摘要：简要分析了生物质能资源及其特点和我国生物质能开发的意义。回顾了国内外生物质能及其转换技术的发展与应用现状，并预测了生物质能利用的趋势。 0 引言
能源是人类社会生存、国民经济发展的必备资源和重要战略物资。占目前世界一次能源供应87. 7%[1]的化石能源，因其不可再生性、稀缺性以及附带产生的诸多严重环境问题，已经制约人类的可持续发展。化石能源若以目前的消费方式将影响到未来人类的发展，能源将成为未来人类社会发展的瓶颈。此外，化石能源的大量使用也是大气中CO2、SO2等温室气体和污染气体浓度不断提高的一个非常重要原因。能源紧缺以及由其产生的生态环境恶化，使得当今能源和环境科学研究的一个重要领域是寻新的替代能源。生物质能是指利用自然界的植物、粪便以及城乡有机废物转化成的能源，主要包括农业生物质资源、林业生物质资源和工业废水及城市固体废弃物， 通过燃烧、生化法、化学法和物理化学法等
利用技术，可转化为二次能源。生物质能来源于太阳能，生物质是太阳能的有机能量库，取之不尽，用之不竭，是一种可再生能源。全球每年经光合作用产生的生物质约1700亿吨，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。通过生物质能转换技术可以高效地利用生物质能源，生产各种清洁燃料，替代煤炭、石油和天然气等。开发与利用生物质能源，对保障国家能源安全具有重大意义。
1 生物质能及其特点
1.1 生物质能分类
自然界生物质种类繁多，分布广泛，包括了所有水生和陆生生物及其代谢产物。但是能够作为能源用途的生物质才属于生物质能资源，其基本条件是资源的可获得性和可利用性。生物质能资源，按原料的化学性质分，主要为糖类、淀粉和木质纤维素类。按原料来源分，则主要包括以下几类：
l) 农业生产废弃物，主要有秸秆（稻草、麦秸、棉花秸等）、杂草、稻壳、花生壳等；
2) 林业资源，包括薪炭林、在森林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、树叶和木
生物质气化
屑等；木材采运和加工过程中的枝丫、锯末、木屑、梢头、板皮和截头等；林业副产品的废弃物，如果壳和果核等；
3) 薪柴、枝枉柴和柴草；
4) 人畜粪便和生活有机垃圾等；
5) 工业有机废弃物，有机废水和废渣等；
6) 能源植物，包括所有可作为能源用途的农作物，林木和水生植物资源等，如麻风树、油桐、漆树、黄连木、油橄榄、油翅果、四合木等[3]。
其中，各类农林，工业和生活有机废弃物是目前生物质能利用的主要原料。
1.2 生物质能特点
从化学的角度上看，生物质的组成是C-H-O化合物。它与常规的矿物燃料，如石油、煤等是同类，所以生物质的特性和利用方式与矿物燃料有很大的相似性，但是生物质有其矿物能源无法比拟的优势。主要包括：
1）生物质能蕴藏量巨大，地球上每年生物质能总量约1400-1800亿吨，而且是可再生的能源
只要有阳光照射，绿植物的光合作用就不会停止，生物质能也就永远不会枯竭。特别是在大力提倡植树、种草、合理采樵保护自然环境的情况下，植物将会源源不断的供给生物质能源。
2）生物质能源具有多功能性，兼容性最好，既是可再生能源，也能生产出上千种的化工产品，是太阳能、风能、水能等可再生能源不可比拟的，同时也是唯一可存储和运输的可再生能源。这给对其加工转换与连续使用带来一定的方便。
3）生物质能因其主要成分为碳水化合物，在生产及使用过程中与环境友好性又胜煤炭、石油等化石能源一筹。而且是对资源进行的循环利用，将有机物转化成燃料，可减少对环境的污染，如垃圾燃料。产生的二氧化碳又可被等量生长的植物光合作用所吸收，这就是人们常说的实现二氧化碳”零”排放，这对减少大气中的二氧化碳含量从而降低”温室效应”极为有利。
4）生物质含硫量和灰分都比煤低，因此生物质利用过程中NOx的排放较少，明显减少空气污染和酸雨现象，这也是开发利用生物质能的主要优势之一。
5）普遍性、易取性，几乎不分国家地区，它到处存在。而且廉价易取生产，过程极为简单，应用技术上的难题较少。
6）对生物质能的利用是农业生产的一部分，可以发展农村经济，增加农民收入，促进农业的工业化中小城镇建设，富余劳动力转移以及缩小工农和城乡差别。
生物质能源也有其弱点：
1) 生物质能的加工转化刚刚起步，规模小，技术不成熟， 加之原料分散等因素使其成本居高不下。其质量轻，体积大，给运输带来一定难度。并且风、雨、雪、火等外界因素，对它的保存带来不利条件。
2）从质量密度的角度来看，作为燃料与矿物能源相比不具优势，它是能量密度较低的低品位能源(表1)[4]。
3) 由于技术上不完善，生物质能的热值及热效率低，直接燃烧生物质的热效率仅为10%-20%，是低效而不经济的。
4）缺乏适合栽种植物的土地， 且单位土地面积的有机物能量偏低。
5） 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。
