从战略高度认识开发生物质能产业的重要意义
□戎志梅
　　一、开发生物质能的重要意义
    1.保护环境
　　人类正面临着发展与环境的双重压力。经济社会的发展以能源为重要动力，经济越发展，能源消耗多，尤其是
化石燃料消费的增加。两个突出问题摆在我们面前：一是环境污染日益严重，二是地球上现存的化石燃料不可再生。
按消费量推算，世界石油资源在今后50～80年将最终消耗殆尽。到2059年，世界石油资源大概所剩无几。由于过
度消费化石燃料，过快、过早地消耗这些有限的资源，释放大量的多余能量和碳素，打破自然界的能量和碳平衡，
是造成臭氧层破坏、全球气候变暖、酸雨等灾难性后果的直接因素。因此如果不发展新能源来取代化石常规能源在
能源结构中的主导地位，在21世纪必将发生严重的、灾难性的能源和环境危机。
　　2.维护国家能源安全
　　首先，核能源的发展极可能给已经不安的世界带来新的不稳定因素,甚至直接威胁到人类的生存环境；其次，
各国或各集团在人类下世纪技术水平所能到达的有限外太空区域内进行的能源开发，将不可避免地引发新的争夺或
争端。而生物质能源不仅是最安全、最稳定的能源，而且通过一系列转换技术，可以生产出不同品种的能源。目前，
世界各国，尤其是发达国家，都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术，保护本国的矿物能源资源，为实
现国家经济的可持续发展提供根本保障。
　　3.发展的有利因素
   （1）物质的可获得性要比化石燃料广泛，而且，如果管理良好，还可以再生，取不尽用不竭。
   （2）随着生活水平的提高，消费者对现代能源载体的需求增加，因为它们比传统燃料更清洁、方便。靠生物能
转化是可行的。
   （3）用生物质能生产现代能源载体在不同环境和条件下的成本都具有竞争力，前景良好，经济上可行。
   （4）如果生物质能持续生产，并能高效地转化为现代能源载体，生物质将能够在世界商品能源经济中发挥更重
要的作用。
   （5）现代化的生物质能产业能够在发展中国家提供农村发展和就业的基础，还可控制向城市移民的趋势。
　　二、国外生物质能技术的发展状况
    1.沼气技术
　　主要为厌氧法处理禽畜粪便和高浓度有机废水，是发展较早的生物质能利用技术。目前，日本、丹麦、荷兰、
德国、法国、美国等发达国家普遍采取厌氧法处理禽畜粪便，而印度、菲律宾、泰国等发展中国家也建设了大中型
沼气工程处理禽畜粪便的应用示范工程。采用新的自循环厌氧技术，荷兰IC公司已使啤酒废水厌氧处理的产气率
水平达到10m3/m3·d，从而大大节省了投资、运行成本和占地面积。美国、英国、意大利等发达国家主要将沼气
技术用于处理垃圾，美国纽约斯塔藤垃圾处理站投资2000万美元，采用湿法处理垃圾，日产26万m3沼气，用于
发电、回收肥料，效益可观，预计10年可收回全部投资。英国以垃圾为原料实现沼气发电18MW，今后10年内还
将投资1.5亿英镑，建造更多的垃圾沼气发电厂。
　　2.生物质热裂解气化
    上世纪70年代，发达国家就开始了以生物质热裂解气化技术研究与开发。80年代，美国有19家公司和研究
机构从事生物质热裂解气化技术的研究与开发；加拿大12个大学的实验室在开展生物质热裂解气化技术的研究；
此外，菲律宾、马来西亚、印度、印尼等发展中国家也先后开展了这方面的研究。
　　3.生物质能发电
　　生物质发电在发达国家己受到广泛重视，主要工艺分3类：生物质锅炉直接燃烧发电、生物质-煤混合燃烧发
电和生物质气化发电。在奥地利、丹麦、芬兰、法国、挪威、瑞典和美国，生物质能在总能源消耗中所占的比例增
加相当迅速。芬兰是欧盟国家利用生物质发电最成功的国家之一。
　　美国在利用生物质能发电方面处于世界领先地位，1992年，美国拥有利用生物质发电的电站约1000家，发电
装机容量已达650万kW，年发电42亿kW·h，年消耗4500万t生物质燃料。美国还非常重视木质能源在林产品工
业中的应用，1980年，美国14家最大的林产品公司利用木质燃料提供了自身所需能量的70%。1980～1986年，绝
