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在當今社會，環境保護與能源需求的平衡已成為全球性的挑戰。生物能源作為一種重要的可再生資源，其潛力逐漸受到關注。通過將廢棄的生物質轉化為寶貴的能源資源，不僅可以有效地解決廢棄物處理問題，還能為構建更清潔、可持續的能源體系做出貢獻。

生物質與生物質能（源）

什么是生物質？根據國際能源機構（IEA）的定義，生物質（biomass），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，作為僅次于煤炭、石油、天然氣的第四大能源，生物能源具有豐富的資源、可持續性和環保性等特點。

廢棄生物質的利用

目前除了專門種植用于生產生物燃料的的糧食比如玉米、大豆等，隨著技術的發展，大量廢棄的生物質也逐步被開發利用，這些廢棄物包括農作物的廢棄物、森林殘余物、木材廠廢棄物、城市固體廢棄物、食物廢棄物、廢棄的脂肪、油脂等。

廢棄生物質是一種低廉的可再生能源，目前正廣泛應用于生產生物燃料，包括纖維素乙醇、生物柴油和可再生碳氫化合物 "即用型 "燃料。目前最常用的兩種生物燃料是乙醇和生物柴油。生物燃料可用于飛機、汽車等交通工具，不僅在功能上等同于石油燃料，同時能大幅度降低碳排放。

廢棄生物質也可采用與化石燃料相同的工藝，將生物物質中儲存的能量轉化為電力。生物發電可以抵消發電廠燃燒碳燃料的需求，從而降低發電的碳強度，并提高發電的靈活性，增強電網的可靠性。

綜合生物煉油廠還可以在生產生物燃料的同時生產生物產品，比如塑料、潤滑油、工業化學品等可再生生物產品。這種聯合生產戰略為生物質資源的利用提供了一種更高效、更具成本效益的綜合方法。

據美國能源部的《2016 億噸報告：推進國內資源，促進生物經濟繁榮發展》得出結論：到 2040 年，美國有潛力每年生產 10億干噸非糧食生物質資源，并仍能滿足對糧食、飼料和纖維的需求。10 億噸生物質可以:

?   生產多達 500 億加侖的生物燃料

?   生產 500 億磅生物基化學品和生物產品

?   產生 850 億千瓦時的電力，可供 700 萬戶家庭使用

生物質轉化生物燃料技術

生產高級生物燃料（如纖維素乙醇和可再生碳氫化合物燃料）通常需要經過多個步驟。首先，必須分解植物細胞壁的堅韌剛性結構，其中包括緊密結合在一起的生物分子纖維素、半纖維素和木質素。可通過高溫解構或低溫解構的方式來實現。

高溫解構

高溫解構法利用極高的溫度和壓力將固體生物質分解成液態或氣態中間產物。這種方法主要有三種途徑：熱解、氣化、水熱液化。

在熱解過程中，生物質在無氧環境中以高溫（500°C-700°C）快速加熱。熱量將生物質分解成熱解蒸汽、氣體和焦炭。除去焦炭后，蒸氣冷卻并冷凝成液態 "生物原油"。

氣化過程與此略有類似；不過，生物質暴露在更高的溫度范圍內（>700°C），并含有一些氧氣，從而產生合成氣（或合成氣）——一種主要由一氧化碳和氫氣組成的混合物。

在處理藻類等濕原料時，水熱液化是首選的熱工藝。這種工藝使用溫度適中（200°C-350°C）、壓力較高的水，將生物質轉化為液態生物原油。

低溫解構

低溫解構通常利用稱為酶的生物催化劑或化學品將原料分解為中間產物。首先，生物質要經過預處理步驟，打開植物和藻類細胞壁的物理結構，使纖維素和半纖維素等糖類聚合物更容易獲得。然后，在稱為水解的過程中，這些聚合物會被酶或化學分解成簡單的糖構件。

升級

解構后，粗生物油、合成氣、糖和其他化學構件等中間產物必須進行升級，才能生產出成品。這一步驟可以是生物處理，也可以是化學處理。

細菌、酵母和藍藻等微生物可將糖或氣體中間產物發酵成燃料混合料和化學品。另外，糖和其他中間流（如生物油和合成氣）可使用催化劑進行處理，以去除任何不需要的或活性化合物，從而改善儲存和處理性能。

提純后的成品是可以在商業市場上銷售的燃料或生物產品，也可以作為石油精煉廠或化學品制造廠進行精加工的穩定中間產物。

廢棄生物質的利用不僅是環境保護的重要舉措，也是構建可持續能源體系的關鍵一環。隨著技術的進步和政策的支持，廢棄生物質的轉化將成為未來能源發展的重要路徑之一。

資料來源：

https://www.energy.gov/eere/bioenergy/bioenergy-basics

https://www.energy.gov/eere/bioenergy/biofuel-basics

https://www.energy.gov/eere/bioenergy/conversion-technologies