1.1 生物質的組成與結構 1.2 生物質能資源 1.3 生物質能轉化利用技術

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1 1.1 生物質的組成與結構 1.2 生物質能資源 1.3 生物質能轉化利用技術
1.1　生物質的組成與結構 1.2　生物質能資源 1.3　生物質能轉化利用技術

2 1.1　生物質的組成與結構 生物質能生物質是指通過光合作用而形成的各種有機體，包括所有的動植物和微生物。生物質能是太陽能以化學能形式儲存在生物質中的能量形式，以生物質為載體的能量。它直接或間接地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，是一種可再生能源。

3 1.1 生物質的組成與結構 根據植物在進化過程中所形成的特點，通常將地球上的植物分成高等植物和低等植物兩大類。
1.1　生物質的組成與結構 根據植物在進化過程中所形成的特點，通常將地球上的植物分成高等植物和低等植物兩大類。 低等植物的植物體是單細胞或多細胞的葉狀體，有的分枝，有的不分枝，一般没有根、莖、葉等器官的分化，没有中柱。

4 1.1　生物質的組成與結構 高等植物的形態和結構就復雜多了，它們大多有根、莖、葉的分化，有中柱，生殖器官是多細胞的，合子發育成新植物體經過胚的階段。根據營養器官分化程度和生殖器官不同，分爲苔蘚植物、蕨類植物和種子植物三大類群。

5 1.1　生物質的組成與結構 1-1-1光合作用 光合作用是緑色植物通過葉緑體，利用太陽能，把二氧化碳和水合成爲儲存能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。緑色植物的光合作用過程如下： 葉緑體 6CO2+12H2O——→C6H12O6+6H2O+6O2 太陽能

6 1.1　生物質的組成與結構 從光合作用的全過程來看，可分成兩個階段（見圖 1-1）。一個是有光能才能進行的化學反應，叫作光反應階段。光反應階段的化學反應是在葉緑體内基粒的囊狀結構上進行，首先將水分子分解成O和H，釋放出氧氣；然後在光照下將ADP（二磷酸腺苷，最常見的磷能量載體）和無機磷合成爲ATP(ATP爲游離核苷酸，由腺嘌呤、核糖與三分子磷酸搆成），磷酸與磷酸間借磷酸酐鍵相連。

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8 1.1　生物質的組成與結構 幾乎是生物組織細胞能够直接利用的惟一能源，在糖、脂類及蛋白質等物質氧化分解中釋放出的能量，相當大的一部分能使ADP磷酸化成爲ATP，從而把能量保存在ATP分子内。當這種高能磷酸化合物水解時（磷酸酐鍵斷裂）自由能變化(G)爲30-5kJ/mol，而一般的磷酸酯水解時（磷酸酯鍵斷裂）自由能的變化只有8～12kJ/mol，因此稱磷酸酐鍵爲高能磷酸鍵，光能轉變成了活潑的化學能儲存ATP的高能磷酸鍵中。

9 1.1　生物質的組成與結構 另一個是没有光能也可進行的化學反應，叫作暗反應階段。暗反應階段的化學反應是在葉緑體内的基質中進行，首先是二氧化碳的固定，即二氧化碳與五碳化合物結合，形成三碳化合物；其中一些三碳化合物接受ATP釋放的能量，被氫還原，再經過一系列復雜的變化，形成糖類，ATP中活躍的化學能轉變爲糖類等有機物中穩定的化學能。

10 1.1　生物質的組成與結構 光合作用將太陽能轉化爲化學能並儲存有機物，是植物賴以生長的主要物質來源和全部能量來源，也是其他直接或間接依靠植物生存生物的有機物和能量來源。

11 1.1 生物質的組成與結構 1-1-2植物細胞的結構 “一切動物和植物都是由細胞組成的”。
1.1　生物質的組成與結構 1-1-2植物細胞的結構 “一切動物和植物都是由細胞組成的”。 不同植物的形態千差萬别，組成植物體細胞形態各异、功能亦各不相同，但它們的組成確有許多共同點。典型植物細胞包括細胞壁、原生質體及細胞後含物三個基本部分。

12 1.1　生物質的組成與結構 圖1.2 植物細胞的的基本結構

13 1.1　生物質的組成與結構 1-1-3原生質的化學組成 原生質中含有多種化學元素，主要有C、H、N、O、P、S、Ca、K、Cl、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn和Mo等。 組成植物細胞的化合物分爲無機化合物和有機化合物兩大類。無機化合物包括水和無機鹽，其相對分子量較小。

14 1.1　生物質的組成與結構 有機化合物是含C和H等元素的化合物，包括糖類、蛋白質、脂質、維生素和核酸等。不同植物、不同細胞中各類化合物含量和組成上差别較大，也反映在核酸和蛋白質的差異上。

15 1.1 生物質的組成與結構 糖類是由碳、氫和氧組成的一大類中性化合物 糖類根據其能否被水解及水解産物的情况可分爲三類。
1.1　生物質的組成與結構 糖類是由碳、氫和氧組成的一大類中性化合物 糖類根據其能否被水解及水解産物的情况可分爲三類。 ①單糖：分子式爲（CH2O）n 。 ②寡糖：由少數（2～6個）單糖縮合而成，水解後生成兩分子單糖，常見的寡糖有蔗糖。 ③多糖：由多分子單糖分子脱水縮合而成分支或不分支的長鏈分子，能水解生成許多單糖分子。

