隨著石油、煤炭等化石能源的日趨緊張，人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到發(fā)展生物質(zhì)能源的重要性。作為石油、煤炭等傳統(tǒng)“黑金”能源的代用品，很多人將生物質(zhì)能稱(chēng)為“綠金”。

生物質(zhì)能的分類(lèi)及其發(fā)展

生物質(zhì)包括植物光合作用直接或間接轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的所有產(chǎn)物，從這個(gè)概念出發(fā)，生物質(zhì)能就是綠色植物通過(guò)葉綠素將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而貯存在生物質(zhì)內(nèi)部的能量。生物質(zhì)主要有4類(lèi)：農(nóng)作物秸稈及其他殘余物、林產(chǎn)品和木材加工殘余物、動(dòng)物糞便、能源植物。但是，從作為可以產(chǎn)生能源的資源角度看，城市和工業(yè)有機(jī)廢棄物和有機(jī)廢水也是生物質(zhì)能資源。

生物質(zhì)能具有可再生性、低污染性、廣泛分布性等特點(diǎn)。根據(jù)技術(shù)手段可分為直接燃燒技術(shù)、熱化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)、生物轉(zhuǎn)換技術(shù)、液化技術(shù)和有機(jī)垃圾處理技術(shù)等。依據(jù)這些技術(shù)手段，生物質(zhì)能可分為固體燃料、液體燃料和氣體燃料。

直接燃燒和發(fā)電

直接燃燒發(fā)電的過(guò)程是：生物質(zhì)與過(guò)量空氣在鍋爐中燃燒后，得到的熱煙氣和鍋爐的熱交換部件換熱，產(chǎn)生出的高溫高壓蒸氣在蒸汽輪機(jī)中膨脹做功發(fā)電。

直接燃燒是使用最廣泛的生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化方式，技術(shù)成熟。在發(fā)達(dá)國(guó)家，生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電站可再生能源發(fā)電量的70％。與燃煤發(fā)電相比，生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電的規(guī)模較小，鍋爐負(fù)荷大多在20兆瓦～50兆瓦，系統(tǒng)發(fā)電效率大多為20％～30％。目前，美國(guó)生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)容量已達(dá)10500兆瓦，70％為生物質(zhì)一煤混合燃燒工藝，單機(jī)容量10兆瓦～30兆瓦，發(fā)電成本3～6美分／千瓦時(shí)，預(yù)計(jì)到2015年，裝機(jī)容量將達(dá)16300兆瓦。

國(guó)外生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電技術(shù)已基本成熟，進(jìn)入推廣應(yīng)用階段。該技術(shù)規(guī)模效率較高，單位投資也較合理，但它要求生物質(zhì)資源集中，數(shù)量巨大，如果考慮生物質(zhì)大規(guī)模收集或運(yùn)輸?shù)闹С?，則成本較高，比較適合現(xiàn)代化大農(nóng)場(chǎng)或大型加工廠的廢物處理等，不適合生物質(zhì)較分散的發(fā)展中國(guó)家。我國(guó)目前農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化程度較低，生物質(zhì)分布分散，采用大規(guī)模直接燃燒發(fā)電技術(shù)有一定困難。

生物質(zhì)氣化及發(fā)電

生物質(zhì)氣化的基本原理是在不完全燃燒條件下，將生物質(zhì)原料加熱，使較高分子量的有機(jī)化合物裂解為低分子量的CO、CH4等可燃?xì)怏w。轉(zhuǎn)化過(guò)程的氣化劑有空氣、氧氣、水蒸氣等，但以空氣為主。氣化原料是農(nóng)作物秸稈或林產(chǎn)加工廢棄物。生物質(zhì)氣化產(chǎn)出氣的熱值根據(jù)氣化劑的不同存在很大差異，當(dāng)以空氣為氣化劑時(shí)，產(chǎn)出氣的熱值在4200千焦／立方米～5300千焦／立方米之間，該氣體可以作為農(nóng)村居民的生活能源，也可以通過(guò)內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電。

生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)在國(guó)際上已受到廣泛重視。國(guó)外小型固定床生物質(zhì)氣化發(fā)電已商業(yè)化，容量為60千瓦～240千瓦，氣化效率70％，發(fā)電效率為20％，以印度農(nóng)村地區(qū)的應(yīng)用比較成功。發(fā)達(dá)國(guó)家如奧地利、丹麥、芬蘭、法國(guó)、挪威、瑞典和美國(guó)等，比較關(guān)注的是生物質(zhì)氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)(BIGCC)。該技術(shù)的系統(tǒng)效率可達(dá)40％，有可能成為生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化的主導(dǎo)技術(shù)之一。這一技術(shù)存在的問(wèn)題是單位投資額非常高，并且技術(shù)穩(wěn)定性不夠。

