国内外生物质能发展综述

时间：2021-04-08 14:33:01 作者：本站整理来源：网络

官巧燕，廖福霖，罗栋

（福建师范大学地理科学学院，福州 350007）

　　摘要：生物质能源是仅次于石油、煤炭和天然气的世界第4大能源，具有可再生和环境友好的双重属性，其发展对社会经济可持续发展具有重要意义。为此，通过对目前生物质能主要研究领域以及国内外生物质能实践发展的分析，提出了我国发展生物质能战略意义及对策，为我国生物质能的发展提供参考依据。

　　0引言

　　目前国际石油价格的爆涨、化石燃料枯竭，使人们把目光投向了清洁的、可再生的生物质能源。

　　生物质是指由光合作用产生的各种有机体。生物质能则是以生物质为载体的、蕴藏在生物质中的能量，即绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量形式[1]。全球每年经光合作用产生的生物质约1700亿t，其能量相当于世界主要燃料贡献的10倍，而作为能源的利用量还不到总量的1%[2]，开发潜力巨大。

　　1生物质能主要研究领域

　　目前，国内外对生物质能发展主要集中在寻找生物质资源、研发生物质转化技术、探讨生物质能的生态环境效益3个方面。

　　1.1生物质资源

　　生物质资源范围广泛、数量巨大，而且存在分散，不像矿物性燃料那样集中。其主要有[3]：木柴燃料、农作物废弃物、畜禽粪便、能源植物、城市废物。其中，农作物废弃物主要有秸秆（稻草、麦秸、棉花秸等）、杂草、稻壳、花生壳等。能源作物指专门作为能源的作物，目前用于油料作物种植的树种有：麻风树、油桐、乌桕、漆树、核桃、油茶、黄连木、油橄榄、油翅果、四合木等。

　　虽然生物质多种多样，但根据其使用方法，笔者认为可将生物质归结为传统和现代两类。传统生物质主要是指用于直接燃烧的薪材、木炭、秸秆等农作物废弃物，主要在一些不发达地区使用；现代生物质指利用现代生物质转化技术转化成燃料而使用的有机质载体，如动物粪便、生活垃圾污水、能源植物等。

　　1.2生物质转化技术

　　生物质转换技术可分为4大类，各类中又包含不同的子技术，具体分类如图1[4]所示。目前，全世界各种生物质利用技术处于不同的发展阶段，表1是几类转换技术目前所处的发展阶段[3]。

　　1.3开发生物质能的生态环境效应

　　由于生物质生长时需要的二氧化碳量相当于其燃烧时排放的二氧化碳量，所以对大气中二氧化碳净排放量接近于零；同时生物质的硫含量、氮含量低，燃烧时释放的硫化物和氮化物较少，对大气几乎没有影响，缓解了化石燃料燃烧对环境的压力。

　　但生物质能的发展也有其局限性。部分学者认为生物质需水量大，能源作物光合作用效率低，从而将生物质的生产局限在降水充足的地区，迫使生物质生产与粮食生产等其它类型的土地利用相竞争。生物质能发展也可能对生物多样性产生影响。如果用生产生物质能的作物替代自然覆盖，如森林和湿地，因品种较为单一，生态系统的功能将削弱，生物多样性将降低。此外，生物质能的利用对水土流失、土壤肥力变化和水污染等生态环境问题都有重要影响[5]。

