婁喜艷 丁錦平

（1.商丘工學(xué)院土木工程學(xué)院，河南商丘 476000；2.商丘師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院植物與微生物互作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南商丘 476000）

中國(guó)是一個(gè)能源生產(chǎn)大國(guó)，也是能源消費(fèi)大國(guó)。發(fā)展生物質(zhì)能源已成為減少環(huán)境污染、緩解能源供需矛盾的重要途徑。在提倡節(jié)能減排、新能源開發(fā)利用和建成小康社會(huì)的背景下，大力推廣生物質(zhì)能應(yīng)用技術(shù)，充分利用生物質(zhì)能源，不僅有利于治理農(nóng)業(yè)面源污染，優(yōu)化農(nóng)村環(huán)境，還能有效緩解農(nóng)村能源短缺，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，對(duì)推進(jìn)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)，構(gòu)建和諧社會(huì)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。但是，我國(guó)生物質(zhì)能利用尚處于起步階段，面臨著原料供給不穩(wěn)定、自主研發(fā)能力弱、配套政策不健全等多方面的困難[2]。如何創(chuàng)新機(jī)制和技術(shù)，優(yōu)化各方面的條件，大力促進(jìn)我國(guó)生物質(zhì)能源及其產(chǎn)業(yè)的快速、高效發(fā)展，是一個(gè)亟待探討的關(guān)鍵問(wèn)題。

1 生物質(zhì)能源概述

1.1 生物質(zhì)能源的定義

生物質(zhì)是指森林林木及其他木本植物通過(guò)光合作用將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化而形成的有機(jī)物質(zhì)。生物質(zhì)能源，是指貯藏在林木生物質(zhì)中的生物量轉(zhuǎn)化形成的能源，主要是指通過(guò)直接燃燒或者現(xiàn)代轉(zhuǎn)化技術(shù)形成的可用于發(fā)電和供熱的能源[3]。

1.2 生物質(zhì)能源的分類和特點(diǎn)

依據(jù)來(lái)源的不同，可以將適合于能源利用的生物質(zhì)分為林業(yè)資源、農(nóng)業(yè)資源、生活污水和工業(yè)有機(jī)廢水、城市固體廢物和畜禽糞便等五大類。生物質(zhì)能源具有可再生性、低污染性、廣泛分布性、總量豐富性等特點(diǎn)。

2 我國(guó)生物質(zhì)能源發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 資源現(xiàn)狀

我國(guó)生物質(zhì)原料主要來(lái)自農(nóng)林產(chǎn)業(yè)，分布遍及全國(guó)各自然生態(tài)區(qū)，根據(jù)我國(guó)國(guó)情，生物質(zhì)資源開發(fā)應(yīng)以有機(jī)廢棄物和利用邊際性土地種植的能源植物作為其原料主要來(lái)源[4]。我國(guó)森林生物量約180億噸，每年可獲得的資源量約9億噸，可用于能源開發(fā)的資源量近3億噸；我國(guó)“三北”地區(qū)林木生物質(zhì)能源資每年林木生物質(zhì)能源可利用量約1.1億噸[5]。從自然資源、生產(chǎn)能力、市場(chǎng)需求及生態(tài)需求方面對(duì)林木生物質(zhì)能源發(fā)展?jié)摿M(jìn)行分析，得出我國(guó)沿海地區(qū)秸稈、畜禽糞便、林業(yè)剩余物三類生物質(zhì)資源量合計(jì)折標(biāo)準(zhǔn)煤617萬(wàn)多噸[6]；我國(guó)存在約20億畝的山地、灘涂、鹽堿地等邊際性土地，不宜種植糧食作物，但可以作為能源等專業(yè)植物種植的土地。按這些土地的20%利用計(jì)算，每年約生產(chǎn)10億噸生物質(zhì)；全國(guó)年產(chǎn)有機(jī)廢水25.2億噸，廢渣0.7億噸，可獲得沼氣資源量為106.8億m3；城市固體廢棄物年產(chǎn)生量約1.5億噸，每年以8%～10%的速度持續(xù)增長(zhǎng)；生物質(zhì)資源總量和生物質(zhì)能總量分別為8722.69萬(wàn)噸和1.32 ×1015kJ，其中林木剩余物總量為16.93萬(wàn)噸，生物質(zhì)能總量為3.122×1012kJ[7]。

