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第一篇 导论：从生物质到生物燃料5

第一章 生物能源：绪论5

1.1目的5

1.2概述5

1.3生物能源的定义6

1.3.1生物发电6

1.3.2生物燃料7

1.4生物能源的发展及其动力7

1.4.1政策8

1.4.2政府研究项目8

1.4.3市场惯性9

1.5原料9

1.6生物质材料和来源10

1.6.1基于林木的生物质原料11

1.6.2基于农作物的生物质资源12

1.6.3基于废弃物为基础的生物能源原料14

1.6.4农林生物质原料15

1.6.5来自保留地的生物质16

1.6.6由海藻制取高级燃油16

1.7生物质供应及可用性17

1.8生物能量转化技术：概述19

1.9生物质转化的辅产品和副产品20

1.10生物能源对社会、经济和环境的影响21

1.10.1对社区的影响21

1.10.2粮食安全22

1.10.3生态环境影响22

1.10.4土地利用和土地利用变化22

1.10.5温室气体与气候变化23

1.10.6野生动物与生物多样性24

1.10.7外来侵入植物和转基因植物25

1.11可持续性问题25

1.11.1可持续性的定义25

1.11.2产量差26

1.11.3农业知识和风险26

1.11.4边际土地27

1.11.5水供应的量与质27

1.11.6农村发展与社会公平28

1.12结论28

致谢29

参考文献29

第二章生物柴油概述与专业术语词汇35

2.1生物柴油相关术语35

2.2生物柴油标准38

2.3 BQ-900燃料质量控制计划38

致谢39

第三章 生物能源：从生物质到生物燃料术语和换算系数40

3.1术语40

3.2用于生物能源换算系数速查表49

3.2.1能量单位49

3.2.2常用度量单位50

3.2.3面积与作为产量50

3.2.4生物质能源50

3.2.5化石燃料51

3.2.6化石燃料的碳含量和生物能源原料52

参考文献52

第二篇 作为生物燃料的木本和草本生物质57

第四章 木本植物生物能源57

4.1引言57

4.2木质植物能源：一种广泛和可再生能源57

4.3木本生物能源在美国和世界的应用60

4.4木本生物能源的价值与效益61

4.5木质能源61

4.6用于生物能源的木质生物质的经营管理62

4.7用于生物能源的木质生物质的采伐、运输和储存63

4.8木质生物质的利用65

4.9直接燃烧65

4.9.1取暖、烧饭和发电65

4.9.2木质颗粒66

4.10液体和气体生物燃料转化67

4.11生物化学技术工艺67

4.12热化学工艺67

4.12.1热解67

4.12.2气化68

4.12.3液化68

4.12.4费希尔-特洛普希工艺（Fischer-Tropsch Process）68

4.12.5热解改质工艺68

4.13木质生物质经济学68

4.13.1概述68

4.13.2木柴发电和供热经济学69

4.14木质生物能源生产经济学69

4.15木质生物能源的可持续性70

4.16小结71

参考文献71

第五章 多年生草本生物质生产和利用73

5.1引言73

5.2多年生草本生物质系统的开发与评价74

5.2.1原料供应74

5.3生物质转化79

5.3.1固体燃料79

5.3.2液体燃料80

5.4用于草本生物质的原料的质量特性81

5.5草本生物质的环境影响84

5.6草本生物质的经济学考量85

5.7展望86

参考文献86

第六章 木本和草本植物能源服务的学习项目及其案例研究88

6.1概述88

参考文献91

案例6A：佛蒙特生物能源合作项目92

案例6B：对满足社区需要的130英亩土地现场生物质源的评估97

案例6C：用于温室取暖的让·佩恩堆肥法研究101

参考文献105

第三篇 生物质转化为液体燃料111

第七章生物能源作物111

7.1引言111

7.2经济因素112

7.2.1概述112

7.2.2比较利润112

7.3各类作物分析114

7.3.1糖和淀粉植物114

7.3.2纤维素作物115

7.3.3木本作物115

7.3.4油料作物116

7.3.5作物残体和有机废弃物116

7.3.6玉米籽粒123

7.3.7玉米秸秆124

7.3.8柳枝稷125

7.3.9芒草127

7.3.10高粱128

