摘要：當前世界正面臨著嚴重的化石能源危機，生物質能源發展已受到越來越多國家的關注。文章綜述了生物燃氣、生物液體燃料、微藻能源、
固體成型顆粒燃料等生物質能源技術的主要進展，分析了我國生物質能源產業發展中出現的一些問題，并基于此提出了完善和修改生物質能源產品價格補貼、強制性生物質液體燃料收購、鼓勵生物質液體燃料消費等激勵政策，設立專項加快開發和應用具有自主知識產權的國產化技術，以及大力度發展非糧生物質能源和利用邊際土地建立生物質能源基地等政策建議，富通新能源生產銷售的
木屑顆粒機、
木屑制粒機壓制的顆粒燃料如下所示：
關鍵詞：中國；生物質能源；發展現狀；存在的問題；建議
1、當前世界能源結構的新變化和新挑戰
1.1全球化石能源供應面臨嚴重危機據統計，目前世界總人口數量約為70億人，比20世紀末期增加了2倍多，而能源消費卻增加了16倍多，其中，化石能源約占全球能源使用總量的85%以上。截至2011年年底，全球石油探明儲量為1.6526萬億桶，按照目前開采速度，僅可供開采45.7年；2011年，世界煤炭探明儲量為8 609.38億t，可以滿足112年的全球生產需求；2011年，世界天然氣儲量為208.4萬億m3，可以保證全球63.6年的產需求。由此可見，目前全世界最為依賴的化石能源將日趨枯竭，人類正面臨著嚴重的能源危機。
1.節能減排對全球整體能源結構帶來重大影響能源開發和利用與自然環境息息相關，能源結構及燃料使用效率直接關系二氧化碳排放量的多與少。三大化石能源的使用造成了二氧化碳排放量呈幾何數量的增長，致使全球大范圍氣候異常和局部氣候失衡的情況頻頻發生。而生物質燃料的二氧化碳凈排放量僅為化石燃料的5%，如果能夠利用非糧食用地大量種植能源植物，逐步實現生物質燃料的規模化生產，按照年產1億t計算，可以有效實現5.5%的二氧化碳減排目標。因此，大力推進生物質能源產業發展，優化世界能源結構勢在必行。
1.3可持續發展的需求催生生物質能源產業
自20世紀70年代以來，可持續發展思想逐步成為國際社會共識。以生物質能源為代表的可再生能源，不僅能為人類提供能量和物質性生產所需原料，還是一種環境友好型能源。如果將生物質資源轉化為潔凈燃料和化工原料以部分替代石油等化石燃料，可使人類擺脫對有限化石資源的過度依賴。基于以上優勢，生物質能源產業已經在世界范圍內快速發展，尤其隨著國際石油價格的波動以及碳排放硬約束的生效，生物質能源的利用和發展得到世界越來越多國家的關注。
2、國內外生物質能源技術開發的主要進展
2.1生物燃氣德國、丹麥和瑞典是當前世界上生物燃氣工程技術最發達的國家，其規模化沼氣工程大都采用高濃度糞草混合原料，中溫發酵、高效率工藝運行，已實現設計標準化、裝備專業化和運行自動化，并能實現常年穩定運行；其應用領域業也逐漸從熱電聯產向沼氣純化提質壓縮，用于車用燃氣和并人天然氣管網方向發展。近年來，我國沼氣工程得到了全面發展，截至2008年全國大型沼氣工程2761處，年產沼氣約2.7億m3。幾乎所有常規的和高效的厭氧發酵工藝在我國都有示范應用，如完全混合式厭氧反應器( CSTR)、厭氧擋板反應器(ABR)、厭氧復合反應器(UBF)、上流式厭氧污泥床(UASB)、升流式固體床(USR)等。由于大部分沼氣工程未實施熱電聯產，工程運行效果受環境溫度影響較大，常年運行穩定性差。此外，中高溫恒溫發酵、高濃度發酵和干發酵等工藝在實際生產中應用較少。
2.2生物液體燃料
1)燃料乙醇。美國燃料乙醇主要以玉米為原料，在發酵、分離技術和綜合利用方面尤為領先。2000—2005年，美國的燃料乙醇年產量從470萬t增加到1100多萬t，生物柴油產量超過100萬t，產能則達到500萬t。此外，國際上不少國家和企業正在探索利用纖維素原料生產燃料乙醇和生物質合成燃料技術。我國燃料乙醇發展較快，如吉林燃料乙醇公司擴建成為國內最大的乙醇生產企業，產能達50萬t／年；廣西也建立了年產20萬t木薯乙醇的工業化裝置；上海奉賢建立了以稀酸水解工藝為主，年產燃料乙醇600 t的示范工廠；河南天冠集團已將可發酵單糖的得率提高到44.5%，糖醇轉化率提高到45 010以上。“十一五”期間，在國家科技計劃支持下，我國的生物質高效降解專用微生物篩選與構建技術取得重要進展，縮短了半纖維素水解為木糖的時間，降低了酸濃度，微波輔助法可使傳統纖維素的酸水解溫度從225℃降低到80℃；研制了專用于高濃度纖維素酶解的膜反應器，酶解時間可從5天縮短到2天，纖維素轉化率則從76010提高到86qo，提高了纖維素的酶解效率；木質纖維素生產功能糖產品及其綜合利用成效顯著，建成了年產10 000 t木糖（醇）生產線，實現了工業化生產。
