生物质能的主要利用形式包括哪些

生物质能一直是人类赖以生存的重要能源，它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源，在整个能源系统中占有重要地位。有关专家估计，生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的组成部分，到下世纪中叶，采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40%以上。

人类对生物质能的利用，包括直接用作燃料的有农作物的秸秆、薪柴等；间接作为燃料的有农林废弃物、动物粪便、垃圾及藻类等，它们通过微生物作用生成沼气，或采用热解法制造液体和气体燃料，也可制造生物炭。生物质能是世界上最为广泛的可再生能源。据估计，每年地球上仅通过光合作用生成的生物质总量就达1440～1800亿吨( 干重 )，其能量约相当于20世纪90年代初全世界总能耗的3～8倍。但是尚未被人们合理利用，多半直接当薪柴使用，效率低，影响生态环境。现代生物质能的利用是通过生物质的厌氧发酵制取甲烷，用热解法生成燃料气、生物油和生物炭，用生物质制造乙醇和甲醇燃料，以及利用生物工程技术培育能源植物，发展能源农场。 2006年(丙戌年)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2,000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2,000万立方米。

发展生物质能源重在解决“五难”

面对全球性的减少化石能源消耗，控制温室气体排放的形势，利用生物质能资源生产可替代化石能源的可再生能源产品，已成为我国应对全球气候变暖和控制温室气体排放问题的重要途径之一，国家出台了具体的补贴措施，并且规划到2015年，生物质能发电将达1300万千瓦的目标。然而受原料收集难、政策补贴不到位等难题，生物质能源产业的发展规模和水平远远低于风能、太阳能的利用。如何发挥生物质能企业的生产积极性，尽快解决这些难题，为此，记者采访了中国农村能源行业协会生物质专委会秘书长肖明松，国家发展和改革委员会能源研究所研究员秦世平教授，以及可再生能源学会生物质能专业委员会秘书长袁振宏。

一难：认识不够

生物质能源正处在一个很尴尬的境地。国家发展和改革委员会能源研究所秦世平研究员开门见山地告诉本刊记者：“要说重要，在可再生能源中生物质能源是最重要的，但相比而言，它的产业化程度，发展规模都是最差的。这其中有一些客观原因，也有一些属于认识问题。”

生物质能源的重要性体现在以下四点，秦世平介绍：第一，我国是地少人多的国家，农林剩余物、城市垃圾等废弃物是生物质资源的主要来源，以往农民处理秸秆大多是一把火点着，城市垃圾多是填埋，但废弃物的处理是个刚性需求，随着国家对CO2的排放限制的提高，生物质的能源化利用成为更为先进和有效的方法；第二，我国化石能源短缺，其中液体燃料是最缺少的，而液体燃料只有利用生物质可以转化；第三，生物质能的各个生产阶段都是可以人为干预的，而风能、太阳能只能靠天吃饭，发电必须配合调峰，而生物质能源则不需要，甚至可以为其他能源提供调峰；第四，生物质原料需要收集，这样能够增加农民收入，刺激当地消费，可以有效促进农村经济的发展。一个2500万～3000万千瓦的电厂，在原料收集阶段农民获得的实惠约有五六千万元。“三农”问题解决好了，对于整个社会发展将起到非常重要的作用。

除了客观上发展规模受限以外，秦世平认为：对生物质能的认识各不相同，对其投资的额度，与地方的GDP增长是不相符的，资源的分散性导致生物质能源在一地的投资，最多也就2亿多；这在某些政府官员那来看，生物质能源有点像“鸡肋”，有呢吃不饱，丢了又有点可惜，并且地方政府还要帮助协调农民利益、禁烧等“麻烦事”。由此导致生物质能源整体项目规模较小，技术投入不足，尽管它是利国利农的好事，却处于发展欠佳的尴尬地位。

可再生能源学会生物质能专业委员会秘书长袁振宏也在电话里向记者表示，相比于煤炭、石油、天然气这些传统能源，生物质能源在技术上的投入显然要低得多。对于生物质能源发展，首先要从上层统一思想，提高对生物质能源重要性的认识，并要在技术上加大投入。

