傳統(tǒng)能源，如煤、石油等的有限儲存量已無法滿足人類發(fā)展的需求，同時燃燒時排放大量有害氣體，嚴(yán)重危害著人們的健康。面對這種嚴(yán)峻的形勢，人類迫切要求尋找新型能源，既能充分供給工業(yè)發(fā)展所需的能源，同時減少對環(huán)境破壞的影響，這便是生物質(zhì)能一蘊(yùn)藏在大自然中的取之不盡、用之不竭的可再生能源。生物質(zhì)能是太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物質(zhì)體內(nèi)的一種能量形式，它以生物質(zhì)為載體，直接或間接地來源于植物的光合作用。通過對生物質(zhì)的加工，可獲得固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)燃料，在燃燒燃料過程中幾乎沒有S02的排放。我國地大物博，農(nóng)林生物質(zhì)資源數(shù)量巨大，來源廣泛，為生物質(zhì)能開發(fā)利用提供了豐富資源。
1、農(nóng)林生物質(zhì)的來源
1.1農(nóng)業(yè)生物質(zhì)的來源
農(nóng)業(yè)生物質(zhì)主要包括農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便、農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)副產(chǎn)品和能源作物等。稻谷是世界上主要的農(nóng)作物之一，而稻谷中稻殼的重量就占整體質(zhì)量的25%,而種植面積較小的花生中45%是花生殼。經(jīng)計(jì)算，干的農(nóng)產(chǎn)品中至少其自身25%的物質(zhì)將變?yōu)閺U棄物，因此農(nóng)業(yè)廢棄物是一個不可忽視的重要問題。中國是一個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，也是世界上農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)出量最大的國家，其中農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量達(dá)5.9x108t（干質(zhì)量），畜禽糞便超過4x109t，是工業(yè)有機(jī)污染物的4.1倍。隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展以及人口的不斷增加，農(nóng)業(yè)生物質(zhì)每年以5%～10%的速度遞增，如沒有對大量的農(nóng)業(yè)生物質(zhì)進(jìn)行處理，即直接丟棄或者排放到環(huán)境中，所造成的可利用資源的浪費(fèi)和對生態(tài)環(huán)境的污染影響巨大。
1.2林業(yè)生物質(zhì)的來源
林業(yè)生物質(zhì)資源主要是森林生長和林業(yè)生產(chǎn)過程提供的生物質(zhì)能源，包括薪炭林，在森林撫育和間伐作業(yè)中的零散木材，殘留樹枝、樹葉和木屑等；木材采運(yùn)和加工過程中的枝丫、鋸末、木屑等；林業(yè)副產(chǎn)品的廢棄物，如果殼和果核等。
我國林業(yè)生物質(zhì)資源豐富，森林面積列世界第5位。據(jù)2008年開展的第七次全國森林資源清查結(jié)果顯示：我國現(xiàn)有用材林面積1.283x108hm2，蓄積8.454x109m3：薪炭林面積3.4946x106hm2，蓄積7.82406x107m3；竹林面積1.07620x107hm2。林業(yè)生物質(zhì)品種豐富，具有很大發(fā)展?jié)摿�。加速林業(yè)發(fā)展，不僅可以吸收CO2，緩解氣候變化，促進(jìn)減排作用，而且發(fā)展林業(yè)生物質(zhì)能不與糧爭地，不與人爭糧，可有效增加農(nóng)民收入，促進(jìn)新農(nóng)村建設(shè)。
2、國內(nèi)外農(nóng)林生物質(zhì)利用研究現(xiàn)狀