大多数新建的林产品制造厂几乎全部从本身的剩余物中获得了其所需的能量。
　　4.生物质液体燃料
　　以生物质为原料生产液体燃料是另一项引人关注的技术。生物质液体燃料主要包括乙醇、裂解油、植物油等，
可以作为清洁燃料直接代替汽油等石油燃料。巴西是乙醇燃料开发应用最有特色的国家，1991年，巴西乙醇年产
量达到130亿升，在980万辆汽车中，近400万辆采用纯乙醇作为燃料，其余大部分燃用20%的乙醇-汽油混合燃
料，乙醇燃料占汽车燃料消费总量的50%以上。俄罗斯是利用植物原料生产乙醇产品最早的国家，水解乙醇年产量
已达35万t，水解乙醇成本约为粮食乙醇成本的70%。1996年，美国可再生资源实验室已研究开发出利用纤维素
废料生产酒精的技术，美国哈斯科尔工业集团公司建立了1个稻壳发电示范工程：年处理稻壳1.2万t，年发电量
800万kW，年产酒精2500t，具有明显的经济效益。
　　三、我国生物质能技术发展状况
    1.生物质能资源状况
　　我国生物质能资源相当丰富，现有森林、草原和耕地面积41.4亿公顷，理论上每年可利用的生物质资源超过
650亿t。目前我国秸秆资源量已超过7.2亿t，约合3.6亿t标准煤，除1.2亿t左右作为饲料、造纸、纺织和
建材等用途外，其余6亿t可作为能源用途。薪柴的来源主要为林业采伐、育林修剪和薪炭林，我国年均薪柴产量
约为1.27亿t，折合标准煤0.74亿t；禽畜粪便资源量约1.3亿t标准煤；城市垃圾年产量约1.2亿t，并以每
年8%～10%的速度增。据估算，每年我国可开发的生物质能资源总量约7亿t准煤。
　　2.生物质能利用的现状
　　我国生物质能利用绝大部分用于农村生活能源，极少部分用于乡镇企业的工业生产，而利用方式长期来一直以
直接燃烧为主，只是近年来才开始采用新技术利用生物质能源，但规模较小，普及程度较低。
　　3.我国生物质能技术发展现状
　　我国政府十分重视生物质能源的开发和利用。国家科委已连续在3个国家五年计划中将生物质能技术的研究与
应用列为重点研究项目，涌现出一大批优秀的科研成果和成功的应用范例，如民用沼气池、禽畜粪便沼气技术、生
物质气化发电和集中供气、生物压块燃料等，取得了可观的社会效益和经济效益。
　　上世纪80年代，政府将生物质能利用技术的研究与应用列为重点科技攻关项目，开展了生物质能利用新技术
的研究和开发，使生物质能技术有了进一步提高，其中尤以大中型畜禽场沼气工程技术、秸秆气化集中供气技术和
垃圾填埋发电技术等的进展引人注目。90年代，政府一直将生物质能利用技术的研究与开发列为重点科技攻关项
目。研究开发了生物质气化集中供气、气化发电、沼气发电、甜高粱茎秆制取燃料乙醇、纤维素废弃物制取燃料乙
醇、生物质裂解油、生物柴油和能源植物等现代生物质能技术。
　　“十五”期间，我国政府将生物质能技术确定为国家后续能源重点发展内容，列入国家863计划。其中，生物
质气化发电技术要建设年发电4MW规模的研究示范工程；甜高粱茎秆制取燃料乙醇技术将建设年产 5000t乙醇规
模的工业示范工程；纤维素废弃物制取燃料乙醇技术己进入年产600t规模的中试阶段；生物质热裂解液化技术进
入年产300t粗油规模的中试阶段。此外，还开展了生物柴油、植物油、能源植物、生物质快速裂解等方面的探索
性、创新性研究。
　　4.技术成果
   （1）沼气发酵技术  在我国大规模发展己有20多年的历史，技术水平已取得大幅度提高。新的民用沼气池系
统比以前效率更高、更方便、投资更少。传统沼气池的沼气产量一般低于0.1m3/m3·d，而新式沼气池的沼气产量
一般可达到0.2～0.4m3/m3·d。我国还发展了多种厌氧消化工艺和反应器，如混合式反应器、厌氧过滤器、污泥
床反应器和固定床反应器等。
   （2）气化及发电技术  近年来，我国的生物质气化技术有了长足的进步。根据不同原料和不同用途，主要发展
了3种工艺类型：上吸式固定床气化炉，其气化效率达75%，最大输出功率约1400MJ/h；下吸式固定床气化炉，其
气化效率达75%，最大输出功率约620MJ/h；循环流化床气化炉，其气化效率达75%，最大输出功率约2900MJ/h。
