我国生物能源技术研究进展
中美知识产权研究院 叶东蕾
世界生物能源技术的发展应用主要有四大方向：基于沼气池等传统设备的生物能源技术、基于生物优选和转基
因技术的生物燃料技术、生物发电技术、生物燃料电池技术。在这些技术方向上，系统化的工业应用项目已经大量
投入运行。在主要攻关方向上，国外也出现了很多重大突破。
我国生物能源技术的发展取得了很多成就。目前已经能够独自设计、建设大型生物发电厂，而且主要设备都已
经实现国产化。我国在生物燃料电池、优选生物燃料的研究方面也取得了很多技术突破。在沼气技术方面，我国研
究、筛选了300多株厌氧微生物菌种，认定了严禁沼气池使用的材质。在嗜热厌氧纤维素酶、产甲烷菌、纤维素厌
氧降解及沼气发酵菌剂、嗜热纤维素分解菌、复合沼气发酵菌剂、沼气厌氧固态发酵、厌氧纤维素分解菌等领域，
我国也取得了很多技术成就。在技术标准化方面，《沼气工程技术规范》、《规模化畜禽养殖场沼气工程运行、维护及
其安全技术规程》、《规模化畜禽养殖场沼气工程设计规范》和《沼气发电机组》等工业标准已经颁布实施。在产业
发展方面，我国生物能源技术的应用规模很大，发展速度很快，但是技术水平较低。在主导未来生物能源产业的转
基因技术、生物燃料电池技术等领域，我国基本没有发布开创性的技术成果，国内机构鲜有介入这些领域的系统化
工程研究。
生物能源原料制备技术
暨南大学以单糖、低聚糖及其糖醇为原料，添加甲醇和脱水剂及浓硫酸进行回流反应，使糖类醚化；在70℃～
75℃蒸馏，收集冷凝液；或者加入干燥的氢氧化钙除去浓硫酸，过滤，收集滤液，这样获得的冷凝液或者滤液即醚
化的生物能源，是一种沸点、着火点与甲醇相当，燃烧值和火力大于甲醇的液态生物能源。毛新等将农作物秸秆、
林木采伐剩余物和林业加工剩余物、人畜粪便、城市生活垃圾等生物物质经过常温干燥、粉碎、过筛分离，加水搅
拌，然后用冷压成型机压缩成直径为8～10mm、长度为10～12mm的高密度颗粒，获得发电用生物质燃料，可直接用
于中小型火电厂的工业层燃炉和循环流化床锅炉。徐虎林等将萃取植物油脂或动物油，经酶酯和酸化反应，通过超
声波将长分子击碎为短分子，经脱水、冷冻分离，得到一种洁净能源生物柴油。
电池技术
清华大学开发出一种双筒型微生物燃料电池。该电池成本低、内阻低、产电能力大，能同时脱氮，适合长期连
续运行，操作性和安全性高，适用于高浓度有机废水的降解和产电，也适用于生活污水的净化。中国科学院过程工
程研究所研发出一种生物反应器-直接微生物燃料电池，主要由筒状的阳极室、阴极室及将两室中间隔开的质子交换
膜构成，电极均为未抛光的高纯石墨棒。阳极接种细菌，接种前通无菌的N2-CO2(80∶20)混合气除尽培养基中的氧
气，接种后缓慢通混合气，保持严格厌氧环境；阴极持续通无菌空气，保持其内溶解氧的浓度。两极室通过磁力搅
拌器缓慢搅拌。这种燃料电池可利用葡萄糖、果糖、木糖、蔗糖、麦芽糖等多种含糖生物质和有机废水为原料，直
接将化学能转化为电能，具有无介质毒性、稳定性能好、操作条件温和、发电清洁等特点。浙江大学利用微生物消
耗葡萄糖时放出的能量转换成电能，具有无污染、安全系数高、体积小、成本低等优点。
哈尔滨工业大学发明了一种从有机废水中发电的空气阴极生物燃料电池。它包括阳极和阴极，阳极和阴极分别
置于圆柱形反应器的两端，反应器上端中部设有取样口，两端分别设有进水口和出水口，阳极材料为碳纸，阴极材
料为含有金属Pt催化剂的碳布，阳极面积∶阴极面积＝3∶1，阳极与阴极之间用铜导线相连接。该发明除了具备一
般生物燃料电池的优点以外，还有一些独特的优点：去掉了质子交换膜，大大降低了基建投资；具有更低的内电阻，
可以获得更高的输出功率；有效地提高了系统的电子回收。因此可以在提高功率输出的同时，高效率地回收有机物
