生物废料对于新能源转化的技术应用

景方斐

【摘 要】生物废料作为一种残余物，在人类社会生活中普遍且大量存在，如何利用新技术将这一资源进行合理化转化并使其成为低碳高能的新能源，这一研究将对全球能源发展具有重大的影响。本文在总结梳理现有的新能源转化案例的基础上提出新的假设，通过分析其可能在实际应用中存在的优劣势，力求给出合理化建议。

【关键词】生物废料；新能源转化；案例梳理；假设

中图分类号： X791；TB33 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）31-0211-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.31.102

【Abstract】As a kind of residue， bio-waste is widespread and abundant in human social life. How to use new technology to rationalize and transform this resource and make it a new energy source with low carbon and high energy. This research will be on global energy development. Has a major impact. Based on the summary of the existing new energy conversion cases， this paper proposes new hypotheses， and tries to give rationalization suggestions by analyzing the advantages and disadvantages that may exist in practical applications.

【Key words】Biological waste； New energy conversion； Case combing； Hypothesis

随着不可再生资源的逐渐萎缩，资源短缺的现象越来越严重，因此对清洁高效的可再生能源的开发和挖掘已成为全球各国的共识。生物废料作为人们生产生活的一部分，不仅数量巨大而且可以源源不断的持续生产，如果不能将其合理化的开发和利用，不但会占用空间、浪费资源，还可能会因为处理不当产生二度污染。因此，对于这些被忽略的生物废料进行新能源的技术转化将具有十分重要的意义。

纵观当前的研究发现，大部分研究人员将精力主要集中在如何处理这些废料上，虽然有一些研究人员已经注意到生物废料中的重要性资源价值，但在技术的转化应用上做的还远远不够，本文从这一现实情况出发进行研究，希望能引起相关领域研究人员的重视，为未来新能源的开发做出一定的贡献。

1 生物废料的概况

生物废料是指生物有机体在提供人类生产生活所需要的主产品后的残余物。主要以固体形式存在，也包括扩散到水或土壤中的微小有机颗粒。[1]根据其来源不同，可以将生物废料分为各种类型。

综合当前的废料来源，现做如下分类：第一类为农业生产废弃物，如秸秆、玉米芯、谷壳、豆荚、花生壳、沼渣等。在国家环境保护政策的推行下，使得原来的秸秆就地焚烧成为不可能，人们关注到它的更大的开发利用潜能，所以当前对这一类废料的利用还是比较多的，比如机械化秸秆还田、过腹还田、培育食用菌、制取沼气、用作工业原料、用于生物质发电、用于生物降解材料等。第二类为植物的枯枝落叶，对于这部分的废料的价值目前开发运用的还不是很多，当前主要是将树枝用粉碎机进行粉碎，通过好氧微生物菌进行发酵，发酵周期在一个月左右，堆肥基本完成，形成腐殖质，然后再加以运用。第三类是木材生产加工废弃物，如树皮、家具生产商产生的木屑、家庭产生的废弃木制品和家具等。第四类是食品、药品加工废弃物及废水，如豆渣、酒渣、药渣等。对于这类废料，当前更多的是根据其类型产生的污染进行处理，也还没有投入到大型的开发利用环节。第五类为动物排泄物及残骸，如粪便、尿液、皮毛、内脏等。第六类是生活垃圾，如一次性筷子、餐巾纸、废旧书报等。第七類是污泥，如下水道污泥、池塘底部污泥等。

如果生物废料按照其所含的成分不同，又有不同的分类，主要有富含纤维素废料，这类废料主要有农作物秸秆、木屑、枯枝落叶等；富含淀粉废料，这类废料主要是部分中药的药渣；富含蛋白质废料，这类废料主要是豆渣、动物的毛发、粪便、污泥等；富含脂类成分的废料，如泔水等；富含几丁质的废料，如节肢动物虾、蟹、昆虫的外壳、高等植物的细胞壁等。[2]

既然生物废料有如此多的种类，那么我们在对其进行研究的时候就不能泛化的去归整，而应是根据其相似成分进行细化研究，因此本文研究的重点主要是从第二种分类方法去探讨。

2 当前生物废料对新能源转化技术的应用

众所周知新能源技术已不再是新词，早在1980年联合国召开的“联合国新能源和可再生能源会议”上就曾对“新能源”一词有所界定，而在《2013-2017年中国新能源产业调研与投资方向研究报告》中更是对其有了新的详细的解读。新能源技术是高技术的支柱，包括核能技术、太阳能技术、燃煤、磁流体发电技术、地热能技术、海洋能技术等。其中核能技术与太阳能技术是新能源技术的主要标志，通过对核能、太阳能的开发利用，打破了以石油、煤炭为主体的传统能源观念，开创了能源的新时代。[3]