7.3.11杨树130

7.3.12柳树131

7.3.13油菜籽133

7.4能源作物的物流运输134

7.4.1收获134

7.4.2致密化处理134

7.4.3储存134

7.4.4运输135

7.5生物质生产的可持续经营135

7.5.1土壤物理特性135

7.5.2土壤化学特性135

7.5.3土壤生物学特性136

7.5.4土壤残留物管理136

7.5.5水资源质量与数量136

7.5.6水资源侵蚀与土壤饱和136

7.6结论137

致谢137

附录本章缩写词137

第八章 基于农业油的生物柴油生产139

8.1概述139

8.2品种选择141

8.2.1成熟期141

8.2.2产量潜力142

8.2.3油分含量和品质142

8.2.4抗病性143

8.2.5除草剂耐性143

8.3播种要考虑的因素143

8.3.1土壤与土壤肥力144

8.3.2整地与播种145

8.3.3播种期145

8.3.4播种量和播种密度146

8.3.5播种行距147

8.4病虫害防治147

8.4.1农艺措施防治148

8.4.2机械防治策略149

8.4.3化学防治150

8.4.4生物防治151

8.5种子收获、去杂、干燥和储存151

8.6榨油及其副产品153

8.7农场燃料生产的挑战与机遇156

8.8农场燃料系统案例157

参考文献159

第九章 生命周期评估法：生物柴油投资的能量回报160

9.1概述160

9.2 EROI途径及其争议163

9.3目标165

9.4资料与方法165

9.4.1系统边界165

9.4.2不确定性的解释167

9.4.3预测168

9.5美国佛蒙特生物柴油的EROI168

9.6讨论170

9.7结论172

致谢172

参考文献172

附录174

第十章 田间生产操作期间的能量管理180

10.1概述180

10.2拖拉机使用181

10.3压舱物、打滑、胎压181

10.4保养183

10.5变速器183

10.6拖拉机选择184

10.7其他问题184

10.8收获作业185

10.9其他单独设备的操作186

10.10影响能量利用的施肥和其他栽培等技术问题186

参考文献186

第十一章 直用植物油作为柴油燃料？189

11.1直用植物油的性能189

11.2生物柴油：用SVO生产的燃料190

11.3从哪里可以得到更多信息？191

第十二章 纤维素乙醇：超越玉米的生物燃料192

12.1引言192

12.2纤维素生产乙醇燃料192

12.3纤维素乙醇的挑战193

12.4植物生物技术193

12.4.1预处理194

12.4.2水解194

12.4.3发酵194

12.5结论194

致谢195

参考文献195

第十三章 取暖生物燃料196

13.1生物柴油196

13.2生物取暖燃料197

13.2.1 BQ-9000198

13.2.2生物取暖燃料及其特性198

13.2.3石油燃料取暖198

13.2.4取暖燃油和生物取暖燃料的特性200

13.3美国测试与材料协会标准200

13.3.1闪点200

13.3.2燃点200

13.3.3流点201

13.3.4浊点202

13.3.5粘度202

13.3.6水分和沉淀物203

13.3.7硫含量203

13.3.8颜色203

13.4相关燃料服务204

13.4.1背景204

13.4.2潜在问题204

13.4.3燃料降解的主要因素204

13.4.4燃料稳定性205

13.4.5水分问题205

13.4.6出现污泥205

13.4.7低温性能206

13.5如何处理冰冻的油箱和油管206

13.5.1取暖生物燃油和冰冷天气207

13.5.2要保证一个没有问题的冬季207

13.6成功管理生物取暖燃料的三个步骤207

13.6.1检查质量207

13.6.2保养如常207

13.6.3了解限制207

13.7燃料质量快速检测208

13.7.1清晰明亮度检测208

13.7.2白桶试验208

13.7.3细菌污染的目视检测208

13.7.4水分探测糊209

13.8燃油过滤209

13.8.1概述209

13.8.2过滤器和污泥209

13.9燃料添加剂处理210

13.9.1添加剂的选择210

13.9.2添加剂的类型210

13.10预防性维护211

