據(jù)統(tǒng)計，目前占全球能源消耗總量近50%的石油和天然氣在21世紀中葉將消耗殆盡，雖然占目前全球能源消耗量25%的煤還可以繼續(xù)開采使用，但開采的難度越來越大，成本也會越來越高。尋找一種可再生的替代能源，已成為社會普遍關(guān)注的焦點；生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)換和利用具有解決能源短缺問題和環(huán)境保護的雙重效果，受到了人們的極大重視，是21世紀能源發(fā)展的一個方向[1,2]。

1生物質(zhì)能的定義及其利弊

生物質(zhì)能是蘊藏在生物質(zhì)中的能量，是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉(zhuǎn)化為化學能而貯存在生物質(zhì)內(nèi)部的能量。它一直是人類賴以生存的重要能源，僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源消費總量第4位，在整個能源系統(tǒng)中占有重要的地位。據(jù)預測，到21世紀中葉，采用新技術(shù)生產(chǎn)的各種生物質(zhì)替代燃料將占全球總能耗的40%以上。生物質(zhì)能通常包括：木材及森林工業(yè)廢棄物、農(nóng)業(yè)廢棄物、水生植物、油料植物、城市和工業(yè)有機廢棄物、動物糞便[3]。

生物質(zhì)能的優(yōu)點：一是可再生性。二是低污染性。生物質(zhì)的硫含量、氮含量低，生物質(zhì)作為燃料時，燃燒過程中的硫化物和氮化物較少，由于它在生長時需要的二氧化碳相當于其燃燒時排放的二氧化碳量，因而對大氣的二氧化碳凈排放量近似于零；用新技術(shù)開發(fā)利用生物質(zhì)能不僅有助于減輕溫室效應，促進生態(tài)良性循環(huán)，而且可替代部分石油、煤炭等化石燃料，成為解決能源危機與環(huán)境問題的重要途徑之一。三是廣泛分布性。缺乏煤炭的地域可充分利用生物質(zhì)能。四是具有燃燒容易，灰分低的特點[4,5]。

但由于技術(shù)和經(jīng)濟的原因以及可再生能源分布較為分散，能量密度、熱值及熱效率低等特點，目前其利用率尚不高，僅占全球能源消耗總量的22%。

2生物質(zhì)資源豐富

生物質(zhì)能能否滿足人類未來能源的需求取決于生物質(zhì)的潛力。從現(xiàn)有水平上分析，植物界每年所固定的太陽能為世界總能耗的10倍。現(xiàn)今全世界每年由光合作用所形成的有機質(zhì)約為2000億t，相當于3×10^21J能量。其中，糧食等農(nóng)業(yè)種植的作物提供了8%左右，相當于2.4×10^20J能量；約52%為森林和草地的生物所提供，約相當于1.56×10^21J能量。全世界每天產(chǎn)生垃圾2700萬t，各種廢水的排放量每年多達4500億t，每年的人畜糞便超過幾十億t。所有這些廢棄物都將是生物質(zhì)能的潛在資源。據(jù)測定，城市垃圾的熱值與褐煤和油相近，大約2t垃圾相當于1t煤。焚燒1t垃圾可相當于燃燒0.2t石油；焚燒1kg垃圾得到的熱量，約為城市煤氣每立方米熱量的1/3左右。

我國幅員遼闊，人口眾多，生物質(zhì)分布十分廣泛，約有80%的人口居住在農(nóng)村；太陽能資源豐富，全國各地太陽能年輻射總量在335～835kJ/cm^2之間。因此，通過光合作用產(chǎn)生的生物質(zhì)能儲量大、分布廣。但從全國范圍來看，各省分布不平衡，1/2以上的生物質(zhì)資源集中在四川、河南、山東、安徽、河北、江蘇、湖南、湖北、浙江等9個省，廣大的西北地區(qū)和其他省區(qū)相對較少。據(jù)統(tǒng)計，全國近幾年秸稈年產(chǎn)量約6億t，目前除少量生物質(zhì)被用于農(nóng)村家庭燃料或飼料外，絕大多數(shù)生物質(zhì)被露天焚燒、填埋，或直接丟棄在田間地頭進行生物降解。薪柴年產(chǎn)量(包括木材砍伐的廢棄物)為2億t左右，還有大量的人畜糞便及工業(yè)排放的有機廢料、廢渣。據(jù)環(huán)衛(wèi)部門估計，2000年我國城市生活垃圾總量約1.5億t。每年生物質(zhì)資源總量折合成標準煤為2～4億t[3,5,6]。

