前言

生態(tài)是指地球上一切與生命依存相關(guān)的自然循環(huán)系統(tǒng)的生存狀態(tài)。能源是供給熱、光和動(dòng)力等能量的資源。世界能源發(fā)展到今天，主導(dǎo)能源并沒(méi)有發(fā)生本質(zhì)改變，仍然是基于烴類(lèi)化合物燃燒熱做功的能源形式占絕對(duì)的主導(dǎo)地位，也就是通過(guò)烴類(lèi)能源的碳、氫與氧的燃燒獲得熱能，再經(jīng)過(guò)各種能量轉(zhuǎn)換和利用。根據(jù)能源的烴類(lèi)物質(zhì)特性，人類(lèi)未來(lái)的能源也只能主要依靠烴類(lèi)物質(zhì)資源。生態(tài)系統(tǒng)在生物變化過(guò)程中不斷生長(zhǎng)和蓄積著取之不盡的生物質(zhì)烴類(lèi)資源。低能源品位的生物質(zhì)烴類(lèi)資源可以通過(guò)能源科技不斷進(jìn)步，轉(zhuǎn)變成為現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)所需的能源。

生態(tài)能源是指能源資源不僅具備能源功能，而且具備生態(tài)功能，在獲取能源的同時(shí)，又能保護(hù)生態(tài)環(huán)境，并具有化石能源的材料功能，在化石能源枯竭之日，能夠接替其功能。生態(tài)能源的具體任務(wù)就是讓生態(tài)系統(tǒng)生長(zhǎng)更多的生物質(zhì)烴類(lèi)資源，并攻克提升低品位生物質(zhì)燃料的能源品質(zhì)等科學(xué)問(wèn)題，通過(guò)大農(nóng)業(yè)的能源收割和加工，為工業(yè)社會(huì)生產(chǎn)需求提供取之不盡的能源，擺脫人類(lèi)對(duì)化石能源的依賴(lài)。

人類(lèi)的生活和生產(chǎn)活動(dòng)消耗了大量的化石能源。化石能源在開(kāi)采和使用過(guò)程中對(duì)生態(tài)產(chǎn)生了負(fù)面影響，甚至破壞了正常的生態(tài)系統(tǒng)，直接威脅地球上生命的生存。科學(xué)地開(kāi)發(fā)和利用生態(tài)系統(tǒng)中的能源，讓生態(tài)系統(tǒng)滿(mǎn)足人類(lèi)的能源需求，同時(shí)讓人類(lèi)的能源利用不損害生態(tài)系統(tǒng)，使能源供給和生態(tài)維護(hù)達(dá)到和諧一致，這是人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重大科學(xué)問(wèn)題。在當(dāng)今能源資源日益緊張，生態(tài)環(huán)境日益惡化的情況下，人類(lèi)的生存感受到了一定程度的威脅，與生態(tài)相和諧的生態(tài)能源技術(shù)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和利用迫在眉睫。

本書(shū)站在生態(tài)保護(hù)的立場(chǎng)上，去開(kāi)發(fā)能源、挖掘能源、規(guī)劃能源，確立了生態(tài)能源的發(fā)展方向。運(yùn)用多學(xué)科交叉的方法，去認(rèn)識(shí)能源、研究能源、改變能源，構(gòu)建生態(tài)能源技術(shù)的發(fā)展框架。

自古以來(lái)，人類(lèi)需要的能源，主要有兩類(lèi)用途：一類(lèi)是熱；另一類(lèi)是力。熱是生活和生產(chǎn)所需要達(dá)到的溫度；力為生產(chǎn)提供動(dòng)力、制造產(chǎn)品和運(yùn)輸物質(zhì)。人類(lèi)動(dòng)力的發(fā)展經(jīng)歷了兩個(gè)階段。第一階段是生物動(dòng)力，依靠人和牲畜的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)力。在人類(lèi)生物動(dòng)力階段，人馬決定政權(quán)，力氣決定勝負(fù)。第二階段是機(jī)器動(dòng)力，依靠燃料燃燒獲得機(jī)械動(dòng)力。自從瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)以后，機(jī)器動(dòng)力巨大無(wú)比，逐步大規(guī)模地取代了生物動(dòng)力，導(dǎo)致了工業(yè)革命。機(jī)器動(dòng)力的應(yīng)用程度和先進(jìn)性決定了一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)際地位。機(jī)器動(dòng)力在當(dāng)前和今后一段時(shí)間主要依賴(lài)于化石能源，自18世紀(jì)工業(yè)革命以來(lái)，化石能源在人類(lèi)生產(chǎn)力飛躍發(fā)展的歷程中，發(fā)揮了主要作用，化石能源與現(xiàn)代社會(huì)已形成了唇齒相連的關(guān)系。