13.10.1提升燃料性能的步骤211

13.10.2油罐清洗212

13.10.3储油罐更换212

13.10.4保持满油罐状态213

第十四章 培养生产高级生物燃料的藻类生物质214

14.1引言214

14.2藻类作为多种用途的可持续原料214

14.3藻类生物质和藻类燃料发展历程的历史展望215

14.3.1藻类如何、从哪里获得其生物质？215

14.3.2光合作用中光的重要性215

14.3.3藻类用于生物燃料216

14.4利用藻类生物质生产生物燃料的可能性216

14.5藻类株系选择：藻类类型，株系，与在生物燃料生产中的应用218

14.5.1微藻218

14.5.2大型藻类（海草）221

14.6藻培养：生长系统221

14.6.1光合生物反应器221

14.7藻类收获224

14.7.1絮凝和沉淀224

14.7.2过滤224

14.7.3离心224

14.7.4干燥224

14.8从收获的藻类生物质中提取油225

14.8.1机械方法225

14.8.2酶解转化225

14.8.3催化裂解225

14.8.4超临界液体方法225

14.8.5化学方法225

14.9藻类生物燃料运行从实验室到商业规模的放大中的挑战226

14.10整合藻生物燃料生产227

14.11生命周期分析，经济性和环境作用228

14.12结论229

参考文献230

第十五章 生物质液体生物燃料服务性学习课程和案例研究232

案例15A：含油种子生产转化生物柴油的成本分析以及玉米和原油波动234

参考文献238

案例15B：热暖燃料转换239

案例15C：移动式乙醇整流设备：可行性研究244

结论246

致谢247

参考文献247

第四篇 气体燃料和生物电252

第十六章 生物质热气化—入门252

16.1引言252

16.2气体混合物分类253

16.3化学概念和背景254

16.4气体和气体混合物的热值256

16.5气体生产性能的测量257

16.6热裂解258

16.7热化学途径262

16.8气化炉266

16.8.1对气化炉的基本要求266

16.8.2气化炉的类型266

16.9汽化后加工272

16.10整体气化联合循环（IGCC）273

第十七章 畜禽粪便厌氧消化生产能源之基础275

17.1引言275

17.2厌氧消化过程275

17.3厌氧消化的益处277

17.4怎样运行才适合厌氧消化？279

17.5结论280

致谢280

参考文献281

第十八章 生物能源和厌氧消化282

18.1引言282

18.2厌氧消化过程282

18.2.1发酵菌和产甲烷菌的关系284

18.2.2本节小结285

18.3原料285

18.3.1原料实例285

18.3.2碳／氮比例287

18.3.3挥发性固形物287

18.3.4本节小结287

18.4沼气池启动过程287

18.4.1启动287

18.4.2启动后给沼气池填料288

18.4.3冷天启动沼气池288

18.4.4本节小结288

18.5加载率289

18.5.1背景289

18.5.2给沼气池填料的因素289

18.5.3计算加载率（填料速度）289

18.5.4水力负荷290

18.6估计沼气产量的工具290

18.6.1美国环保局的AgSTAR290

18.6.2明尼苏达大学推广部291

18.6.3本节小结291

18.7沼气池的运行与控制291

18.7.1运行与控制程序291

18.7.2本节小结292

18.8沼气生产中搅拌的作用292

18.8.1背景292

18.8.2沼液稳定化292

18.8.3搅拌方法293

18.8.4外部配置设备的好处294

18.8.5本节小结294

18.9厌氧沼气池的类型294

18.9.1悬浮生长系统295

18.9.2附着生长系统297

18.9.3本节小结298

18.10结论298

致谢298

参考文献299

第十九章 气体燃料和生物电的服务性学习项目及案例研究300

19.1引言300

19.2气体燃料和生物电的服务性学习项目简介300

参考文献302

案例19A：厌氧消化中食品垃圾的日变化对沼气产量的影响303

参考文献306

案例19B：厌氧消化在满足全州能源需求方面的潜力307

参考文献311

案例19C：生物质气化作为发展中国家农村电气化的一种策略：向土地学习312

参考文献314