3我國生物質(zhì)能的利用現(xiàn)狀

目前，世界各國正逐步采用如下方法利用生物質(zhì)能：一是熱化學轉(zhuǎn)換技術(shù)，獲得木炭焦油和可燃氣體等品位高的能源產(chǎn)品，該方法又按其熱加工的方法不同，分為高溫干餾、熱解、生物質(zhì)液化等方法；二是生物化學轉(zhuǎn)換法，主要指生物質(zhì)在微生物的發(fā)酵作用下，生成沼氣、酒精等能源產(chǎn)品；三是利用油料植物所產(chǎn)生的生物油；四是直接燃燒技術(shù)，包括爐灶燃燒技術(shù)、鍋爐燃燒技術(shù)、致密成型技術(shù)和垃圾焚燒技術(shù)等。

3.1熱解氣化技術(shù)方面

自“六五”以來，我國開展了生物質(zhì)氣化技術(shù)的研究工作，并取得了一系列卓有成效的研究成果。我國已用或商品化的氣化爐和氣化系統(tǒng)有：中國科學院廣州能源研究所的GSQ-1100大型裝置，中國農(nóng)機院的ND系列和HQ-280型，山東省能源研究所的XFL系列，在農(nóng)村具有廣泛的應用前景。秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)解決了秸稈的有效利用問題，將秸稈轉(zhuǎn)換為高品位能源，降低了成本，提高了農(nóng)民的生活水平，目前全國已經(jīng)建設推廣了115個示范工程。

生物質(zhì)發(fā)電在我國已經(jīng)有40年的歷史，其主要原料是稻殼和谷殼，且主要用于大米加工廠。由于發(fā)電規(guī)模小，經(jīng)濟效益差，發(fā)展緩慢，發(fā)電規(guī)模一直維持在60～200kW。近年來，隨著大米加工業(yè)的集中與大型化，國家“九五”攻關(guān)項目“1MW生物質(zhì)循環(huán)流化床氣化發(fā)電系統(tǒng)”研制成功，該系統(tǒng)每日可處理谷殼40t，最大出力1000kW，與傳統(tǒng)小型機組相比生產(chǎn)能力強，氣化效率高、成本低。

3.2直接燃燒技術(shù)方面

1998年，我國已有1.85億農(nóng)戶使用省柴節(jié)煤爐灶，熱效率為25%。現(xiàn)熱效率超過70%，達到國家環(huán)保總局指標要求的低排放多用爐已通過產(chǎn)品鑒定，即將投放市場。利用致密成型技術(shù)，使壓制成型后的燃料容重可達1200kg/m^3，熱值約16MJ/kg，含水率在12%以下，體積縮小為1/8～1/6。成型燃料熱性能優(yōu)于木材，與中質(zhì)混煤相當，而且點火容易，便于運輸和貯存，可作為生物質(zhì)氣化爐、高效燃燒爐和小型鍋爐的燃料。我國的生物質(zhì)致密成型技術(shù)開始于“七五”期間，現(xiàn)已達到工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模。目前，國內(nèi)已開發(fā)完成的固化成型設備有兩大類：棒狀成型機和顆粒狀成型機，其生產(chǎn)能力為120～300kg/h。南京市平亞取暖器材有限公司，從美國引進了一套生產(chǎn)能力為1.5t/h的顆粒成型燃料生產(chǎn)線，1999年開始正式生產(chǎn)，產(chǎn)品供應市場運行情況良好[7]。但是生物質(zhì)壓實技術(shù)所需壓實成型設備，尤其是高壓成型設備價格昂貴，增加了生物質(zhì)能的成本，限制了生物質(zhì)能的利用。

