淺談我國生物質能源的發展

【摘 要】 本文分析了生物質能源的特點以及我國生物質能源開發利用的現狀，提出要解決我國的物質能源緊缺的問題，首選的策略是用生物質能源作為替代能源。社會各方面要緊密配合，協調科研、企業、地方政府的力量，為生物質能源產業的形成和發展提供技術支撐。

【關鍵詞】 生物質能源；開發利用；對策

生物質能源指由植物的光合作用固定于地球上的太陽能，通過生物鏈轉化為地球生物物質形態，經過加工為社會生活提供原料的能源。通過生物質能轉換技術可以高效地利用生物質能源，生產各種清潔燃料，替代煤炭、石油和天然氣等燃料，從而減少對礦物能源的依賴，保護能源資源，減輕能源消費給環境造成的污染。生物質能源將成為未來能源的重要組成部分，據估計，到2015年，全球總能耗將有40%來自生物質能源。

我國是一個人口大國，又是一個經濟迅速發展的國家，21世紀將面臨著經濟增長和環境保護的雙重壓力。因此，改變能源生產和消費方式，開發利用生物質能對建立可持續的能源系統，對促進國民經濟發展和環境保護具有重大意義。

一、生物質能源的特點和分類

1、生物質能源的特點

（1）污染小。生物質能源在燃放過程中產生二氧化碳，排放的二氧化碳可被等量生長的植物光合作用吸收，實現二氧化碳零排放，這對減少大氣中的二氧化碳含量及降低“溫室效應”極為有利。

（2）蘊含量巨大，可再生。只要有陽光存在，綠色植物的光合作用就不會停止，生物質能源就不會枯竭。

（3）具有普遍性、易取性特點。生物質能源存在于世界上各個國家和地區，而且廉價、易取，生產過程十分簡單。

（4）可儲存和運輸。在可再生能源中，生物質能源是唯一可以儲存與運輸的能源，為其加工轉換與連續使用提供方便。

2、生物質能源分類

（1）農林廢棄物。農林廢棄物包括農業廢棄物和林業廢棄物。農業廢棄物指的是農作物收獲時農田中產生的殘余物，可以利用的有谷物、根莖作物和甘蔗殘余物等。林業廢棄物指的是木材加工部門從原材料制造各種木質一次制品時產生的廢物，以及木材利用部門以一次制品為原料形成建筑物等二次產品時產生的廢物。

（2）有機污水。有機污水指的是豐富有機物質的排放廢水，其中包括工業污水、農業污水以及生活污水等。由于清潔、高效、可再生等突出特點，氫氣作為能源日益受到人們的重視。利用工農業有機廢水等廉價的復雜基質來制取氫氣，能使廢物質得到資源化處理，降低生產成本。

（3）禽畜糞便。禽畜糞便也是一種重要的生物質能源。除在牧區有少量的直接燃燒外，禽畜糞便主要是作為沼氣的發酵原料。

（4）城市固體廢棄物。城鎮生活垃圾主要是由居民生活垃圾，商業、服務業垃圾和少量建筑垃圾等廢棄物所構成的混合物，有以下特點：一是垃圾中有機物含量接近1/3甚至更高；二是食品類廢棄物是有機物的主要組成部分；三是易降解有機物含量高。目前中國城鎮垃圾熱值在4．18兆焦/千克（1000千卡/千克）左右。

二、國外生物質能源開發利用現狀

自從1981年8月在內羅畢召開聯合國新能源和可再生能源會議以來，許多國家對能源、環境和生態問題越來越重視，特別是利用現代新能源技術和新材料來開發包括生物質能在內的新能源，備受各國關注。目前，生物質能的技術研究和開發利用已成為世界重大熱門課題之一，許多國家都制定了相應的開發研究計劃，如日本的陽光計劃、印度的綠色能源工程、巴西的酒精能源計劃等，其中生物質能源的開發利用都占有相當大的比重［1］。現在，國外有許多生物質能利用技術與設備已達到了商業化應用的程度，實現了規模化產業經營。［2］

1、美國

美國生物質能利用占能源消耗總量的4％左右［3］。用生物質能發電總裝機容量已超過10000MW，單機容量達10～25MW。紐約的斯塔藤垃圾處理站投資20000萬美元，采用濕法處理垃圾，回收沼氣，用于發電，同時生產肥料；開發出利用纖維素廢料生產酒精技術，建立了1MW的稻殼發電示范工程，年產酒精2500t。