二难：补贴门槛过高

对生物质能源的支持，国家采取了多种补贴手段。但补贴门槛过高，手续繁琐、先垫付后补贴也困扰着不少企业。财政部财建[2008]735号文件规定，企业注册资本金要在1000万元以上，年消耗秸秆量要在1万吨以上，才有条件获得140元/吨的补助。对此，中国农村能源行业协会生物质专委会秘书长肖明松认为：1000万元的注册资金，是国家考虑防范企业经营风险时的必要手段，这对大企业无所谓，但对一些中小公司则很难达到。而1万吨秸秆的年消耗量，需要相当规模的贮存场地，由此带来的火灾隐患，成本增加问题也是企业不得不考虑的事情。事实上，如果扩大鼓励面的话，三五千吨也是适用的。受制于这些现实难题，财政部的万吨补贴政策遭遇落地难。

而参与国家补贴政策制定的秦世平对此解释说，国家制订政策的初衷并不鼓励生物质能源企业因陋就简，遍地开花，而是鼓励企业专门从事生物质能源，培养骨干型企业，这就需要一定的物质基础。一万吨的厂子，固定资产就大概需要400万元，加上流动资金，1000万元并不算多。而万吨规模在能源化利用上，刚称得上有点规模，只要是同一个业主，生产点可以分散，如果规模太小，补贴监管成本也太高。对于补贴方式上，秦世平承认存在一定缺陷，整个机制缺乏能源主管部门、技术部门的参与。制度怎样更有利于监管，公平公开还有待于进一步完善。而该行业的快速发展，补贴政策功不可没，但不能因为出现一些问题，因噎废食，取消这个补贴政策，那将会对刚刚起步的生物质能源化利用产业造成重大的打击。因为国家补贴不仅仅是提供资金，还表明国家对该行业的支持态度，对企业和投资具有强力的引导作用。

除此之外，固定电价也是补贴的重要一块。生物质发电是0.75元/度，垃圾和沼气发电是0.65元/度。增值税实行即征即退，所得税按销售收入的90%来计算。袁振宏则指出政府鼓励生产，生产完了没有销路，这个产业还是发展不起来。所以生产者和用户两头都要鼓励，为企业开拓市场。产业发展了国家才有政策，反过来不给政策，企业也难有市场。

三难：布局不好要吃亏

到底企业要建多大产能的好？秦世平经常碰到有企业负责人向他请教。

“没有最好，只有最适合的，适合的就是最好的。比如苏南地区每人只有几分地，那就没法收，这些地方就没法建大厂，但东北垦区就比较适合建大型电厂，有条件上规模，成本才越低，效益才越高。一定要因地制宜。密集地区可以建气化发电，做成型燃料，不一定去建发电厂。”

肖明松也建议企业要多方考虑，合理布局，否则很容易陷入发展困局。建生物质能电厂首先要考虑可持续发展，原料分散，就需要分散性利用，要考虑水资源、电力、人文环境是不是可以支撑这个项目。

四难：成本价格难控

受耕作制度的限制，我国农村土地高度分散，从资源的收集储存运输带来很大不利因素，在后续的环节上会放大很多倍。“有些人认为收集半径的扩大就是多一个油钱，实际上运输工具、人力成本都不一样。”秦世平解释说，“装机容量3万千瓦的生物质电厂，一年大概需要25万-30万吨秸秆，按我国户均10亩耕地计算，需要大约20万农户来完成，那么收购时你要带秤，光开票都需要20万张。还要一个个装车，不能实现高效的机械化。”

肖明松也非常理解企业的苦楚。“生物质能源要依赖农业，资源掌握在老百姓手里，农民的市场意识很好，完全随行就市。如果收集半径过大，需要农民花费大量时间收集、运输，那农民就会要求按外出打工时计算人力成本，如此一来，企业为原料支出的成本就会大大提高。如果企业坚持不抬价，就可能造成企业吃不饱，缩量生产，影响经济效益。每度电原料成本如果超出一定范围，无论怎么发电都是赔钱。加上人工费用近年来的快速增加，成本成了扼住企业脖子的一道枷锁。”

“所以准备入行的企业首先要考虑的是原料资源的可获得性，如果不成熟千万不要贸然进入。”肖明松认为地方政府可以进行协调，比如利用示范效应，鼓励农民种植秸秆作物，做好企业加农户的结合，平衡好企业和农户之间的利益。

五难：技术投入小

“我国的生物质能源技术与国外有一定的差距，但目前的技术加上国家的补贴可以维持产业化经营。技术进步永无止境，国外的技术、设备成本太高并不一定适合我们，轿车科技水平高，但要是去农田就不如拖拉机。”秦世平笑着向记者打了个比方。科研部门每年都在做前端的研究，力度并不大。从实验室到田间再到工业企业的规模化生产，技术的创新需要一个较长的时间。企业可以一边生产一边进行探索。

