植物、动物和微生物都是生物质。生物质分解或转化时将其中蕴藏的能量释放出来,即为生物质能。植物是生物质能的创造者,它在阳光下,依靠光合作用,将二氧化碳和水生成有机质。在这过程中,将太阳能转化为化学能储藏在生物质中,成为生物质能。
地球上的植物每年通过光合作用固定下来的碳约达2000亿吨,所含能量相当于720亿吨石油,相当于当前全世界每年能源消耗量的8倍。
生物质能种类繁多,包括陆地和海洋中的动植物,人类和动物的排泄物,工业和人类生活的有机废弃物,污水中的有机质等。生物质能资源虽然非常丰富,但并不可能都作为能源加以利用。人类衣食住行各个方面,除需要能源外,生活中所需的粮食、木材、棉花、牧草等都需要植物提供资源。另外自然界的生物质的生成和分解是同时进行着的,构成复杂的平衡。由于人口增加,和不适当地利用自然资源,生态平衡受到冲击,例如大面积砍伐森林、草原过度放牧、物种灭绝加速等。按照可持续发展的思维,利用生物质能可在原有基础上从两方面进行:一是植树种草;二是废物利用。
植树种草、绿化大地其必要性已逐渐地为人类所共识。因为它是人类改善环境、提高生活质量的最主要途径。在此过程中,一部分可用以营造薪柴林,即以获取薪柴提供生物质能为目的,可根据自然条件,选择速生、密植、高产、发热值高的树种进行营造,这种林地不但可生产薪柴和木炭,同时也和其他林地一样具有防风、固沙、保持水土、保护农田、改善生态等功能。有的国家从20世纪50年代开始实施,已取得显著效果。有的树种在每公顷土地上年产柴薪相当于60吨石油,是解决能源问题的途径之一。
废物利用、发展沼气。沼气是生物质在厌氧条件下,经过细菌的发酵作用的最终产物。各种生物质如秸杆、杂草、垃圾、人畜粪便、工业有机废物等都可以作为原料。沼气的主要成分为甲烷(CH4),通常占沼气总体积的60%-70%,其次是二氧化碳,约占沼气总体积的25%-35%,其余约5%是硫化氢、氮气、氢气和一氧化碳等。纯甲烷燃烧时火焰呈淡蓝色,发热值达36.84MJ/m3,由于沼气中甲烷含量随不同的有机废物和生成条件不同,燃烧热值也有差异,一般在20-25MJ/m3间。
采用沼气池生产沼气的温度在5℃-60℃均能正常产气,而最适宜温度为35℃左右。沼气池适合于在农村兴建,原因是:(1)原料来源丰富,农户在从事庄稼生产和禽畜饲养中,可汇集人畜粪便、作物秸杆、地边杂草和生活垃圾等作原料,来源不断。(2)农村生活能源的消费除电器需要电能外,炊事和取暖都可由沼气承担,通常一个8m3容积的常温沼气池,每天可产气2m3,能满足能源要求(3)沼气的副产物残渣和废水是优质的有机肥料,便于就地施用于农田。农村实现沼气化为提供能源、改善生态环境起重要作用。