美國通用STM公司研制出的STM4—120發動機被美國能源部評價為世界上最先進的斯特林發動機，可與沼氣技術或生物質氣化技術相結合，構成50kW左右的村級生物質能發電系統。普林斯頓大學能源與環境中心，在研制以生物質燃氣為燃料，發電功率為200kW的小型燃料電池／燃氣輪機發電系統。［4］

2、巴西

生物質能在巴西能源利用量中約占25％左右，其中薪柴和甘蔗占生物質能的50％～60％，其余是農業廢棄物。巴西是乙醇燃料開發應用最有特色的國家，實施了世界上規模最大的乙醇開發計劃（原料主要是甘蔗、木薯等），目前乙醇燃料已占該國汽車燃料消費量的50％以上。［5］

3、歐洲

歐洲是生物質能開發利用非常活躍的地區，新技術不斷出現，并且在較多的國家得以應用。近十多年來，歐共體開展了將木料氣化合成甲醇的研制工作，先后已有數個示范廠，德國已廣泛應用含1％～3％甲醇的混合汽油供汽車使用，在法國、捷克、瑞典、西班牙、前蘇聯等國，都在開發應用甲醇和乙醇的液體燃料。在荷蘭、英國、比利時、希臘、葡萄牙等國，開展了用生物質熱解法制取生物油的研究，生物油經改性后可作液體燃料。歐洲有的國家還利用植物油作燃料的開發和研究。英國在研究應用基因技術改良油菜品種，以期提高產量，并使菜籽中的脂肪酸碳鏈由18個碳原子縮短到8個左右，獲得優質菜籽燃油。瑞典在研究用適當配比菜籽油和甲醇的方法，獲得生物柴油。［6，7］

4、印度

印度年產薪柴0．284億噸左右，工業廢棄物和農業副產物（秸稈等）年產2．46億噸。在發展中國家，印度的生物質能開發利用搞得比較好，以前沼氣應用比較多，近期生物質壓縮成型、氣化技術等進展顯著。

三、我國生物質能源開發利用現狀

從生物質能的資源總體構成來看，目前我國農村中生物質能約占全部生物質能的70％以上，其他主要是城鎮生活垃圾、污水和林業廢棄物，而從先進國家目前的生物質資源和利用來看，其主要構成均都是以林業廢棄物和薪炭林為主。我國急需薪炭林技術的發展和工業工藝水平的提高，面對上述情況，我國政府部門要求科研單位和有關組織抓緊生物質能新技術的研究與應用，制定了許多相關政策與規劃并付諸實施，在上下共同努力過程中，經過20年左右的時間，我國生物質能開發利用取得了長足的進步。

1、沼氣

20世紀90年代以來，我國沼氣建設一直處于穩定發展的勢態。到2006年底，全國農村戶用沼氣達到2260萬戶左右。到2010年，全國將有4000萬農戶用沼氣，達到適宜農戶的30％左右；全國規模化養殖場大中型沼氣工程總數達到4700處左右，達到適宜畜禽養殖場總數的39％左右；以沼氣及沼氣發酵液、沼渣在農業生產中的直接利用為主的沼氣綜合利用技術得到迅速應用，已達到339萬戶，其中北方的“四位一體”能源生態模式21萬戶，南方的“豬—沼—果”能源生態模式81萬戶。

2、生物質氣化

經過十幾年的研究、試驗、示范，生物質氣化技術已基本成熟，氣化設備已有系列產品，產氣量由200～1000m³／h，氣化效率達70％以上。到2010年，全國建成400個左右秸稈固化成型燃料應用示范點，秸稈固化成型燃料年利用量達到100萬噸左右；建成1000處左右秸稈氣化集中供氣站，年產秸稈燃氣3．65億立方米。以前用固定床氣化爐，以稻殼為原料進行氣化發電，規模較小。現在國內已有數處用流化床氣化爐，可以用稻殼、鋸末乃至粉碎的秸稈為原料進行氣化發電，“九五”期間氣化發電站規模達1000kW，“十五”期間建造4000kW左右的氣化發電站，全國生物質氣化發電站數量有望增至30個左右。

3、薪炭林

自1981年起，我國開始有計劃地建設薪炭林，目前已建成472萬多公頃，總面積達到540萬公頃，加上其他森林年合理生產薪材能源約一億噸標準煤，發展薪炭林對緩解當地農村能源緊張，保護森林資源、林草植被和生態環境，促進農村經濟發展起到了積極的作用。生物質能利用技術又有新的發展。