中的电子，运行更加稳定。北京科技大学发明了一种无介体微生物燃料电池，该燃料电池无需添加介体，包括：装
有微生物菌液和有机物燃料的阳极室及设在室内的阳极和阴极；阴极为与空气相接触的空心棒式复合阴极或板式复
合阴极；微生物菌液为取自德国菌种保藏中心(DSMZ)的Gs、Gm或Rf 发酵液；有机物燃料为葡萄糖、果糖、蔗糖、
从木材头或稻草中提取的含糖副产品、工农业有机废弃物和（或）城市生活垃圾。这种电池的电子直接传递，可提
高电池功率密度，电池为简单的单室结构，为充分利用工农业废弃物和城市生活垃圾发电提供了良好的前景。
发电方法
天津焰旺科技发展有限公司发明了一种生物质发电并提取钾的方法，可通过使用生物质这种可再生资源取代煤
炭进行发电，同时对锅炉飞灰和炉底灰进行再次处理并从中提取钾肥，使生物质资源得到充分利用，也有效避免了
对周围环境的污染。山东省科学院能源研究所通过生物质热化学制氢方法将生物质转化为清洁的高温富氢燃气，不
需提纯可直接应用于熔融碳酸盐燃料电池实现电力生产。江苏省电力设计院、江苏国信淮安生物质发电有限公司及
江苏苏源环保工程股份有限公司合作开发出一种生物质能电厂上料系统的上料方法，该方法是一种秸秆散料输送、
提升的输送方法，尤其适用于对黄色秸秆破碎后，散料的提升与输送。该系统具有布置紧凑、中间环节少、安全可
靠性高、对不同物料适应性强等特点。连云港协鑫环保生物质热电有限公司将生物质原料加工切断成生物质短棒，
或者直接取壳类、屑类生物质原料，用风力将生物质原料和风组成的气固两相混合流经输送管路，直接送至流化床
锅炉内密相区进行燃烧发电，在用风力输送生物质的过程中同时对其进行除泥砂杂物处理。
生物发电设备
河南农业大学一项实用新型专利公开了一种生物质成型燃料与煤混烧发电设备，使用时生物质致密燃料与煤混
烧，可以缓解常规能源资源面临匮乏的压力。厦门大学将农作物秸秆等生物质的微生物分解、制氢、储氢及氢能-
电能转化装置结合在一起，利用微生物发酵糖类物质产生氢，发酵废液通过后处理排放，生物氢通过洗脱后储存于
储氢系统，并通过燃料电池将氢能转化为电能或直接供热，可用于大规模生物质制氢和发电及分散的小规模生物质
制氢发电。
垃圾处理技术
黑龙江省和云杉等在不需外部能源的条件下利用生物质热化学转换技术将生活、工业垃圾热解为生物油、可燃
气体。将垃圾热解后的固态残渣作为原料烧制生态水泥熟料，过程中无固态排放物；也可做到无气态排放物，可回
收废气中的二氧化碳、硝酸、三氧化硫，余下的废气加入氧气循环使用不向大气排放。在处理的过程中垃圾中有毒、
有害废弃物中的氯、硫、氟在高温下被完全中和吸收，变成无毒的氯化钙、硫酸钙、氟化钙，而重金属、放射性元
素绝大部分已固化在水泥熟料中。
下游应用技术
浙江大学发明了一种基于生物电池的肠道机器人。该机器人利用肠道内的自身物质发电进行工作。该机器人不
但具有良好的运动能力，还可携带微型摄像头记录肠道内的情况，可以作为医用肠道检查内窥镜使用，具有安全节
能等优点。
山东省农业科学院土壤肥料研究所利用秸秆发电厂的灰渣废弃物，以较小的肥料生产规模来实现生物质能秸秆
发电厂的废物高效处理，达到电厂的环保要求。
在沼气技术领域，我国也公开了不少专利文献，涉及菌种、方法、设备等各个领域。云南师范大学发明了用于
提高沼气发酵产气率的混合水解酶制剂的制备方法；江西康丰生物科技有限公司利用农业废弃物高效降解制备复合
酶制剂，产品可应用在饲料行业和秸秆饲料化处理、沼气提高池温、大大增加沼气产量及污水处理、餐馆垃圾处理
等方面；上海大学发明了厌氧发酵制备生物质能源的方法，装置简单、操作方便，满足厌氧发酵制备生物质能源的
要求；韦羽光、张健等发明了一种自动排渣沼气池，其优点是自动有效排渣、防止废渣在池内沉积，能自动循环，
发酵效率高，产气率高，易于维护。