新能源技术已成为二十一世纪世界经济发展中最具决定力的五大技术领域之一。纵观当前的研究和实践应用发现，许多生物废料也开始借助一些技术进行转化，比如相对比较早的是利用牲畜与家禽的排泄物、尸体、毛羽及屠宰下水等废料制造沼气和沼液，产生的沼气除直接燃烧用于炊事、烘干农副产品、供暖、照明和气焊等外，还可作内燃机的燃料以及生产甲醇、福尔马林、四氯化碳等化工原料。而产生的沼液则不仅可以养鱼，还可供花卉、蔬菜、作物之灌溉与养料。另外还有研究发现从沼也池中能分离出一株特殊的枯草杆，具有化解角蛋白的能力，能够分泌角蛋白酶，这种酶可以用作饲料添加来增进各种不同蛋白质的消化率，也可将羽毛粉转化为高经济价值的饲料蛋白。[4]

当然也有通过固体发酵技术，利用生物废料生产香料、有机物、聚合物、酶和抗生素等增值产品的研究，还有通过淀粉制取乙醇和氢气的技术，目前对于这一种还主要停留在实验室的研究阶段，还没有在工业上进行大量使用。另外也有对醋糟的研究，然而现有的研究也主要是将醋糟转化为氢气、甲烷和裂解气，并且研究相对较少。芬兰科学院技术研究中心研制的ENER-FISH工程利用水产废料制造生物燃料，目前芬兰、法国、德国、英国以及越南的中小型企业都将其纳入系统工程中。[5]这是当前现有的且比较普遍的对于生物废料的一些能源转化应用，从中不难发现这些应用还主要集中在实验室或小范围内使用，或者说其转化物还没有达到能够对新能源进行替代的地步，因此我们除了要克服技术难题外，还要转化思维角度重新看待这一问题。

3 未来生物废料在新能源转化方面的假设与建议

综合以上梳理，我认为当前我们首先应该认真分析这些生物废料所含的成分，然后根据成分含量的多少确定能开发出来的新能源，最后利用新技术将其大批量开发生产，使其在工业上能够广泛应用。对此，我将从以下几个方面进行叙述：

（1）富含纤维素的生物废料在新能源转化方面的可能性极其技术应用

我们都知道纤维素是由葡萄糖大分子组成的多糖，我们可以通过葡萄糖脱氧酶在磷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADP）的幫助下，从葡萄糖中提取氢。在制取氢的过程中，NADP会从葡萄糖中剥取一个氢原子，使剩余物质变成氢原子溶液，然后再利用技术将其转化为氢气，从而满足当前新能源供应不足的问题。但是我们还要注意到在这个过程中，还存在另一个技术问题，就是如何把这些含有纤维素的生物废料用最简洁的方式集中统一进行提取，如果按照我们之前的工业方法其实是相对比较复杂的，因此，我们还需在这方面多进行研究，因为富含纤维素的生物废料在我们生活中太普遍了，如果能把这一技术推广开来，将会给社会带来巨大的社会效益。

（2）富含淀粉的生物废料在新能源转化方面的可能性极其技术应用

利用淀粉制取生物氢气也是当前比较常用的一种方法，但当前淀粉的提取还主要是从小麦、玉米、薯类等有机食物出发，而且对淀粉类资源的利用主要是通过发酵来制取燃料乙醇，虽然该工艺比较成熟，但却会占用人类的很多耕地，浪费社会资源，所以我们应将目光转向这些含有淀粉成分的生物废料上，另外，我们不仅仅可以利用淀粉制取乙醇，还可以利用淀粉发酵制取氢气，但这项研究还没有大量运用于工业上，因此这是不久的将来可以优先发展的一个方向。

（3）富含蛋白质、脂类、几丁质的生物废料的新能源转化应用

对于含有这三类的生物废料来说，当前还没有研究出可以进行新能源转化的方法，但是在其他方面却有极大的用处。比如说在提取含有蛋白质和脂类的生物废料时会产生细菌，这时就可以对这些菌类加以运用。先前美国硅谷的LS9公司的研究员就曾发明过一种细菌遗传改造转基因技术，他们利用生物工程技术，对包括大肠杆菌在内的不同菌株进行遗传改造和微生物转基因培养，促使这些微生物在细菌的作用下，把能量转换成乙醇或石油替代品。这种做法对于弥补资源短缺问题也具有重大的意义。另外就是几丁质，它虽然在当前还不可以制作生成新能源，但确是一种重要的动物性食物纤维，被称为二十一世纪的功能性保健食品。其作用不仅能补充人体所需的营养元素，而且还能对人体的生理功能具有强有力的调节作用。因此，对于这类物质的提取意义也是不容小觑的。

4 总结

因其丰富的资源数量和强大的开发潜力，生物废料将成为未来发展新能源的一个主要趋势。但是，我们还要看到在当前还存在很多技术难题，只有打破这种技术壁垒，未来一定会有更多的新能源被开发出来。

【参考文献】

[1]、[2]李梦言.生物废料的主要种类及其利用途径[J/OL].生物学教学，2010年（第35卷）第6期.

[3]墨迹莫生.新能源技术[DB/OL].2018.09.16.

[4]石家兴（ Jason C. H. Shih）.近代生物技术在废料资源化与环境保护上的应用[J].中国沼气China Biogas，1997，15（1）.

[5]芬兰利用水产废料制造生物燃料[N].中国渔业报.国内外海洋与渔业科技动态.