4、生物質壓縮成型及其他技術

我國已研制出螺旋擠壓式、活塞沖壓式和環模滾壓式等幾種生物質壓縮成型設備，其中螺旋擠壓式壓縮成型機推廣應用較多，有關單位對擠壓螺桿的耐磨性作了較深入的研究，延長了它的使用壽命。全國現有生物質壓縮成型廠35個。生物質經壓縮成型后可直接用作燃料，也可經炭化爐炭化，獲得生物炭，用于燒烤和冶金工業；還可生產塊狀飼料。

5、生物柴油

生物柴油是利用植物油脂或動物油脂等可再生資源制造出來、可替代石化柴油的清潔安全的新型燃料，具有可再生、燃燒污染物排放低、溫室氣體排放低等特點。由于生產成本略低于普通柴油，具有很強的市場競爭力。生物柴油實質上就是脂肪酸低碳醇酯，其中主要是甲酯。脂肪鏈長在8～22的各種動植物油脂均可用于制備生物柴油。生物柴油作為可再生的生物質液體燃料之一，它的開發應用將對社會經濟的發展產生巨大的影響。我國發展生物柴油已取得一定的成效，國家林業局已于2007年啟動了一個在云南、四川、湖南、安徽、河北、陜西等省區建設2億畝高產優質能源林基地的計劃，并已與中石油、中糧集團達成一系列的協議，共同開發生物質能源。力爭到2020年，這個項目能滿足600萬噸生物柴油生產和裝機容量1500多萬千瓦發電的原料需求。同時在生物柴油的制備方法的研究上也取得了一定的進展，海南正和生物能源公司、四川古杉油脂化工公司和福建卓越新能源發展公司都已開發出擁有自主知識產權的技術，相繼建成了規模超過萬噸的生產廠。［8，9］

四、生物質能源與我國可持續發展

1、能源有限與巨大需求的矛盾

隨著人口和經濟的持續增長，我國能源消費量也在不斷增長，2001年，我國能源消費量達到13億噸標準煤。而我國石油的儲量僅占世界儲量的2％，2000年探明儲量為30億～40億噸，如果按2000年石油年開采量計算，到2020年我國石油資源已趨于枯竭。2000年原油產量1．62億噸，實際加工原油達2．1億噸，1/3的原油依靠進口來平衡市場需求矛盾，凈進口量已達到7500萬噸。預計到2020年，我國石油需求將達到3．6億噸，凈進口量將突破2億噸，這勢必將對我國能源供應安全造成一定的負面影響，成為長期制約我國經濟發展和社會進步的主要障礙之一。

2、生物質能源可以作為替代能源

全國九屆人大四次會議通過的《國民經濟和社會發展第十個五年計劃綱要》提出，要“開發燃料乙醇等石油替代品，采取措施節約石油資源”。生物質可生產液體燃料，保障國家石油安全。

如果能推廣“能源農業—能源林業—能源工業一體化發展模式”來發展生物質能產業，使2020年的生物質資源總量達到15億噸標準煤，并將其中的50％的資源用于生產液體燃料，屆時可為我國石油市場提供2億噸液體燃料。

我國在電力供應方面也存在較大的缺口，要實現2020年國民經濟翻兩番的目標，保障可靠的電力供應是必備條件。2001年，電力生產總量為13556億度，人均用電不到1000度/（人?年），而人均生活用電更低，只有110度/（人?年）左右。因此，因地制宜地利用當地生物質能資源（秸稈、薪柴、谷殼和木屑等），建立分散、獨立的離網或并網電站，擁有廣闊的市場前景。生物質可廣泛地用來生產電力，保障國家電網電力供應安全。如果將當前農林廢棄物產量的40％作為電站燃料，可發電3000億度，占目前我國總耗電量的20％以上。

3、生物質能源有利于環境保護

生物質能屬于清潔能源，有助于國家的環境建設和二氧化碳減排。我國礦物能源消費的SO₂排放量已居世界第l位，CO₂排放量僅次于美國居第2位。我國由礦物燃料消費所每年排放的二氧化碳總量可達22．7億噸，相當于6．2億噸碳排量，是全球GHG總排量的11．8％左右。1998年，二氧化硫排放量達0．209億噸，其中約85％是燃煤排放的。酸雨面積已超過國土面積的1/3。SO₂和酸雨造成的經濟損失約占GDP的2％。生物質的有害物質（硫和灰分等）含量僅為中質煙煤的1/10左右。同時，生物質生產和能源利用過程所排放的二氧化碳可納入自然界碳循環，實現二氧化碳零排放，是減排CO₂的最重要的途徑。

