還原為水。
完全氧化燃料能夠獲得很高的能量輸出，但是大多數酶生物燃料電池中，都只采用一個酶來部分氧化生物燃料。例如雖然葡萄糖具有很高的能量密度，但它需要12個酶氧化步驟才能完全氧化它，因此單一酶生物燃料電池只能獲得有一個相對較低的能量密度。多酶電極是用固定在同一電極上的多種酶催化連續或同時發生的多個反應。多酶電極擴大了酶燃料電池可使用燃料的范圍，提高了輸出電流或電壓，具有單酶電極難以達到的性能。在已有的研究中，多酶級聯的范圍從簡單的雙酶系統到復雜的仿代謝途徑酶系統。在一個生物燃料電池中，第一個使用的一種酶級聯的是Palmore等[3]，利用以NAD（P）+為輔酶的醇脫氫酶（ADH）、醛脫氫酶（AldDH）和甲酸脫氫酶（FDH）的多酶級聯，將甲醇完全至二氧化碳。這是第一次將酶串聯然后將燃料完全氧化的研究，但是這個理論適用于氧化所有的生物燃料。此后，科學家們開始研究使用代謝途徑中的多酶應用于生物燃料電池以提高其能量輸出，Akers等[4]用相同與甲醇的酶級聯用于氧化乙醇，Daria等[5]利用三羧酸循環（Kreb’s cycle）中多酶完全氧化乳酸，Xu等[6]利用一個六酶級聯將葡萄糖氧化為CO2。
三、葡萄糖直接燃料電池
葡萄糖直接燃料電池即是以金屬催化劑作為葡萄糖燃料電池的催化劑催化氧化葡萄糖，將反應的化學能轉化為電能。直接燃料電池不用與生物燃料電池一樣考慮適宜酶及微生物活性的pH、溫度、營養物等環境條件，因此此類燃料電池也具有較強的穩定性。在目前的葡萄糖直接燃料電池的研究中，常用于催化葡萄糖反應的催化劑通常分為貴金屬如鉑、金和銀，合金和過渡金屬及過渡金屬氧化物等。
直接燃料電池大多是采用膜電極組件作為空氣陰極的單室燃料電池。直接葡萄糖燃料電池根據其反應環境可以分為堿性葡萄糖燃料電池和中性葡萄糖燃料電池；根據其使用的離子交換膜可以分為無膜燃料電池、陰離子交換膜燃料電池（AEM-DGFC）和陽離子交換膜電池（CEM-DGFC）。
非酶催化劑在CEM-DGFC中作為陽極催化劑催化葡萄糖氧化，發生電子轉移的過程如下[7]。
陽極反應：
陰極反應：
在陽極催化層表面，氫氧根離子與陽極反應生成的H+發生反應，促進陽極表面反應的正向進行，從而影響電池的性能。在CEM-DGFC中，葡萄糖氧化反應生成的H+從陽極通過陽離子交換膜向陰極轉移，在陰極與空氣中的氧氣發生氧還原反應，傳遞電子，因此空氣陰極處氣體為氧氣或空氣即可。
非酶催化劑在AEM-DGFC中作為陽極催化劑催化葡萄糖氧化，發生電子轉移的過程如下[8]：
陽極反應：
陰極反應：
在陽極催化層表面，氫氧根離子的濃度直接影響電極表面葡萄糖氧化反應的動力，從而影響電池的性能。在AEM-DGFC中，陰極上空氣中的氧氣和水發生氧還原反應生成OH-，通過陰離子交換膜轉移至陽極發生葡萄糖氧化反應，因此陰極處需同潮濕空氣或潮濕氧氣。
四、總結與展望
隨著經濟發展與環境、能源之間的矛盾越來越突出，燃料電池因其綠色無污染且原料來源廣泛、生物相容性好，是一種可再生的綠色能源，越來越受到人們的關注。
目前葡萄糖燃料電池的研究還處于基礎理論研究階段，還存在電池的輸出功率比較低、使用壽命短等問題。但隨著生物、電化學、材料學和環境工程等學科交叉研究的深入，特別是傳感器和生物電化學研究的快速發展，以及對電極材料、納米材料科學等研究的層層深入，葡萄糖燃料電池的研究必然會得到更快的發展。并將有望成為一種電子裝置在疾病的診斷和治療、航空航天等領域得到廣泛應用。
參考文獻
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[3]Palmore G T R， Bertschy H， Bergens S H， et al. A methanol/dioxygen biofuel cell that uses NAD+-dependent dehydrogenases as catalysts： application of an electro-enzymatic method to regenerate nicotinamide adenine dinucleotide at low overpotentials [J]. Journal of Electroanalytical Chemistry， 1998， 443（1）： 155-161.