16 1.1　生物質的組成與結構 1-1-4細胞壁的化學組成 細胞壁是原生質體生命活動的産物，是植物細胞周圍没有生命的部分，具有一定的堅韌性，可分爲胞間層、初生壁和次生壁三層。胞間層存在於細胞壁最外面，相鄰兩個細胞共用的薄層，由親水性果膠類物質組成，依靠它使相鄰細胞粘連在一起。

17 1.1　生物質的組成與結構 細胞壁主要是由纖維素、半纖維素和木質素等搆成。 （1）纖維素 （2）半纖維素 （3）木質素

18 1.1　生物質的組成與結構 1-1-5細胞後含物 後含物是細胞中不參與原生質組成的代謝中間産物、廢物和儲藏物質等的總稱。細胞内最重要的後含物是以一定的形式存儲起來的有機物，供細胞以後需要，主要包括： （1）澱粉 （2）脂類 （3）蛋白質

19 1.1　生物質的組成與結構 1-1-6植物的組織和器官 在個體發育中，具有相同來源的細胞（由一個細胞或同一群有分裂能力的細胞）分裂、生長與分化形成的細胞群稱爲組織。 成熟組織按照它的功能，可分爲營養組織、保護組織、輸導組織、機械組織及分泌組織等。 由不同組織按一定規律搆成了器官，種子植物的六大器官是根、莖、葉、花、果實和種子，分别具有一定的形態結構和生理功能。

20 1.2　生物質能資源 1-2-1資源的概念 （1）氣候資源 （2）水資源 （3）礦物資源 （4）能源 （5）生物資源

21 1.2 生物質能資源 1-2-2 能源的概念 能源定義爲：能源是可從其獲得熱、光和動力之類能量的資源。
1.2　生物質能資源 1-2-2 能源的概念 能源定義爲：能源是可從其獲得熱、光和動力之類能量的資源。 依據形態特徵或轉换與應用層次，能源分爲煤炭、石油、天然氣、電能、核能、水能、太陽能、生物質能、風能、海洋能和地熱能等類型。其中，前三個類型統稱化石燃料或化石能源。

22 1.2　生物質能資源 圖1.3 能源按形成條件分類

23 1.2 生物質能資源 表1.1 主要的基本能量來源 起源 能量來源 應用 優點與缺點 太陽 直接輻射太陽能、風能、水能、海洋能和生物質能
1.2　生物質能資源 表1.1 主要的基本能量來源 起源 能量來源 應用 優點與缺點 太陽 直接輻射太陽能、風能、水能、海洋能和生物質能 熱水、供熱、機械能、運輸、發電、熱電聯產 優點：完全可再生，太陽能幾乎可在任何地方獲得 缺點：分散、低密度；能源密度低 引力 潮汐能 發電、機械能 優點：完全可再生能源 缺點：適合獲取能量的地方太少 地核熱能 地熱能 供熱、發電 優點：大部分可再生 缺點：適合獲取能量的地方很少 石化燃料 煤炭、石油和天然氣 供熱、機械能、運輸、發電、熱電聯產 優點：能源密度高 缺點：污染；有限的資源 核能 鈾、少數是鈽(1)和釷(2) 發電 優點：極度濃縮的能源 缺點：重污染物；核泄漏的威脅；有限的資源

24 1.2　生物質能資源 1.2.3 生物質能的分類 以下將依據來源的不同，將適合於能源利用的生物質分為林業資源、農業資源、生活污水和工業有機廢水、城市固體廢物及畜禽糞便等五大類。 1. 林業資源 2. 農業資源 3. 生活污水和工業有機廢水 4. 城市固體廢物 5. 畜禽糞便

25 1.3 生物質能轉化利用技術 1.3.1 生物質能轉化利用技術
1.3　生物質能轉化利用技術 1.3.1 生物質能轉化利用技術 生物質能轉化利用途徑主要包括燃燒、熱化學法、生化法、化學法和物理化學法等（如圖 1.4所示），可轉化為二次能源，分別為熱量或電力、固體燃料（木炭或成型燃料）、液體燃料（生物柴油、生物原油、甲醇、乙醇和植物油等）和氣體燃料（氫氣、生物質燃氣和沼氣等）。

26 1.3　生物質能轉化利用技術 圖1.4 生物質能轉化利用途徑

27 1.3 生物質能轉化利用技術 1.3.2 生命週期分析法 綠色植物的生命週期包括種植、生長、收穫、運輸、儲存、預處理、利用和廢物處理。
1.3　生物質能轉化利用技術 1.3.2 生命週期分析法 綠色植物的生命週期包括種植、生長、收穫、運輸、儲存、預處理、利用和廢物處理。 表1.2為採用生命週期法對生物質能和石化能源排放量的對比分析，從表中可以看出生物質在整個生命週期中CO2、SO2及NOx排放量遠低於石化能源，是一種清潔能源。

28 1.3 生物質能轉化利用技術 表1.2 石化能源與生物質能排放量的對比 能源 CO2/[g/(kW·h)] SO2/[g/(kW·h)]
1.3　生物質能轉化利用技術 表1.2 石化能源與生物質能排放量的對比 能源 CO2/[g/(kW·h)] SO2/[g/(kW·h)] NOx/[g/(kW·h)] 能源作物（目前） 17～27 0.07～0.16 1.1～2.5 能源作物（未來） 15～18 0.06～0.08 0.35～0.51 煤炭（最佳） 955 11.8 4.3 石油（最佳） 818 14.2 4.0 天然氣（CCGT） 430 － 0.5