1.1 生物质精炼的起源
目前，人类面临着全球环境污染、资源短缺、能源危机、循环经济可持续发展等一系列问题。随着石油、煤和天然气等化石资源的枯竭，基于化石能源高消耗的传统产业发展模式已不能满足人类经济社会发展日益增长的物质需求。生物质精炼产业的建立和发展，将循环经济、节能降耗、清洁生产和产业调整四大领域融为一体，为解决这一系列问题提供了一种根本性的新方法[2]。
地球上生物质资源非常丰富。每年仅植物生物质或木质纤维素类生物质（Ligno cellulosic biomass）的总产量就达约1700亿t，如以能量换算，相当于当前全球石油年产量的15～20倍。其中，林木类资源量最大，约为730亿t，约占总木质纤维素生物质的42.9%；其次是草类生物质，约为187亿t，约占总木质纤维素生物质的11.0%[3]。
1982年，“生物质精炼”（Biorefinery）的概念在《Science》上首次被提出，随着能源、资源、环境问题的日趋严峻，生物质精炼已经成为世界各国的战略性研究方向。生物质精炼的提出也是与石油精炼相对应的。石油精炼以原油为原料，将其转化为燃料、合成材料和肥料等多种产品。生物质精炼则以基于光合作用的植物为原料，生产出能量载体、动力、纸浆和纸等材料以及化学品等多种产品[4]。
生物质精炼技术是最大化地利用生物质资源，将其转化为各种生物质产品和能源，可实现生物质能源、生物质材料、生物质化学品、生物质燃料与生物质之间的可持续循环，是一项高效率、低成本、绿色无污染的技术；采取能量和碳元素的“捕捉—释放”的使用方式，有利于减少大气环境的CO2排放量，缓解和应对全球气候变化，同时满足人们当前对化学品、材料和能源等各方面的需求，符合低碳经济和可持续发展的要求。目前世界各国生物质精炼研究的热点主要包括生物发酵、提取分离、绿色制浆、热解、气化等技术[3]。
多年来，北美森林工业面临巨大的挑战，由于高昂的能源费用和不断增加的纤维成本导致行业整体效益持续下滑。北美森林工业的领导者们不断寻求创造性的措施以重振该工业。1990年，美国纽约州立大学环境科学与林业科学学院、缅因大学化学与生物工程系等研究单位率先提出“将硫酸盐制浆厂变为复合型森林生物质精炼工业（Integrated Forest Biorefinery，IFBR）”的概念与构想，建立以制浆造纸工业为平台的生物质精炼概念和体系[5，6]。对传统的漂白硫酸盐浆厂进行改造，使之不再仅仅局限于生产纸浆和与其相关的纸产品，还将生产具有更高附加值的生物产品，诸如乙醇、有机聚合物、碳纤维和内燃机燃料等。这种新型工厂将以木材为原料，生产出多种生物制品和能源[7，8]。这对北美森林工业来说无疑是个很好的选择，在过去几年的发展中也呈现了勃勃生机。