“目前存在的问题是，有些研究成果与生产有些脱节，并没有转化为生产力，推向社会。”肖明松说，一方面技术部门因缺少资金，无法进行规模化生产，另一方面为了尽可能多地收回技术成本，企业有意拉长新技术向市场投放的周期。“但是，我们现在面临的是国际化的市场，如果抱着老的技术不放，一旦有新技术投放市场，企业始终面临着效率低下，最终难以维持。”

“生物质能源的技术投入还很小，从宏观方面来说，现有能源还没有用尽。垄断企业控制着部分能源的终端，也限制了中小企业的技术投入。中石油若投入生物质能源，生产乙醇汽油很容易，因为燃料乙醇按标准要求添加到汽油里形成乙醇汽油，整个产业链他们可以控制，别人加不进去。当大能源还能够持续的时候，就不会在生物质能源上下太大的力气。”此外，国际石油、煤炭，天然气价格有一个联动关系，当他们的价格逼近生物质能源的产品价格时，企业就会有更多的利润，当化石能源资源枯竭到一定程度的时候，生物质能源的优势就体现出来了。 1. 直接燃烧

生物质的直接燃烧和固化成型技术的研究开发主要着重于专用燃烧设备的设计和生物质成型物的应用。现已成功开发的成型技术按成型物形状主要分为大三类：以日本为代表开发的螺旋挤压生产棒状成型物技术，欧洲各国开发的活塞式挤压制的圆柱块状成型技术，以及美国开发研究的内压滚筒颗粒状成型技术和设备。

2. 生物质气化

生物质气化技术是将固体生物质置于气化炉内加热，同时通入空气、氧气或水蒸气，来产生品位较高的可燃气体。它的特点是气化率可达70%以上，热效率也可达85%。生物质气化生成的可燃气经过处理可用于合成、取暖、发电等不同用途，这对于生物质原料丰富的偏远山区意义十分重大，不仅能改变他们的生活质量，而且也能够提高用能效率，节约能源。

3. 液体生物燃料

由生物质制成的液体燃料叫做生物燃料。生物燃料主要包括生物乙醇、生物丁醇、生物柴油、生物甲醇等。虽然利用生物质制成液体燃料起步较早，但发展比较缓慢，由于受世界石油资源、价格、环保和全球气候变化的影响，20世纪70年代以来，许多国家日益重视生物燃料的发展，并取得了显著的成效。

4.沼气

沼气是各种有机物质在隔绝空气（还原）并且在适宜的温度、湿度条件下，经过微生物的发酵作用产生的一种可燃烧气体。沼气的主要成分甲烷类似于天然气，是一种理想的气体燃料，它无色无味，与适量空气混合后即可燃烧。

1） 沼气的传统利用和综合利用技术

我国是世界上开发沼气较多的国家，最初主要是农村的户用沼气池，以解决秸秆焚烧和燃料供应不足的问题，后来的大中型沼气工程始于1936年，此后，大中型废水、养殖业污水、村镇生物质废弃物、城市垃圾沼气的建立扩宽了沼气的生产和使用范围。

自20世纪80年代以来，建立起的沼气发酵综合利用技术，以沼气为纽带，将物质多层次利用、能量合理流动的高效农业模式，已逐渐成为我国农村地区利用沼气技术促进可持续发展的有效方法。通过沼气发酵综合利用技术，沼气用于农户生活用能和农副产品生产加工，沼液用于饲料、生物农药、培养料液的生产，沼渣用于肥料的生产，我国北方推广的塑料大棚、沼气池、气禽畜舍和厕所相结合的“四位一体”沼气生态农业模式，中部地区以沼气为纽带的生态果园模式，南方建立的“猪-果”模式，以及其他地区因地制宜建立的“养殖-沼气”、“猪-沼-鱼”和“草-牛-沼”等模式，都是以农业为龙头，以沼气为纽带，对沼气、沼液、沼渣的多层次利用的生态农业模式。沼气发酵综合利用生态农业模式的建立使农村沼气和农业生态紧密结合，是改善农村环境卫生的有效措施，也是发展绿色种植业、养殖业的有效途径，已成为农村经济新的增长点。

2）沼气发电技术

沼气燃烧发电时随着大型沼气池建设和沼气综合利用的不断发展而出现的一项沼气利用技术，它将厌氧发酵处理产生的沼气用于发动机上，并装有综合发电装置，以产生电能和热能。沼气发电具有高效、节能、安全和环保等特点，是一种分布广泛且价廉的分布式能源。沼气发电在发达国家已收到广泛重视和积极推广。生物质能发电并网电量在西欧一些国家占能源总量的10%左右。