   （3）热裂解技术  通过热裂解工艺，各种生物质均可转化为3种能源产品：可燃气、木炭和生物油。控制不同
的反应条件，如温度、原料、压力、滞留时间等，可改变3种产物的比例。典型的热裂解系统每处理1000kg生物
质一般可生产200～250m3可燃气、250～600kg炭粉和200～300kg生物油。
   （4）压缩成型技术  我国发展的压缩成型机可分为两2种：螺杆成型机和冲压成型机。螺杆成型机在我国已有
10多年的发展历史，目前已在运行的系统约有600多台，其技术关键是螺杆的使用寿命。由辽宁省能源研究所用
特种材料研制的螺杆已经问世，其连续使用时间已达500h。冲压成型机目前尚在研究阶段。
   （5）生物质液体燃料技术  我国的一些研究机构正在致力于发展新的生物质能转换技术，开展了利用纤维素废
弃物制取乙醇燃料技术的探索与研究，主要研究纤维素废弃物的稀酸水解及其发酵技术，在中间试验中取得预期结
果；利用甜高粱茎秆汁液制取燃料乙醇技术在我国也取得可喜进展，已获得高产甜高粱品种“沈农甜杂二号”，并
推广种植面积达数万亩，同时还开发了相应的高效乙醇发酵技术；还开展了生物质直接液化生产生物油、野生油料
植物分类调查及育种基地的建设。
   （6）传统乙醇生产技术  利用淀粉质原料生产乙醇是一项传统技术，工艺成熟。由于利用粮食为原料生产乙醇
的成本过高，价格上对石油燃料没有竞争性；同时，我国可利用耕地有限，粮食生产以满足人们食用为主，以粮食
为原料生产乙醇缺乏可靠的资源保障。因此，该项技术一直未应用于燃料乙醇生产。但是，近年来我国粮食增收，
已囤积大量陈粮，政府决定以陈粮生产燃料乙醇，并在河南和吉林两省开展试点示范。
　　四、我国生物质能发展方向与对策
    1.发展方向
　　我国的生物质能资源丰富，价格便宜，而经济环境和发展水平对生物质技术的发展比较有利。根据这些特点，
我国生物质能的发展既要学习国外先进经验，又要强调自己的特色，今后的发展方向应着重于以下几个方面：
    ①进一步充分发挥生物质能作为农村补充能源的作用，为农村提供清洁的能源，改善农村生活环境及提高人民
生活条件。这包括沼气利用、秸杆供气和小型气化发电等实用技术。
    ②加强生物质工业化应用，提高生物质能利用的比重，提高生物质能在能源领域的地位。
    ③研究生物质向高品位能源产品转化的技术，提高生物质能的利用价值。
    ④同时，利用山地、荒地和沙漠，发展新的生物质能资源，研究、培育、开发速生高产的植物品种，在目前条
件允许的地区发展能源农场、林场，建立生物质能源基地，提供规模化的木质或植物油等能源资源。
　　2.对策
　　今后我国生物质利用技术能否得到迅速发展，主要取决于以下几个方面：
    ①在产业化方面，加强生物质利用技术的商品化工作，制定严格的技术标准，加强技术监督和市场管理，规范
市场活动，为生物质技术的推广创造良好的市场环境。
    ②在工业化生产与规模化应用方面，加强生物质技术与工业生产的联系，在示范应用中解决关键技术，在生产
实践中提高并考验生物质能技术的可靠性和经济性，为大规模使用生物质创造条件。
    ③在技术研究方面，既重点解决推广应用中出现的技术难题，如焦油处理、寒冷地区的沼气技术等，又要同时
开展生物质利用新技术的探索，如生物质制油、生物质制氧等先进技术的研究。
    ④制定1项生物质能源国家发展计划，引进新技术、新工艺，进行示范、开发和推广，充分而合理地利用生物
质能资源。在21世纪，逐步以优质生物质能源产品（固体燃料、液体燃料、可燃气等形式）取代部分矿物燃料，
解决我国能源短缺和环境污染等问题。
　　五、生物质能近期优先发展项目
　　１.洁净新能源——生物柴油
　　生物柴油是清洁的可再生能源，它是以大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黄连木等油料林木果实、工程微藻等
油料水生植物以及动物油脂、废餐饮油等为原料制成的液体燃料，是优质的石油柴油代用品。
