關(guān)鍵詞：中國；生物質(zhì)能源；發(fā)展現(xiàn)狀；存在的問題；建議1、當(dāng)前世界能源結(jié)構(gòu)的新變化和新挑戰(zhàn)
1.1全球化石能源供應(yīng)面臨嚴(yán)重危機(jī)據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前世界總?cè)丝跀?shù)量約為70億人，比20世紀(jì)末期增加了2倍多，而能源消費(fèi)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(chǔ)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(chǔ)量為8 609.38億t，可以滿足112年的全球生產(chǎn)需求；2011年，世界天然氣儲(chǔ)量為208.4萬億m3，可以保證全球63.6年的產(chǎn)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(yán)重的能源危機(jī)。
1.節(jié)能減排對(duì)全球整體能源結(jié)構(gòu)帶來重大影響能源開發(fā)和利用與自然環(huán)境息息相關(guān)，能源結(jié)構(gòu)及燃料使用效率直接關(guān)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(shù)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(fā)生。而生物質(zhì)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(shí)現(xiàn)生物質(zhì)燃料的規(guī)模化生產(chǎn)，按照年產(chǎn)1億t計(jì)算，可以有效實(shí)現(xiàn)5.5%的二氧化碳減排目標(biāo)。因此，大力推進(jìn)生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，優(yōu)化世界能源結(jié)構(gòu)勢在必行。
1.3可持續(xù)發(fā)展的需求催生生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)
自20世紀(jì)70年代以來，可持續(xù)發(fā)展思想逐步成為國際社會(huì)共識(shí)。以生物質(zhì)能源為代表的可再生能源，不僅能為人類提供能量和物質(zhì)性生產(chǎn)所需原料，還是一種環(huán)境友好型能源。如果將生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)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(duì)有限化石資源的過度依賴。基于以上優(yōu)勢，生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)已經(jīng)在世界范圍內(nèi)快速發(fā)展，尤其隨著國際石油價(jià)格的波動(dòng)以及碳排放硬約束的生效，生物質(zhì)能源的利用和發(fā)展得到世界越來越多國家的關(guān)注。
2、國內(nèi)外生物質(zhì)能源技術(shù)開發(fā)的主要進(jìn)展
2.1生物燃?xì)獾聡⒌満腿鸬涫钱?dāng)前世界上生物燃?xì)夤こ碳夹g(shù)最發(fā)達(dá)的國家，其規(guī)模化沼氣工程大都采用高濃度糞草混合原料，中溫發(fā)酵、高效率工藝運(yùn)行，已實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、裝備專業(yè)化和運(yùn)行自動(dòng)化，并能實(shí)現(xiàn)常年穩(wěn)定運(yùn)行；其應(yīng)用領(lǐng)域業(yè)也逐漸從熱電聯(lián)產(chǎn)向沼氣純化提質(zhì)壓縮，用于車用燃?xì)夂筒⑷颂烊粴夤芫W(wǎng)方向發(fā)展。近年來，我國沼氣工程得到了全面發(fā)展，截至2008年全國大型沼氣工程2761處，年產(chǎn)沼氣約2.7億m3。幾乎所有常規(guī)的和高效的厭氧發(fā)酵工藝在我國都有示范應(yīng)用，如完全混合式厭氧反應(yīng)器( CSTR)、厭氧擋板反應(yīng)器(ABR)、厭氧復(fù)合反應(yīng)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(shí)施熱電聯(lián)產(chǎn)，工程運(yùn)行效果受環(huán)境溫度影響較大，常年運(yùn)行穩(wěn)定性差。此外，中高溫恒溫發(fā)酵、高濃度發(fā)酵和干發(fā)酵等工藝在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)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(fā)酵、分離技術(shù)和綜合利用方面尤為領(lǐng)先。2000—2005年，美國的燃料乙醇年產(chǎn)量從470萬t增加到1100多萬t，生物柴油產(chǎn)量超過100萬t，產(chǎn)能則達(dá)到500萬t。此外，國際上不少國家和企業(yè)正在探索利用纖維素原料生產(chǎn)燃料乙醇和生物質(zhì)合成燃料技術(shù)。