1.3 生物质燃料利用的展望

（1）综合利用技术前景广阔。电能的利用技术已经很成熟，生物质燃料利用和发电连用的技术将具有广阔的前景。

（2）开发低成本、高效率的技术是今后生物质燃料利用的总趋势。各种利用方式的推广主要受到经济因素的限制，低成本、高效率的技术将备受欢迎，类似“多位一体”的沼气技术将继续推广，气化和热解技术向减低成本发展。

（3）燃料范围较广的技术将具优越性。生物质燃料总量大、种类多，但具体到每一种原料，供应量还较有限，且其价值波动因素多、波动性大。要保证生物质燃料利用系统能够不断地高效经济运行，须有较广的燃料利用范围，特别是低价值或负价值的生物质燃料。当一种生物质燃料用尽或价格上升时，可立即换用另一种。

1.3.1 生物质能源利用及优势

改革开放以来，我国工业蓬勃发展，对能源的需求不断提升。随着工业化程度的加快，当今社会面临着环境保护、社会发展、资源短缺三重压力，能源问题也成为人类发展、社会进步最为重要的基础。从第一次产业革命开始，全世界的人都开始疯狂地、大规模地应用各种化石能源，化石能源（石油、天然气等）急剧下降。21世纪后，人类已经面临着严重的能源短缺问题。因此，解决能源短缺问题已经成为社会可持续发展的关键。为了缓解能源短缺的现状，减小能源需求压力，新型可再生能源的开发已经成为未来的主导方向。

目前相对成熟的生物质加工利用技术有物理转化技术、化学转化技术和生物转化技术（见图1-3）。其中，固体燃料技术是最常见的物理转化技术，在我国农村和生物质资源相对丰富的地区已大规模推广应用。化学转化技术有直接燃烧、热化学法和化学法，其中生物质直燃发电、生物质气化技术、生物质炭化技术等均已相对成熟，国内五大电力集团和凯迪电力公司等均涉足生物质发电行业。生物质生物利用方面，我国已经进行了多年的沼气技术推广应用，但在部分区域尤其是中国北方地区沼气发酵技术还存在诸多问题。

生物质产业包括原料收集、生产加工和产品销售等环节，每一环节都包含若干关键问题（见图1-4）。以收集环节为例，收集除受原料类型、收集半径等因素影响外，还要协调和农户的关系。因而，生物质的制约因素很多，产业链长、行业受原料价格影响较大、技术相对不完善、同质化竞争严重、流通渠道受一定管制、消费者认知度、接受程度不高。

然而，在各种可再生能源中，生物质能源是分布最为广泛、数量巨大的可再生资源，同时也是环境友好的低碳能源。因此，大力开发生物质能并加以有效应用，不仅有利于社会经济发展，同时也能促进自然界的生态环境向着良性循环的方向发展。生物质能源作为目前为止最炙手可热的绿色能源，存在以下几个优势：

（1）资源丰富，分布广泛

生物质能相比石油能源而言分布更为广泛，生物质能是世界上一种最普通常见的可再生能源，它分布于世界上的各个角落，不管是陆地还是海域。生物质是植物通过光合作用产生的有机物，而光合作用是地球上最重要、最大规模的太阳能转换和利用过程。只要存在太阳辐射能，绿色植物就能持续不断地进行光合作用，太阳能就能以有机物的形式存在于植物中，继而就形成储量巨大的能源宝库——生物质能源。只要太阳存在，生物质能就不会枯竭，生生不息。

我国是农业大国，农业生物质资源丰富、种类繁多、数量巨大。据相关报道，整个地球蕴含着相当丰富的生物质能源，生物质能源不仅是人类利用最早、最频繁的一种能源，甚至到目前为止仍有超出15亿的人口将生物质作为生活的主要能源。作为人类赖以生存的重要能源，生物质能源在整个能源系统中占有重要地位，居于世界能源消费总量的第四位，仅次于煤炭、石油和天然气。据生物学家估计，每年绿色植物利用光合作用新产生的生物质总量约为1400亿～1800亿吨，海洋每年可产生500多亿吨生物质，仅一年生物质的总产量就远远超出全世界对能源的需求，是世界总能耗的10～20倍。我国农林废弃物现有实物存量为15亿吨，相当于标准煤的7.4亿吨，可开发量约为4.6亿吨标准煤。到2015年，我国主要农作物秸秆超过9亿吨，仅禽畜养殖产生的粪便制成沼气总量就高达1950亿立方米。

随着林业化进程的加快，生物质的资源量正处于不断上升的趋势。相反，工业化进程所导致的能源紧缺问题也使人们意识到生物质能源的重要性，如何科学、高效地利用生物质能源也逐渐成为当今社会发展的重大问题。

（2）清洁、低碳

21世纪以来，人类工业文明的不断进步，以及人口规模的迅速扩大，使二氧化碳等温室气体大量排放，这些气体破坏了大气的正常循环链条，最终导致了全球气候变暖。因此，转变现有的发展模式，降低碳排放，发展低碳经济，成为当今世界的当务之急。