2 生物质能利用技术的开发现状
2.1 生物质转化技术
人类对生物质能的利用已有悠久的历史，但是，在漫长的时间里，总是以直接燃烧的方式利用它的热量，直到20 世纪特别是近一、二十年，当人们普遍提高了能源与环保意识，对地球固有的化石燃料日趋减少有一种危机感，在可再生能源方面寻求能源持续供给的今天，生物质利用新技术的研究与应用，才有了快速的发展。纵观国内外已有的生物质能利用技术，大体上如图1所示[5]。
2.2 我国生物质研究意义
2.2.1 我国生物质资源概况
我国是农业大国，也是林业大国，因此，生物质资源主要产出于广大农村和山林地区。目前我国农作物播种面积约为15亿亩，每年产出的农业秸杆约7亿吨，除部分作为造纸原料和畜牧饲料外，剩余部分都可以作为燃料使用。据不完全统计，有50%以上可作为能源使用，即3.5亿吨。此外，农产品加工废弃物，包括稻壳、玉米芯、花生壳、甘蔗渣和棉籽壳等，也是重要的生物质资源。据统计，农产品加工废弃物在2亿吨以上。
我国现有森林面积1.75亿公顷，森林搜盖率18.21%，具有各类林木质资源量在20亿吨以上。每年通过正常的灌木平茬复壮、森林抚育间伐、果树绿篱修剪、以及收集森林采伐、造材、加工剩余物等，可获得生物质能约8-10亿吨。今后随着造林面积的扩大和森林覆盖率的提高，生物质资源量将会不断扩大。预计到2020年，全国每年可获得生物质量约20亿吨。另外，目前我国生猪、家禽和牛等畜禽养殖业粪便排放量约18亿吨，实际排出污水总量约200亿吨，可生产沼气约500亿立方米。全国工业企业每年排放的(可转化为沼气)有机废水和废渣约25亿立方米，可生产沼气约10亿立方米。我国目前每年城市垃圾量为1.3亿吨，随着城市化的进一步发展，城市垃圾量还会不断增加。综合以上各项保守地估计，我国可以作为能源开发和利用的生物质资源，每年至少相当于5亿吨标准煤，远期可达到10亿吨标谁煤以上。预计到2020年，全国可开发生物质资源量至少可相当于15亿吨标准煤，其
中30%来自传统生物质，70%由农业、林业能源植物提供。
2.2.2 我国生物质能源消费
我国是一个人口大国，又是一个经济迅速发展的国家，21世纪将面临着经济增长和环境保护的双重压力。因此，改变能源生产和消费方式，开发利用生物质能等可再生的清洁能源资源对建立可持续的能源系统，促进国民经济发展和环境保护具有重大意义。开发利用生物质能对中国农村更具有特殊意义。
中国80%人口生活在农村，秸秆和薪柴等生物质能是农村的主要生活燃料。尽管煤炭等商品能源在农村的使用迅速增加，但生物质能仍占有重要地位。广大农村的生活用能以生物质能为主的局面，在较长的时期内不会改变。而生物质能在农村的应用，到目前为止，基本上还是延用着直接燃烧方式，造成能源资源的浪费，并对环境带来污染发展生物质能利用新技术，不仅是为节省能源消耗、改善生态环境的能比例一项重要举措，也是帮助农牧民脱贫致富、实现小康目标的一项重要任务。
2.3 我国生物质能源研究现状
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。目前中国的生物质能产业发展初具规模，积累了一些成熟的经验，但不同的应用领域技术的成熟程度不尽相同。少数生物质能转化利用技术初步实现了产业化应用，如农村户用沼气、养殖场沼气工程和秸秆发电技术；生物质发电、生物质致密成型燃料、生物质液体燃料等正进入商业化早期发展阶段；还有许多新兴生物质能技术尚处于研究阶段。
2.3.1 沼气产业
我国沼气产业始于70年代，经历了两落三起，现在处于第三个高峰发展期。至2007，我国新增农村户用沼气用户482.35万户，全国已累计推广用户沼气池2650万口，年产沼气达102亿m3。比2000年增加了1802万口，年均增长速度为17.7％。建设养殖场沼气工程2.66万处，总池容285万m3，年产沼气达3.56亿m3 [6]。同时，在综合利用方面，以沼气为纽带，建立了物质多层次利用、能量合理流动的高效农业生产模式。在北方推广的“四位一体”沼气生态农业模式，以及南方建立的以养殖业为龙头，以沼气为纽带，带动农作物和经
济作物发展的现代农业技术—“猪-沼-果”模式，对沼气、沼液、沼渣的多层次综合利用的生态农业模式，己成为农村经济的新增长点，成为了我国生物质能利用的特。我国户用沼气技术居国际领先水平，而大中型沼气工程则起步较晚，与发达国家相比，在原料的种类广泛性、针对不同物料的沼气发酵工艺技术、微生物菌剂开发研究、规模化沼气工程的设备和装备技术、沼气发酵产品和固液残余物综合利用等方面均存在较大差距，需要进一步加强自主创新。
2.3.2 生物质液体燃料
我国生物液体燃料发展也取得了可观的成绩，特别是生物柴油生产以及以粮食为原料的燃料乙醇生产已初步形成规模。
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