我國燃料乙醇發(fā)展較快，如吉林燃料乙醇公司擴(kuò)建成為國內(nèi)最大的乙醇生產(chǎn)企業(yè)，產(chǎn)能達(dá)50萬t／年；廣西也建立了年產(chǎn)20萬t木薯乙醇的工業(yè)化裝置；上海奉賢建立了以稀酸水解工藝為主，年產(chǎn)燃料乙醇600 t的示范工廠；河南天冠集團(tuán)已將可發(fā)酵單糖的得率提高到44.5%，糖醇轉(zhuǎn)化率提高到45 010以上。“十一五”期間，在國家科技計(jì)劃支持下，我國的生物質(zhì)高效降解專用微生物篩選與構(gòu)建技術(shù)取得重要進(jìn)展，縮短了半纖維素水解為木糖的時(shí)間，降低了酸濃度，微波輔助法可使傳統(tǒng)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(yīng)器，酶解時(shí)間可從5天縮短到2天，纖維素轉(zhuǎn)化率則從76010提高到86qo，提高了纖維素的酶解效率；木質(zhì)纖維素生產(chǎn)功能糖產(chǎn)品及其綜合利用成效顯著，建成了年產(chǎn)10 000 t木糖（醇）生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。
2)生物柴油。總體來看，目前生物柴油生產(chǎn)的主要技術(shù)還是化學(xué)酯交換法，主要使用液體催化劑。其中，應(yīng)用液體堿催化法必須嚴(yán)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(yīng)用液體酸催化法，雖可使少量水分和游離酸不影響產(chǎn)率，但甲醇和副產(chǎn)物丙三醇成乳化相很難分離，且酸易腐蝕設(shè)備。此外，液體酸堿催化工藝的環(huán)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(chǎn)的高效進(jìn)行。由于生物柴油綠色轉(zhuǎn)化工藝的要求，固體酸堿催化劑及連續(xù)化、干洗等先進(jìn)生產(chǎn)工藝正成為生物柴油技術(shù)的發(fā)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(shù)取得多項(xiàng)突破。例如，中國農(nóng)科院油料所研發(fā)了共沸蒸餾酯化一甲酯化生物柴油轉(zhuǎn)化技術(shù)；卓越新能源公司研制了新型催化劑和管式連續(xù)甲酯化生產(chǎn)裝置，實(shí)現(xiàn)油脂中脂肪酸三甘酯和脂肪酸的甲酯化反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，使98 010以上的廢動(dòng)植物油脂轉(zhuǎn)化為生物柴油，并建設(shè)了年產(chǎn)12萬t生物柴油生產(chǎn)基地；北京化工大學(xué)研發(fā)了酯化專用脂肪酶技術(shù)，酶活已達(dá)到8 000 IU/mL，超過了國際上脂肪酶的壟斷企業(yè)丹麥NOVOZYMES公司，并研制了全球第一套年產(chǎn)200 t酶法生物柴油中試裝置。
3)其他液體燃料。生物質(zhì)快速熱裂解液化技術(shù)是當(dāng)今世界可再生能源發(fā)展領(lǐng)域中的前沿技術(shù)之一。20世紀(jì)80年代初期，加拿大研制出流化床反應(yīng)器快速熱裂解技術(shù)，隨后，美國開發(fā)出渦動(dòng)燒蝕熱裂解反應(yīng)器，對(duì)該技術(shù)起到了推動(dòng)作用。近年來，加拿大Dynamotive公司在安大略省建立了較大規(guī)模的生物質(zhì)快速熱解制取生物油工廠，每年可處理6.6萬t干生物質(zhì)，年生產(chǎn)生物油約為3.5萬t。我國于20世紀(jì)90年代開始該項(xiàng)研究，沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)最先利用從荷蘭引進(jìn)的旋轉(zhuǎn)錐式熱解反應(yīng)器，在國內(nèi)較早開展了生物質(zhì)裂解液化研究；浙江大學(xué)利用流化床反應(yīng)器開展了稻稈和木屑裂解制取生物油的試驗(yàn)研究，并用GC-MS聯(lián)用技術(shù)定量分析了生物燃油的主要成分；山東理工大學(xué)研制了陶瓷球熱載體加熱下降管生物質(zhì)裂解液化裝置，加工能力達(dá)到200 kg/h；中國科技大學(xué)利用裂解副產(chǎn)物炭粉和可燃?xì)馊紵尫诺臒崃繛榱呀馓峁嵩矗瑢?shí)現(xiàn)了自熱式裂解液化，并于2007年在合肥建成了一套生物質(zhì)裂解液化裝置，2008年成功研發(fā)了第二代生物質(zhì)裂解液化技術(shù)。
