1 引言
随着社会经济的快速发展，矿物资源的消耗正在以比其自然形成的速度快大约100万倍的速度增长；据世界能源权威机构1999年底的分析，世界已探明的主要矿物燃料储量和开采量不容乐观，其中石油剩余可采年限仅有40年，其中消耗量占世界能源总消耗量的百分之四十。从发展的角度看，化石能源终将耗竭，而且其燃烧时产生的有害物质严重污染生态环境。然而能源是现代社会赖以生存和发展的基础。因此调整传统的能源结构成为必要，作为未来的主要能源只能依赖于可再生能源和受控核聚变能。国内外的能源研究人员正积极探索发展替代燃 料和可再生能源。 生物质是一种重要的可再生能源，是指通过光合作用而形成的各种有机物，包括所有的动物、植物和微生物，以及这些生命体排泄和代谢所产生的有机物质。生物质能是指以生物质为载体的能量，即把太阳能以化学能的形式固定在生物质中的一种能量形式。本文从生物质能的概述、分类、特点入手，对其利用途径、国内外研究进展和开发利用现状，及未来能源的展望进行了综述。 1．1 生物质能的概述
生物质能是指利用生物可再生原料和太阳能生产的清洁和可持续利用的能源，包括燃料酒精、生物柴油
、生物制氢、生物质气化及液化燃料等。它直接或间接地来源于绿植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。生物质能的原始能量来源于太阳，所以从广义上讲，生物质能是太阳能的一种表现形式。地球上的生物质能资源较为丰富，而且是一种无害的能源。地球每年经光合作用产生的物质有1730亿吨，其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10-20倍，但目前的利用率不到3%。
1．2 生物质能的分类卷纸架
依据来源的不同，可以将适合于能源利用的生物质能分为林业资源、农业资源、工业有机废水、城市固体废物资源等四大类。
1.2.1 林业生物质能资源
林业生物质能资源不仅是广大农村的主要资源，并且是现代无污染清洁能源的载体，发展林业生物质能资源不仅能缓解农村能源短缺问题，增加经济收入，提高生活水平，还能保护森林资源，改善生态状况。五大林种之一的薪炭林是林业生物质能源的主体，而在森林抚育、采伐和木材加工过程所产生的剩余物、小径木、废材等也是重要的林业生物质能资源。
薪柴是几个世纪以来人类所用的主要能源，不仅用于家庭，还广泛用于工业。我国每年薪柴的产量达到8860万吨，约占农村生活用能的40%左右。
1.2.2 农业生物
质能资源
农业生物质能资源是指农业作物(包括能源作物)；农业生产过程中的废弃物，如农作物收获时残留在农田内的农作物秸秆（玉米秸、高粱秸、麦秸、稻草、豆秸和棉秆等）；农业加工业的废弃物，如农业生产过程中剩余的稻壳等。能源植物泛指各种用以提供能源的植物，通常包括草本能源作物、油料作物、制取碳氢化合物植物和水生植物等几类。
我国作为世界上的农业大国，农作物的种类很多，数量也较大。其产生的废弃物秸秆是我国主要的生物质资源之一。目前全国年产各种农作物秸秆约为7亿吨，可产生的生物能源约为1.5亿吨标准煤。扎胎器
1.2.3 工业有机废水资源
生活污水主要由城镇居民生活、商业和服务业的各种排水组成，如冷却水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水、粪便污水等。工业有机废水主要是酒精、酿酒、制糖、食品、制药、造纸及屠宰等行业生产过程中排出的废水等，其中都富含有机物。
1.2.4 城市固体废物资源
固体废弃物又称为垃圾，是指人类在生产过程和社会生活中丢弃的固体或半固体物质。可以说是“错误的时间放置在错误地点的资源”。
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城市固体废物主要是由城镇居民生活垃圾，商业、服务业垃圾和少量建筑业垃圾等固体废物构成。其组成成分比较复杂，受当地居民的平均生活水平、能源消费结构、城镇建设、自然条件、传统习惯以及季节变化等因素影响。随着经济的发展，我国城市化水平提高很快，城市的数量和规模都在不断的扩大。同时，我国城镇的垃圾总量在不断的增加，年增长率为10%左右。估计到2010年，城市垃圾总量将达到2.3亿吨。我国垃圾中有机成分一般在30%~60%之间，最高可达95%。
许多的固体废弃物经过处理具有较高的利用价值。一些固体废弃物可以作为二次资源加以利用，这种二次资源与自然资源相比具有生产效率高、能耗低、环境废弃物少等优点；还有一些固体废弃物是农业生产必不可少的优质有机肥源。
1．3 生物质能的特点
生物质能具有可再生性、低污染性、广泛分布性、能量总量十分丰富的特点。
1.3.1 可再生性
生物质能属可再生资源，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。
1.3.2 低污染性
生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SOX、NOX较少。生物质作为燃料时，由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量，因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零，可有效地减轻温室效应。