我國(guó)有著良好的生物質(zhì)氣化發(fā)電基礎(chǔ)，在上世紀(jì)60年代就開(kāi)發(fā)了60千瓦的谷殼氣化發(fā)電系統(tǒng)。目前已開(kāi)發(fā)出多種固定床和流化床小型氣化爐，以秸稈、木屑、稻殼、樹(shù)枝等為原料，生產(chǎn)燃料氣，主要用于村鎮(zhèn)級(jí)集中供氣。

生物質(zhì)致密(壓縮)成型燃料技術(shù)

將生物質(zhì)粉碎至一定的粒度，不添加粘接劑，在高壓條件下，可以得到具有一定形狀的固體燃料。成型燃料可再進(jìn)一步炭化制成木炭。根據(jù)擠壓過(guò)程是否加熱，生物質(zhì)致密(壓縮)成型燃料有加熱成型和常溫成型兩種；根據(jù)最后成型的燃料形狀可以分為棒狀燃料、顆粒燃料和塊狀燃料三種。生物質(zhì)致密(壓縮)成型技術(shù)解決了生物質(zhì)能形狀各異、堆積密度小且較松散、運(yùn)輸和貯存使用不方便的缺點(diǎn)，提高了使用效率。

成型燃料在國(guó)外很受重視，開(kāi)始研究時(shí)的著眼點(diǎn)以代替化石能源為目標(biāo)。上世紀(jì)90年代，歐洲、美洲、亞洲的一些國(guó)家在生活領(lǐng)域大量應(yīng)用生物質(zhì)致密成型燃料。后來(lái)，以丹麥為首開(kāi)展了規(guī)?；玫难芯抗ぷ鳌５溨哪茉赐顿Y公司BWE率先研制成功了第一座生物質(zhì)致密成型燃料發(fā)電廠。隨后，瑞典、德國(guó)、奧地利先后開(kāi)展了利用生物質(zhì)致密成型燃料發(fā)電和作為鍋爐燃料等的研究。美國(guó)也已經(jīng)在25個(gè)州興建了樹(shù)皮成型燃料加工廠，每天生產(chǎn)的燃料超過(guò)300噸。但生物質(zhì)成型燃料仍以歐洲的一些國(guó)家如丹麥、瑞典、奧地利發(fā)展最快。

我國(guó)生物質(zhì)成型燃料技術(shù)基礎(chǔ)好，設(shè)備水平與世界先進(jìn)水平差別不很大，不足的是我國(guó)成型燃料的應(yīng)用水平還不高。

沼氣技術(shù)

有機(jī)物在厭氧及其他適宜條件下，經(jīng)過(guò)微生物分解代謝，產(chǎn)生以甲烷為主要?dú)怏w的混合氣體，即沼氣。一般沼氣中甲烷含量為50％～70％，每立方米沼氣的熱值為17900千焦～25100千焦。生產(chǎn)沼氣的原料可以是高濃度的有機(jī)廢水，也可以是畜禽糞便、有機(jī)垃圾和農(nóng)作物秸稈等。

在發(fā)達(dá)國(guó)家，主要發(fā)展厭氧技術(shù)處理畜禽糞便和高濃度有機(jī)廢水。目前，日本、丹麥、荷蘭、德國(guó)、法國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家均普遍采取厭氧法處理畜禽糞便。美國(guó)、英國(guó)、意大利等發(fā)達(dá)國(guó)家的沼氣技術(shù)主要用于處理垃圾。美國(guó)紐約斯塔藤垃圾處理站投資2000萬(wàn)美元，采用濕法處理垃圾，日產(chǎn)26萬(wàn)立方米沼氣，用于發(fā)電、回收肥料，效益可觀，預(yù)計(jì)10年可收回全部投資。英國(guó)以垃圾為原料實(shí)現(xiàn)沼氣發(fā)電18兆瓦，今后10年內(nèi)還將投資1.5億英鎊，建造更多的垃圾沼氣發(fā)電廠。

在發(fā)展中國(guó)家，沼氣池技術(shù)主要使用農(nóng)作物秸稈和畜禽糞便生產(chǎn)沼氣作為生活炊事燃料，如印度和中國(guó)的家用沼氣池。同時(shí)，印度、菲律賓、泰國(guó)等發(fā)展中國(guó)家也建設(shè)了大中型沼氣工程和處理禽畜糞便的應(yīng)用示范工程。我國(guó)是利用生物質(zhì)生產(chǎn)沼氣最多的國(guó)家。