2.2 技術(shù)現(xiàn)狀

2.2.1 生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)

生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)主要包括：直接燃燒發(fā)電、與煤混燃發(fā)電、氣化發(fā)電以及沼氣、填埋氣發(fā)電等[8]。生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電的原理是，由生物質(zhì)鍋爐設(shè)備利用生物質(zhì)直接燃燒后的熱能產(chǎn)生蒸汽，再利用蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電，在原理上與燃煤鍋爐火力發(fā)電十分相似。通常燃燒發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成包括原料收集系統(tǒng)、預(yù)處理系統(tǒng)、儲(chǔ)存系統(tǒng)、給料系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、熱利用系統(tǒng)和煙氣排放處理系統(tǒng)。

目前，國(guó)內(nèi)最大的機(jī)組為1.5萬(wàn)kW，主要是將平原地帶農(nóng)民廢棄的麥秸、玉米秸、稻草拿來(lái)燃燒發(fā)電。在南方地區(qū)，許多糖廠利用甘蔗渣發(fā)電。我國(guó)的生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的最大裝機(jī)容量與國(guó)外相比，還有很大差距[9]。

2.2.2 生物質(zhì)液體燃料技術(shù)

生物質(zhì)液體燃料主要包括燃料乙醇、生物柴油、生物質(zhì)裂解油和生物質(zhì)合成燃料等。近20年來(lái)，利用甘蔗、玉米等糖和淀粉類原料制取燃料乙醇，利用動(dòng)植物油脂制取生物柴油的技術(shù)已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。目前玉米乙醇、生物柴油等第一代液體生物燃料已經(jīng)逐步應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，成為石油燃料的有力補(bǔ)充[10]。生物質(zhì)液體燃料技術(shù)和產(chǎn)業(yè)在我國(guó)剛開始起步，2000年以來(lái)，我國(guó)初步建立了以陳化糧玉米為原料的燃料乙醇工業(yè)和以廢棄油脂為原料的生物柴油工業(yè)，可年產(chǎn)約102萬(wàn)噸燃料乙醇和10萬(wàn)噸生物柴油。

2.2.3 生物質(zhì)固體燃料及沼氣技術(shù)

固體燃料是以木材屑末下腳料、植物秸稈、各種糠渣谷殼等為原料，經(jīng)成型機(jī)擠壓成型制成薪棒或顆粒等，然后脫煙炭化成清潔炭或直接燃用，從而達(dá)到了很高的CO2排放標(biāo)準(zhǔn)，是一種比較簡(jiǎn)潔的生物質(zhì)能源生產(chǎn)方法。現(xiàn)在，遼寧省能源研究所、西北農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院、陜西武功輕工機(jī)械廠、江蘇東?？h糧食機(jī)械廠等10余家單位研究和開發(fā)生物質(zhì)成型燃料技術(shù)和設(shè)備[11]。

生物質(zhì)在厭氧環(huán)境通過(guò)微生物發(fā)酵產(chǎn)生一種以甲烷為主要成分的可燃性混合氣體，即沼氣。到2008年底，全國(guó)已經(jīng)建設(shè)農(nóng)村戶用沼氣池約3 000萬(wàn)口，生活污水凈化沼氣池14萬(wàn)處。畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)和工業(yè)廢水沼氣工程達(dá)到2 700多處，年產(chǎn)沼氣約100億m3，為近8 000萬(wàn)農(nóng)村人口提供了優(yōu)質(zhì)的生活燃料。

