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生物廢料對(duì)于新能源轉(zhuǎn)化的運(yùn)用

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生物廢料對(duì)于新能源轉(zhuǎn)化的運(yùn)用

隨著不可再生資源的逐漸萎縮,資源短缺的現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重,因此對(duì)清潔高效的可再生能源的開發(fā)和挖掘已成為全球各國(guó)的共識(shí)。生物廢料作為人們生產(chǎn)生活的一部分,不僅數(shù)量巨大而且可以源源不斷的持續(xù)生產(chǎn),如果不能將其合理化的開發(fā)和利用,不但會(huì)占用空間、浪費(fèi)資源,還可能會(huì)因?yàn)樘幚聿划?dāng)產(chǎn)生二度污染。因此,對(duì)于這些被忽略的生物廢料進(jìn)行新能源的技術(shù)轉(zhuǎn)化將具有十分重要的意義。縱觀當(dāng)前的研究發(fā)現(xiàn),大部分研究人員將精力主要集中在如何處理這些廢料上,雖然有一些研究人員已經(jīng)注意到生物廢料中的重要性資源價(jià)值,但在技術(shù)的轉(zhuǎn)化應(yīng)用上做的還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,本文從這一現(xiàn)實(shí)情況出發(fā)進(jìn)行研究,希望能引起相關(guān)領(lǐng)域研究人員的重視,為未來(lái)新能源的開發(fā)做出一定的貢獻(xiàn)。

1.生物廢料的概況

生物廢料是指生物有機(jī)體在提供人類生產(chǎn)生活所需要的主產(chǎn)品后的殘余物。主要以固體形式存在,也包括擴(kuò)散到水或土壤中的微小有機(jī)顆粒。根據(jù)其來(lái)源不同,可以將生物廢料分為各種類型。綜合當(dāng)前的廢料來(lái)源,現(xiàn)做如下分類:及時(shí)類為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物,如秸稈、玉米芯、谷殼、豆莢、花生殼、沼渣等。在國(guó)家環(huán)境保護(hù)政策的推行下,使得原來(lái)的秸稈就地焚燒成為不可能,人們關(guān)注到它的更大的開發(fā)利用潛能,所以當(dāng)前對(duì)這一類廢料的利用還是比較多的,比如機(jī)械化秸稈還田、過(guò)腹還田、培育食用菌、制取沼氣、用作工業(yè)原料、用于生物質(zhì)發(fā)電、用于生物降解材料等。第二類為植物的枯枝落葉,對(duì)于這部分的廢料的價(jià)值目前開發(fā)運(yùn)用的還不是很多,當(dāng)前主要是將樹枝用粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎,通過(guò)好氧微生物菌進(jìn)行發(fā)酵,發(fā)酵周期在一個(gè)月左右,堆肥基本完成,形成腐殖質(zhì),然后再加以運(yùn)用。第三類是木材生產(chǎn)加工廢棄物,如樹皮、家具生產(chǎn)商產(chǎn)生的木屑、家庭產(chǎn)生的廢棄木制品和家具等。第四類是食品、藥品加工廢棄物及廢水,如豆渣、酒渣、藥渣等。對(duì)于這類廢料,當(dāng)前更多的是根據(jù)其類型產(chǎn)生的污染進(jìn)行處理,也還沒(méi)有投入到大型的開發(fā)利用環(huán)節(jié)。第五類為動(dòng)物排泄物及殘骸,如糞便、尿液、皮毛、內(nèi)臟等。第六類是生活垃圾,如一次性筷子、餐巾紙、廢舊書報(bào)等。第七類是污泥,如下水道污泥、池塘底部污泥等。如果生物廢料按照其所含的成分不同,又有不同的分類,主要有富含纖維素廢料,這類廢料主要有農(nóng)作物秸稈、木屑、枯枝落葉等;富含淀粉廢料,這類廢料主要是部分中藥的藥渣;富含蛋白質(zhì)廢料,這類廢料主要是豆渣、動(dòng)物的毛發(fā)、糞便、污泥等;富含脂類成分的廢料,如泔水等;富含幾丁質(zhì)的廢料,如節(jié)肢動(dòng)物蝦、蟹、昆蟲的外殼、高等植物的細(xì)胞壁等。既然生物廢料有如此多的種類,那么我們?cè)趯?duì)其進(jìn)行研究的時(shí)候就不能泛化的去歸整,而應(yīng)是根據(jù)其相似成分進(jìn)行細(xì)化研究,因此本文研究的重點(diǎn)主要是從第二種分類方法去探討。