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(jìn)行能源微藻的研究開發(fā)工作。目前，微藻生物柴油的技術(shù)研發(fā)集中在三個(gè)方面：高效固碳的高含油量并能適應(yīng)環(huán)境條件的微藻選育；規(guī)模化培養(yǎng)產(chǎn)油微藻光生物反應(yīng)系統(tǒng)研制；微藻收集、油脂提取和微藻生物柴油生產(chǎn)工藝。但如何獲得高細(xì)胞密度和高油脂含量的微藻細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)是國內(nèi)外面臨的共同難題，它代表著微藻生物能源產(chǎn)業(yè)和研發(fā)項(xiàng)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(xué)創(chuàng)新了一種微藻異養(yǎng)發(fā)酵生產(chǎn)生物柴油的技術(shù)，使細(xì)胞中性油脂含量在達(dá)到50.3%的同時(shí)，細(xì)胞密度達(dá)到51.2 g/L，創(chuàng)造了中性油脂含量乘以細(xì)胞密度的世界最高產(chǎn)量指標(biāo)，油脂產(chǎn)量的提高實(shí)際上也降低了細(xì)胞培養(yǎng)相應(yīng)成本，提高了該技術(shù)工業(yè)化生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。在此基礎(chǔ)上，還創(chuàng)新了一種微藻光合發(fā)酵新模型，通過代謝工程將上述兩種技術(shù)路線的優(yōu)勢（固碳減排和吸收太陽能+高油脂產(chǎn)量和降低成本）合并起來，把世界最高微藻油脂產(chǎn)量紀(jì)錄又提高了1倍多。
2.4固體成型顆粒燃料生物質(zhì)固體成型顆粒燃料在歐美等國已經(jīng)基本進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化發(fā)展階段，在北歐地區(qū)應(yīng)用較多。瑞典顆粒燃料年使用量為150萬t，丹麥年消費(fèi)成型顆粒燃料達(dá)70萬t，泰國等亞洲國家也對(duì)這項(xiàng)技術(shù)相當(dāng)重視，建成了不少生物質(zhì)固化工廠。我國對(duì)此的研究始于20世紀(jì)80年代，截至2009年年底，我國已形成生物質(zhì)成型顆粒燃料工廠200余家，年產(chǎn)量超過100萬t。
2.5直燃發(fā)電在歐美發(fā)達(dá)國家，生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電占可再生能源發(fā)電量的70%，單機(jī)規(guī)模大多在20M～50 MW，系統(tǒng)發(fā)電效率在20%~30 010左右。美國在利用生物質(zhì)能發(fā)電方面處于世界領(lǐng)先地位，目前發(fā)電裝機(jī)容量已達(dá)10.5GW．70%為生物質(zhì)一煤混合燃燒工藝，預(yù)計(jì)到2015年裝機(jī)容量將達(dá)16.3 CW。歐洲等國的生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電技術(shù)比較成熟，丹麥BWE公司率先研發(fā)秸稈生物質(zhì)燃燒發(fā)電技術(shù)，于1988年建立了世界上第一座秸稈燃燒發(fā)電廠，目前該技術(shù)在這一領(lǐng)域仍處于世界領(lǐng)先地位。我國目前
已建和在建的生物質(zhì)直燃電廠主要靠引進(jìn)國外技術(shù)缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，導(dǎo)致投資成本高。鑒于此，我國也開展了生物質(zhì)直燃發(fā)電設(shè)備的自主研發(fā)，并取得了明顯進(jìn)展，江蘇宿遷市建成投產(chǎn)的秸稈直燃發(fā)電項(xiàng)目為我國首臺(tái)采用完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)設(shè)備的生物質(zhì)直燃發(fā)電項(xiàng)目。此外，部分鍋爐生產(chǎn)企業(yè)研制開發(fā)了一些小型的木柴（木屑）鍋爐、甘蔗渣鍋爐等，這些鍋爐可應(yīng)用于生物質(zhì)燃燒，但應(yīng)用于大型的直燃發(fā)電鍋爐仍有待進(jìn)一步深入研究。
3、制約我國生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要問題
3.1資源“瓶頸”目前，我國生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)面臨著極大的原料供應(yīng)問題。例如，發(fā)酵原料來源單一，限制了沼氣工程的規(guī)模化；非糧原料無法全年供應(yīng)，影響了非糧乙醇生產(chǎn)全年均衡生產(chǎn)；而陳化糧等糖類原料產(chǎn)量有限，難以支撐龐大的乙醇燃料工業(yè)體系；生物柴油也面臨缺乏適宜非糧邊際土地及相適應(yīng)植物新品種，尚無提供大量原料能力的尷尬境地。要根據(jù)技術(shù)發(fā)展分階段、分等級(jí)實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)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(yuǎn)期以能源植物或藻類資源為主，使其開發(fā)利用達(dá)到最大化。
