浅谈我国生物质能源的发展

【摘 要】 本文分析了生物质能源的特点以及我国生物质能源开发利用的现状，提出要解决我国的物质能源紧缺的问题，首选的策略是用生物质能源作为替代能源。社会各方面要紧密配合，协调科研、企业、地方政府的力量，为生物质能源产业的形成和发展提供技术支撑。

【关键词】 生物质能源；开发利用；对策

生物质能源指由植物的光合作用固定于地球上的太阳能，通过生物链转化为地球生物物质形态，经过加工为社会生活提供原料的能源。通过生物质能转换技术可以高效地利用生物质能源，生产各种清洁燃料，替代煤炭、石油和天然气等燃料，从而减少对矿物能源的依赖，保护能源资源，减轻能源消费给环境造成的污染。生物质能源将成为未来能源的重要组成部分，据估计，到2015年，全球总能耗将有40%来自生物质能源。

我国是一个人口大国，又是一个经济迅速发展的国家，21世纪将面临着经济增长和环境保护的双重压力。因此，改变能源生产和消费方式，开发利用生物质能对建立可持续的能源系统，对促进国民经济发展和环境保护具有重大意义。

一、生物质能源的特点和分类

1、生物质能源的特点

（1）污染小。生物质能源在燃放过程中产生二氧化碳，排放的二氧化碳可被等量生长的植物光合作用吸收，实现二氧化碳零排放，这对减少大气中的二氧化碳含量及降低“温室效应”极为有利。

（2）蕴含量巨大，可再生。只要有阳光存在，绿色植物的光合作用就不会停止，生物质能源就不会枯竭。

（3）具有普遍性、易取性特点。生物质能源存在于世界上各个国家和地区，而且廉价、易取，生产过程十分简单。

（4）可储存和运输。在可再生能源中，生物质能源是唯一可以储存与运输的能源，为其加工转换与连续使用提供方便。

2、生物质能源分类

（1）农林废弃物。农林废弃物包括农业废弃物和林业废弃物。农业废弃物指的是农作物收获时农田中产生的残余物，可以利用的有谷物、根茎作物和甘蔗残余物等。林业废弃物指的是木材加工部门从原材料制造各种木质一次制品时产生的废物，以及木材利用部门以一次制品为原料形成建筑物等二次产品时产生的废物。

（2）有机污水。有机污水指的是丰富有机物质的排放废水，其中包括工业污水、农业污水以及生活污水等。由于清洁、高效、可再生等突出特点，氢气作为能源日益受到人们的重视。利用工农业有机废水等廉价的复杂基质来制取氢气，能使废物质得到资源化处理，降低生产成本。

（3）禽畜粪便。禽畜粪便也是一种重要的生物质能源。除在牧区有少量的直接燃烧外，禽畜粪便主要是作为沼气的发酵原料。

（4）城市固体废弃物。城镇生活垃圾主要是由居民生活垃圾，商业、服务业垃圾和少量建筑垃圾等废弃物所构成的混合物，有以下特点：一是垃圾中有机物含量接近1/3甚至更高；二是食品类废弃物是有机物的主要组成部分；三是易降解有机物含量高。目前中国城镇垃圾热值在4．18兆焦/千克（1000千卡/千克）左右。

二、国外生物质能源开发利用现状

自从1981年8月在内罗毕召开联合国新能源和可再生能源会议以来，许多国家对能源、环境和生态问题越来越重视，特别是利用现代新能源技术和新材料来开发包括生物质能在内的新能源，备受各国关注。目前，生物质能的技术研究和开发利用已成为世界重大热门课题之一，许多国家都制定了相应的开发研究计划，如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、巴西的酒精能源计划等，其中生物质能源的开发利用都占有相当大的比重［1］。现在，国外有许多生物质能利用技术与设备已达到了商业化应用的程度，实现了规模化产业经营。［2］

1、美国

美国生物质能利用占能源消耗总量的4％左右［3］。用生物质能发电总装机容量已超过10000MW，单机容量达10～25MW。纽约的斯塔藤垃圾处理站投资20000万美元，采用湿法处理垃圾，回收沼气，用于发电，同时生产肥料；开发出利用纤维素废料生产酒精技术，建立了1MW的稻壳发电示范工程，年产酒精2500t。

美国通用STM公司研制出的STM4—120发动机被美国能源部评价为世界上最先进的斯特林发动机，可与沼气技术或生物质气化技术相结合，构成50kW左右的村级生物质能发电系统。普林斯顿大学能源与环境中心，在研制以生物质燃气为燃料，发电功率为200kW的小型燃料电池／燃气轮机发电系统。［4］

