牛世全、包莹、赵国杰编写的这本《可再生能源：生物质能》多视角，多层次、全方位介绍了生物质能的基础知识和发展动态，深入浅出地展示了它的发展脚步。此书语言流畅、深入浅出，配有大量精美的图片，图文并茂、通俗易懂，加上扩充知识面的小百科，使读者朋友全面了解生物质能并享受它带来的无限魅力。

科学是无边界的，思想也不能让自己终结。人类正是凭借着永无止境的探索精神，才能不断超越自身发展的极限。新技术已经带给我们关于未来的无限展望，而它也正在悄悄地改变着我们自己和我们的世界。

这是关于科技发展最前沿的故事，如果你想知道明天的世界会是什么样子，就请翻开《可再生能源：生物质能》一书，走进这个故事中吧……

《可再生能源：生物质能》由牛世全、包莹、赵国杰编写。

引言

一、聚焦全球热点——能源

二、人类文明史的见证者

三、走在能源的十字路口

四、能源危机的破解之路

第一章 取之不尽的宝藏——生物质与生物质能

 第一节 庞大的生物质家族

一、揭秘生物质

二、阳光哺育的生物质

三、被遗弃的生物质

 第二节 惊人的生物质资源量

一、天然生物质资源量

二、废弃生物质资源量

 第三节 生物质能知多少

一、可再生的能量达人

二、“华山论剑”比高低

 第四节 破蛹化蝶的转化技术

一、直接燃烧

二、热化学孵化

三、生物化学孵化

 第五节 是非功过你来测

一、安全性评价

二、经济性评价

第二章 来自沼泽的气休——沼气

 第一节 沼气，原来如此

一、你我熟知的沼气

二、“我”来闪光发热

 第二节 让废物变宝气

一、沼气池的“工人们”

二、“无氧消化”

三、再生之路

 第三节 “老”当益壮的沼气能

一、沼气的旧貌新颜

二、多面手的沼气发酵

三、沼气的锦绣前程

第三章 令人“醉倒”的生物质能——生物乙醇

 第一节 悠悠酿造史

一、“酒”的故事

二、我国的酿酒史

三、燃料乙醇登上舞台

 第二节 乙醇的“酒性”

一、用“水”点燃生命的美丽

二、“酸”而不酸的神奇物质

 第三节 琼浆玉液人间来

一、兢兢业业的“酵母菌”

二、乙醇的生命来源

三、乙醇的蜕变之路

 第四节 肩负重任的燃料乙醇

一、乙醇能源的应用

二、成长中的燃料乙醇

三、星火燎原

第四章 生物质能中的大力神——生物柴油

 第一节 石化柴油的替身——生物柴油

一、揭开生物柴油的面纱

二、生物柴油的历史

 第二节 生物柴油的“酿制”

一、重要的生物柴油资源

二、点石成金

 第三节 生物柴油的今天和明天

一、柴油的又一次革新

二、生物柴油的“筛子”

三、身边的生物柴油

第五章 最清洁的生物质能——氢气

 第一节 掀起“氢气”的盖头来

一、氢气的优势

二、氢气燃料

 第二节 神奇的产氢生物

一、厌氧发酵菌

二、光合作用菌

 第三节 生物魔法下的“炼氢术”

一、制氢的生物酶

二、生物制氢魔法解密

三、生物制氢原料

 第四节 “氢经济时代”渐行渐近

第六章 探索中的生物质能——生物燃料电池

 第一节 电池家族成员

一、各种电池各种说

二、微生物燃料电池

三、酶生物燃料电池

 第二节 初显身手的生物燃料电池

一、技能精湛的能源“替补”

二、神奇的“末梢神经”

三、清洁的动力天使

四、生物燃料电池中的“海绵动物”

五、翱翔太空的梦想

 第三节 尚在成长的生物燃料电池

第七章 生物质能的新生力量

 第一节 生物乙醇的孪生姐妹——生物甲醇

一、蜕变中的“甲醇”

二、活在当下，赢在未来

 第二节 逐渐受人青睐的清洁燃料——甲醚

一、替代能源的又一奇葩

二、脂肪“迷”引起的革命

 第三节 液体燃料家族的老大哥——生物丁醇

一、阴错阳差的巧合

二，战略家的选择

 第四节 英雄辈出的生物质能

一、森林深处的秘密

二、隐身的“超人”

三、生物质的“减肥”术

四、淘尽生活垃圾中的宝藏

第八章 吟唱时代赞歌——生物质能与可持续发展

 第一节 生物质能与循环经济

一、循环经济的概念

二、循环经济的基本原理与方法

三、农业循环经济与生物质产业

四、循环经济下的生物质能发展

 第二节 生物质能与可持续发展

一、可持续发展及其基本要求

二、实现可持续发展的途径

三、开发生物质能的意义

 第三节 生物质能的未来

一、发展生物质能的绊脚石

二、生物质能发展的明天

三、我国生物质能的现状与前景

参考文献

所谓“光合作用”就是绿色植物利用太阳能将二氧化碳和水分，转化为碳水化合物和氧气的过程，在这个过程中植物也将太阳能转化成化学能固定在碳水化合物中。二氧化碳和太阳能可以通过被生物质固定后，然后在植物、动物和微生物之间转移。在这个转化过程中，植物往往扮演生产者的角色，动物和微生物分别扮演着消费者和分解者的角色。

