生物燃料 生物燃料是指从生物质中提取或转化的燃料，分为固态（如木柴）、液态（如生物乙醇）和气态（如沼气）。它们属于可再生能源，其能量最初来源于植物通过光合作用固定的太阳能。 第一步：生物质来源与分类 生物燃料的原料统称为生物质，主要包括三类： 第一代生物质 ：粮食作物（如玉米、甘蔗）和油料作物（如油菜籽）。这些原料通过发酵或酯化反应直接转化为燃料，但可能引发"与人争粮"的伦理问题。 第二代生物质 ：非粮生物质（如秸秆、木屑）和能源植物（如柳枝稷）。它们利用纤维素、半纤维素等非食用部分，避免粮食竞争。 第三代生物质 ：藻类生物质。微藻在单位面积产油量上比陆地作物高30倍，且不占用耕地。 第二步：主要转化技术 生物化学转化 ： 发酵：酵母或细菌将糖类（如甘蔗汁）转化为乙醇 厌氧消化：微生物在缺氧环境下分解有机物产生沼气（主要成分甲烷） 热化学转化 ： 热解：在400-600℃无氧条件下将生物质转化为生物油 气化：在高温受限氧气流中产生合成气（CO+H₂） 直接燃烧：通过锅炉蒸汽轮机发电 第三步：关键工艺示例——生物柴油生产 原料预处理：去除植物油中的游离脂肪酸 酯交换反应：植物油与甲醇在催化剂（NaOH）作用下生成脂肪酸甲酯（生物柴油） 甘油分离：通过静置分层回收副产物甘油 纯化处理：水洗去除残留催化剂和皂化物 第四步：全生命周期分析 评估生物燃料的可持续性需计算"油井到车轮"的完整能量链： 能量产出/投入比：甘蔗乙醇可达8-10，玉米乙醇仅1.5-2 碳足迹评估：计入化肥生产、农田运输等间接排放 土地利用变化：间接土地利用变化（iLUC）可能导致隐性碳债务 第五步：前沿发展方向 整合生物精炼 ：将生物质转化为燃料、化学品和材料联合生产 合成生物学应用 ：工程化蓝细菌直接分泌烃类燃料 碳捕获利用 ：将生物燃料排放的CO₂捕集后用于微藻培养 先进催化体系 ：开发离子液体催化剂实现纤维素常温溶解 当前研究重点正从单纯追求产量转向建立"原料-转化-环境"三位一体的可持续燃料体系。