3） 沼气燃料电池技术

燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的装置。当源源不断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂时，它可以连续发电。依据电解质的不同，燃料电池分为碱性燃料电池（AFC）、质子交换膜（PEMFC）、磷酸（PAFC）、溶融碳酸盐（MCFC）及固态氧化物（SOFC）等。

燃料电池能量转换效率高、洁净、无污染、噪声低，既可以集中供电，也适合分散供电，是21世纪最有竞争力的高效、清洁的发电方式之一，它在洁净煤炭燃料电站、电动汽车、移动电源、不间断电源、潜艇及空间电源等方面，有着广泛的应用前景和巨大的潜在市场。

5.生物制氢

氢气是一种清洁、高效的能源，有着广泛的工业用途，潜力巨大，来生物制氢究逐渐成为人们关注的热点，但将其他物质转化为氢并不容易。生物制氢过程可分为厌氧光合制氢和厌氧发酵制氢两大类。

6. 生物质发电技术

生物质发电技术是将生物质能源转化为电能的一种技术，主要包括农林废物发电、垃圾发电和沼气发电等。作为一种可再生能源，生物质能发电在国际上越来越受到重视，在我国也越来越受到政府的关注和民间的拥护。

生物质发电将废弃的农林剩余物收集、加工整理，形成商品，及防止秸秆在田间焚烧造成的环境污染，又改变了农村的村容村貌，是我国建设生态文明、实现可持续发展的能源战略选择之一。如果我国生物质能利用量达到5亿吨标准煤，就可解决目前我国能源消费量的20%以上，每年可减少排放二氧化碳中的碳量近3.5亿吨，二氧化硫、氮氧化物、烟尘减排量近2500万吨，将产生巨大的环境效益。尤为重要的是，我国的生物质能资源主要集中在农村，大力开发并利用农村丰富的生物质能资源，可促进农村生产发展，显著改善农村的村貌和居民生活条件，将对建设社会主义新农村产生积极而深远的影响。

7.原电池

通过化学反应时电子的转移制成原电池，产物和直接燃烧相同但是能量能充分利用。 脂肪燃料快艇（说明：本词条顶部图片即为脂肪燃料快艇）

新西兰业余航海家和环境保护家皮特·贝修恩宣布，他将驾驶以脂肪为动力的快艇“地球竞赛”号，进行一次环球航行。据悉，贝休恩将于2008年3月1日从西班牙的瓦伦西亚出发，开始全长约4.5万公里的环球航行。贝休恩表示，他打算挑战英国船只“有线和无线冒险”号于1998年创造的75天环球航行的世界纪录。

脂肪当燃料“地球竞赛”号被称为世界上最快的生态船，造价240万美元，融合多项高科技。“地球竞赛”号长约23.8米，形似一只展翅欲飞的天鹅。船身有三层外壳保护，内有两个功能先进的发动机，最高时速可达每小时40节（约74公里），即使航行在巨浪中，速度也不会减慢。

虽然动物脂肪种类丰富，但贝修恩计划只利用人类脂肪转化成的生物燃料作为“地球竞赛号”的动力来源，百分之百采用生物燃料完成一次环游世界的环保之旅。

为了能募集到足够的脂肪生物燃料，贝修恩身先士卒，主动躺到了手术台上。然而整形医生尽管做了很大努力，从他体内抽出的脂肪也只够制造100毫升的生物燃料。他的两名助手抽出的10升脂肪能够制成7升生物燃料，可供“地球竞赛”号航行15公里。

而皮特进行“绿色”环游世界之旅，以打破英国“有线和无线冒险者”号于1998年创造的75天环游世界的纪录，总共需要7万升的生物燃料，也就是说，皮特需要胖子志愿者们捐赠出大约7万公斤的脂肪。