3.3生物化學轉(zhuǎn)化技術(shù)方面

3.3.1沼氣的利用

沼氣發(fā)酵是利用有機廢棄物，如農(nóng)作物秸稈、糞便、有機廢水等轉(zhuǎn)化為氣體燃料。這一過程通常含有3個階段：水解階段、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段和產(chǎn)甲烷階段。沼氣發(fā)酵裝置在處理高含水有機廢物方面是非常有用的。截止到1996年底，我國推廣農(nóng)村戶用沼氣池602萬口，供2500萬人使用；沼氣工程592處，總池容33.5×10^4m^3，供10.2萬戶用氣；城鎮(zhèn)生活污水凈化沼氣池5.2萬座，總池容180.8×10^4m^3，年產(chǎn)沼氣2305×10^4m^3，供2.8萬多戶用氣。沼氣發(fā)酵系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)結(jié)合十分密切，能有效地促進農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展，有利于保護農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，使農(nóng)業(yè)發(fā)展走可持續(xù)發(fā)展之路[3,6]。

填埋垃圾制取沼氣也是處理城市生活垃圾、有效利用生物質(zhì)能的主要方法。杭州天子嶺垃圾填埋場是我國第一座大型按衛(wèi)生填埋要求設計并采用合理填埋規(guī)劃和工藝的城市生活垃圾無害化處理工程。1991年6月正式運行，庫容600萬m^3，能消納全杭州日產(chǎn)1320t垃圾，運行費用5元/t，現(xiàn)已進入產(chǎn)沼氣高峰期[8]。

3.3.2生物質(zhì)制取燃料酒精

純酒精或汽油和酒精的混合物都可作一次性燃料。制液體酒精的原料可分為3大類：一是含糖類，如甘蔗；二是含纖維素類，如農(nóng)作物秸稈、穎殼，木材和其加工剩余物等；三是含淀粉類，如甘薯、玉米、小麥等。根據(jù)生物質(zhì)所含成分的不同，其液化方法也不同，但其技術(shù)都已很成熟。

4我國生物質(zhì)能利用的主要差距和障礙

4.1我國生物質(zhì)能利用與國外的主要差距

20世紀70年代開始，生物質(zhì)能的開發(fā)利用研究已成為世界性的熱門研究課題。許多國家都制定了相應的開發(fā)研究計劃，如日本的陽光計劃、印度的綠色能源工程、美國的能源農(nóng)場和巴西的酒精能源計劃，各國紛紛投入大量的人力和資金從事生物質(zhì)能的研究開發(fā)。生物質(zhì)能利用研究開發(fā)工作，國外尤其是發(fā)達國家的科研人員做了大量的工作，在熱化學轉(zhuǎn)換技術(shù)、生物化學轉(zhuǎn)換技術(shù)、生產(chǎn)生物油技術(shù)以及直接燃燒技術(shù)等方面都取得了突破性的進展，其中一些成果和設備已商品化并發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟效益。

直接燃燒秸稈的先進設備已投放市場，生物質(zhì)供熱、發(fā)電或熱電聯(lián)供已成為現(xiàn)實。在厭氧消化方面，中溫和高溫下的產(chǎn)氣可達5m^3/(m^3ˇ天)，百千瓦量級的沼氣發(fā)電機組沼氣發(fā)電量可達1.4～2.6(kWˇh/m^3)，發(fā)電效率高達38%。在熱解氣化技術(shù)方面已有多項技術(shù)裝備進入商品化階段，如荷蘭BTG開發(fā)成功的生物質(zhì)高溫熱解裝置產(chǎn)氣率66%；德國、美國等開發(fā)出自動化程度相當高的家用生物質(zhì)氣化爐用于用戶熱水和供暖；產(chǎn)熱量達630～2100萬kJ/h的大型生物質(zhì)氣化裝置也已開發(fā)成功。

與國外相比，我國生物質(zhì)能技術(shù)還有存在著較大差距，主要表現(xiàn)在：一是厭氧消化產(chǎn)氣率低，系統(tǒng)運行和管理自動化水平不高；二是與厭氧消化和綜合利用配套的技術(shù)和設備還不成熟；三是厭氧消化技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展緩慢，不便于大規(guī)模市場推進；四是秸稈氣化熱值低，在穩(wěn)定運行、焦油清除、氣體凈化等技術(shù)上需要提高；五是缺乏秸稈直接燃燒供熱技術(shù)研究和設備開發(fā)，不便于多途徑能源利用；六是生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)和裝置方面有較大差距[9]。

