济南教育学院学报 2004年第6期
王振平
摘 要 生物质是地球上最广泛存在的物质，它包括所有动物、植物和微生物以及由这些有生命物质派生、排泄和代谢的许多有机质。各种生物质都具有一定能量。以生物质为载体、由生物质产生的能量便是生物质能。生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式，直接或间接来源于植物的光合作用。生物质能的主要来源有薪柴、牲畜粪便、制糖作物、城市垃圾和污水、水生植物等。目前，人类转化利用生物质能的方式主要有薪柴燃烧、沼气生产、酒精制取和生物质能发电等。开发生物质能有利于保护生态环境，有利于人类的可持续发展。 关键词 生物质 生物质能 发酵 沼气
一、生物质概述
1.生物质的定义和种类
生物质作为生物质能的载体有许多种定义，美国能源部把生物质定义为：生物质是来源于植物和动物的 有机物质。木质主要指通常用作能量转化的生物质可以分为四大类:①木材残余物(涵盖所有来源于木材和木材产品的物质，材、木炭、废弃木材和森林的残余物)、②农业废弃物(所有与种植业和庄稼处理过程有关的废弃物。例如：稻谷壳、秸秆和动物的粪便)、③能源庄稼(专门用于能量生产的庄稼，如甘蔗秆和木薯)、④城市固体垃圾。
2.生物质能的概念
生物质能是人类使用的最古老的能源。生物质能是蕴藏在生物质中的能量，是绿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。广义的生物质能包括一切由植物光合作用转化和固定下来的太阳能，煤、石油和天然气等化石能源也是由生物质能转变而来的。生物质能一直是人类赖以生存的重要能源，它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源，在整个能源系统中占有重要地位，在未来，生物质能更会成为支柱能源之一。
3.生物质的特点
生物质富含有机质，组成成分包括：纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质、单糖、淀粉、水分、灰分和其它化合物。与化石燃料相比，生物质具有独特的优点:(1)可再生性。生物质属可再生资源，生物质能由于通过植物的光合作用可以再生，与风能、太阳能等同属可再生能源，资源丰富，可保证能源的永续利用。(2)低污染性。生物质转化过程中排放的二氧化碳量等于生长过程中吸收的量，因此，生物
质是一种二氧化碳零排放的能源资源，可以在提供能源的同时而不增加二氧化碳排放量；同时，生物质的硫、氮和灰分含量少，在利用转化过程中可以减少硫化物、氮化物和粉尘的排放。由此看来，生物质作为能源资源比石油、煤炭、天然气等燃料，在生态环境保护方面具有很大的优越性。
105数字商城4.生物质的资源状况
生物质能的特点是数量大，可再生，地球上每年通过绿植物光合作用所生产的生物质干物质量为2200亿吨左右，是全球年能源消耗量的10倍左右。我国每年生产的生物质中农作物秸秆7亿吨，薪柴1.58亿吨，粪便4.43亿吨，垃圾1.43亿吨，农业加工残余物0.86亿吨。目前实际使用量为2.2亿吨，还有很大的开发潜力。
桑椹原浆二、生物质能的开发应用
生物质能是可再生能源；通常包括以下几个方面；木材及森林工业废弃物；农业废弃物；水生植物；油料植
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图1 生物质能源转换方式
物；城市和工业有机废弃物；动物粪便。
生物质能的优点是燃烧容易，污染少，灰分较低；缺点是热值
及热效率低，体积大而不易运输。直接燃烧生物质的热效率仅为
ap劫
10%～30%。目前世界各国正逐步采用如下方法利用生物质能:
①热化学转换法，获得木炭、焦油和可燃气体等品位高的能源产
品，该方法又按其热加工的方法不同，分为高温干馏、热解、生物
质液化等方法;②生物化学转换法，主要指生物质在微生物的发