　　目前生物柴油主要是用化学法生产，即用动物和植物油脂与甲醇或乙醇等低碳醇在酸或者碱性催化剂和高温条
件(230～250℃)下进行转酯化反应，生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯，再经洗涤干燥即得生物柴油。但化学法合成生
物柴油有以下缺点：工艺复杂，醇必须过量，后续工艺必须有相应的醇回收装置；能耗高；色泽深；酯化产物难于
回收；成本高。为解决上述问题，人们开始研究用生物酶法合成生物柴油，即用动物油脂和低碳醇通过脂肪酶进行
转酯化反应，制备相应的脂肪酸甲酯及乙酯。酶法合成生物柴油具有条件温和、醇用量小、无污染排放等优点。
　　我国生物柴油的研究与开发虽起步较晚，但发展速度很快，一部分科研成果已达到国际先进水平。可以预计，
在未来2～3年，我国在该领域的研究将会有突破性进展并达到实用水平。
　　2.燃料乙醇生产
   （1）淀粉质原料燃料乙醇生产  现代高效的乙醇发酵反应器系统，使得乙醇生产成本大幅度降低，特别在利用
廉价原料时，已具备与石油燃料在价格上的竞争优劣。目前，我国政府已经扶持了利用陈化粮生产燃料乙醇工业建
设项目，其中吉林省已启动利用玉米陈化粮的燃料乙醇项目，年生产燃料乙醇80万t，总投资达32亿元。河南省
也启动了利用玉米和小麦陈化粮的燃料乙醇项目，年生产燃料乙醇30万t，估计总投资在12亿元左右。
   （2）甜高梁及其茎秆制取燃料乙醇  由于甜高粱的综合利用优于单纯的农业开发，近年来尤其受到各国普遍重
视。种植甜高梁每亩耕地不仅能像粮用高粱一样可收获粮食，还能收获富含糖份的茎秆，经发酵可生产乙醇，故有
“高能植物”之称。
   （3）纤维素废弃物生产燃料乙醇  本项目以木质废弃物为出发点，开展纤维素废弃物生产燃料乙醇技术的最佳
工艺及示范工程研究，为将来大规模利用生物质能资源开发乙醇燃料提供技术支撑，逐步向利用农林废弃物和纤维
素类能源植物等资源转移。
　　3.生物制氢技术
    为一项符合可持续发展战略的课题，已在世界上引起了广泛的重视。德国、以色列、日本、葡萄牙、俄罗斯、
瑞典、英国、美国等国家都投入了大量的人力物力对该项技术进行研究开发。
　　生物制氢过程可以分为5类：①利用藻类或者青蓝菌的生物光解水法；②有机化合物的光合细菌（PSB）光分
解法；③有机化合物的发酵制氢；④光合细菌和发酵细菌的耦合法制氢；⑤酶催化法制氢。其中微型绿藻是索取氢
能的最廉价途径。
　　另外充分利用有机垃圾或有机废水为原料也可生产氢能源。
　　4.生物质裂解液化生产生物油
    为高效利用我国资源丰富的农林废弃物，以低成本、低污染、高效率的方式生产生物质液体燃料——生物油为
目标，开发热裂解液化生产技术，开展生物质快速裂解液化中间实验系统的示范和研究。
　　5.兆瓦级生物质气化发电
    中科院广州能源研究所在“九五”期间进行了兆瓦级生物质气化发电系统研究，旨在开发适合我国市场需求和
资源特点的中型生物质气化发电技术。该生物质气化发电示范系统于1998年10月建成并投入使用，至今已在全国
应用推广了20余套，体现了良好的技术经济性和环境友好性。
　　6.发展新型燃料电池
    可以通过微生物发酵途径生产甲烷等碳氢化合物，成为研制新型燃料电池较为丰富而广泛的原料来源。目前这
种新型燃料电池的能量转换效率还较低，有待进一步研究改进提高。
　　7.以CO2废气为原料开发新能源
    生物方法利用藻类：大量微型藻增殖过程中充分利用CO2，在光照条件下合成有机物将太阳能储存起来，其藻
体生物量称得上是个巨大的“储能库”。正因为各种藻类既是“储能库”，又是“供能库”，从中可获取所需要的洁
净能源。有专家预计，利用CO2制造生物能源特别是氢能将是本世纪大有希望且较为理想的能源供应。
　　8.转化生产清洁燃料二甲醚
    二甲醚是21世纪的超清洁燃料，其重要性已逐渐被人们所认识，生物质化学转化生产燃料二甲醚具有非常广
阔的前景，国内外研究与开发才刚刚起步，未来30年生物质转化二甲醚是我国能源技术赶超世界先进水平、跨越
式发展的最有前途的领域。