2)生物柴油。總體來看，目前生物柴油生產的主要技術還是化學酯交換法，主要使用液體催化劑。其中，應用液體堿催化法必須嚴格脫除原料油中的游離酸和水分，避免催化劑失活而影響酯交換效率；應用液體酸催化法，雖可使少量水分和游離酸不影響產率，但甲醇和副產物丙三醇成乳化相很難分離，且酸易腐蝕設備。此外，液體酸堿催化工藝的環境友好性差，且液體酸堿法均需要工藝后分離過程，不利于生產的高效進行。由于生物柴油綠色轉化工藝的要求，固體酸堿催化劑及連續化、干洗等先進生產工藝正成為生物柴油技術的發展趨勢，國外正在開展大量的研究工作，并取得了一定突破。近年來，我國生物柴油技術取得多項突破。例如，中國農科院油料所研發了共沸蒸餾酯化一甲酯化生物柴油轉化技術；卓越新能源公司研制了新型催化劑和管式連續甲酯化生產裝置，實現油脂中脂肪酸三甘酯和脂肪酸的甲酯化反應連續進行，使98 010以上的廢動植物油脂轉化為生物柴油，并建設了年產12萬t生物柴油生產基地；北京化工大學研發了酯化專用脂肪酶技術，酶活已達到8 000 IU/mL，超過了國際上脂肪酶的壟斷企業丹麥NOVOZYMES公司，并研制了全球第一套年產200 t酶法生物柴油中試裝置。
3)其他液體燃料。生物質快速熱裂解液化技術是當今世界可再生能源發展領域中的前沿技術之一。20世紀80年代初期，加拿大研制出流化床反應器快速熱裂解技術，隨后，美國開發出渦動燒蝕熱裂解反應器，對該技術起到了推動作用。近年來，加拿大Dynamotive公司在安大略省建立了較大規模的生物質快速熱解制取生物油工廠，每年可處理6.6萬t干生物質，年生產生物油約為3.5萬t。我國于20世紀90年代開始該項研究，沈陽農業大學最先利用從荷蘭引進的旋轉錐式熱解反應器，在國內較早開展了生物質裂解液化研究；浙江大學利用流化床反應器開展了稻稈和木屑裂解制取生物油的試驗研究，并用GC-MS聯用技術定量分析了生物燃油的主要成分；山東理工大學研制了陶瓷球熱載體加熱下降管生物質裂解液化裝置，加工能力達到200 kg/h；中國科技大學利用裂解副產物炭粉和可燃氣燃燒釋放的熱量為裂解提供熱源，實現了自熱式裂解液化，并于2007年在合肥建成了一套生物質裂解液化裝置，2008年成功研發了第二代生物質裂解液化技術。
2.3微藻能源 目前，全世界有150多家能源微藻公司，僅美國就先后成立了50多家能源微藻公司進行能源微藻的研究開發工作。目前，微藻生物柴油的技術研發集中在三個方面：高效固碳的高含油量并能適應環境條件的微藻選育；規模化培養產油微藻光生物反應系統研制；微藻收集、油脂提取和微藻生物柴油生產工藝。但如何獲得高細胞密度和高油脂含量的微藻細胞培養技術是國內外面臨的共同難題，它代表著微藻生物能源產業和研發項目的核心力。我國微藻的研究是從利用微藻模擬石油形成開始的，為了解決微藻生長速率和油脂含量同步提高這一難題，清華大學創新了一種微藻異養發酵生產生物柴油的技術，使細胞中性油脂含量在達到50.3%的同時，細胞密度達到51.2 g/L，創造了中性油脂含量乘以細胞密度的世界最高產量指標，油脂產量的提高實際上也降低了細胞培養相應成本，提高了該技術工業化生產的經濟性。在此基礎上，還創新了一種微藻光合發酵新模型，通過代謝工程將上述兩種技術路線的優勢（固碳減排和吸收太陽能+高油脂產量和降低成本）合并起來，把世界最高微藻油脂產量紀錄又提高了1倍多。
2.4固體成型顆粒燃料生物質固體成型顆粒燃料在歐美等國已經基本進入產業化、規模化發展階段，在北歐地區應用較多。瑞典顆粒燃料年使用量為150萬t，丹麥年消費成型顆粒燃料達70萬t，泰國等亞洲國家也對這項技術相當重視，建成了不少生物質固化工廠。我國對此的研究始于20世紀80年代，截至2009年年底，我國已形成生物質成型顆粒燃料工廠200余家，年產量超過100萬t。
2.5直燃發電在歐美發達國家，生物質直接燃燒發電占可再生能源發電量的70%，單機規模大多在20M～50 MW，系統發電效率在20%~30 010左右。美國在利用生物質能發電方面處于世界領先地位，目前發電裝機容量已達10.5GW．70%為生物質一煤混合燃燒工藝，預計到2015年裝機容量將達16.3 CW。歐洲等國的生物質直接燃燒發電技術比較成熟，丹麥BWE公司率先研發秸稈生物質燃燒發電技術，于1988年建立了世界上第一座秸稈燃燒發電廠，目前該技術在這一領域仍處于世界領先地位。我國目前
