生物質能源發展現狀及應用前景

婁喜艷 丁錦平

（1.商丘工學院土木工程學院，河南商丘 476000；2.商丘師范學院生命科學學院植物與微生物互作重點實驗室，河南商丘 476000）

中國是一個能源生產大國，也是能源消費大國。發展生物質能源已成為減少環境污染、緩解能源供需矛盾的重要途徑。在提倡節能減排、新能源開發利用和建成小康社會的背景下，大力推廣生物質能應用技術，充分利用生物質能源，不僅有利于治理農業面源污染，優化農村環境，還能有效緩解農村能源短缺，促進經濟社會可持續發展，對推進社會主義現代化建設，構建和諧社會具有重要的現實意義[1]。但是，我國生物質能利用尚處于起步階段，面臨著原料供給不穩定、自主研發能力弱、配套政策不健全等多方面的困難[2]。如何創新機制和技術，優化各方面的條件，大力促進我國生物質能源及其產業的快速、高效發展，是一個亟待探討的關鍵問題。

1 生物質能源概述

1.1 生物質能源的定義

生物質是指森林林木及其他木本植物通過光合作用將太陽能轉化而形成的有機物質。生物質能源，是指貯藏在林木生物質中的生物量轉化形成的能源，主要是指通過直接燃燒或者現代轉化技術形成的可用于發電和供熱的能源[3]。

1.2 生物質能源的分類和特點

依據來源的不同，可以將適合于能源利用的生物質分為林業資源、農業資源、生活污水和工業有機廢水、城市固體廢物和畜禽糞便等五大類。生物質能源具有可再生性、低污染性、廣泛分布性、總量豐富性等特點。

2 我國生物質能源發展現狀

2.1 資源現狀

我國生物質原料主要來自農林產業，分布遍及全國各自然生態區，根據我國國情，生物質資源開發應以有機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源[4]。我國森林生物量約180億噸，每年可獲得的資源量約9億噸，可用于能源開發的資源量近3億噸；我國“三北”地區林木生物質能源資每年林木生物質能源可利用量約1.1億噸[5]。從自然資源、生產能力、市場需求及生態需求方面對林木生物質能源發展潛力進行分析，得出我國沿海地區秸稈、畜禽糞便、林業剩余物三類生物質資源量合計折標準煤617萬多噸[6]；我國存在約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植物種植的土地。按這些土地的20%利用計算，每年約生產10億噸生物質；全國年產有機廢水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生量約1.5億噸，每年以8%～10%的速度持續增長；生物質資源總量和生物質能總量分別為8722.69萬噸和1.32 ×1015kJ，其中林木剩余物總量為16.93萬噸，生物質能總量為3.122×1012kJ[7]。

2.2 技術現狀

2.2.1 生物質發電技術

生物質發電技術主要包括：直接燃燒發電、與煤混燃發電、氣化發電以及沼氣、填埋氣發電等[8]。生物質直接燃燒發電的原理是，由生物質鍋爐設備利用生物質直接燃燒后的熱能產生蒸汽，再利用蒸汽推動汽輪機發電系統進行發電，在原理上與燃煤鍋爐火力發電十分相似。通常燃燒發電系統的構成包括原料收集系統、預處理系統、儲存系統、給料系統、燃燒系統、熱利用系統和煙氣排放處理系統。

目前，國內最大的機組為1.5萬kW，主要是將平原地帶農民廢棄的麥秸、玉米秸、稻草拿來燃燒發電。在南方地區，許多糖廠利用甘蔗渣發電。我國的生物質發電技術的最大裝機容量與國外相比，還有很大差距[9]。

2.2.2 生物質液體燃料技術

生物質液體燃料主要包括燃料乙醇、生物柴油、生物質裂解油和生物質合成燃料等。近20年來，利用甘蔗、玉米等糖和淀粉類原料制取燃料乙醇，利用動植物油脂制取生物柴油的技術已經逐步實現商業化。目前玉米乙醇、生物柴油等第一代液體生物燃料已經逐步應用于國內外工農業生產，成為石油燃料的有力補充[10]。生物質液體燃料技術和產業在我國剛開始起步，2000年以來，我國初步建立了以陳化糧玉米為原料的燃料乙醇工業和以廢棄油脂為原料的生物柴油工業，可年產約102萬噸燃料乙醇和10萬噸生物柴油。

2.2.3 生物質固體燃料及沼氣技術

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，經成型機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，從而達到了很高的CO2排放標準，是一種比較簡潔的生物質能源生產方法。現在，遼寧省能源研究所、西北農業大學、中國林業科學研究院、陜西武功輕工機械廠、江蘇東海縣糧食機械廠等10余家單位研究和開發生物質成型燃料技術和設備[11]。