燃料乙醇

生物質(zhì)可以通過(guò)生物轉(zhuǎn)化的方法生產(chǎn)乙醇。目前在生物能源產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)規(guī)模方面，發(fā)展最快的就是燃料乙醇。生產(chǎn)燃料的乙醇主要有甘蔗乙醇、玉米乙醇和木薯乙醇三種，燃料乙醇的消耗量已超過(guò)世界乙醇產(chǎn)量的60％以上。

巴西是世界上最早利用甘蔗生產(chǎn)燃料乙醇的國(guó)家。以甘蔗為原料，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，既節(jié)能又節(jié)省投資，生產(chǎn)成本較低。目前，巴西有520多家燃料乙醇生產(chǎn)廠，年產(chǎn)燃料乙醇1200萬(wàn)噸，有1550萬(wàn)輛汽車(chē)以乙醇汽油作為燃料。

美國(guó)從上世紀(jì)70年代末開(kāi)始用玉米生產(chǎn)燃料乙醇，到2005年產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò)1200萬(wàn)噸。盡管目前乙醇的生產(chǎn)成本較高，但在美國(guó)，玉米燃料乙醇已成為一種成熟的石油替代品。

我國(guó)從2002年開(kāi)始用陳化糧生產(chǎn)燃料乙醇，生產(chǎn)規(guī)模達(dá)102萬(wàn)噸，主要以玉米和小麥為原料。其背景是在1996年～1999年連續(xù)4年糧食總產(chǎn)量穩(wěn)定5億噸左右，糧食供過(guò)于求，糧食階段性過(guò)剩并出現(xiàn)大量積壓的情況下提出的。實(shí)踐證明，糧食燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)成熟、工藝完善，是目前比較現(xiàn)實(shí)的石油替代燃料。

但面對(duì)我國(guó)人多地少的實(shí)際，大規(guī)模推廣應(yīng)用糧食燃料乙醇顯然存在著原料供應(yīng)的瓶頸問(wèn)題，長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)說(shuō)必須開(kāi)發(fā)非糧食為原料的乙醇燃料?！笆濉逼陂g，國(guó)家開(kāi)展了非糧食能源作物——甜高粱培育等關(guān)鍵技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)，包括利用甜高粱莖稈汁液和纖維素廢棄物等生物質(zhì)制取乙醇的技術(shù)工藝。對(duì)第一種技術(shù)工藝，我國(guó)初步具備了規(guī)模化開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，但纖維素廢棄物制取乙醇燃料技術(shù)還存在技術(shù)不成熟、諸多關(guān)鍵技術(shù)尚未解決等問(wèn)題。

生物柴油

生物柴油是利用動(dòng)植物油脂生產(chǎn)的一種脂肪酸甲(乙)酯。制造柴油的原料很多，既可以是各種廢棄的動(dòng)植物，也可以是含油量比較高的油料植物。實(shí)踐證明，生物柴油不僅具有良好的燃燒性能，還有良好的理化特性和動(dòng)力特性。

國(guó)外通常采用大豆和油菜籽生產(chǎn)生物柴油，但成本稍高。為降低成本，一些國(guó)家開(kāi)始用廢棄食用油和專(zhuān)門(mén)的木本油料植物生產(chǎn)生物柴油。目前，生物柴油在歐盟已經(jīng)大量使用，進(jìn)入商業(yè)化發(fā)展階段。2004年歐盟生物柴油產(chǎn)量為224萬(wàn)噸，并計(jì)劃到2010年達(dá)到800萬(wàn)噸～1000萬(wàn)噸。

我國(guó)人多地少，發(fā)展生物柴油只能靠非食用油料資源。因此，我國(guó)目前生產(chǎn)生物柴油的原料主要是餐飲廢油、工業(yè)廢油、某些植物油和菜籽油、棉籽油的下腳料等。利用這些原料既回收利用了資源，又解決了環(huán)境污染問(wèn)題。我國(guó)生物柴油的生產(chǎn)起步晚，但發(fā)展較快。目前已有30多家生物柴油生產(chǎn)廠。

除了上述生物質(zhì)能利用技術(shù)外，還有生物制氫技術(shù)、熱裂解技術(shù)等，基本處于研究階段。

我國(guó)發(fā)展生物質(zhì)能的必要性

開(kāi)發(fā)生物質(zhì)能具有能源與環(huán)境雙重效益，有可能成為未來(lái)可持續(xù)發(fā)展能源系統(tǒng)的主要能源之一。因此，許多國(guó)家都高度重視生物質(zhì)能源開(kāi)發(fā)，并制定了相應(yīng)的開(kāi)發(fā)研究計(jì)劃，如日本的陽(yáng)光計(jì)劃、印度的綠色能源工程、美國(guó)的能源農(nóng)場(chǎng)和巴西的乙醇能源發(fā)展計(jì)劃等。聯(lián)合國(guó)開(kāi)發(fā)計(jì)劃署(UNDP)、歐盟和美國(guó)(DOE)的可再生能源開(kāi)發(fā)計(jì)劃中也都把生物質(zhì)能列為重點(diǎn)發(fā)展方向。