4、農村可持續發展的迫切需要

生物質一直是我國農村的主要能源之一，大多以直接燃燒為主，不僅熱效率低下，而且大量的煙塵和余灰的排放使人們的居住和生活環境日益惡化，嚴重損害了身心健康。根據2001年的統計，我國2000年的秸稈總產量為7億噸，其中水稻、玉米、小麥、油菜和棉花五大類作物的秸稈產量近6億噸；我國木材伐區剩余物和木材加工業剩余物的總量也很大，約為3700×10⁴m³。以新技術轉化生物質的能源利用方式，可大幅度提高農村能源利用效率。采用生物質能轉化技術可使熱效率提高到35%～40%，節約資源，改善農民的居住環境，提高生活水平。

生物質的能源利用可根本解決我國農村普遍存在的而又始終無法根治的“秸稈問題”，將農林廢棄物轉化為優質能源，形成產業化利用，可大量消納秸稈廢棄物，達到消除秸稈危害的目的。不僅能夠大大加快村鎮居民實現能源現代化進程，滿足農民富裕后對優質能源的迫切需求，同時也可在鄉鎮企業等生產領域中得到應用。

由于中國地廣人多，常規能源不可能完全滿足廣大農村日益增長的需求，而且由于國際上正在制定各種有關環境問題的公約，限制二氧化碳等溫室氣體排放，我國必須立足于農村現有的生物質資源，研究新型轉換技術，開發新型裝備，適應農村可持續發展的迫切需要。

五、我國生物質能源的發展對策

我國具有豐富的生物質能資源，在開發利用方面也取得了可喜的成績。但是，從總體來看，無論是科研水平、開發利用層次、轉換設備規模，還是產業發展、市場營銷等方面，與先進國家相比還有很大的差距。

存在的主要問題是：對發展生物質能源的戰略意義認識不足；生物質能源尚沒有納入國家能源建設計劃；開發資金沒有正常的撥款渠道，投入太少；缺乏完整的激勵政策，也很少有相應的法規；生產規模小，成本高，缺少產品質量標準及質量監督體系，商品化程度低，產業化薄弱；管理混亂，政出多門等。

我國的經濟在快速發展，人們對優質燃料需求日益迫切，鑒于常規能源資源的有限性和環境壓力的增加，要加速開發新能源和可再生能源，尤其是要加速生物質能現代化利用的步伐，提高其轉換效率，降低生產成本，開發新技術、新工藝；成熟的技術要實現大規模、現代化生產，形成比較完善的生產體系和服務體系；增大生物質新能源在能源結構中所占比例。

生物質的能源利用可帶來一系列生態、社會和經濟效益。目前，薪柴消費量超過合理采伐量15％，導致大面積森林植被破壞，水土流失加劇和生態平衡失調。工業、城鎮和農村的有機垃圾產生量和堆積量均在逐年增加，年增長率在10％左右，成為農村和城鎮現代化建設的重要障礙之一。生物質能利用不僅可消納各種有機廢棄物，消除其對環境的負面影響，推動農村和城鎮的現代化建設；而且，由于能源農業和能源林業的大規模發展，將有效地綠化荒山荒地，減輕土壤侵蝕和水土流失，治理沙漠，保護生物多樣性，促進生態的良性循環。同時，現代生物質能一體化系統的建設將促進現代種植業的發展，成為農村新的經濟增長點，增加農村就業機會，改善生活環境，提高農村居民收入，振興農村經濟。

總而言之，生物質能源的國家戰略功能體現于多方面、多層次，包括能源安全、生態環境、農村經濟、社會生活等。生物質能源具有如此重要的戰略地位，我國政府有關決策部門有必要緊密地配合，協調科研單位、企業、地方政府等各方面力量，加大對生物質能源發展的支持力度，為未來生物質能源產業的形成和發展提供技術支撐。

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【作者簡介】

孔繼君（1978-）女，云南昆明人，碩士，研究實習員，從事木本油料作物研究．

郎南軍（1958-）男，四川涪陵人，研究員，主要從事森林生態及植物資源方面的研究．

（課題組成員：孔繼君，郎南軍，和麗萍，陳鵬，鄭科，郭永清，彭明俊，袁瑞玲，向振勇）．