[4]Akers N L， Moore C M， Minteer S D. Development of alcohol/O2 biofuel cells using salt-extracted tetrabutylammonium bromide/Nafion membranes to immobilize dehydrogenase enzymes [J]. Electrochimica Acta， 2005， 50（12）： 2521-2525.
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[6]Xu S， Minteer S D. Enzymatic biofuel cell for oxidation of glucose to CO2 [J]. ACS Catalysis， 2011， 2（1）： 91-94.
生物燃料應用范文6
【關鍵詞】生物質；發電項目；脫硫
世界一次能源缺乏，而我國一次能源更是緊缺，各國都在尋找開發可再生能源，如太陽能、風能、垃圾廢料、生物質能等。生物質能是由植物的光合作用固定于地球上的太陽能。在可再生能源中，生物質能以實物形式存在，具有可儲存、可運輸、資源分布廣、環境影響小等特點，受到世界各國的青睞。生物質能是目前應用最為廣泛的可再生能源，其消費總量僅次于煤炭、石油、天然氣，位居第四位，并且在未來可持續能源系統中占有重要地位。但是在生物質作為燃料的發電項目中，大氣污染仍需要特別關注，提出切實可行的預防措施。
本文以洪雅縣生物質發電廠項目環評為例，分析其生物質燃料成份與SO2預防及治理措施的關系。
1 洪雅縣生物質發電廠概況
項目為利用洪雅縣境內的林（竹）木及各類農作物秸稈直接燃燒發電的生物發電廠，其裝機容量為1×120t/h生物質高溫超高壓循環流化床鍋爐，配套1×30MW高溫超高壓凝汽式汽輪發電機組，為生物質直燃式發電項目。項目采用秸桿、林業三剩物及次小薪材作為燃料，用量20.5萬t。項目建成后每年可為電網提供清潔能源約2.25億kW.h/a。
2 生物質燃料成份分析
洪雅縣生物質發電廠的生物質燃料來源主要來自于林（竹）木廢棄物、秸稈、奶牛糞便等，根據燃料配比比例：玉米秸稈24%、竹枝18%、稻草13%、鋸末7%、灌木23%、牛糞15%，采用加權平均，混合生物質燃料的成份如下表1。
3 生物質電廠常規的SO2控制技術
目前，生物質電廠控制二氧化硫的處理方法較多，比較常用的為爐內噴鈣脫硫技術。爐內噴鈣脫硫技術是通過向爐內直接添加石灰石粉來控制SO2排放。投入爐內的石灰石在850℃左右條件下發生煅燒反應生成氧化鈣，然后氧化鈣、SO2和氧氣經過一系列化學反應，最終生成硫酸鈣，化學反應式為：
CaCO3CaO+CO2（煅燒反應）
CaO+SO2+1/2O2CaSO4（固硫反應）
石灰石在煅燒過程中，由于CO2溢出，在固體顆粒的表面及內部形成一定的孔隙，為SO2向顆粒內部擴散及固硫反應的發生創造了條件。在CFB鍋爐燃燒條件下，石灰石煅燒反應生成的CaO具有較高的孔隙率，脫硫反應活性好，可以有效增加石灰石有效利用率，提高CFB鍋爐爐內脫硫效率。
4 洪雅縣生物質發電廠SO2控制技術
根據對該電廠所采用的生物質燃料成份分析，混合燃料含硫量約為0.09%，燃料中灰分中的CaO含量約為23.73%，根據燃料的使用情況（年使用燃料20.5萬t）可計算出SO2的產生濃度為326mg/Nm3；根據燃料灰分的產生量（約為1.22t/h（9150t/a））分析，
灰分中CaO含量（t/a）=9150×23.73%=2171.295；
原料中Ca含量（t/a）=2171.295×40÷56=1550.925
核算出原料中的Ca的摩爾數為38，生物質燃料全硫含量校核值約為0.09%，原料中的硫的摩爾數為5，因此，校核燃料的鈣硫比=38/5=7.6，大于2.0，固硫率按50%計，因此，項目SO2的最大排放濃度為163mg/Nm3，滿足《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）中表1二氧化硫（四川地區）最高允許排放濃度200mg/Nm3的要求，SO2可直接達標排放，不需另采取煙氣脫硫設施。
5 結論
本文根據對洪雅縣生物質發電廠所采用的混合生物質燃料成份及燃料灰分分析，得到燃料含硫量及灰分中氧化鈣的成分，進一步分析出原料中鈣的含量，可計算出燃料的鈣硫比及固硫率，經以上論證可以看出，生物質發電項目，經過對原料及灰分的成份分析，可得出燃料中鈣硫比，其產生的二氧化硫經過燃料中本身含有的鈣進行固硫，不需新增其他脫硫設施，可滿足《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）中圖1二氧化硫的最高允許排放濃度要求。
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