生物质能转移时常常伴随生物质的转移，食草性动物食用植物后就获取了能量，动物的粪便和遗体又会被微生物分解，其中蕴含的能量和各种物质也被释放到空气中去。即便生物质中的碳等物质不能从生物通道循环释放，也能够通过燃烧、水解等多种方式释放出来，再次被植物的光合作用利用从而构成完整的物质循环。

生物质除了广泛存在和可再生这两个特征外，还有几条与众不同的特征：第一，生物质具有一定的区域差异。虽然地球上各个角落普遍存在生物质，在满足光照条件时也可不受时间限制(这些优点是化石燃料不能比拟的)地生产。但由于地理位置、气候变化和其他一些因素的影响，会使得生物质在不同区域的种类和数量上存在差异。比如在农村地区天然生物质就较多，城镇地区的生物质以工业废弃物和生活处理物为主。第二，生物质具有分散性。除了一些大规模种植的作物和大型工厂、农场的生物质之外，其他的生物质分布都比较分散。分散的生物质在利用时提高了生物质转化过程中的运输成本，这也一直是限制大规模利用生物质能源的重要原因。第三，生物质具有巨大的储存量。生物质资源不但分布广泛，每年产生的生物质能也很惊人。据估计，每年通过光合作用固定的生物质总量就达1440～1800亿吨(干重)，其能量相当于20世纪90年代初全世界年总能耗的3～8倍，由此可见地球上生物质总量是多么的巨大。

地球上存在种类很多数量巨大的生物质，并且每天还会有新的生物质产生出来，所以如何将生物质分类也是一个很繁杂的工作。从生物质的开发利用和历史角度出发，生物质可分为传统生物质和现代生物质两类。传统生物质有薪柴、稻草、稻谷、粪便和一些其他植物性废弃物，这些生物质很早就已被人们所利用。现代生物质则着眼于可进行大规模利用的生物质，像大规模种植的能源作物、城市有机垃圾、制糖工业与食品工业的残渣等。从能源利用的角度分类生物质时，也可以把生物质大致分为两类：一类是能够固定能量、可被直接利用的生物质，这一类生物质主要就是各类能源作物；另一类是各类生物质被利用后的废弃物。事实上，在我们利用的生物质中，能够做到“可以稳定地定量供给能量的”，还只有“能源作物”和“废弃物类生物质”两大类。

二、阳光哺育的生物质

能源作物通常指能够富集能量的植物，一般要达到每年每公顷产干重10～20吨的标准(例如甜高粱、甘蔗、柳树和白杨树等)。通常都会进行大规模的种植，这样才能大量获得所需要的能量。种植这类生物质作物并不是为了获取食物或木材，而是为了获得物质资源或能源，一般也不在农耕地上种植，这样就不会影响正常的农作物种植。能源作物生物质大致可分为薪炭林植物、油料作物和草本作物三大类。

与其他天然生物质相比较，薪炭林主要是为了提供柴薪和木炭，常要求所选择的植物具有生长快、适应性和抗逆性强、热能高、易点燃、不释放有毒气体、不易爆裂等特点。所以薪炭林植物一般经过筛选、嫁接、驯化与培育，以提高产量、产能效率和所产生能量的品质。可作为薪炭林树种的植物有很多，一般以速生树木为主，主要是这类植物能在短期内收获。目前种植效果较好的有美国梧桐、加拿大杨、意大利杨、红杉树、桉树、松树、刺槐等。柴薪是数十世纪以来人类所用的主要能源，它不仅可用于家庭，还可广泛应用于工业。能够提供柴薪的树种不只有薪炭林，其他如用材林、防护林、灌木林及周边散生林均可提供一定数量的柴薪。  除了这类薪炭林作物外，许多以制备汽油、柴油等燃料为目的的油料作物也日益被重视。这类作物多属于木本植物，也有草本植物如油菜、大豆、花生等。这类植物植物体内含有大量油脂，提取的植物油本身(或与柴油混合)可作为内燃机燃料。油料作物的种类很多，绝大多数油料作物都有非常强的适应性和抗寒性，种植技术简单，植物油脂也能够安全使用和储存。但在选择油料作物时除了要求含油量高以外，更需要考虑其所含油脂的燃烧情况，一般认为所含植物油的结构和燃烧特征与石油相似为首选目标，如果结构特征与柴油、汽油相近则更佳。在墨西哥和巴西就生长着一种叫“科帕伊巴”的植物，这种植物能流淌金黄色或淡黄色的油状树液，这种树液可直接用作内燃机的燃料。世界上许多国家已经引进“科帕伊巴”，利用树液制成的燃料油也在一些欧美国家使用。国内外对野生油料作物的利用研究也投入了大量的精力。