自21世紀(jì)以來國際能源價格持續(xù)維持在高價位．世界各國均開始大力開展生物質(zhì)能源開發(fā)．多個國家已發(fā)布相關(guān)法規(guī)，為生物質(zhì)能源的開發(fā)提供支持。
美國從1979年開始采用生物質(zhì)燃料直接燃燒發(fā)電，到2010年美國生物質(zhì)能電量約為4.80x1010kWh;1980年美國明確提出以生物柴油代替化石柴油戰(zhàn)略．并出臺相關(guān)法案：2005年美國成為世界第一燃料乙醇生產(chǎn)大國．大量乙醇燃料的生產(chǎn)不僅帶動本國經(jīng)濟(jì)，也減少石油進(jìn)口量，減少支出外匯。
長期以來．巴西將推廣乙醇燃料作為國家重要能源政策之一。巴西具有遼闊的疆土，優(yōu)越的自然條件，使巴西成為甘蔗產(chǎn)量最多的國家。2002年，由甘蔗加工、提煉獲得的燃料乙醇已替代接近50%的石油，而巴西80%的石油是通過進(jìn)口而來。同時巴西蓖麻年產(chǎn)量可達(dá)2x106t．能生產(chǎn)生物柴油1.12x108L，并可為巴西民眾提供10萬個就業(yè)機(jī)會。
德國是歐盟國家中生物燃料產(chǎn)量最多的國家，為大力發(fā)展生物質(zhì)利用德國政府發(fā)布了對生物柴油生產(chǎn)企業(yè)實(shí)行全額免稅等政策，同時企業(yè)也對生物質(zhì)液化燃料生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行投資．共同推動德國生物柴油發(fā)展。德國戴姆勒一克萊斯勒公司為開發(fā)生物質(zhì)液化燃料生產(chǎn)技術(shù)投資數(shù)千萬歐元，同時還開發(fā)相應(yīng)汽車發(fā)動機(jī)改裝技術(shù)等。
中國在生物質(zhì)能利用開發(fā)起步較晚，但國家對生物質(zhì)能源利用的重視以及國家相關(guān)政策的推出，使得生物質(zhì)能源利用技術(shù)開發(fā)得到飛速發(fā)展。至2010年底，全國農(nóng)村戶用沼氣總數(shù)達(dá)到4000萬戶，年生產(chǎn)沼氣1.55x1010m3：結(jié)合解決農(nóng)村基本能源需要和改變農(nóng)村用能方式，全國建成400個左右秸稈固化成型顆粒燃料應(yīng)用示范點(diǎn)．秸稈固化成型顆粒燃料年利用量達(dá)到106t左右：燃料乙醇的生產(chǎn)達(dá)1.9x106t，富通新能源生產(chǎn)銷售的秸稈顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)專業(yè)壓制生物質(zhì)成型顆粒燃料，秸稈顆粒機(jī)如下圖所示：
3、生物質(zhì)能源的綜合利用技術(shù)
我國最廣泛的生物質(zhì)利用技術(shù)有沼氣技術(shù)、固化成型技術(shù)、秸稈氣化技術(shù)及液化技術(shù)。3.1固化成型技術(shù)
我國最早對農(nóng)林生物質(zhì)的利用主要體現(xiàn)在農(nóng)村里直接燃燒農(nóng)作物秸稈、木頭來燒飯或者加熱房間等。但直接燃燒過程中，其燃燒效率極低，能量利用率只能達(dá)到約15%左右．極大浪費(fèi)資源且對環(huán)境污染嚴(yán)重。為提高農(nóng)作物秸稈及農(nóng)林廢棄物利用率，將松散的秸稈、籽殼和農(nóng)林廢棄物經(jīng)粉碎、擠壓成為固體成型顆粒燃料。固體成型顆粒燃料具有密實(shí)度高、體積減小、熱值提高及便于儲存和運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，且可以代替煤炭燃燒，實(shí)現(xiàn)清潔燃燒，對C02減排有很大現(xiàn)實(shí)意義。