4.2我國生物質(zhì)能利用的主要障礙

(1)大多數(shù)生物質(zhì)體積密度和能量密度低，且過于分散，集中困難，運輸、儲存費用都相對較高，大大地限制了對生物質(zhì)能的有效利用；

(2)生物質(zhì)由于受季節(jié)因素影響，供應不穩(wěn)定，給大規(guī)模工業(yè)利用帶來困難；

(3)生物質(zhì)組成性質(zhì)差異大，如生物質(zhì)在水分含量、熱值和灰份等化學組成上存在差異巨大，這給生物質(zhì)的利用帶來困難；

(4)我國在環(huán)境政策和經(jīng)濟政策方面缺乏標準法規(guī)和激勵措施，沒有形成鼓勵人們使用生物質(zhì)能的機制；

(5)宣傳力度不夠，很多人并不真正了解生物質(zhì)能在能源、環(huán)境等方面的重要作用；

(6)生物質(zhì)能的生產(chǎn)設備昂貴，生產(chǎn)工藝不過關(guān)，生產(chǎn)水平低下，使用和開發(fā)成本高。

5生物質(zhì)能利用的發(fā)展對策

(1)目前國內(nèi)生物質(zhì)資源開發(fā)利用的成本一般比較高，因此僅靠市場機制來進行調(diào)控和發(fā)展是不現(xiàn)實的，需要國家的政策扶持和財力支撐。因此，要制訂相關(guān)政策，鼓勵和支持企業(yè)投資生物質(zhì)能源開發(fā)項目；對有前景但技術(shù)經(jīng)濟性或商業(yè)化條件尚未完全過關(guān)的技術(shù)，加大風險資金的投入力度。

(2)21世紀生物質(zhì)能利用前景十分廣闊，但真正實際應用還取決于生物質(zhì)的各種轉(zhuǎn)化利用技術(shù)能否突破。因此，必須加大開展各種基礎性研究工作的力度，如各種生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)換技術(shù)；速生、高效、富含碳氫化合物的植物物種選育及推廣示范；植物油脂的改性及相關(guān)性能試驗；垃圾能源的規(guī)模化利用與示范推廣；利用有機廢水的微生物發(fā)酵制氫；生物質(zhì)熱解液化的實用化技術(shù)；沼氣和熱解氣化的集中供氣系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)等等。國家應在科研項目的安排方面，給生物質(zhì)能應用研究的發(fā)展方面留有足夠的空間。

(3)在生物質(zhì)的應用技術(shù)發(fā)展方向上，結(jié)合我國分散的能源系統(tǒng)，以滿足農(nóng)村鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、村不斷增長的能量需求，重點解決居民生活用能，減少對化石能源尤其是煤炭的使用；大力推廣成型燃料及專用取暖爐，以取代煤爐取暖的小型鍋爐；研究開發(fā)專門使用生物質(zhì)的直接燃料鍋爐。

(4)加強生物質(zhì)研究領(lǐng)域的國際交流與合作，引進國外先進的生物質(zhì)利用技術(shù)和設備，加快我國生物質(zhì)開發(fā)利用的步伐，建立符合中國國情的生物質(zhì)能開發(fā)利用結(jié)構(gòu)體系。

(5)建立綜合處理城市生活垃圾和污水的示范區(qū)，為生活垃圾和污水的無害化處理工程，回收能源、有效利用生物質(zhì)能起示范推廣作用。

(6)提高國民的能源危機和環(huán)境意識，加強國民對生物質(zhì)能等新的可再生能源的認識；同時，也要加大以生物質(zhì)資源為基礎的開發(fā)項目的市場開發(fā)力度，充分挖掘其潛力。

6結(jié)束語

可持續(xù)發(fā)展已成為21世紀人類的共識，怎樣利用可再生能源逐步取代日趨枯竭的不可再生能源是各國關(guān)注的焦點。生物質(zhì)能被喻為及時利用的綠色煤炭，將成為未來能源的重要組成部分，對能源戰(zhàn)略和環(huán)境保護具有重要意義。