1.3.3 广泛分布性
生物质的多样化及广泛分布性给生物质能的
利用提供了便利，对于缺少缺乏煤炭、天然气等化石能源的地域，可充分利用生物质能。
1.3.4 能量总量十分丰富
生物质能是世界第四大能源，仅次于煤炭、石油和天然气。根据生物学家估算，地球陆地每年生产1000～1250亿吨生物质；海洋年生产500亿吨生物质。生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量，相当于目前世界总能耗的10倍。我国可开发为能源的生物质资源到2010年可达3亿吨。随着农林业的发展，特别是炭薪林的推广，生物质资源还将越来越多。
2 生物质能的利用
生物质能在人类发展历史中曾经起到巨大的作用，在远古时代，人类就利用生物质产生的热能烧烤食物，直到人们发现并大规模使用矿物燃料时，生物质大量使用这一状况才有所改变。
目前在世界能源结构中也占有一定的位置。据统计，在世界能源消耗中，生物质约占总消耗的14%。就世界的整体发展而言，不同国家和地区生物质能消费在总能耗中所占比例差别很大。在亚洲、非洲等地的发展中国家，生物质能的利用占国家总耗能的40%。在发展中国家，生物质能消费量约占40%左右。在发达国家生物质能平均消费量达到能源消费总量的3%左右。
2．1 生物质能的利用途径
生物质能的利用主要有直接燃烧、热化学转换和生物化学转换等3种途径。生物质的直接燃烧在今后相当长的时间内仍将是我国生物质能利用的主要方式。
当前改造热效率仅为10%左右的传统烧柴灶，推广效率可达20%-30%的节柴灶这种技术简单、易于推广、效益明显的节能措施，被国家列为农村新能源建设的重点任务之一。
生物质的热化学转换是指在一定的温度和条件下，使生物质汽化、炭化、热解和催化液化，以生产气态燃料、液态燃料和化学物质的技术。
生物质的生物化学转换包括有生物质-沼气转换和生物质-乙醇转换等。沼气转化是有机物质在厌氧环境中，通过微生物发酵产生一种以甲烷为主要成分的可燃性混合气体即沼气。乙醇转换是利用糖质、淀粉和纤维素等原料经发酵制成乙醇。
2．2 生物质能的研究进展
目前，生物质能技术的研究与开发已成为世界重大热门课题之一，受到世界各国政府与科学家的关注。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、印度的绿能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等，其中生物质能源的开发利用占有相当的比重。目前，国外的生物质能技术和装置多已达到商业化应用程度，实现了规模化产业经营，以美国、瑞典和奥地利三国为例，生物质转化为高品位能源利用已具有相当可观的规模，分别占该国一次能源
消耗量的4%、16%和10%。在美国，生物质能发电的总装机容量已超过10000兆瓦，单机容量达10～25兆瓦；美国纽约的斯塔藤垃圾处理站投资2000万美元，采用湿法处理垃圾，回收沼气，用于发电，同时生产肥料。巴西是乙醇燃料开发应用最有特的国家，实施了世界上规模最大的乙醇开发计划，目前乙醇燃料已占该国汽车燃料消费量的50%以上。美国开发出利用纤维素废料生产酒精的技术，建立了1兆瓦的稻壳发电示范工程，年产酒精2500吨。
2．3 生物质能的利用现状
生物质能分布极广、产量巨大，它具有可再生性强、清洁性好、成本低等优点。我国在“中国21世纪议程——中国21世纪人口、环境与发展白皮书” 中明确指出：中国要实现经济的快速发展，必须加强对生物质能的开发与利用。若能推广“能源农业、能源林业、能源工业”一体化发展模式来发展生物质能产业，使2020年的生物质资源总量达到15亿吨标准煤，并将其中50%的资源用于生产液体燃料，可以为我国石油市场提供2亿吨液体燃料。因此，生物质能在我国可持续发展战略中具有重要地位。android智能电视
2006年底全国已经建设农村户用沼气池1870万口，生活污水净化沼气池14万处，畜禽养殖场和工业废水沼气工程2000多处，年产沼气约90亿立方米，为近8000万农村人口提供了优质生活燃料。中国已经开发出多种固定床和流化床气化炉，以秸秆、木屑、稻壳、树枝为原料生产燃气。2006年用于木材和农副产品烘干的有800多台，村镇级秸秆气化集中供气系统近600处，年生产生物质燃气2000万立方米。
3 未来能源
为缓解世界能源供应紧张的矛盾，各国科学家都在努力研究，积极寻新能源。新能源的各种形式都是直接或者间接地来自于太阳或地球内部深处所产生的热能。包括了太阳能、风能、生物质能、地热能、核聚变能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出来的生物燃料和氢所产生的能量。随着社会经济的发展，生物质能极可能成为未来可持续发展能源系统的重要组成部分。
3．1 太阳能
太阳能一般指太阳光的辐射能量。太阳能的主要利用形式有太阳能的光热转换、光电转换以及光化学转换三种主要方式。
利用太阳能的方法主要有：太阳能电池，通过光电转换把太阳光中包含的能量转化为电能；太阳能热水器，利用太阳光的热量加热水，并利用热水发电等。