我國固化成型技術(shù)起步較晚，由于固化成型設(shè)備零部件使用壽命短．生產(chǎn)成本高等問題，發(fā)展速度緩慢。進(jìn)入21世紀(jì)后．國家設(shè)立相關(guān)研究機(jī)構(gòu)加大研究力度，出臺一系列鼓勵支持產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策法規(guī)，制定相關(guān)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)形成標(biāo)準(zhǔn)體系．加快發(fā)展固體成型技術(shù)，使成型設(shè)備日趨完善，形成成熟產(chǎn)業(yè)鏈陰。我國自主研發(fā)的成型設(shè)備有效地解決了功耗大、生產(chǎn)效率低、成型部件磨損嚴(yán)重和壽命短的問題，達(dá)到了國際先進(jìn)水平。據(jù)“2009年生物質(zhì)成型顆粒燃料設(shè)備與應(yīng)用技術(shù)國際研討會”，截止2008年底．我國農(nóng)村地區(qū)已累計(jì)推廣生物質(zhì)成型顆粒燃料示范點(diǎn)102處，成型顆粒燃料年產(chǎn)量約2x105t。2013年5月．江蘇新能源技術(shù)有限公司將3.3x107t固體成型顆粒燃料出口至日本．這標(biāo)志著我國固體成型顆粒燃料已形成規(guī)�；a(chǎn)，并成功打開國際市場。
3.2沼氣技術(shù)
沼氣為可再生清潔能源．既可以代替秸稈或薪柴等生物質(zhì)能源．也可以代替石油和煤等商品能源，而且其能源效率高于秸稈、薪柴和煤炭等。目前我國生產(chǎn)沼氣主要以畜禽和人類糞便、生活污水和農(nóng)作物秸稈為原料，在厭氧條件下，經(jīng)微生物發(fā)酵作用而產(chǎn)生可燃性混合氣體。我國沼氣的發(fā)展始于20世紀(jì)70年代，在農(nóng)村設(shè)立小型沼氣池來獲得沼氣．解決農(nóng)村地區(qū)秸稈焚燒與燃料供應(yīng)不足的問題。目前，我國沼氣產(chǎn)業(yè)基本形成，農(nóng)村地區(qū)戶用沼氣池應(yīng)用廣泛，同時設(shè)立大中型沼氣工程和生活污水凈化沼氣池。在農(nóng)村，沼氣可以用于日常生活中燒飯菜，節(jié)約煤氣等燃料費(fèi)用：可以使用沼氣發(fā)電，供照明、電氣的使用，節(jié)約電費(fèi)；沼渣可以澆肥田，節(jié)省化肥和農(nóng)藥的指出：沼液可以當(dāng)飼料添加劑等等，從而減少農(nóng)村地區(qū)日常生活開支，也可滿足偏遠(yuǎn)地區(qū)生活能源的需求。沼氣利用不僅是對廢棄物的再利用、環(huán)境保護(hù)，同時也是提供農(nóng)村地區(qū)生活能源的一種有效途徑。除戶用沼氣外，沼氣發(fā)電工程也受重視。沼氣發(fā)電是將厭氧發(fā)酵處理產(chǎn)生的沼氣用于發(fā)動機(jī)上。并裝有綜合發(fā)電裝置，以產(chǎn)生電能和熱能技術(shù)。沼氣發(fā)電具有創(chuàng)效、節(jié)能、安全和環(huán)保等特點(diǎn)，是一種分布廣泛且價廉的分布式能源。
3.3秸稈氣化
我國農(nóng)田面積廣闊．2012年我國農(nóng)作物秸稈產(chǎn)能規(guī)模達(dá)到109t，秸稈資源量非常豐富。而對數(shù)量龐大的秸稈，傳統(tǒng)處理方法是直接堆積焚燒。隨著能源危機(jī)的出現(xiàn)以及環(huán)境污染的惡化，農(nóng)作物秸稈利用日趨受到人們的重視。秸稈中含有豐富的能源．加以其數(shù)量之大，發(fā)展秸稈利用技術(shù)，不僅為人類提供新型可再生、清潔能源，同時可以減少因焚燒引起的環(huán)境污染，還可提高農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入。秸稈氣化技術(shù)是秸稈利用技術(shù)之一，是在厭氧或缺氧條件下．經(jīng)過熱化學(xué)反應(yīng)將原先固體秸稈轉(zhuǎn)化為效率更高、便于使用的氣體燃料，實(shí)現(xiàn)能源高效清潔利用。
從20世紀(jì)70年代開始，我國政府及科技人員對生物質(zhì)氣化技術(shù)一直倍加關(guān)注，通過引進(jìn)、吸收國外先進(jìn)設(shè)備及技術(shù)，我國生物質(zhì)氣化技術(shù)發(fā)展也較快速。我國現(xiàn)應(yīng)用廣泛的氣化爐是以空氣為氣化劑的流化床氣化爐，直至2007年我國建設(shè)秸稈氣化集中供應(yīng)站約為886處。