2.當(dāng)前生物廢料對(duì)新能源轉(zhuǎn)化技術(shù)的應(yīng)用

眾所周知新能源技術(shù)已不再是新詞,早在1980年聯(lián)合國(guó)召開的“聯(lián)合國(guó)新能源和可再生能源會(huì)議”上就曾對(duì)“新能源”一詞有所界定,而在《2013-2017年中國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)調(diào)研與投資方向研究報(bào)告》中更是對(duì)其有了新的詳細(xì)的解讀。新能源技術(shù)是高技術(shù)的支柱,包括核能技術(shù)、太陽(yáng)能技術(shù)、燃煤、磁流體發(fā)電技術(shù)、地?zé)崮芗夹g(shù)、海洋能技術(shù)等。其中核能技術(shù)與太陽(yáng)能技術(shù)是新能源技術(shù)的主要標(biāo)志,通過(guò)對(duì)核能、太陽(yáng)能的開發(fā)利用,打破了以石油、煤炭為主體的傳統(tǒng)能源觀念,開創(chuàng)了能源的新時(shí)代。新能源技術(shù)已成為二十一世紀(jì)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具決定力的五大技術(shù)領(lǐng)域之一??v觀當(dāng)前的研究和實(shí)踐應(yīng)用發(fā)現(xiàn),許多生物廢料也開始借助一些技術(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化,比如相對(duì)比較早的是利用牲畜與家禽的排泄物、尸體、毛羽及屠宰下水等廢料制造沼氣和沼液,產(chǎn)生的沼氣除直接燃燒用于炊事、烘干農(nóng)副產(chǎn)品、供暖、照明和氣焊等外,還可作內(nèi)燃機(jī)的燃料以及生產(chǎn)甲醇、福爾馬林、四氯化碳等化工原料。而產(chǎn)生的沼液則不僅可以養(yǎng)魚,還可供花卉、蔬菜、作物之灌溉與養(yǎng)料。另外還有研究發(fā)現(xiàn)從沼也池中能分離出一株特殊的枯草桿,具有化解角蛋白的能力,能夠分泌角蛋白酶,這種酶可以用作飼料添加來(lái)增進(jìn)各種不同蛋白質(zhì)的消化率,也可將羽毛粉轉(zhuǎn)化為高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的飼料蛋白。當(dāng)然也有通過(guò)固體發(fā)酵技術(shù),利用生物廢料生產(chǎn)香料、有機(jī)物、聚合物、酶和抗生素等增值產(chǎn)品的研究,還有通過(guò)淀粉制取乙醇和氫氣的技術(shù),目前對(duì)于這一種還主要停留在實(shí)驗(yàn)室的研究階段,還沒(méi)有在工業(yè)上進(jìn)行大量使用。另外也有對(duì)醋糟的研究,然而現(xiàn)有的研究也主要是將醋糟轉(zhuǎn)化為氫氣、甲烷和裂解氣,并且研究相對(duì)較少。芬蘭科學(xué)院技術(shù)研究中心研制的ENER-FISH工程利用水產(chǎn)廢料制造生物燃料,目前芬蘭、法國(guó)、德國(guó)、英國(guó)以及越南的中小型企業(yè)都將其納入系統(tǒng)工程中。這是當(dāng)前現(xiàn)有的且比較普遍的對(duì)于生物廢料的一些能源轉(zhuǎn)化應(yīng)用,從中不難發(fā)現(xiàn)這些應(yīng)用還主要集中在實(shí)驗(yàn)室或小范圍內(nèi)使用,或者說(shuō)其轉(zhuǎn)化物還沒(méi)有達(dá)到能夠?qū)π履茉催M(jìn)行替代的地步,因此我們除了要克服技術(shù)難題外,還要轉(zhuǎn)化思維角度重新看待這一問(wèn)題。

3.未來(lái)生物廢料在新能源轉(zhuǎn)化方面的假設(shè)與建議

綜合以上梳理,我認(rèn)為當(dāng)前我們首先應(yīng)該認(rèn)真分析這些生物廢料所含的成分,然后根據(jù)成分含量的多少確定能開發(fā)出來(lái)的新能源,利用新技術(shù)將其大批量開發(fā)生產(chǎn),使其在工業(yè)上能夠廣泛應(yīng)用。對(duì)此,我將從以下幾個(gè)方面進(jìn)行敘述:

(1)富含纖維素的生物廢料在新能源轉(zhuǎn)化方面的可能性極其技術(shù)應(yīng)用我們都知道纖維素是由葡萄糖大分子組成的多糖,我們可以通過(guò)葡萄糖脫氧酶在磷酸煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADP)的幫助下,從葡萄糖中提取氫。在制取氫的過(guò)程中,NADP會(huì)從葡萄糖中剝?nèi)∫粋€(gè)氫原子,使剩余物質(zhì)變成氫原子溶液,然后再利用技術(shù)將其轉(zhuǎn)化為氫氣,從而滿足當(dāng)前新能源供應(yīng)不足的問(wèn)題。但是我們還要注意到在這個(gè)過(guò)程中,還存在另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題,就是如何把這些含有纖維素的生物廢料用最簡(jiǎn)潔的方式集中統(tǒng)一進(jìn)行提取,如果按照我們之前的工業(yè)方法其實(shí)是相對(duì)比較復(fù)雜的,因此,我們還需在這方面多進(jìn)行研究,因?yàn)楦缓w維素的生物廢料在我們生活中太普遍了,如果能把這一技術(shù)推廣開來(lái),將會(huì)給社會(huì)帶來(lái)巨大的社會(huì)效益。

(2)富含淀粉的生物廢料在新能源轉(zhuǎn)化方面的可能性極其技術(shù)應(yīng)用利用淀粉制取生物氫氣也是當(dāng)前比較常用的一種方法,但當(dāng)前淀粉的提取還主要是從小麥、玉米、薯類等有機(jī)食物出發(fā),而且對(duì)淀粉類資源的利用主要是通過(guò)發(fā)酵來(lái)制取燃料乙醇,雖然該工藝比較成熟,但卻會(huì)占用人類的很多耕地,浪費(fèi)社會(huì)資源,所以我們應(yīng)將目光轉(zhuǎn)向這些含有淀粉成分的生物廢料上,另外,我們不僅僅可以利用淀粉制取乙醇,還可以利用淀粉發(fā)酵制取氫氣,但這項(xiàng)研究還沒(méi)有大量運(yùn)用于工業(yè)上,因此這是不久的將來(lái)可以優(yōu)先發(fā)展的一個(gè)方向。

(3)富含蛋白質(zhì)、脂類、幾丁質(zhì)的生物廢料的新能源轉(zhuǎn)化應(yīng)用對(duì)于含有這三類的生物廢料來(lái)說(shuō),當(dāng)前還沒(méi)有研究出可以進(jìn)行新能源轉(zhuǎn)化的方法,但是在其他方面卻有極大的用處。比如說(shuō)在提取含有蛋白質(zhì)和脂類的生物廢料時(shí)會(huì)產(chǎn)生細(xì)菌,這時(shí)就可以對(duì)這些菌類加以運(yùn)用。先前美國(guó)硅谷的LS9公司的研究員就曾發(fā)明過(guò)一種細(xì)菌遺傳改造轉(zhuǎn)基因技術(shù),他們利用生物工程技術(shù),對(duì)包括大腸桿菌在內(nèi)的不同菌株進(jìn)行遺傳改造和微生物轉(zhuǎn)基因培養(yǎng),促使這些微生物在細(xì)菌的作用下,把能量轉(zhuǎn)換成乙醇或石油替代品。這種做法對(duì)于彌補(bǔ)資源短缺問(wèn)題也具有重大的意義。另外就是幾丁質(zhì),它雖然在當(dāng)前還不可以制作生成新能源,但確是一種重要的動(dòng)物性食物纖維,被稱為二十一世紀(jì)的功能性保健食品。其作用不僅能補(bǔ)充人體所需的營(yíng)養(yǎng)元素,而且還能對(duì)人體的生理功能具有強(qiáng)有力的調(diào)節(jié)作用。因此,對(duì)于這類物質(zhì)的提取意義也是不容小覷的。

4.總結(jié)

因其豐富的資源數(shù)量和強(qiáng)大的開發(fā)潛力,生物廢料將成為未來(lái)發(fā)展新能源的一個(gè)主要趨勢(shì)。但是,我們還要看到在當(dāng)前還存在很多技術(shù)難題,只有打破這種技術(shù)壁壘,未來(lái)一定會(huì)有更多的新能源被開發(fā)出來(lái)。