生物能源是指以农林废物资源、工业废物资源、城市垃圾资源为原料，添加木炭粉、粘合油剂、助燃剂等添加剂复合而成，包括沼气、生物制氢、生物柴油和燃料乙醇等。

基本介绍中文名 ：生物能源 外文名 ：bioenergy 别称 ：绿色能源 特点 ：对环境污染小等 形式 ：生物制氢、生物柴油等 学科 ：能源学 概念,特点,类型,制约因素, 概念 生物能源又称绿色能源，是指从生物质得到的能源，它是人类最早利用的能源。古人钻木取火，伐薪烧炭，实际上就是在使用生物能源。“万物生长靠太阳”，生物能源是从太阳能转化而来的，只要太阳不熄灭，生物能源就取之不尽。其转化的过程是通过绿色植物的光合作用将二氧化碳和水合成生物质，生物能的使用过程又生成二氧化碳和水，形成一个物质的循环，理论上二氧化碳的净排放为零。生物能源是一种可再生的清洁能源，开发和使用生物能源，符合可持续的科学发展观和循环经济的理念。因此，利用高新技术手段开发生物能源，已成为当今世界已开发国家能源战略的重要内容。但是通过生物质直接燃烧获得的能量是低效而不经济的。随着工业革命的进程，化石能源的大规模使用，使生物能源逐步被煤和石油天然气为代表的化石能源所替代。但是，工业化的飞速发展，化石能源也被大规模利用，产生了大量的污染物，破坏了自然界的生态平衡，为了进行可持续发展，以及化石能源的弊端日益显现，生物能源的开发和利用又被人们所侧重。 生物能源的载体是有机物，所以这种能源是以实物的形式存在的，是唯一一种可储存和可运输的可再生能源。而且它分布最广，不受天气和自然条件的限制，只要有生命的地方即有生物质存在。从利用方式上看，生物质能与煤、石油内部结构和特性相似，可以采用相同或相近的技术进行处理和利用，利用技术的开发与推广难度比较低。另外，生物质可以通过一定的先进技术进行转换，除了转化为电力外，还可生成油料、燃气或固体燃料，直接套用于汽车等运输机械或用于柴油机、燃气轮机、锅炉等常规热力设备，几乎可以套用于日前人类工业生产或社会生活的各个方面，所以在所有新能源中，生物质能与现代的工业化技术和现代化生活有最大的兼容性，它在不必对已有的工业技术做任何改进的前提下即可以替代常规能源，对常规能源有很大的替代能力，这些都是今后生物质能发挥重要作用的依据。 特点 生物能源作为可再生、污染极小的能源，具有无可比拟的优越性，必将为21世纪的经济发展和环境保护注入强大的推动力。与石油、煤炭等能源相比，生物能源具有以下特点： (1)生物质能源在燃放过程中，对环境污染小。生物质能源在燃放过程中产生二氧化碳，排放的二氧化碳可被等量生长的植物光合作用吸收，实现二氧化碳零排放，这对减少大气中的二氧化碳含量及降低“温室效应”极为有利。 (2)生物质能源蕴含量巨大，而且属于可再生能源。只要有阳光存在，绿色植物的光合作用就不会停止，生物质能源就不会枯竭。大力提倡植树、种草等活动，不但植物会源源不断地供给生物质能源原材料，而且还能改善生态环境。 (3)生物质能源具有普遍性、易取性特点。生物质能源存在于世界上国有国家和地区，而且廉价、易取，生产过程十分简单。 (4)生物质能源可储存和运输。在可再生能源中，生物质能源是唯一可以储存与运输的能源，对其加工转换与连续使用提供方便。 (5)生物质能源挥发组分高，炭活性高，易燃。在400℃左右的温度下，生物质能源大部分挥发组分可释出，将其转化为气体燃料比较容易实现。生物质能源燃烧后灰分少，并且不易黏结，可简化除灰设备。 从生物质能的资源总体构成来看，我国农村中生物质能约占全部生物质能的70%以上，其他主要是城镇生活、污水和林业废弃物，而从先进国家的生物质资源和利用来看，其主要构成均是以林业废弃物和薪炭林为主。我国随着薪炭林技术的发展和工业水平的提高，这方面的比例也会越来越大，所以这方面的开发利用量也是不容忽视的。 另外发展生物能源还具有以下优势： (1)生物能源是唯一能大规模替代石油燃料的能源产品。而水能、风能、太阳能、核能及其他新能源只适用于发电和供热。 (2)生物能源产品上的多样性。能源产品有液态的生物乙醇和柴油，固态的原型和成型燃料，气态的沼气等多种能源产品。