2、巴西

生物质能在巴西能源利用量中约占25％左右，其中薪柴和甘蔗占生物质能的50％～60％，其余是农业废弃物。巴西是乙醇燃料开发应用最有特色的国家，实施了世界上规模最大的乙醇开发计划（原料主要是甘蔗、木薯等），目前乙醇燃料已占该国汽车燃料消费量的50％以上。［5］

3、欧洲

欧洲是生物质能开发利用非常活跃的地区，新技术不断出现，并且在较多的国家得以应用。近十多年来，欧共体开展了将木料气化合成甲醇的研制工作，先后已有数个示范厂，德国已广泛应用含1％～3％甲醇的混合汽油供汽车使用，在法国、捷克、瑞典、西班牙、前苏联等国，都在开发应用甲醇和乙醇的液体燃料。在荷兰、英国、比利时、希腊、葡萄牙等国，开展了用生物质热解法制取生物油的研究，生物油经改性后可作液体燃料。欧洲有的国家还利用植物油作燃料的开发和研究。英国在研究应用基因技术改良油菜品种，以期提高产量，并使菜籽中的脂肪酸碳链由18个碳原子缩短到8个左右，获得优质菜籽燃油。瑞典在研究用适当配比菜籽油和甲醇的方法，获得生物柴油。［6，7］

4、印度

印度年产薪柴0．284亿吨左右，工业废弃物和农业副产物（秸秆等）年产2．46亿吨。在发展中国家，印度的生物质能开发利用搞得比较好，以前沼气应用比较多，近期生物质压缩成型、气化技术等进展显著。

三、我国生物质能源开发利用现状

从生物质能的资源总体构成来看，目前我国农村中生物质能约占全部生物质能的70％以上，其他主要是城镇生活垃圾、污水和林业废弃物，而从先进国家目前的生物质资源和利用来看，其主要构成均都是以林业废弃物和薪炭林为主。我国急需薪炭林技术的发展和工业工艺水平的提高，面对上述情况，我国政府部门要求科研单位和有关组织抓紧生物质能新技术的研究与应用，制定了许多相关政策与规划并付诸实施，在上下共同努力过程中，经过20年左右的时间，我国生物质能开发利用取得了长足的进步。

1、沼气

20世纪90年代以来，我国沼气建设一直处于稳定发展的势态。到2006年底，全国农村户用沼气达到2260万户左右。到2010年，全国将有4000万农户用沼气，达到适宜农户的30％左右；全国规模化养殖场大中型沼气工程总数达到4700处左右，达到适宜畜禽养殖场总数的39％左右；以沼气及沼气发酵液、沼渣在农业生产中的直接利用为主的沼气综合利用技术得到迅速应用，已达到339万户，其中北方的“四位一体”能源生态模式21万户，南方的“猪—沼—果”能源生态模式81万户。

2、生物质气化

经过十几年的研究、试验、示范，生物质气化技术已基本成熟，气化设备已有系列产品，产气量由200～1000m³／h，气化效率达70％以上。到2010年，全国建成400个左右秸秆固化成型燃料应用示范点，秸秆固化成型燃料年利用量达到100万吨左右；建成1000处左右秸秆气化集中供气站，年产秸秆燃气3．65亿立方米。以前用固定床气化炉，以稻壳为原料进行气化发电，规模较小。现在国内已有数处用流化床气化炉，可以用稻壳、锯末乃至粉碎的秸秆为原料进行气化发电，“九五”期间气化发电站规模达1000kW，“十五”期间建造4000kW左右的气化发电站，全国生物质气化发电站数量有望增至30个左右。

3、薪炭林

自1981年起，我国开始有计划地建设薪炭林，目前已建成472万多公顷，总面积达到540万公顷，加上其他森林年合理生产薪材能源约一亿吨标准煤，发展薪炭林对缓解当地农村能源紧张，保护森林资源、林草植被和生态环境，促进农村经济发展起到了积极的作用。生物质能利用技术又有新的发展。

4、生物质压缩成型及其他技术

我国已研制出螺旋挤压式、活塞冲压式和环模滚压式等几种生物质压缩成型设备，其中螺旋挤压式压缩成型机推广应用较多，有关单位对挤压螺杆的耐磨性作了较深入的研究，延长了它的使用寿命。全国现有生物质压缩成型厂35个。生物质经压缩成型后可直接用作燃料，也可经炭化炉炭化，获得生物炭，用于烧烤和冶金工业；还可生产块状饲料。