生物质能源的开发利用是应对全球变暖、发展低碳经济的最佳选择。生物质能源属于清洁能源，其有害物质硫、氮的含量较低。因此，经过燃烧所产生的氧化物SOx、NOx等温室气体较少。生物质是经过光合作用产生的，其排放的二氧化碳总量就相对于光合作用的原料二氧化碳。相反，煤等化石能源的燃烧对环境和健康的影响巨大，其燃烧不仅会产生大量的SOx、NOx等温室气体，甚至还有其他污染物粉尘、放射性物质等。这些污染物的大量释放会导致呼吸道疾病、癌症发病率的增加。经统计，每燃烧煤106t，就可能排放出SO22 × 104t，灰渣2×105t以及3× 105t烟尘。因而生物质能源与化石能源相比更为清洁，更符合低碳经济发展要求。

生物质能源作为一个新兴的产业，必然会成为未来能源的重要组成部分。据推测，2020年生物质能源的利用量将占据全世界总能耗的40%。到2030年，生物质产业的发展将使二氧化碳的排放量减少10亿～25亿吨。2050年，全世界60%的电力将来自于生物质能源，甚至可以减少54亿吨二氧化碳的排放量。

（3）可再生性

生物质能是目前世界上应用最广泛的可再生能源。在部分发达国家，生物质能源利用率占4.91%，远远超出了风能和太阳能。虽然太阳能、风能、水能和生物质能一样都是可再生能源，但太阳辐射能、气流动能、水流势能只能转化为电能和热能，而生物质能最大的优势就在于它是一种物质能源，不仅可以转化为普通的电能和热能，还能生产化学品和液体燃料，是唯一可再生的碳源。

（4）生物质能源的开发提供就业保障

开发生物质能能源，可以促进经济、社会发展，提高就业率，具有经济社会的双重效益。发展生物质产业技术，促进生物质能的开发利用，除了可以为偏远山区、农村提供廉价的能源外，甚至可以改善农村生活，降低生活成本，在开发生物质能的同时也能增加就业机会，从根本上改善农民的生活。劳动力的过剩是农业发展的必然结果，只有保证就业才能使农村繁荣富强，巴西的生物质乙醇工业就贡献出了100多万个工作岗位。

1.3.2 生物质能源利用现状及前景展望

到目前为止生物质能的利用主要是将生物质转变为可利用的热能、电能和可储存的燃料，然而生物质的种类繁多，且都具有不同的属性和特点，应用方式也趋于多样化，相比化石能源来说更为复杂化，图1-5所示是关于生物质能源的利用形式。

相比化石能源等不可再生能源而言，生物质能源作为清洁、环保的可再生能源充分地展示出它独特的优越性和多用性。正是由于生物质的多种利用形式，使得它越来越受到各国政府的重视和青睐，发展生物质能源产业已经成为各国政府的重大战略举措。

（1）美国

美国是目前全球能源需求量最大的国家，早在1973年，美国就建立了区域性生物质能计划，1991年提出生物质发电计划，然而生物质燃烧发电技术早在1979年就已经投入使用。为了加快生物质能源的开发利用进程，美国政府相继出台了一系列相关政策。2000年，《生物质研发法案》在美国国会上得到了充分的认可和支持，随后美国政府加大投入力度，专门设立研发部门，该举措极大地加速了生物质能源的发展。2002年，美国提出了《发展和推进生物质基产品和生物能源》、《生物质技术路线图》这两份报告，成立了生物技术咨询委员会。《新农业法案》于2012年正式出台，以财政补贴促进生产燃料乙醇的玉米产量增长，玉米价格上涨使得支撑农产品高价的手段得到了加强。2013年4月，随着关于生物质运用到飞机和船只的政策《生物质创新计划项目》出台，生物质能源的利用又上升到了一个新的高度。此外，以玉米、马铃薯为生产原料的燃料乙醇是全球备受瞩目的石化燃料代替品，就燃料乙醇生产量来说，美国年产乙醇高达40亿立方米，排名位居世界第一，与乙醇混合的汽油占总耗油量的30%以上。

（2）中国

近年来，我国的能源短缺现象较为严重，石油能源基本是以进口的方式获得。预计2020年我国至少需要4.5亿吨的原油，然而本国能够提供的石油量不到2亿吨。然而，我国具有相当丰富的生物质资源，可以带来的经济效益非常可观，因而受到高度关注。①沼气技术：截至2005年年底，我国沼气的利用量高达80亿立方米，沼气工程的数量多达3556处，甚至超过1800万户都有独立沼气池，为农村人口提供优质燃气。②发电技术：直到2006年底全国仅利用生物质能发电累计装机容量220万千瓦，南方很多糖厂利用甘蔗渣进行发电，热电联产高达170万千瓦。③生物柴油：我国海南等地已经研究出拥有自主知识产权的生物柴油技术，并且创建万吨级生产线。