既可以替代石油、煤炭和天然气，也可以供热和发电。 (3)生物能源原料上的多样性。生物燃料可以利用作物秸秆、林业加工剩余物、畜禽粪便、食品加工业的有机废水废渣、城市垃圾，还可利用低质土地种植各种各样的能源植物。 (4)生物能源的“物质性”，可以像石油和煤炭那样生产塑胶、纤维等各种材料以及化工原料等物质性的产品，形成庞大的生物化工生产体系。这是其他可再生能源和新能源不可能做到的。 (5)生物能源的“可循环性”和“环保性”。生物燃料是在农林和城乡有机废弃物的无害化和资源化过程中生产出来的产品；生物燃料的全部生命物质均能进入地球的生物学循环，连释放的二氧化碳也会重新被植物吸收而参与地球的循环，做到零排放。物质上的永续性、资源上的可循环性是一种现代的先进生产模式。 (6)生物能源的“带动性”。生物燃料可以拓展农业生产领域，带动农村经济发展，增加农民收入；还能促进制造业、建筑业、汽车等行业发展。在中国等发展生物燃料，还可推进农业工业化和中小城镇发展，缩小工农差别，具有重要的政治、经济和社会意义。 (7)生物能源具有对原油价格的“抑制性”。生物燃料将使“原油”生产国从20个增加到200个，通过自主生产燃料，抑制进口石油价格，并减少进口石油花费，使更多的资金能用于改善人民生活，从根本上解决粮食危机。 (8)生物能源可创造就业机会和建立内需市场。巴西的经验表明，在石化行业1个就业岗位，可以在乙醇行业创造152个就业岗位；石化行业产生1个就业岗位的投资是22万美元，燃料行业仅为1.1万美元。联合国环境计画署发布的“绿色职业”报告中指出，“到2030年可再生能源产业将创造2040万个就业机会，其中生物燃料1200万个。” 类型 生物能源按照原料的化学性质可分为：糖类、淀粉和木质纤维素物质。按照原料的来源可分为：农业生产废弃物，主要为农作物秸秆、薪柴和柴草，农林加工废弃物，木屑、谷壳和果壳；人畜粪便和生活有机物等；工业有机废弃物，有机废水和废渣等；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。生物能源本身可分为以下几类： 1．农林废弃物包括农业废弃物和林业废弃物 农业废弃物指的是农作物收获时农田中产生的残余物，可以利用的有谷物、根茎作物和甘蔗残余物等。林业废弃物指的是木材加工部门从原材料制造各种木质一次制品时产生的废物，以及木材利用部门以一次制品为原料形成建筑物等二次产品时产生的废物。 2．有机污水 有机污水指的是丰富有机物质的排放废水，其中包括工业污水、农业污水以及生活污水等。由于清洁、高效、可再生等突出特点，氢气作为能源日益受到人们的重视。制取氢气的方法有：水电解法、热化学法、光电化学法、等离子化学法和生物制氢法。从生物制氢的成本角度考虑，利用这些单一基质制取氢气的费用比较高，而利用工农业有机废水等廉价的复杂基质来制取氢气，能使废物质得到资源化处理，降低它的生产成本。利用混合菌种产氢技术逐步成熟，并取得了较大成果。 3．禽畜粪便 禽畜粪便也是一种重要的生物质能源。除在牧区有少量的直接燃烧外，禽畜粪便主要是作为沼气的发酵原料。中国主要的禽畜是鸡、猪和牛，根据这些禽畜品种、体重、粪便排泄量等因素，可以估算出粪便资源量。 4．生活垃圾 随着城市规模的扩大和城市化进程的加速，中国城镇垃圾的产生量和堆积量逐年增加。城镇生活垃圾主要是由居民生活，商业、服务业和少量建筑等废弃物所构成的混合物，成分比较复杂，其构成主要受居民生活水平、能源结构、城市建设、绿化面积以及季节变化的影响。 制约因素 在生物能源开发热潮形成的同时，也出现一些制约生物能源发展的因素，主要表现在： (1)与粮争地和与畜争饲，特别是以粮食为原料的生物燃料开发，受到一些开发中国家的质疑或抵制。 (2)技术与生产标准缺乏，并与现有传统能源的生产与销售体系之间存在一定的冲突。 (3)成本价格劣势。 (4)法律与政策的先期支持及配套问题。 因而，对于未来生物能源开发趋向，不仅需要回归理性，冷静看待和分析生物能源当前的开发热潮，而且需要从实证到规范，采用适当的政策与地域分工协作。