我國通過引進(jìn)、消化和吸收國外先進(jìn)技術(shù)加以創(chuàng)新并舉，研制出多種氣化發(fā)電設(shè)備，但與發(fā)達(dá)國外相比，我國生物質(zhì)氣化技術(shù)始終處于相對落后水平。因此如何利用我國現(xiàn)有技術(shù)，開發(fā)經(jīng)濟(jì)上可行、效率較高的系統(tǒng)是目前我國發(fā)展生物質(zhì)氣化發(fā)電的關(guān)鍵。
3.4燃料乙醇技術(shù)
燃料乙醇是添加變性劑進(jìn)行變性處理后，可以混入汽油用作車用點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)燃料的無水乙醇．其乙醇體積含量不小于92.10%。在國際油價居高不下和日趨嚴(yán)重的環(huán)境污染背景下，燃料乙醇的生產(chǎn)與應(yīng)用受到廣泛重視。
中國燃料乙醇發(fā)展始于20世紀(jì)90年代，但在短短幾年時間里中國燃料乙醇生產(chǎn)能力已躍居世界第三，僅次于美國和巴西。與美國和巴西相比，中國的燃料乙醇主要以玉米為原料．其主要原因是20世紀(jì)末我國出現(xiàn)玉米過剩、糧食倉儲壓力大、農(nóng)民收入降低現(xiàn)象，為此，國家大力支持以玉米為原料生產(chǎn)的燃料乙醇的發(fā)展。之后促進(jìn)燃料乙醇發(fā)展的國家政策及補(bǔ)貼政策發(fā)布，加快了我國燃料乙醇發(fā)展步伐．2006年燃料乙醇產(chǎn)量達(dá)到3xl06t左右．乙醇汽油已占汽油消費(fèi)量的20%左右，每年節(jié)省106t汽油。但隨著燃料乙醇迅速發(fā)展，對玉米大量需求導(dǎo)致玉米價格上漲，糧食安全受到威脅。面臨燃料乙醇行業(yè)“與人爭糧”的問題，2006年政府又緊急發(fā)布文件抑制以糧食為原料的燃料乙醇的超速發(fā)展．提出“非糧為主”的乙醇生產(chǎn)方案。在“非糧為主”的乙醇生產(chǎn)要求下，以農(nóng)林廢棄物等木質(zhì)纖維素為原料的第二代燃料乙醇技術(shù)成為研發(fā)重點(diǎn)。纖維素酶是降解纖維素成為葡萄糖單體所需的一組酶的總稱．纖維素酶具有水解的條件溫和、能量消耗小、糖轉(zhuǎn)化率高、無腐蝕環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，但也存在著反應(yīng)速率慢、生產(chǎn)周期長、成本高等缺點(diǎn)。因此，今后的研究工作中如何降低纖維素酶的生產(chǎn)成本是纖維素乙醇工業(yè)化發(fā)展所需克服的最大技術(shù)難點(diǎn)。
3.5生物柴油
生物柴油是由油料作物、野生油料植物和I程微藻等水生植物油質(zhì)以及動物油脂、餐飲垃圾油等為原料油通過酶交換工藝制成的可代替石化柴油的可再生性柴油燃料。生物柴油在潤滑性能、安全性能、燃料性能、發(fā)動機(jī)啟動性能等方面具有明顯的優(yōu)勢，且可單獨(dú)或與石化柴油調(diào)配使用，從而減少油耗，增強(qiáng)動力性能，減少尾氣污染等。作為最典型的“綠色能源”，生物柴油產(chǎn)業(yè)受到廣泛重視。
早在“八五”期間，我國就對生物柴油的生產(chǎn)進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)與研究，但長期處于初級研究階段，并未獲得實(shí)質(zhì)性成果。自2003年石油價格的猛漲以及我國石油凈進(jìn)口量達(dá)到108t的局面促使我國加快生物柴油發(fā)展步伐。在借鑒發(fā)達(dá)國家生物柴油產(chǎn)業(yè)的技術(shù)、裝備、政策等基礎(chǔ)上，我國生物柴油技術(shù)已獲得重大成果。目前，我國生物柴油生產(chǎn)主要以大豆、菜籽、工業(yè)級餐飲廢油脂等為原料，通過酯交換反應(yīng)獲得生物柴油。除此之外，以小桐子、黃連木等油料作物為原料生產(chǎn)生物柴油符合我國提倡可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃思想。