　　2国内外生物质能实践发展概况

　　2.1我国生物质能实践发展概况

　　近年来我国各有关部门和地方各级政府制定和实施了一系列法规政策，大大促进了生物质能的发展。国家发改委提出“生物燃料产业发展‘三步走’计划”：计划在“十一五”实现技术产业化；“十二五”实现产业规模化；2015年以后大发展。2006年1月正式实施的《可再生能源法》中，明确规范了政府和社会在可再生能源开发利用方面的责任与义务，确立了一系列制度和措施，包括中长期总量目标与发展规划，鼓励可再生能源产业发展和技术开发，支持可再生能源并网，优惠上网电价和全社会分摊费用，设立可再生能源财政专项资金等[6]。《可再生能源中长期发展规划》对今后15年我国生物质能发展确定的主要发展目标是：到2010年，生物质发电达到550万kW，生物液体燃料达到200万t，沼气年利用量达到190亿m3，生物固体成型燃料达到100万t，生物质能年利用量占到一次能源消费量的1%；到2020年，生物质发电装机达到3000万kW，生物液体燃料达到1000万t，沼气年利用量达到400亿m3，生物固体成型燃料达到5000万t，生物质能年利用量占到一次能源消费量的4%[7]。目前，我国生物质能的开发利用已得到了很大的发展。

　　2.1.1沼气

　　我国是世界上沼气利用开展得最好的国家，生物质沼气技术已相当成熟，目前已进入商业化应用阶段。污水处理的大型沼气工程技术也已基本成熟，进入商业示范和初步推广阶段。但由于沼气技术主要是环境效益，一次投资大、产出小，所以经济效益不高[4]。到2005年底，我国已经建成沼气1700万口，年产沼气量65万m3，建成大型沼气工程1500座，年产沼气约15亿m3，沼气产业服务体系也日趋完善。另外，以生物质能利用技术为核心的综合利用技术模式也得到快速发展，成为我国生物质能利用的特色，如“四位一体”模式，能源环境工程、南方的“猪—沼—果”等[8]。

　　2.1.2生物质热转换与热利用

　　我国生物质热转换技术是近年才发展起来的，其中的生物质制油等液化技术研究刚刚开始，仍处于试验室和小试阶段，而生物质气化已开始进入应用阶段。到2000年底，全国已建成秸秆气化集中供气站388处，有79443个农户用生物质燃气作生活燃料，有的还用于干燥热源和发电。

　　2.1.3能源植物

　　我国自1981年起，就有计划地建设薪炭林，到1995年，年增产薪材量（2000～2500）×104t，对缓解农村能源短缺起了一定作用[9]。经济林面积有2140万hm2多，其中木本油料树种总面积为804.2hm2，油料树种的果实年产量224.5万t，但是目前加工利用的还不足1/4[10]。

　　2.1.4生物质压缩成型技术

　　我国已研制出螺旋挤压式、活塞冲压式和环模滚压式等几种生物质压缩成型设备。其中，螺旋挤压式压缩成型机推广应用较多。生物质经压缩后可直接作为燃料，也可经炭化炉炭化，用于烧烤和冶金工业，还可生产块状饲料[9]。

　　2.1.5生物乙醇

　　我国2000年启动陈粮转化燃料乙醇项目，目前已年产百万吨燃料乙醇，在吉林、河南等省普遍推广乙醇—汽油混合燃料。《变性燃料乙醇》和《车用乙醇汽油》两项国家标准已于2001年4月2日公布。2002年6月在郑州、洛阳、南阳、哈尔滨、肇东等5个城市开展试用汽油醇获得成功。2004年2月10日国家发展和改革委员继续扩大试点，黑龙江、吉林、河南、安徽4省除在全省范围内扩大试点，还调出燃料酒精销售到辽宁、河北、山东、江苏[11]。

　　2.1.6生物柴油

　　我国在1981年已有用菜籽油、棉籽油等植物油生产生物柴油的试验研究。近年来一些科研单位和大专院校先后进行了生物柴油的研究工作，并研制成利用菜籽油、大豆油、废煎炸油等为原料生产生物柴油的工艺[12]。目前我国正在生产生物柴油的企业有：海南正和生物能源公司、古杉集团、福建龙岩卓越新能源发展有限公司，都已开发出拥有自主知识产权的技术，相继建成了万吨级的生产线，标志着我国生物柴油生产已实现了产业化。

　　2.2国外生物质能实践发展概况

　　国外的生物质能利用则主要集中在把生物质转化为电力和把生物质转化为燃料方面。从20世纪70年代末期开始到现在，许多国家都制定了相应的开发研究计划，如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划。