酵作用下，生成沼气、酒精等能源产品;③利用油料植物生产生物
油;④把生物质压制成成型状燃料，以便集中利用和提高热效率。
生物质能的开发利用前景十分广阔，我国已开展了广泛的生
物质高品位的转换装置和利用技术的研制和开发，在生物质气
化、液化、致密成型等方面都取得了较大进展。以下仅就几项相
关应用作简要介绍。
1.生物质能发电2004年11月8日，单县龙基生物发电工程项目奠基仪式在山东省菏泽市单县举行。这一项目是国家发改委首批核准的生物质能发电项目，年消耗生物质(主要是秸秆)约20万吨，年发电量达1.56亿千瓦时。目的是将国际上最先进的生物发电技术引进中国内地，更好地利用我国丰富的秸秆等生物质能资源，缓解能源紧张，改善生态环境，促进农民增收，建成中国第一个环保新型清洁能源生物发电示范项目。
2.生物质转化为乙醇
阳信蓝昊有限公司和滨州六环美迪生物能源工程有限公司在阳信县种植了近千亩甜高粱，建成了利用甜高粱秸杆制乙醇250吨联产汽(柴)油醇3000吨的示范工程。这是全国第一家甜高粱制乙醇联产汽(柴)油醇示范项目，所谓汽(柴)油醇，就是在汽(柴)油中加入一定量的乙醇和融合剂，经物理化学方法处理后的混合燃料，汽(柴)油醇是本产业链的最终产品。该公司准备利用3年时间投资3.5亿元，种植甜高粱30万亩，制乙醇15万吨，联产汽(柴)油醇80万吨，实现销售收入10亿元，利税1亿元。30万亩甜高粱产业化开发，可实现社会总产值达21亿元以上，财政收入7600万元，可解决4.5万人的就业问题。种植甜高粱制乙醇联产汽(柴)油醇，能从根本上解决提高农民收入，开发替代能源，保护生态环境的三大热点问题，直接把农业和能源两大产业链有机地联系在一起，实现从传统农业到现代能源的历史
性跨越。甜高粱制乙醇联产汽(柴)油醇项目得到了国家有关部委的高度关注，派出专家进行专门调研，有望在其他地方得到推广。
3.生物质微生物沼气发酵
通过沼气发酵微生物菌的现代分子生物学研究表明，产甲烷的是一类生理独特的微生物，在地球生命系统发育中具有特殊的地位，它们在对有机物代谢的中间氢转移过程中，既关系到沼气的产率，同时也是研究生物质发酵产氢的基础。加强对沼气发酵微生物的研究，将对提高沼气技术水平起到直接的作用。
通过发酵生产沼气资源非常丰富:1.利用人畜粪便发酵生产沼气;2.把薪柴林以及木业、采伐加工残柴、农作物秸杆和加工残余物经发酵生产沼气;3.利用生活垃圾中的有机物经发酵生产沼气;4.把工业三废中的纸浆废液、食品工业糟粕、污泥等有机废物发酵生产沼气。许多有关的利用技术已成熟，在农村利用薪材和作物秸杆直燃历史悠久，但是通过发酵生产沼气可贮存性好，用于炊事和照明在我国农村也很普遍。
农村沼气资源潜力大。在农村，大量的农作物秸秆、农业加工残余物、薪柴、人畜粪便的处理最理想最有效的办法仍然是沼气发酵。大力发展农村沼气基本可以解决农民的生活用能，因地制宜地形成沼气能源系统与“大农业”相结合发展的各种良性循环生态模式，能使农业向多元化方向发展，促进农村
产业结构的调整。沼气综合利用的经济效益十分显著，北方“四位一体”的沼气综合利用模式，年户均收入都在4000元以上；在湖南省，沼气户的人均总收入比非沼气户高出2300多元，广西恭城县开展沼气及其综合利用，每口沼气池的效益也均在1800元以上。
在城市中利用生物质资源变废为宝，可以大力建设大中型沼气工程，开发城镇生活污水、工业高浓度有机废水、有机垃圾以及畜牧场粪便无害化处理和能源回收的沼气工程；完善集中供气系统，提高沼气发电技术水平，开展残留物的综合利用，使工程正常运转后无需或少需运转费。这样既可带来不可估量的环境效益，也能6
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蚝排开发生物质能 保护生态环境
兼顾能源效益和经济效益，造福城市建设。
三、开发生物质能中综合利用副产品