生物質在厭氧環境通過微生物發酵產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，全國已經建設農村戶用沼氣池約3 000萬口，生活污水凈化沼氣池14萬處。畜禽養殖場和工業廢水沼氣工程達到2 700多處，年產沼氣約100億m3，為近8 000萬農村人口提供了優質的生活燃料。

3 生物質能源的應用前景

3.1 物質固體成型燃料和氣化發電開發利用

目前，我國平均每年林業廢棄物及加工剩余物高達數億噸，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4 000～4 800kcal／kg，是發展林業生物質的固體成型燃料和氣化發電的重要原料。近些年來，我國林業生物質固體成型燃料和氣化發電方面已日趨成熟，并舉辦了一些規模的產業化示范活動，這些舉措都為生物資源的大規模能源化的開發打下了良好基礎。

3.2 生物乙醇開發利用

以戰略發展的眼光來看，世界許多國家都將各種植物纖維素作為可供生產燃料酒精的豐富且廉價的原料來源，自20世紀50年代起，我國先后開展了生物質化學酸水解、纖維素酶水解法的研究和探索。隨著科學技術的進步和轉化技術的突破，在不久的將來，有望實現利用木質纖維素生產生物酒精的大規模生產。因此，可再生能源的開發和利用必將起到越來越重要的作用。

3.3 秸稈技術

秸稈是一種廉價、量大、面廣的生物質資源。秸稈燃燒值約為標準煤的59%，秸稈蛋白質含量約5%，纖維素含量在30%左右，還含有一定量的鈣、磷等礦物質。1 000kg普通秸稈的營養價值平均與250kg糧食的營養價值相當。我們必須要加大秸稈生物質綜合利用技術的推廣，科學應用秸稈類煤化、秸稈制取乙醇和生物質油等成熟先進的技術，逐步實現秸稈從簡單利用向綜合利用的轉變，引導秸稈綜合利用的有序、健康發展。

3.4 物質能源產業發展對環境的影響

林木生物質能源的發展，對CO2減排的作用對生態環境所產生的影響已成為目前學術界備受關注的話題。從我國林木生物質能源產業發展的現狀來看，目前重點發展方向為定向培育能源林，通過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，并且能有效促進綠化和防止土地退化，有利于改善生態環境。

4 對于生物質能源發展的進一步思考

4.1 大力培育森林資源，為開發利用生物質能源打好基礎

我國的現狀是人多耕地少，山地面積廣。因此，要發展生物質能源，首先應大力開發森林資源，特別是有針對性地營造能源林，為積累資源打好基礎。此外，國家也可制定并實施“能源林工程”，加大投入力度，對開發能源林的企業給予一定的資金補助，以提高培養能源林的積極性，加快資源發展步伐。

4.2 大力開展科學研究，為開發利用生物質能源提供科技支撐

國家有關部門應重視生物質能源技術多學科交叉的特點，注重融合和引進。開發利用生物質能源是一項新興的產業，有很多技術難題需要解決。因此，著力開展生物質能源的科學研究工作，要從樹種選育、高產栽培、采收運輸、加工利用等各個環節開始，開展技術攻關，突破關鍵技術，從而達到降低成本、提高產品質量和經濟效益以及市場競爭力的目標，為有效地利用生物質能源提供技術支撐。國家有關部門要在人力、財力和物力上，應對科研工作給予大力支持。

4.3 加強對外合作與交流，加快我國生物質能源發展步伐

歐洲一些國家在生物質能源開發和利用方面均處于領先地位，特別是在林業生物質發電、供暖等技術方面已很成熟，而我國在這些方面卻剛剛起步。為了縮小與國外的差距，我國應采取充分借鑒和吸取國外已有技術和經驗，并且應加強對外的合作與交流，必要時，需通過派出國內高級技術和管理人員到國外進修、誠邀外國權威專家來國內講學培訓、開展合作項目等多種方式進行交流與合作，推動并加快我國生物質能源的發展和創新。此外，我們還必須堅持自主開發與引進吸收相結合的技術方式，要根據我國原料的特征、設備管理水平和吸收能力等方面進行引進，有目的、有選擇地引進，同時加大加強我國自身科研投入和力度，堅持引進和創新相結合的發展模式，爭取在某些關鍵性技術或方法上取得突破，全面掌握有關的核心技術，爭取實現技術和設備的國產化，提高我國在相關領域的國際競爭水平。

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