　　2.2.1巴西

　　巴西是目前世界上唯一不供应纯汽油的国家，也是世界上发展替代能源、采用乙醇为汽车燃料最为成功的国家。1976年就实施了世界上最大乙醇利用计划—普洛阿尔库尔（Proalcool）计划，经过近30年的努力，全国燃料乙醇年产量已经从最初几万吨，发展到如今的1400万t（2004年统计数据）[13]。同时，蔗渣发电率也得到大大提高，发电若自给有余，则出售给国家电网[14]。巴西的经验是把乙醇生产当系统工程来抓，从甘蔗育种、栽培、收获、运输到生产厂用的菌种改造、工艺优化、下脚料、废热余能的利用等环环相扣，技术领先于世界。对在甘蔗发酵生产乙醇过程中产生的大量工业废水采取资源化处理，这样既保护了环境，又降低了乙醇的生产成本[13]。

　　2.2.2美国

　　美国是世界上第2大乙醇燃料使用国，其酒精燃料工业是建立在从玉米中提取乙醇的基础上。目前生物乙醇生产总量估计年产63亿L或更多，占燃料油总销售量的10%，约有1亿辆机动车使用含有乙醇的汽油[14]。目前在美国销售的汽油有三成以上是与乙醇混合的。美国计划在2020年使生物质能耗达到总能耗的25%，到2050年达总能耗的50%。

　　2.2.3欧洲国家

　　在欧洲特别是欧盟，生物质能利用较多。2001年欧盟15国生物质能的消费量为56.567×106t，占可再生能源消费量的61.59%，占欧盟能源消费总量的4%。其中，生物质能消费量最高国依次为法国（12.019×106t）、瑞典（8.109×106t）和德国（7.092×106t）。荷兰可再生能源绝大部分为生物质能，占可再生能源产量的94.35%，比利时为94.12%，卢森堡为92%。占国内能源消费总量高的国家依次为芬兰（19.44%）、瑞典（15.75%）、奥地利（9.98%）和丹麦（9.14%）[15]。

　　欧盟已在2003年发布“促进运输油品使用生物质燃料或其他再生能源燃料”指令。2006年3月欧盟又公布了加速生物质燃料市场发展的策略，希望生物质燃料占运输燃料比率由2005年的1.4%，提升为2010年目标比率5.75%，2020年提升为20%[16]。

　　德国是生物质柴油的最大生产国，德国对生物柴油的生产企业全额免除税收；自2004年起，无需标明即可在石化柴油中最多加入5%的生物柴油，2004年的生产能力达到了109.7万t，占整个欧盟15国总生产能力50%以上。法国生物柴油生产的世界领先地位是在2001年以后被德国取代的,目前法国推出一项生物能源计划：在2007年以前，建设4个新一代生物能源的工厂，平均年生产能力要达到20万t。到2015年，法国将从现在的柴油净出口国变为主要的生物柴油生产商[12]。丹麦主要利用秸秆、木屑等进行区域供热和热电联产[15]，目前已建立了130家秸秆发电厂，使生物质能成为了丹麦重要的能源。2002年，生物质能在可再生能源中的比例为81%。瑞典则利用无工艺价值的木材采用热电联合装置产热和供电，现有15000～20000hm2能源林作为部分热电生产原料，该国能源林生产和繁殖技术及有关设备出口国外，尤其是联合汽化(BIG-CC)工艺处于世界领先地位[14]。奥地利推行了建立燃木材剩余物的区域供电站计划，生物质能在总能耗中的比例由原来的3%增到目前的25%，拥有装机容量为1～2MW的区域供热站90座[17]。

　　2.2.4印度

　　印度也是沼气使用历史悠久的国家，在1975年启动国家沼气开发计划（NPBO），到2003年已建沼气池200万个，为农村无电区的20万家庭提供了炊事和照明。近期生物质压缩成型、气化技术等进展显著。气化发电主要用于水泵、磨谷机和其它小型电气设备；气化产出燃气则主要用于烟草、茶叶、食品等加工生产过程中[18]。