5、生物柴油

生物柴油是利用植物油脂或动物油脂等可再生资源制造出来、可替代石化柴油的清洁安全的新型燃料，具有可再生、燃烧污染物排放低、温室气体排放低等特点。由于生产成本略低于普通柴油，具有很强的市场竞争力。生物柴油实质上就是脂肪酸低碳醇酯，其中主要是甲酯。脂肪链长在8～22的各种动植物油脂均可用于制备生物柴油。生物柴油作为可再生的生物质液体燃料之一，它的开发应用将对社会经济的发展产生巨大的影响。我国发展生物柴油已取得一定的成效，国家林业局已于2007年启动了一个在云南、四川、湖南、安徽、河北、陕西等省区建设2亿亩高产优质能源林基地的计划，并已与中石油、中粮集团达成一系列的协议，共同开发生物质能源。力争到2020年，这个项目能满足600万吨生物柴油生产和装机容量1500多万千瓦发电的原料需求。同时在生物柴油的制备方法的研究上也取得了一定的进展，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发展公司都已开发出拥有自主知识产权的技术，相继建成了规模超过万吨的生产厂。［8，9］

四、生物质能源与我国可持续发展

1、能源有限与巨大需求的矛盾

随着人口和经济的持续增长，我国能源消费量也在不断增长，2001年，我国能源消费量达到13亿吨标准煤。而我国石油的储量仅占世界储量的2％，2000年探明储量为30亿～40亿吨，如果按2000年石油年开采量计算，到2020年我国石油资源已趋于枯竭。2000年原油产量1．62亿吨，实际加工原油达2．1亿吨，1/3的原油依靠进口来平衡市场需求矛盾，净进口量已达到7500万吨。预计到2020年，我国石油需求将达到3．6亿吨，净进口量将突破2亿吨，这势必将对我国能源供应安全造成一定的负面影响，成为长期制约我国经济发展和社会进步的主要障碍之一。

2、生物质能源可以作为替代能源

全国九届人大四次会议通过的《国民经济和社会发展第十个五年计划纲要》提出，要“开发燃料乙醇等石油替代品，采取措施节约石油资源”。生物质可生产液体燃料，保障国家石油安全。

如果能推广“能源农业—能源林业—能源工业一体化发展模式”来发展生物质能产业，使2020年的生物质资源总量达到15亿吨标准煤，并将其中的50％的资源用于生产液体燃料，届时可为我国石油市场提供2亿吨液体燃料。

我国在电力供应方面也存在较大的缺口，要实现2020年国民经济翻两番的目标，保障可靠的电力供应是必备条件。2001年，电力生产总量为13556亿度，人均用电不到1000度/（人•年），而人均生活用电更低，只有110度/（人•年）左右。因此，因地制宜地利用当地生物质能资源（秸秆、薪柴、谷壳和木屑等），建立分散、独立的离网或并网电站，拥有广阔的市场前景。生物质可广泛地用来生产电力，保障国家电网电力供应安全。如果将当前农林废弃物产量的40％作为电站燃料，可发电3000亿度，占目前我国总耗电量的20％以上。

3、生物质能源有利于环境保护

生物质能属于清洁能源，有助于国家的环境建设和二氧化碳减排。我国矿物能源消费的SO₂排放量已居世界第l位，CO₂排放量仅次于美国居第2位。我国由矿物燃料消费所每年排放的二氧化碳总量可达22．7亿吨，相当于6．2亿吨碳排量，是全球GHG总排量的11．8％左右。1998年，二氧化硫排放量达0．209亿吨，其中约85％是燃煤排放的。酸雨面积已超过国土面积的1/3。SO₂和酸雨造成的经济损失约占GDP的2％。生物质的有害物质（硫和灰分等）含量仅为中质烟煤的1/10左右。同时，生物质生产和能源利用过程所排放的二氧化碳可纳入自然界碳循环，实现二氧化碳零排放，是减排CO₂的最重要的途径。

4、农村可持续发展的迫切需要

生物质一直是我国农村的主要能源之一，大多以直接燃烧为主，不仅热效率低下，而且大量的烟尘和余灰的排放使人们的居住和生活环境日益恶化，严重损害了身心健康。根据2001年的统计，我国2000年的秸秆总产量为7亿吨，其中水稻、玉米、小麦、油菜和棉花五大类作物的秸秆产量近6亿吨；我国木材伐区剩余物和木材加工业剩余物的总量也很大，约为3700×10⁴m³。以新技术转化生物质的能源利用方式，可大幅度提高农村能源利用效率。采用生物质能转化技术可使热效率提高到35%～40%，节约资源，改善农民的居住环境，提高生活水平。