3 生物質(zhì)能源的應(yīng)用前景

3.1 物質(zhì)固體成型燃料和氣化發(fā)電開發(fā)利用

目前，我國(guó)平均每年林業(yè)廢棄物及加工剩余物高達(dá)數(shù)億噸，加工的剩余物十分豐富，潛力巨大。這些資源都是高燃燒值生物原料，一般燃燒熱值高達(dá)4 000～4 800kcal／kg，是發(fā)展林業(yè)生物質(zhì)的固體成型燃料和氣化發(fā)電的重要原料。近些年來(lái)，我國(guó)林業(yè)生物質(zhì)固體成型燃料和氣化發(fā)電方面已日趨成熟，并舉辦了一些規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化示范活動(dòng)，這些舉措都為生物資源的大規(guī)模能源化的開發(fā)打下了良好基礎(chǔ)。

3.2 生物乙醇開發(fā)利用

以戰(zhàn)略發(fā)展的眼光來(lái)看，世界許多國(guó)家都將各種植物纖維素作為可供生產(chǎn)燃料酒精的豐富且廉價(jià)的原料來(lái)源，自20世紀(jì)50年代起，我國(guó)先后開展了生物質(zhì)化學(xué)酸水解、纖維素酶水解法的研究和探索。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和轉(zhuǎn)化技術(shù)的突破，在不久的將來(lái)，有望實(shí)現(xiàn)利用木質(zhì)纖維素生產(chǎn)生物酒精的大規(guī)模生產(chǎn)。因此，可再生能源的開發(fā)和利用必將起到越來(lái)越重要的作用。

3.3 秸稈技術(shù)

秸稈是一種廉價(jià)、量大、面廣的生物質(zhì)資源。秸稈燃燒值約為標(biāo)準(zhǔn)煤的59%，秸稈蛋白質(zhì)含量約5%，纖維素含量在30%左右，還含有一定量的鈣、磷等礦物質(zhì)。1 000kg普通秸稈的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值平均與250kg糧食的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值相當(dāng)。我們必須要加大秸稈生物質(zhì)綜合利用技術(shù)的推廣，科學(xué)應(yīng)用秸稈類煤化、秸稈制取乙醇和生物質(zhì)油等成熟先進(jìn)的技術(shù)，逐步實(shí)現(xiàn)秸稈從簡(jiǎn)單利用向綜合利用的轉(zhuǎn)變，引導(dǎo)秸稈綜合利用的有序、健康發(fā)展。

3.4 物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)環(huán)境的影響

林木生物質(zhì)能源的發(fā)展，對(duì)CO2減排的作用對(duì)生態(tài)環(huán)境所產(chǎn)生的影響已成為目前學(xué)術(shù)界備受關(guān)注的話題。從我國(guó)林木生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀來(lái)看，目前重點(diǎn)發(fā)展方向?yàn)槎ㄏ蚺嘤茉戳?，通過(guò)能源植物的良種選育、集中化栽培，必將大大提高森林覆蓋率，并且能有效促進(jìn)綠化和防止土地退化，有利于改善生態(tài)環(huán)境。

4 對(duì)于生物質(zhì)能源發(fā)展的進(jìn)一步思考

4.1 大力培育森林資源，為開發(fā)利用生物質(zhì)能源打好基礎(chǔ)

我國(guó)的現(xiàn)狀是人多耕地少，山地面積廣。因此，要發(fā)展生物質(zhì)能源，首先應(yīng)大力開發(fā)森林資源，特別是有針對(duì)性地營(yíng)造能源林，為積累資源打好基礎(chǔ)。此外，國(guó)家也可制定并實(shí)施“能源林工程”，加大投入力度，對(duì)開發(fā)能源林的企業(yè)給予一定的資金補(bǔ)助，以提高培養(yǎng)能源林的積極性，加快資源發(fā)展步伐。

4.2 大力開展科學(xué)研究，為開發(fā)利用生物質(zhì)能源提供科技支撐

國(guó)家有關(guān)部門應(yīng)重視生物質(zhì)能源技術(shù)多學(xué)科交叉的特點(diǎn)，注重融合和引進(jìn)。開發(fā)利用生物質(zhì)能源是一項(xiàng)新興的產(chǎn)業(yè)，有很多技術(shù)難題需要解決。因此，著力開展生物質(zhì)能源的科學(xué)研究工作，要從樹種選育、高產(chǎn)栽培、采收運(yùn)輸、加工利用等各個(gè)環(huán)節(jié)開始，開展技術(shù)攻關(guān)，突破關(guān)鍵技術(shù)，從而達(dá)到降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益以及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的目標(biāo)，為有效地利用生物質(zhì)能源提供技術(shù)支撐。國(guó)家有關(guān)部門要在人力、財(cái)力和物力上，應(yīng)對(duì)科研工作給予大力支持。