太阳能清洁环保，无任何污染，利用价值高，太阳能更没有能源短缺这一说法，其种种优点决定了其在能源更替中的不可取代的地位。
3．2 风能
风能是太阳辐射下流动所形成的。风能与其他能源相比，具有明显的优势，它蕴藏量大
，是水能的10倍，分布广泛，永不枯竭，对交通不便、远离主干电网的岛屿及边远地区尤为重要。目前风能最常见的利用形式为风力发电。风力发电目前有两种思路，水平轴风机和垂直轴风机。水平轴风机目前应用广泛，为风力发电的主流机型。截止2009年底，全球累计装机容量已经达到了1.59亿千瓦，2009年全年新增装机容量超过3千万千瓦，涨幅31.9%。从累计装机容量看，美国已累计装机3516万千瓦，稳居榜首；中国为2610万千瓦，位列全球第二。
3．3 生物质能
地球上的生物质能资源较为丰富，而且是一种无害的能源。生物质能是利用有机物质作为燃料，通过气体收集、气化、燃烧和消化作用(只限湿润废物)等技术产生能源。只要适当地执行，生物质能也是一种宝贵的可再生能源，但要看生物质能燃料是如何产生出来。目前全球范围正在炒做用玉米、小麦、食糖等粮食来制造汽油等能源来满足日益增长的需求，以及过高成本带来的过高价格。
为人类的生产和生活提供各种能力和动力的物质资源，是国民经济的重要物质基础。能源的开发和有效利用程度以及人均消费量是生产技术和生活水平的重要标志。
3．4 地热能
地球内部热源可来自重力分异、潮汐摩擦、化学反应和放射性元素衰变释放的能量等。放射性热能是地球主要热源。中国地热资源丰富，分布广泛，已有5500处地热点，地热田45个，地热资源总量约320万兆瓦。
3．5 核聚变能
核能是通过转化其质量从原子核释放的能量。核能的释放主要有三种形式：核裂变能、核聚变能、核衰变。其中核聚变能就是由两个或两个以上氢原子核（如氢的同位素—氘和氚）结合成一个较重的原
子核，同时发生质量亏损释放出的巨大能量。
凝胶珠核能的利用存在的主要问题：（1）资源利用率低，（2）反应后产生的核废料成为危害生物圈的潜在因素，其最终处理技术尚未完全解决，（3）反应堆的安全问题尚需不断监控及改进，（4）核不扩散要求的约束，即核电站反应堆中生成的钚-239受控制，（5）核电建设投资费用仍然比常规能源发电高，投资风险较大。
3．6 水能
水能是一种可再生能源，是清洁能源，是指水体的动能、势能和压力能等能量资源。广义的水能资源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量资源；狭义的水能资源指河流的水能资源，是常规能源，一次能源。地表水的流动是重要的一环，在落差大、流量大的地区，水能资源丰富。随着矿物燃料的日渐减少，水能是非常重要且前景广阔的替代资源。目前世界上水力发电还处于起步阶段。河流、潮汐、波浪以及涌浪等
水运动均可以用来发电。
可以利用电解水分子和光以及化学分解水分子的方式，来分解到可燃烧的氢气，它可作为新的，多用途的能源来替代现有的矿物质能源。水分子的分解过程简而易行，投资少见效快。这给水能的综合利
用带来了广泛的前景，在地球上，水是一种到处可见的液态物质。通过水的分解装置，制备出氢燃料，可用于汽车，航天航空，热力发电等工业和民用方面，在较大的程度上，缓解了人类对矿物质资源的过分依赖。
3．7 海洋能
海洋能指蕴藏于海水中的各种可再生能源，包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐度差能等。这些能源都具有可再生性和不污染环境等优点，是一项亟待开发利用的具有战略意义的新能源。
4 意义及展望
中国是一个人口大国，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。1998年农村生活用能总量3.65亿吨标煤，其中秸秆和薪柴为2.07亿吨标煤，占56.7%。因此发展生物质能技术，为农村地区提供生活和生产用能，是帮助这些地区脱贫致富，实现小康目标的一项重要任务。
1991年至1998年，农村能源消费总量从5.68亿吨标准煤发展到6.72亿吨标准煤，增加了18.3%，年均增长2.4%。而同期农村使用液化石油气和电炊的农户由1578万户发展到4937万户，增加了2倍多，年增长达17.7%，增长率是总量增长率的6倍多。可见随着农村经济发展和农民生活水平的提高，农村对于优质燃料的需求日益迫切。传统能源利用方式已经难以满足农村现代化需求，生物质能优质化转换利用势在必行。
闪蒸罐生物质能高新转换技术不仅能够大大加快村镇居民实现能源现代化进程，满足农民富裕后对优质能源的迫切需求，同时也可在乡镇企业等生产领域中得到应用。由于中国地广人多，常规能源不可能完全满足广大农村日益增长的需求，而且由于国际上正在制定各种有关环境问题的公约，限制二氧化碳等温室气体排放，这对以煤炭为主的我国是很不利的。因此，立足于农村现有的生物质资源，研究新型转换技术，开发新型装备既是农村发展的迫切需要，又是减少排放、保护环境、实施可持续发展战略的需要。
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