生物质的能源利用可根本解决我国农村普遍存在的而又始终无法根治的“秸秆问题”，将农林废弃物转化为优质能源，形成产业化利用，可大量消纳秸秆废弃物，达到消除秸秆危害的目的。不仅能够大大加快村镇居民实现能源现代化进程，满足农民富裕后对优质能源的迫切需求，同时也可在乡镇企业等生产领域中得到应用。

由于中国地广人多，常规能源不可能完全满足广大农村日益增长的需求，而且由于国际上正在制定各种有关环境问题的公约，限制二氧化碳等温室气体排放，我国必须立足于农村现有的生物质资源，研究新型转换技术，开发新型装备，适应农村可持续发展的迫切需要。

五、我国生物质能源的发展对策

我国具有丰富的生物质能资源，在开发利用方面也取得了可喜的成绩。但是，从总体来看，无论是科研水平、开发利用层次、转换设备规模，还是产业发展、市场营销等方面，与先进国家相比还有很大的差距。

存在的主要问题是：对发展生物质能源的战略意义认识不足；生物质能源尚没有纳入国家能源建设计划；开发资金没有正常的拨款渠道，投入太少；缺乏完整的激励政策，也很少有相应的法规；生产规模小，成本高，缺少产品质量标准及质量监督体系，商品化程度低，产业化薄弱；管理混乱，政出多门等。

我国的经济在快速发展，人们对优质燃料需求日益迫切，鉴于常规能源资源的有限性和环境压力的增加，要加速开发新能源和可再生能源，尤其是要加速生物质能现代化利用的步伐，提高其转换效率，降低生产成本，开发新技术、新工艺；成熟的技术要实现大规模、现代化生产，形成比较完善的生产体系和服务体系；增大生物质新能源在能源结构中所占比例。

生物质的能源利用可带来一系列生态、社会和经济效益。目前，薪柴消费量超过合理采伐量15％，导致大面积森林植被破坏，水土流失加剧和生态平衡失调。工业、城镇和农村的有机垃圾产生量和堆积量均在逐年增加，年增长率在10％左右，成为农村和城镇现代化建设的重要障碍之一。生物质能利用不仅可消纳各种有机废弃物，消除其对环境的负面影响，推动农村和城镇的现代化建设；而且，由于能源农业和能源林业的大规模发展，将有效地绿化荒山荒地，减轻土壤侵蚀和水土流失，治理沙漠，保护生物多样性，促进生态的良性循环。同时，现代生物质能一体化系统的建设将促进现代种植业的发展，成为农村新的经济增长点，增加农村就业机会，改善生活环境，提高农村居民收入，振兴农村经济。

总而言之，生物质能源的国家战略功能体现于多方面、多层次，包括能源安全、生态环境、农村经济、社会生活等。生物质能源具有如此重要的战略地位，我国政府有关决策部门有必要紧密地配合，协调科研单位、企业、地方政府等各方面力量，加大对生物质能源发展的支持力度，为未来生物质能源产业的形成和发展提供技术支撑。

【参考文献】

［1］ 岳建芝．中国与IEA国家生物质能利用比较研究［D］．河南农业大学，2001．

［2］ 余珂，胡兆吉，刘秀英．国内外生物质能利用技术研究进展［J］．江西化工，2006，（04）：30-33．

［3］ 张正敏，李京京，李俊峰．美国可再生能源政策［J］．中国能源，1999，（06）：9-13．

［4］ 农业部赴美考察组．美国生物质等可再生能源发电考察报告［J］．能源政策研究通讯，1995，2：11-15．

［5］ 汪瑞清，方美兰，杨国正，颜卫卫，肖波．中巴发展生物质能源的比较研究［J］．世界农业，2007，（01）：19-22．

［6］ 杨世琦，王道龙，杨正礼．国外能源作物研究进展与焦点问题［J］．中国农业科技导报，2009，1：13-18．

［7］ 于洁．国际生物能源发展的情报学研究［D］．中国科学院研究生院（上海生命科学研究院），2007．

［8］ 朱建良，张冠杰．国内外生物柴油研究生产现状及发展趋势［J］．化学时刊，2004，18（1）：23-27．

［9］ 于凤文，计建炳．生物柴油的现状和发展方向［J］．能源环境保护，2003，17（6）：16-21．

【作者简介】

孔继君（1978-）女，云南昆明人，硕士，研究实习员，从事木本油料作物研究．

郎南军（1958-）男，四川涪陵人，研究员，主要从事森林生态及植物资源方面的研究．

（课题组成员：孔继君，郎南军，和丽萍，陈鹏，郑科，郭永清，彭明俊，袁瑞玲，向振勇）．