4.3 加強(qiáng)對(duì)外合作與交流，加快我國(guó)生物質(zhì)能源發(fā)展步伐

歐洲一些國(guó)家在生物質(zhì)能源開發(fā)和利用方面均處于領(lǐng)先地位，特別是在林業(yè)生物質(zhì)發(fā)電、供暖等技術(shù)方面已很成熟，而我國(guó)在這些方面卻剛剛起步。為了縮小與國(guó)外的差距，我國(guó)應(yīng)采取充分借鑒和吸取國(guó)外已有技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，并且應(yīng)加強(qiáng)對(duì)外的合作與交流，必要時(shí)，需通過(guò)派出國(guó)內(nèi)高級(jí)技術(shù)和管理人員到國(guó)外進(jìn)修、誠(chéng)邀外國(guó)權(quán)威專家來(lái)國(guó)內(nèi)講學(xué)培訓(xùn)、開展合作項(xiàng)目等多種方式進(jìn)行交流與合作，推動(dòng)并加快我國(guó)生物質(zhì)能源的發(fā)展和創(chuàng)新。此外，我們還必須堅(jiān)持自主開發(fā)與引進(jìn)吸收相結(jié)合的技術(shù)方式，要根據(jù)我國(guó)原料的特征、設(shè)備管理水平和吸收能力等方面進(jìn)行引進(jìn)，有目的、有選擇地引進(jìn)，同時(shí)加大加強(qiáng)我國(guó)自身科研投入和力度，堅(jiān)持引進(jìn)和創(chuàng)新相結(jié)合的發(fā)展模式，爭(zhēng)取在某些關(guān)鍵性技術(shù)或方法上取得突破，全面掌握有關(guān)的核心技術(shù)，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)技術(shù)和設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化，提高我國(guó)在相關(guān)領(lǐng)域的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)水平。

[1] 高文永，李景明. 中國(guó)農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與效應(yīng)評(píng)價(jià)研究[J].中國(guó)沼氣，2015，33（1）：46-52.

[2] 喬淑，黎貞發(fā)，李明溫，等.溫室黃瓜氣象災(zāi)害保險(xiǎn)決策支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2010，26（19）：408-412.

[3] 張?zhí)m，張彩虹.林木生物質(zhì)能源發(fā)展研究綜述[J].經(jīng)濟(jì)問(wèn)題探索，2012（10）：186-188.

[4] 閆金定. 我國(guó)生物質(zhì)能源發(fā)展現(xiàn)狀與戰(zhàn)略思考[J].林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)，2014，34（4）：151-158.

[5] 李怒云，支玲，王國(guó)勝.“三北”地區(qū)林木生物質(zhì)能源資源現(xiàn)狀及產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究[J].中國(guó)水土保持科學(xué)，2007，5（4）：70-74.

[6] 鄭艷琳，李福利，劉芳.山東省生物質(zhì)能總量測(cè)算及其環(huán)境效益分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（27）：34-35.

[7] 馮健，董健，曲藝.遼寧發(fā)展林木生物質(zhì)能源的潛力[J].遼寧林業(yè)科技，2010（2）：39-42.

[8] 馬隆龍.生物質(zhì)能利用技術(shù)的研究及發(fā)展[J].化學(xué)工業(yè)，2007，25（8）：9-14.

[9] 劉曉研.發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì) 創(chuàng)新政府管理機(jī)制[J].人民論壇，2015（2）：68-70.

[10] 譚天偉，王芳，鄧立，等.生物柴油的生產(chǎn)和應(yīng)用[J].現(xiàn)代化工，2002（22）：4-6.

[11] 李傳統(tǒng).新能源與可再生能源技術(shù)[M].南京；東南大學(xué)出版社，2005.