生物质能是自然界中有生命的植物提供的能量，这些植物以生物质作为媒介储存太阳能，属再生能源。据计算，生物质储存的能量比目前世界能源消费总量大2倍。

生物质能从广义层面讲，就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，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。

从狭义和法律层面讲，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。依据来源不同，可将适合于能源利用的生物质分为林业剩余物、农业剩余物、生活污水、工业有机废渣废液、城乡固体废物和畜禽粪便等六大类。

发展生物质能的意义：

目前，生物质能在我国可再生能源消费总量中占比不到10%。当前的“小产业”若政策得当，方向正确，未来则是可再生能源领域的“巨人”。每年若对城乡各类有机废弃物进行无害化、减量化和资源化利用，将对我国环境、能源和粮食安全发挥巨大作用。

随着生物质能产业发展规模不断壮大，将会逐步改变我国农业农村生产生活方式，实现新时代县域经济绿色低碳循环可持续发展新业态，进而推动我国新型城镇化、乡村振兴战略和碳中和目标尽早实现。

以上内容参考：百度百科-生物质能

生物质能是自然界中有生命的植物提供的能量。这些植物以生物质作为媒介储存太阳能。属再生能源。据计算，生物质储存的能量为270亿千瓦，比目前世界能源消费总量大2倍。人类历史上最早使用的能源是生物质能。19世纪后半期以前，人类利用的能源以薪柴为主。当前较为有效地利用生物质能的方式有： (1) 制取沼气。主要是利用城乡有机垃圾、秸杆、水、人畜粪便，通过厌氧消化产生可燃气体甲烷，供生活、生产之用。(2) 利用生物质制取酒精。当前的世界能源结构中，生物质能所占比重微乎其微。

生物质能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。

生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。而所谓生物质能（biomassenergy ），就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，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。很多国家都在积极研究和开发利用生物质能。生物质能蕴藏在植物、动物和微生物等可以生长的有机物中，它是由太阳能转化而来的。有机物中除矿物燃料以外的所有来源于动植物的能源物质均属于生物质能，通常包括木材、及森林废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物、动物粪便等。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，利用率不到3%。

生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，即一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质。它包括植物、动物和微生物。广义概念：生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。有代表性的生物质如农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便。狭义概念：生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素（简称木质素）、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质。特点：可再生、低污染、分布广泛。

2013年中国生物质能源的特点分析，①可再生性，生物质能源是从太阳能转化而来，通过植物的光合作用将太阳能转化为化学能，储存在生物质内部的能量，与风能、太阳能等同属可再生能源，可实现能源的永续利用。

②清洁、低碳。生物质能源中的有害物质含量很低，属于清洁能源。同时，生物质能源的转化过程是通过绿色植物的光合作用将二氧化碳和水合成生物质，生物质能源的使用过程又生成二氧化碳和水，形成二氧化碳的循环排放过程，能够有效减少人类二氧化碳的净排放量，降低温室效应。

③替代优势。利用现代技术可以将生物质能源转化成可替代化石燃料的生物质成型燃料、生物质可燃气、生物质液体燃料等。在热转化方面，生物质能源可以直接燃烧或经过转换，形成便于储存和运输的固体、气体和液体燃料，可运用于大部分使用石油、煤炭及天然气的工业锅炉和窑炉中。国际自然基金会2011年2 月发布的《能源报告》认为，到2050 年，将有60%的工业燃料和工业供热都采用生物质能源。

④原料丰富。生物质能源资源丰富，分布广泛。根据世界自然基金会的预计，全球生物质能源潜在可利用量达350EJ/年（约合82.12 亿吨标准油，相当于2009年全球能源消耗量的73%）。根据我国《可再生能源中长期发展规划》统计，我国生物质资源可转换为能源的潜力约5 亿吨标准煤，随着造林面积的扩大和经济社会的发展，我国生物质资源转换为能源的潜力可达10 亿吨标准煤。在传统能源日渐枯竭的背景下，生物质能源是理想的替代能源，被誉为继煤炭、石油、天然气之外的“第四大”能源。

生物质能，就是太阳能以化学能形式储存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，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（王德元，2008）。

一、生物质能的特点

（1）可再生性。生物质能是从太阳能转化而来，通过植物的光合作用将太阳能转化为化学能，储存在生物质内部的能量，与风能、太阳能等同属可再生能源，可实现能源的永续利用。

（2）清洁、低碳。生物质能中的有害物质含量很低，属于清洁能源。同时，生物质能的转化过程是通过绿色植物的光合作用将二氧化碳和水合成生物质，生物质能的使用过程又生成二氧化碳和水，形成二氧化碳的循环排放过程，能够有效减少人类二氧化碳的净排放量，降低温室效应。