已建和在建的生物質直燃電廠主要靠引進國外技術缺乏自主知識產權的先進技術和設備，導致投資成本高。鑒于此，我國也開展了生物質直燃發電設備的自主研發，并取得了明顯進展，江蘇宿遷市建成投產的秸稈直燃發電項目為我國首臺采用完全自主知識產權技術設備的生物質直燃發電項目。此外，部分鍋爐生產企業研制開發了一些小型的木柴（木屑）鍋爐、甘蔗渣鍋爐等，這些鍋爐可應用于生物質燃燒，但應用于大型的直燃發電鍋爐仍有待進一步深入研究。
3、制約我國生物質能源產業發展的主要問題
3.1資源“瓶頸”目前，我國生物質能源產業面臨著極大的原料供應問題。例如，發酵原料來源單一，限制了沼氣工程的規模化；非糧原料無法全年供應，影響了非糧乙醇生產全年均衡生產；而陳化糧等糖類原料產量有限，難以支撐龐大的乙醇燃料工業體系；生物柴油也面臨缺乏適宜非糧邊際土地及相適應植物新品種，尚無提供大量原料能力的尷尬境地。要根據技術發展分階段、分等級實現生物質資源的多元化利用，近期以廢棄物綜合利用為主，中期以廢棄物和能源作物為主，遠期以能源植物或藻類資源為主，使其開發利用達到最大化。
3.2技術障礙 國內沼氣工程技術和裝備水平相對落后，基本采用濕發酵工藝，沼氣高值化利用發展緩慢；非糧乙醇技術“瓶頸”還沒有突破，一是乙醇濃度低、發酵時間長、發酵效率低，二是原料綜合利用有待提高；纖維素制燃料乙醇均未達到商業化水平。其原因在于工藝過程復雜，濃酸水解所需酸濃度高、反應時間長、成本高；稀酸水解對設備要求高，反應副產物多，對發酵有抑制作用。酶水解缺乏高效的預處理技術和合適的纖維素酶。缺乏高效發酵半纖維素水解產物—五碳糖菌種；生物酶法制備生物柴油目前也存在著一些亟待解決的問題，脂肪酶對短鏈脂肪醇轉化率低，一般僅為40%～60%；甲醇和乙醇對酶有一定的毒性，容易使酶失活；副產物甘油和水難以回收。短鏈脂肪醇和甘油的存在都影響酶的反應活性及穩定性，使固化酶的使用壽命大大縮短。同時，生物柴油產品耐低溫抗氧化使用性能差，本身和其副產物高附加值利用開發精細化學品技術落后，導致產品經濟性不高，市場接受能力弱。
3.3產業模式是管理模式存在缺陷，缺乏科學的原料評價體系以及技術規范，生物柴油無法進入運輸燃料系統；二是項目模式有待改進，對小型項目配套政策沒有跟上，使其操作成本高，立項過程復雜；三是經營模式不夠完善，民間資本難以進入，投資風險比較高。
4、推動我國生物質能源產業發展的政策建議
4.1將生物質能源置于保障國家能源安全的高度給予支持 生物質對我國能源和資源供應戰略安全有著重要意義，應將其放在保障國家安全的戰略高度給予支持，并在政策上給予一定的傾斜。此外，建議根據生物質能源產業發展的需要，對相關激勵政策進行完善和修改，把與能源生產有關的環境成本和社會成本全部考慮進去，實行全成本定價辦法，制定合理的生物質能源產品價格補貼政策、強制性生物質液體燃料收購政策、鼓勵生物質液體燃料消費的政策；同時，根據生物質能適合于分散利用的主要特點，制定全面合理的鼓勵政策，制定鼓勵終端用戶和分散并網電價，以及制定支持中小型生物質能源項目的CDM操作辦法。
4.2著力于加強生物質能源科技創新生物質能是我國未來可持續發展的重要可再生能源之一，其產業化過程是長期持久的，因此，擁有相關自主知識產權的核心技術是穩步可持續發展的關鍵。政府應鼓勵國產化技術的推廣，對采用國產化技術的單位進行補助，調動其自主技術研發和應用的積極性，建議設立專項資金支持生物質能源的技術創新，從根本上奠定生物質能源大規模替代的基礎工作；建立專項資金為中小型生物質能企業提供政策性擔保，支持生物質能源的產業化進程，推動分散式生物質能源產業體系的形成。
4.3充分利用邊際土地，積極發展非糧生物質能源隨著世界生物質能源產業的快速發展，糧食類原料作物的用量以及價格與日俱增，原料的功能與產量成為制約生物質能源產業進一步發展的“瓶頸”。因此，要積極利用邊際土地，發展非糧生物質能源，建議建設一批以木薯（華南）、甘薯（華中、西南）、甘薯與甜高梁（華北、華東）、能源草（華南）為原料的非糧生物質氣體燃料、液體燃料生產基地。
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