1.5 生物质计量学

从上一节中我们了解到计量学涵盖了几何量（长度）、温度、力学、电磁学等十多个分支，其中并没有涉及生物质的计量学。生物质是目前备受瞩目的清洁可再生能源，有关生物质的研究受到了广泛的关注。在生物质能源产业技术发展和科学应用的进程中，生物质特性基础数据成为生物质研究过程中最重要的理论基础，因此生物质计量技术为生物质能源开发利用提供了技术支持，生物质计量学应运而生。

1.5.1 生物质计量学定义

所谓生物质计量学就是运用特定的仪器设备，或者采用特定的方法对生物质的一些基本特性（包括成分、物理特性和工业指标）进行计量分析的一门学科。

1.5.2 生物质计量学研究范畴

生物质计量学作为一门新兴的学科，所含内容极其广泛，不仅涵盖了生物质成分的研究分析，还包括生物质作为能源在利用过程中的物理特性的探索研究，其中包括容重、堆积密度、比热容、热重、热值等，为生物质产业的发展提供了理论数据和研究保障。

1．成分测试

所谓成分测试，就是通过化学或仪器手段对生物质的组成成分进行测试分析，从而充分地认识其结构成分组成，并将测试结果作为设计、开发生物质利用和能量转换的仪器设备的数据保障。

生物质是多种多样的，它包括植物、动物和微生物。然而，不同种类的生物质都是由有机物和无机物这两部分组成的。无机物包括水和矿物质两部分，在生物质的利用和能量转化中它们是不起作用的。生物质的利用和能量转换是由其重要组成部分有机物的性质来决定的。如果对有机物直接进行测试分析，可能会导致其分解，因此我们通常是对其元素进行分析测试。所谓元素测试分析就是指测定生物质中的碳、氢、氧、氟、硫等元素的成分含量。生物质所含化合物的类别并不能从元素种类中推断出来，因此想要完全掌握生物质的性质就变得非常困难。例如畜禽粪便和农作物秸秆类生物质的元素组成基本相同，然而它们的性质却天差万别。

对于生活垃圾同样是分析其有机成分的元素组成，除此以外，还要分析某些其他元素，如氯和一些重金属元素，以防止在生物质利用和能量转换过程中造成二次污染。由于各地区的生活垃圾的组成不同，所以其元素分析也有较大的差别。

2．物理特性测试

生物质的物理特性主要包括容重、堆积密度、热重以及比热容等，然而其元素组成、结构成分都较为复杂，所以在收集、储运以及利用过程中物理特性变化无常。在生物质能源化、饲料化、基料化以及肥料化的过程中都离不开生物质的基本物理特性研究，为生物质原料的压缩、输送、储存等系统设计、设备设计和选型提供基础性参考数据，对实现生物质原料的规模化应用具有重要意义。

3．工业指标测试

工业指标测试就是指采用一定的方法技术对生物质的工业分析成分（水分、灰分、挥发分、固定碳和热值）进行测试分析。

在隔绝空气条件下对燃料进行加热，首先是水分蒸发逸出，然后燃料中的有机物开始热分解并逐渐析出各种气态产物，称为挥发分，主要含有氢气、甲烷等可燃气体和少量的氮气、二氧化碳等不可燃气体。余下的固体残余物为木炭，主要由固定碳与灰分组成。用水分、挥发分、固定碳和灰分表示燃料的成分称为燃料的工业分析成分。

对生物质进行工业测试分析，可以大致了解生物质的经济价值和某些基本性质。对于生物质的利用和能量转换，单有元素分析是不够的，如生物质中挥发分的多少，不仅在燃烧时对着火的快慢、火焰的性质有较大的影响，而且在生产燃气时对其产气量的多少也有决定性的影响。另外，生物质水分的高低，不仅影响其利用和能量转换的过程，也间接反映了其经济价值。反映生物质上述特性的分析方法，通常被称为工业分析。

生物质的工业分析也称为实用分析。其分析项目包括水分（W）、灰分（A）、挥发分（V）、固定碳（FC）和热值（HV）。对上述五项作全部分析的，称为全工业分析，只分析前四项的，称为半工业分析。根据工业分析可以初步判断生物质的组成和性质，从而确定其工业用途。工业分析不仅在工业生产上有用，在理论研究上也有重要意义。

要想用生物质能源完全替代石油能源，成为可再生新型能源，使其得到合理、高效的利用，需要大量的基础性参数数据作为依据。生物质特性基础数据是生物质产业技术发展和科学应用最基本的基础性技术参数，也是发展优质、高效、低耗生物质产业的公益性基础。因此，生物质计量测试技术是生物质能源开发利用的技术支撑，对实现生物质能源综合利用以及实现经济效益的最大化具有重大的意义。同时，国内外都在积极研究有关生物质计量测试技术，以求全面了解和掌握生物质特性，为生物质资源综合利用提供充分的理论依据和基础性数据。