　　3我国生物质能开发的战略意义及策略

　　3.1我国发展生物质能的战略意义

　　1)能源是经济的命脉，是发展国民经济和提高人民生活水平的重要保障。“十一五”至2020年，是我国全面建设小康社会的重要时期，在这个时期，加强能源基础设施建设，确保能源的稳定、经济、清洁、安全供应是我国经济社会持续快速健康发展的重要任务。大力开发利用生物质能源，有利于化石资源短缺、增加能源总量、调整能源结构，对保障能源安全具有极其重要的作用[7]。

　　2)能源消费结构与经济发展存在密切的关系，能源结构的调整是产业结构调整的支持，而我国目前以化石能源为主要能源，可再生能源占我国能源消费的比重才7%[18]。因此，提高生物质能等可再生能源在能源结构中的比重、改善当前以化石能源为主的能源结构，对进行产业结构调整具有重要意义。

　　3)我国有8亿左右的农民居住在农村,农村能源的持续利用是国家能源问题的瓶颈,而其中农村生活能源的现代化（特别是生物质能的现代化利用）将是我国实现全面小康社会的重要环节[19]。生物质能是农村的主要能源，开发利用生物质能资源与农业、农村发展密切相关，可为农村开拓新的产业，延长农业产业链，并可提高农业、植树造林和生态建设的经济效益，增加农民收入，改善农村环境，促进社会主义新农村的建设[6]。

　　4)在工业化国家中,陆上石油业(包括开采、冶炼和销售)生产每百万吨标准油的能源需要的工作岗位为959个，煤炭业为925个，天然气业为430个,而生物质固体燃料业为3000～5000个，生物乙醇业为18000～28000个，植物柴油业为29000个，生物质发电业为1650个[21]。生物质作为能源大规模利用可为发展中国家提供发展和就业的基础，并可对城市移民进行控制[20]。

　　3.2我国发展生物质能源的策略

　　1)加强对生物质能的宣传力度，提高公众对生物质能作为绿色能源的认识。生物质能是农村使用的主要能源，应特别加强农村群众对现代化生物质能的认识，使现代化生物质能能够在农村普及开。

　　2)目前生物质能的成本较高，急需财政法规的支持，所以中央和各级地方政府应制定相应的激励政策和限制性政策，支持生物质能的研究和推广。可通过投资补贴、价格补贴、减免利润税、制定各种能源的消费税配额政策、惩罚性税费等措施保证生物质能的发展。

　　3)技术进步是提高生产效率的前提，要降低成本提高生物质能的市场竞争力，还取决于各种利用技术的发展突破。因此，必须加大各种转换技术的基础研究，制定长远战略措施和规划，明确每一时期发展目标，并安排具体研究任务。

　　4)针对生物质分散性特点，加大对小型生物质利用基础设施的建设，如以户为单位的沼气利用设施。若以区域为单位，则可建立生物质集中处理中心，如生物质发电厂。同时，建立各层次生物质能利用设施，使生物质资源得到更充分的开发利用。

　　5)目前缺乏对生物质能的开发利用的评价机制，生物质能开发利用带来的影响或者效益无法得到准确的衡量。因此，对生物质资源的培育、收集、生物质转化以及生物质能利用整个过程中所产生的对生态环境、社会效益、能源结构等影响进行细致研究和综合评价显得十分重要。

　　4结语

　　生物质由于能量密度低、分散分布、利用过程需增加预处理，或附加的转换设备利用的成本较高，与化石能源产品竞争处于不利地位，因而也很难为消费者接受。总的来说，生物质能开发必须克服两个关键障碍：一是降低生物质能的成本；二是利用生物质能，发展能源作物时，不对生态环境产生不利影响，不对粮食安全构成威胁。化石能源在逐渐稀缺过程中，机会成本将越来越高，而生物质能依靠科技进步开发成本则会不断降低[22]，可以预见，不久的将来生物质能将大有作为。

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