目前，生物質(zhì)能是僅次于煤炭、石油和天然氣的世界第四大能源。據(jù)估算，地球陸地每年生產(chǎn)1000億噸～1250億噸干生物質(zhì)；海洋年生產(chǎn)500億噸干生物質(zhì)。生物質(zhì)能源的年生產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)全世界總能源需求量，相當(dāng)于目前世界總能耗的10倍。

我國(guó)的生物質(zhì)資源也相當(dāng)豐富。目前我國(guó)生物質(zhì)能年獲得量達(dá)到3.14億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，到2050年資源潛力可達(dá)到9.04億噸標(biāo)煤且潛力巨大。

根據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)可知，現(xiàn)今正是我國(guó)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的關(guān)鍵時(shí)期。大部分發(fā)達(dá)國(guó)家在此期間(此時(shí)人均GDP在3000美元左右)都經(jīng)歷了人均能源、資源消費(fèi)量快速增長(zhǎng)和能源、資源結(jié)構(gòu)快速變化的過(guò)程。這對(duì)能源安全等問(wèn)題提出了更高的要求。據(jù)預(yù)測(cè)，2020年中國(guó)一次能源的需求為25億噸～33億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，最少將是2000年的2倍；2050年的一次能源需求估計(jì)將在50億噸標(biāo)準(zhǔn)煤左右。根據(jù)我國(guó)現(xiàn)在的能源需求增長(zhǎng)趨勢(shì)推算，到2020年，我國(guó)僅石油的缺口就將達(dá)1.3億噸～1.5億噸。能源供應(yīng)不足問(wèn)題已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的主要矛盾之一。因此，要從根本上解決我國(guó)能源供應(yīng)不足的問(wèn)題，必須實(shí)施多元化能源發(fā)展戰(zhàn)略，積極開(kāi)發(fā)生物質(zhì)能源是出路之一。

從保護(hù)環(huán)境角度看，我國(guó)SO₂，排放量已居世界第一位，CO₂排放量?jī)H次于美國(guó)居第二位。2006年，SO₂排放量達(dá)2550萬(wàn)噸，其中約85％是燃煤排放的。酸雨面積已超過(guò)國(guó)土面積的1／3。SO₂和酸雨造成的經(jīng)濟(jì)損失約占GDP的2％。生物質(zhì)能屬于清潔能源，生物質(zhì)中有害物質(zhì)(硫和灰分等)的含量?jī)H為中質(zhì)煙煤的1／10左右。同時(shí)，生物質(zhì)二氧化碳的排放和吸收構(gòu)成自然界碳循環(huán)，其能源利用可實(shí)現(xiàn)二氧化碳零排放，擴(kuò)大生物質(zhì)能利用是減排CO₂，最重要的途徑。

另外，生物質(zhì)一直是我國(guó)農(nóng)村的主要能源之一。因地制宜開(kāi)展生物質(zhì)能利用技術(shù)及產(chǎn)品的研究、推廣和使用，可以把農(nóng)民從煙熏火燎中徹底解放出來(lái)，既節(jié)約資源，又可以改善農(nóng)民的居住環(huán)境，減少水土流失，提高其生活水平。

我國(guó)發(fā)展生物質(zhì)能存在的問(wèn)題

盡管我國(guó)的生物質(zhì)資源豐富，但商品化的生物質(zhì)能源僅占一次能源消費(fèi)的0.5％左右，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比有很大差距?？傮w來(lái)說(shuō)，生物質(zhì)能利用技術(shù)處于完善、發(fā)展階段，還有很多關(guān)鍵問(wèn)題沒(méi)有解決，有些技術(shù)要受資源的制約。

但我們更應(yīng)該看到，化石能源終有一天會(huì)枯竭，包括生物質(zhì)能在內(nèi)的可再生能源最終將成為未來(lái)能源的主角。只要我們依據(jù)《可再生能源法》，按照“不與糧爭(zhēng)地、不與人爭(zhēng)糧”的正確決策，發(fā)展生物質(zhì)能，制定明確的、可操作性強(qiáng)的實(shí)施方案，我國(guó)的生物質(zhì)能具有光明的發(fā)展前景。