3.2技術(shù)障礙 國內(nèi)沼氣工程技術(shù)和裝備水平相對(duì)落后，基本采用濕發(fā)酵工藝，沼氣高值化利用發(fā)展緩慢；非糧乙醇技術(shù)“瓶頸”還沒有突破，一是乙醇濃度低、發(fā)酵時(shí)間長、發(fā)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(dá)到商業(yè)化水平。其原因在于工藝過程復(fù)雜，濃酸水解所需酸濃度高、反應(yīng)時(shí)間長、成本高；稀酸水解對(duì)設(shè)備要求高，反應(yīng)副產(chǎn)物多，對(duì)發(fā)酵有抑制作用。酶水解缺乏高效的預(yù)處理技術(shù)和合適的纖維素酶。缺乏高效發(fā)酵半纖維素水解產(chǎn)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(duì)短鏈脂肪醇轉(zhuǎn)化率低，一般僅為40%～60%；甲醇和乙醇對(duì)酶有一定的毒性，容易使酶失活；副產(chǎn)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(yīng)活性及穩(wěn)定性，使固化酶的使用壽命大大縮短。同時(shí)，生物柴油產(chǎn)品耐低溫抗氧化使用性能差，本身和其副產(chǎn)物高附加值利用開發(fā)精細(xì)化學(xué)品技術(shù)落后，導(dǎo)致產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)性不高，市場接受能力弱。
3.3產(chǎn)業(yè)模式是管理模式存在缺陷，缺乏科學(xué)的原料評(píng)價(jià)體系以及技術(shù)規(guī)范，生物柴油無法進(jìn)入運(yùn)輸燃料系統(tǒng)；二是項(xiàng)目模式有待改進(jìn)，對(duì)小型項(xiàng)目配套政策沒有跟上，使其操作成本高，立項(xiàng)過程復(fù)雜；三是經(jīng)營模式不夠完善，民間資本難以進(jìn)入，投資風(fēng)險(xiǎn)比較高。
4、推動(dòng)我國生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策建議
4.1將生物質(zhì)能源置于保障國家能源安全的高度給予支持 生物質(zhì)對(duì)我國能源和資源供應(yīng)戰(zhàn)略安全有著重要意義，應(yīng)將其放在保障國家安全的戰(zhàn)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(jù)生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，對(duì)相關(guān)激勵(lì)政策進(jìn)行完善和修改，把與能源生產(chǎn)有關(guān)的環(huán)境成本和社會(huì)成本全部考慮進(jìn)去，實(shí)行全成本定價(jià)辦法，制定合理的生物質(zhì)能源產(chǎn)品價(jià)格補(bǔ)貼政策、強(qiáng)制性生物質(zhì)液體燃料收購政策、鼓勵(lì)生物質(zhì)液體燃料消費(fèi)的政策；同時(shí)，根據(jù)生物質(zhì)能適合于分散利用的主要特點(diǎn)，制定全面合理的鼓勵(lì)政策，制定鼓勵(lì)終端用戶和分散并網(wǎng)電價(jià)，以及制定支持中小型生物質(zhì)能源項(xiàng)目的CDM操作辦法。
4.2著力于加強(qiáng)生物質(zhì)能源科技創(chuàng)新生物質(zhì)能是我國未來可持續(xù)發(fā)展的重要可再生能源之一，其產(chǎn)業(yè)化過程是長期持久的，因此，擁有相關(guān)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)是穩(wěn)步可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。政府應(yīng)鼓勵(lì)國產(chǎn)化技術(shù)的推廣，對(duì)采用國產(chǎn)化技術(shù)的單位進(jìn)行補(bǔ)助，調(diào)動(dòng)其自主技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用的積極性，建議設(shè)立專項(xiàng)資金支持生物質(zhì)能源的技術(shù)創(chuàng)新，從根本上奠定生物質(zhì)能源大規(guī)模替代的基礎(chǔ)工作；建立專項(xiàng)資金為中小型生物質(zhì)能企業(yè)提供政策性擔(dān)保，支持生物質(zhì)能源的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，推動(dòng)分散式生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)體系的形成。
4.3充分利用邊際土地，積極發(fā)展非糧生物質(zhì)能源隨著世界生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，糧食類原料作物的用量以及價(jià)格與日俱增，原料的功能與產(chǎn)量成為制約生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的“瓶頸”。因此，要積極利用邊際土地，發(fā)展非糧生物質(zhì)能源，建議建設(shè)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(zhì)氣體燃料、液體燃料生產(chǎn)基地。
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