酯交換反應(yīng)過程中往往存在一些難以解決的問題，如工藝復(fù)雜、難以去除產(chǎn)品中含有的甘油、產(chǎn)生二次污染等問題。為解決以上問題，提出一種新型的、具有經(jīng)濟(jì)和生態(tài)意義的生物柴油技術(shù)，即工程微藻法。工程微藻中使用的微藻生產(chǎn)能力高，是陸生植物單產(chǎn)油脂的幾十倍．采用海水作為其天然培養(yǎng)基可節(jié)約農(nóng)業(yè)資源，而且生產(chǎn)的生物柴油不含硫，燃燒時不排放有毒氣體，對環(huán)境無污染。在眾多生物質(zhì)能源中，微藻生物柴油具有不與人爭糧、不與糧爭地、不與畜爭料、不與農(nóng)爭利的無可比擬的獨(dú)特優(yōu)勢，因此工程微藻法是今后生產(chǎn)生物柴油的發(fā)展趨勢。
4、存在問題
農(nóng)林生物質(zhì)能源的利用不僅可以減少對傳統(tǒng)石化能源的依賴以及燃燒引起的硫化物、一氧化碳等危害氣體對生態(tài)環(huán)境及人類健康的危害，同時可減少農(nóng)林廢棄物的堆放導(dǎo)致的生態(tài)污染等問題。但在發(fā)展農(nóng)林生物質(zhì)能源過程中，存在一些不可忽視的問題：
1)農(nóng)林生物質(zhì)資源非常豐富，但具有能量密度低、分布分散等問題，因此將農(nóng)林生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為固體、液體或氣體燃料之前均需做好前期工作，即秸稈、林業(yè)廢棄物等生物質(zhì)的集中回收及運(yùn)輸?shù)取Ｓ捎诨厥占斑\(yùn)輸成本相當(dāng)高，導(dǎo)致生物質(zhì)能源的生產(chǎn)成本普遍較高，使生物質(zhì)能源的發(fā)展受到很大限制。
2)我國在生物質(zhì)利用方面起步較晚，現(xiàn)處于發(fā)展階段．投入新能源生產(chǎn)的設(shè)備及核心技術(shù)等大部分依賴進(jìn)口，國產(chǎn)化程度不高。同時，我國缺乏從事生物質(zhì)能源研究的專業(yè)人才及專業(yè)機(jī)構(gòu)，導(dǎo)致我國生物質(zhì)能源開發(fā)技術(shù)發(fā)展緩慢。
3)隨著生物質(zhì)能受到人們關(guān)注．越來越多的企業(yè)將加入開發(fā)生物質(zhì)能源行列．同時生物質(zhì)能源產(chǎn)量將在未來大幅增長，對生物質(zhì)資源的需求也大幅增長，包括提煉生物燃料所需大量玉米、甘蔗等農(nóng)產(chǎn)品及林業(yè)資源，如木材等。隨著生物質(zhì)資源的不斷發(fā)展，“與人爭糧”及與工業(yè)爭資源的現(xiàn)象將越來越明顯，將產(chǎn)生糧食短缺或糧食價格猛漲。同時，全世界水源在逐漸減少，隨著大量生物質(zhì)資源的種植將使缺水現(xiàn)象更明顯、突出。
5、結(jié)論
我國是一個農(nóng)業(yè)大國．具有豐富的農(nóng)林生物質(zhì)資源，如何有效利用農(nóng)林生物質(zhì)，將“廢”變“寶”具有重要意義。生物質(zhì)能源的開發(fā)不僅減少對傳統(tǒng)石化燃料的依賴及消耗，也可以減少生物質(zhì)資源的能源浪費(fèi)以及堆放、廢棄而導(dǎo)致的環(huán)境污染，是一項(xiàng)公益項(xiàng)目。由于生物質(zhì)能源具有可再生性、燃燒時排放少量毒害氣體等優(yōu)點(diǎn)．發(fā)展生物質(zhì)能源在保護(hù)環(huán)境的前提下，可以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和保護(hù)國家能源及安全。因此，在我國發(fā)展生物質(zhì)能源是非常必要的，但發(fā)展生物質(zhì)能源過程中.應(yīng)充分考慮伴隨生物質(zhì)能源發(fā)展產(chǎn)生的多重因素，客觀、全面分析好本國現(xiàn)狀，根據(jù)國情制定政策，更合理有效地開發(fā)和利用生物質(zhì)能源，從而確�？沙掷m(xù)發(fā)展。
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