加大沼气发酵残留物综合利用及商品化开发力度，深入研究沼气发酵残留物的各种综合利用机制，利用沼气发酵残留物开发研制有机高效肥料、农作物病虫害生物防治剂、浸种剂、饲料添加剂、有机复合肥料等产品，并相应形成一定的生产规模或产业。
在农村开发沼气发酵残留物的综合利用，有利于发展绿农业和无公害食品产业。沼气可用于点灯做饭、发电和加工农副产品，贮粮、保鲜水果蔬菜，效果好、成本低；沼气发酵残留物可用作饲料，养牛、羊、猪、鱼，能提高产量，改善产品质量；沼液还是一种良好的“广谱性生物农药”，防治作物病虫害，不仅效果好，而且有利于农作物的增产增收；沼液浸种平均可增产粮食5%；沼肥是一种高效有机肥，不仅能提高粮食产量，还有利于改良土壤；沼气发酵残留物还是理想的食用菌栽培料。生物质能作为农业生产的副产物，既可满足人类对能源的需求和农业生产的需要，又不破坏生态环境。农村沼气池的发展有效地改善了农村环境卫生，消除了草堆、柴堆和粪堆，随着经济发展和科学技术水平的提高，生物质能在改善农业生态环境方面将发挥越来越重要的作用。
在城市生物质能开发工程中，开展残留物的综合利用，可以产生很好的经济效益，可以使工程正常运转后无需或少需运转费，有利于企业的正常运转，也有利于生物质能开发技术的推广，这样既兼顾到了效益，也为城市环境建设做出积极贡献。无人驾驶小车
四、重视开发生物质能的意义
dr探测器由于化石能源的过度开发利用带来环境污染和全球气候变暖的问题日益突出。与此同时，化石能源面临枯竭。因此，寻和开发新型可再生能源迫在眉睫。
开发生物质能已经成为世界各国的共识。欧盟规划2010年可再生能源比达12%，每年可替代2000万吨
石油，其中80%为成本较低的生物质能。法国将生物质能甲酯化后和柴油并用以替代石油。美国规划2010年生物质的产量为现在的3倍，生物质能比达10%，主要利用废木材发电，利用农作物及其废物制造乙醇，作为汽车燃料等。生物质能开发技术日益成熟，生物质能不仅在能源战略中具有重要意义，其的环境效益同样受到重视，这也是其之所以能够得到大力发展的原因。
经过大力开发，生物质能已成为未来可持续能源系统的重要组成部分。在我国农村地区，生物质能的消耗量约占农村总能耗的39%，占全国能量消耗总量的17.4%。但是，目前我国生物质的利用还存在着很大的不足：在边远地区，能源严重缺乏，森林资源主要作为燃料而遭到破坏；有些地方的农民开始抛弃传统的秸秆燃烧，转而使用煤炭、液化石油气等作为燃料，大部分农业废弃物就地焚烧，致使资源浪费和环境污染。因此，生物质传统的使用方式必须改革。而且，开发城镇生活污水、工业高浓度有机废水、有机垃圾以及畜牧场粪便无害化处理和能源回收的沼气工程在许多地方已经做得很好，值得大力推广。开发生物质能，其效益是显而易见的。
五、建议
1.制定切实可行的生物质能长期发展规划。生物质能的应用无论从环保角度，还是从社会可持续发展角度来看，直接受益的还是当地政府和人民，有关部门应制定切实可行的可再生能源长期发展规划，要从社会可持续发展的高度制定相关的法规，采取更加有效的措施刺激和促进生物质能的利用，政府
应该加大扶持力度，采取倾斜优惠政策，鼓励使用各种可再生能源，保护环保企业和可再生能源生产企业的积极性。
2.加强生物质能转化技术研究。生物质能转换技术的发展应多样化，只有这样，才能适应不同的需要，有利于技术的推广应用。
3.加强技术指导推广。在我国的农村和城市，生物质能技术应用已经比较成熟，也有了较大范围的推广，但是，许多地方生物质资源浪费严重，还有很大的推广空间。寻求和开发生物质合理的能量转化技术以及开展综合利用，无论是从环保角度，还是从社会可持续发展角度考虑，都有非凡的战略意义。
总之，开发生物质能，可以带来可观的能源效益、经济效益和明显的的环境效益。特别是在当前的社会可持续发展规划中，应该受到极大的重视，只有这样才会有自然和社会的和谐发展。
(作者单位：济南职业学院;250001)
(审稿：张华松；编辑：孙建霞)
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