除了上述油类作物以外，在广阔的沿海和内地水域人们也开始大规模种植高油藻类。微藻是这方面很好的例子，它是光合效率最高的原始植物之一，与农作物相比，单位面积固定能量的效率可高出数十倍。包括我国和美国都已经开始了微藻制取生物柴油的研究，取得了一定的进展。虽然目前面临的困难依然很大，相信在不久的将来，生物柴油这个领域内，微藻一定会占有很重要的席位。

以制备燃料酒精为目标的草本植物是另一种重要的能源植物，甘蔗、甜高粱、木薯等均是生产燃料酒精的重要草本植物。甜高粱具有耐干旱、耐水、抗盐碱等多种优秀品质，素有“高能作物”之称，亩产达到300～400千克，外加4000千克以上含有高糖分的茎秆。此外，耶路撒冷菜蓟是近年来颇受人们关注的酒精作物，由于其块茎富含菊粉，水解后可获得大量果糖，再经过果糖发酵后即可制备乙醇。同时耶路撒冷菜蓟生命力顽强，能在干旱、寒冷和土质较贫瘠的条件下生长，是一种易于引种的优良能源作物。

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众所周知，火的使用和工具的发明开启了人类使用能源和材料的历史进程，促进了人类的进化，推动了人类文明进步。时至今日，能源和材料已成为人类生存和发展的物质基础，决定着人类文明的发展方向。它们的发展给全球经济、政治以及精神文化带来了前所未有的变革，也使全球的生态环境伤痕累累。开发绿色能源，发明新型材料，建设资源节约型、环境友好型社会已迫在眉睫。

2012年，中国将启动《国家能源发展战略》编制工作，提出我国能源发展的总体方略和战略规划。但是，目前市场上还没有一套详细介绍新能源、新材料方面内容的高新技术科普丛书。为了引导读者，特别是广大青少年更好地认识和了解新能源和新材料，明确我国的能源现状和材料科学的创新成果，增强开发高新技术的意识，激发他们为高新技术事业奉献的信心和决心，培养他们的民族自信心和创新精神。向青少年普及新能源和新材料的相关知识和发展动态，必将吸引和鼓励更多青少年热爱科学，献身科学，积极投身能源和材料事业，发明更多低碳、绿色的新型材料，使我国能源结构合理，为创造我们可持续发展的绿色家园做出更大的贡献。

“高新技术科普丛书”，由国内知名材料学专家、西北师范大学博士生导师莫尊理教授担任丛书总主编，西北师范大学等高校的教授、博士生导师担任编委，丛书各册的作者均为相关领域的专家、学者。他们热爱科学、朝气蓬勃、学风严谨、勤奋探索，以真挚的情感和对人类社会持续发展的使命感，用朴实而又不失优美的文笔严肃认真地编撰了本套丛书。

本套丛书作为新材料、新能源的科普读物，宗旨鲜明，风格独特，系统性强，认真探讨了人类与能源材料和谐的发展历程和方向。与一般科普读物相比，具有如下鲜明的特点：一是内容丰富时代感强，本丛书共18个分册，紧扣当前能源、材料发展的困境，以新能源、新材料方面最新的研究成果及翔实的资料为基础，用通俗易懂的文字分别叙述了与人类生存、发展最密切的各种新能源和新材料，构成了一个完整的知识体系。另外，本套丛书多视角，多层次、全方位介绍了材料和能源领域的基础知识和发展动态，深入浅出地展示了材料和能源的发展脚步。《神通广大的第三金属》《新材料的宠儿：稀土》向你展示第三金属和稀土的魅力；《高新科技的特种钢》《取之不尽的太阳能》《持续不断的风电新能源》《可再生能源：生物质能》《又爱又恨是核能》《待开发的地热能》《清洁能源：氢能》《未来无害新能源可燃冰》《无限丰富的海洋能》让你尽情领略能源的丰饶和开发前景；《异彩纷呈的功能膜》《节能减排的新动力电池》《无处不在的碳纤维》《遨游太空的航天材料》《改变世界的信息材料》《比人聪明的智能材料》《神奇的人体修复材料》向你呈现新型材料的发展动态以及带给我们生活的变化。二是时尚流行的编创，本丛书语言流畅、深入浅出，配有大量精美的图片，图文并茂、通俗易懂，加上扩充知识面的小百科，使读者朋友全面了解新材料、新能源并享受着它们带来的无限魅力。

20世纪80年代以来，人们逐步认识到必须永续利用地球资源，改善地球的生态环境才能实现人类的可持续发展。我们应统一规划、合理开发能源，积极开发新能源、新材料，促进人类与自然界的和谐共处与协调发展。希望这套凝聚着策划者、组织者、编撰者、设计者、编辑者等工作者辛勤汗水和心血的“高新科技科普丛书”能给那些热爱科学，倡导低碳、绿色、可持续发展的人们以惊喜和收获，并对我国的能源和材料事业做出贡献。衷心祝愿应时代所需而出版的高新科技科普丛书能得到读者的青睐。

薛群基

中国工程院院士

2012年3月