然而，化石能源資源有限，開(kāi)采的高峰期已經(jīng)過(guò)去，資源正在走向匱乏，過(guò)度的開(kāi)采和使用已經(jīng)造成生態(tài)和環(huán)境的嚴(yán)重影響，人類(lèi)應(yīng)該盡早為“后化石能源時(shí)代”做準(zhǔn)備。生物質(zhì)能源和化石能源一樣，都是烴類(lèi)能源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，地球上每年生長(zhǎng)的生物質(zhì)能源是全世界每年能源消耗總量的10倍，無(wú)論是從資源角度，還是從能源形式上講，生物質(zhì)都最有潛力替代化石能源。同時(shí)，生物質(zhì)能源在生長(zhǎng)過(guò)程中，吸收二氧化碳，產(chǎn)生氧氣，防沙固土，調(diào)節(jié)氣候，保護(hù)環(huán)境和生態(tài)。然而，在幾十年新能源探索的歷程中，生物質(zhì)能源的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用落于太陽(yáng)能和風(fēng)能之后，生物質(zhì)能源的優(yōu)勢(shì)不能發(fā)揮。這其中既有科學(xué)技術(shù)的問(wèn)題，又有思想方法和社會(huì)觀念的問(wèn)題。如何充分發(fā)揮生物質(zhì)能源的優(yōu)勢(shì)，需要科學(xué)技術(shù)、系統(tǒng)工程、戰(zhàn)略理論、勞動(dòng)觀念等方面的全面提升，并與生態(tài)保護(hù)的需求結(jié)合起來(lái)，充分發(fā)揮生物質(zhì)材料在能源、物質(zhì)和環(huán)境保護(hù)等多方面的優(yōu)越性，建立生態(tài)能源理論和技術(shù)體系，本書(shū)為此進(jìn)行了初步嘗試。

生態(tài)能源技術(shù)的目標(biāo)就是要解決當(dāng)前生物質(zhì)能利用瓶頸的這一科學(xué)問(wèn)題，通過(guò)新技術(shù)與裝備，將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)變成為能夠滿(mǎn)足大工業(yè)的適用性和經(jīng)濟(jì)性要求的工業(yè)能源，以工業(yè)能源需求帶動(dòng)荒山荒地的能源植物種植業(yè)、收割業(yè)、加工業(yè)、儲(chǔ)運(yùn)業(yè)和商貿(mào)業(yè)的發(fā)展，以此促進(jìn)生態(tài)建設(shè)，形成生態(tài)能源產(chǎn)業(yè)鏈，促成能源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，保障人類(lèi)生態(tài)和能源的長(zhǎng)治久安。

本書(shū)是編著者長(zhǎng)期從事生態(tài)能源技術(shù)研究和實(shí)踐成果的積累。參與本書(shū)編著的主要成員有：華中科技大學(xué)肖波教授，武漢輕工大學(xué)李建芬教授、陳晶晶老師，北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院魏泉源工程師，華中科技大學(xué)劉石明老師、胡智泉副教授，華中科技大學(xué)博士研究生成功、何丕文、王布勻、程群鵬、劉翠霞、易其國(guó)、張樂(lè)觀、胡沔、郭大兵以及碩士研究生張永光、齊方杰、李倩、江程程、張艷麗等。武漢輕工大學(xué)研究生王強(qiáng)勝、路遙等為本書(shū)進(jìn)行資料收集、整理、文字修改和校對(duì)做了大量的工作。同時(shí)本書(shū)還吸收和借鑒了該領(lǐng)域有關(guān)的研究成果，作者在此對(duì)給予本書(shū)以啟示及參考的有關(guān)文獻(xiàn)著作者深表謝意。希望本書(shū)能為讀者了解和研究生態(tài)能源技術(shù)提供一些有益的參考。同時(shí)本書(shū)還吸收和借鑒了該領(lǐng)域有關(guān)的研究成果，作者在此對(duì)給予本書(shū)以啟示及參考的有關(guān)文獻(xiàn)著作者深表謝意。希望本書(shū)能為讀者了解和研究生態(tài)能源技術(shù)提供一些有益的參考。

由于編著者水平有限，書(shū)中難免有疏漏和不妥之處，敬請(qǐng)專(zhuān)家與讀者予以批評(píng)指正。

編著者

2016年5月