由于我国很多地区能源高度紧缺，价格也十分昂贵，在未来生物质气化技术可能被应用于这类地区，来解决能源紧缺的危机并降低能源的使用成本。对于那些积累了很多生物质废弃物，并且对能源需求比较大的企业，将通过生物质直接燃烧来获取能量，推动自身产业的发展。

（3）欧盟

三次“石油危机”爆发后，引起了欧盟各国对能源的极度重视，各政府纷纷出台相应对策，陆续制定了各项能源计划，将可再生能源研究加入到欧盟第六框架计划中，渴望建立安全、清洁、可持续发展的新能源产业。欧盟各个政府不惜增加财政投入，积极扶持生物质能开发研究。在各专家学者的不懈努力和政府的不断支持下，目前欧盟的生物质产业发展迅速，在转化生物柴油和生物质能发电上取得了很大的成效，甚至生物质能供暖也到达了市场化水平。

由于欧盟在生物柴油生产加工制造方面可享受到政府的税收政策优惠，使其零售价相比普通柴油略低，因此欧盟才成为全世界最大的生物柴油生产基地。该原料主要是欧盟各国内的菜籽油以及进口的棕榈油和豆油，目前总产量已经占据欧盟产量的65%。

由图1-6可知，2010年到2012年之间，生物柴油的总量呈下滑趋势，2012年跌至谷底，只剩下900万吨。为了保证生物柴油产业的稳健发展，恢复本土产业的增长，政府对进口柴油征收临时反倾销税，降低印尼等出口国对本土生物柴油市场的影响，从而促进了生物柴油总量的持续上升。

此外，为了促进生物质能电力产业的发展，欧盟各国投入大量的财力，保证每位劳动生产者享有每公顷45欧元的补助，从而保障各国发展生物质能原料的供应。芬兰在欧洲建立了最大的生物质发电站，德国和丹麦主要开发热电联产业，到2005年年底，德国建成140多个区域热电联发电厂。

（4）日本

众所周知，日本是生物质能源匮乏的国家，但是其在生物质利用技术方面的所得专利已经占据全世界的52%，在生物质研究方面日本已处于全球领先。据统计，日本每年产生的食品废弃物为2000万吨，家禽排泄物甚至超过9000万吨。2004年11月起，日本法律就禁止露天堆放食品、排泄废弃物，同时必须循环利用排放的垃圾。2003年，日本第一个牛粪便发电厂成立，该电厂坐落在畜产基地内，建筑花费超过2亿日元。到2004年，国内最大的生鲜垃圾发电厂在东京地区建成，该厂主要是将回收的残羹剩饭进行发酵，利用产生的沼气发电。电厂每天可以处理110t垃圾，产生的电力可供2000多户居民使用。由此可见，日本对生物质能源的利用充分地诠释了变废为宝的环保理念，走在了全世界生物质能源利用技术的前列。

（5）巴西

经历过第一次世界石油危机，巴西政府就出台了新的能源战略计划。在巴西甘蔗资源丰富，将它作为原料开发燃料乙醇是最佳选择。目前，巴西已经成为全球唯一不供应纯汽油的国家，本土使用乙醇汽油作为燃料的汽车高达1550万辆，完全用乙醇做燃料的汽车已经超过220万辆。由于该产业的持续发展，劳动力的需求不断上升，全国超过100万人从事甘蔗种植、加工行业。显然，利用甘蔗生产乙醇燃料已经发展成为一个新兴的产业。

在中国的未来，生物质能仍将是中国农村的主要能源之一。全中国农村人口占整个国家人口的比例超过50%，改革开放以来，经过经济改革后农村经济也得到了迅猛发展。经济发展所导致的能源极大消耗使得农村对能源的需求急速上升，能源消费的数量、结构都发生了翻天覆地的变化。1980年农村能源消费的总量为3.28亿吨标准煤，到了2008年能源总耗量突破9亿吨标准煤，直接翻了两倍多。由于农业发展的特殊性，生物质能源消耗占农村总能源消耗的40%，可见，生物质能源在未来很长时间里都将在农村能源供给中扮演着非常重要的角色。

要解决生物质资源利用瓶颈，需要对生物质行业关键环节进行再造（见图1-7）。包括提升收集环节、增加原理预处理、核心处理处置技术提升、通过催化剂等提升产品品质、加强流通销售和用户认知培育，并对行业整体提供完善的金融服务和管理服务。为了提升关键环节，很重要的内容就是过程监控，通过测试和监控，提升关键技术和环节的能力并降低能耗。

综上所述，尽管各个国家在生物质产业技术方面均取得了良好的成效，但与生物质有关的很多高新技术仍然需要更多的经验、更丰富的理论作为研究基础。因此，有关生物质的计量学研究也引起了高度重视，只有充分了解生物质特性，才能更好地开发生物质产业。只有产业技术的不断成熟与完善，生物质能源才能替代传统化石能源满足全世界的能源需求。