（3）具有替代优势。利用现代技术可以将生物质能转化成可替代化石燃料的生物质成型燃料、生物质可燃气、生物质液体燃料等。在热转化方面，生物质能可以直接燃烧或经过转换，形成便于储存和运输的固体、气体和液体燃料，可运用于大部分使用石油、煤炭及天然气的工业锅炉和窑炉中。国际自然基金会2011年2月发布的《能源报告》认为，到2050年，将有60%的工业燃料和工业供热都采用生物质能。

（4）原料丰富。生物质能资源丰富，分布广泛。根据世界自然基金会的预计，全球生物质能潜在可利用量达350×1018J/a（约合82.12×108t标准油，相当于2009年全球能源消耗量的73%）。根据我国《可再生能源中长期发展规划》统计，我国生物质资源可转换为能源的潜力约5×108t标准煤，随着造林面积的扩大和经济社会的发展，我国生物质资源转换为能源的潜力可达10×108t标准煤。在传统能源日渐枯竭的背景下，生物质能是理想的替代能源，被誉为继煤炭、石油、天然气之外的第四大能源（据胡理乐等，2012）。

二、生物质能的利用

生物质能一直是人类赖以生存的重要能源，在整个能源系统中占有重要地位。有关专家估计，生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的组成部分，到21世纪中叶，采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40%以上。人类对生物质能的利用，包括直接用作燃料的农作物秸秆、薪柴等；间接作为燃料的有农林废弃物、动物粪便、垃圾及藻类等，它们通过微生物作用生成沼气，或采用热解法制造液体和气体燃料，也可制造生物炭。生物质能是世界上最为广泛的可再生能源。据估计，每年地球上仅通过光合作用生成的生物质总量就达（1440～1800）×108t（干重），其能量约相当于20世纪90年代初全世界总能耗的3～8倍。但是尚未被人们合理利用，多半直接当薪柴使用，效率低，影响生态环境。现代生物质能的利用是通过生物质的厌氧发酵制取甲烷，用热解法生成燃料气、生物油和生物炭，用生物质制造乙醇和甲醇燃料，以及利用生物工程技术培育能源植物、发展能源农场（魏伟等，2013）。

生物质能的利用主要有直接燃烧、热化学转换、物理转换和生物化学转换等4种途径（王久臣等，2007）。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。当前使用较为广泛传统的烧柴灶热改造效率仅为10%左右，而气化燃烧锅炉作为一种效率可达20%～30%的新型节能措施，具有技术简单、易于推广、效益明显等特点，已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，使生物质气化、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（图4-60）。生物质能物理转化的最简单的方法就是将生物质原料进行压缩。自然堆积的固体生物质原料通常都比较疏松，密度较小，形状不规则，不便运输、储存和使用。将松散的原料进行预加工、预处理后，在外部压力的作用下，成型设备里的原料的体积大幅度减小，密度显著增大，最后成为一定形状的产品，例如玉米秸秆颗粒成型燃料（图4-61）。生物质的生物化学转换包括生物质—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（郭海霞等，2011）。生物质能利用技术主要有以下五种。

图4-60　立式气化燃烧换热一体化锅炉图

（据张洋，2009）

图4-61　玉米秸秆颗粒成型燃料

（据张洋，2009）

1．直接燃烧

直接燃烧方式可分为炉灶燃烧、锅炉燃烧、垃圾燃烧和固体成型燃烧等4种方式。其中，固体成型燃烧是新推广的技术，它将生物质固体化成型或将生物质、煤炭及固硫剂混合成型后使用。丹麦新建设的热电联产项目都是以生物质为燃料。使生物质能在转换为高品位电能的同时满足供热的需求，以大大提高其转换效率。其优点是充分利用生物质能替代煤炭，可以减少二氧化碳和二氧化硫排放量。生物质固体成型燃料制备工艺如图4-62、图4-63所示（雷学军等，2010）。

图4-62　生物质固体成型燃料制备工艺（据雷学军，2010）

2．生物质气化

生物质气化技术是将固体生物质置于气化炉内加热，同时通入空气、氧气或水蒸气，来产生品位较高的可燃气体。它的特点是气化率可达70%以上，热效率也可达85%。生物质气化生成的可燃气经过处理可用于合成、取暖、发电等不同用途，这对于生物质原料丰富的偏远山区意义十分重大，不仅能改变他们的生活质量，而且也能够提高用能效率，达到节约能源的目的。生物质气化机理如图4-64所示。

图4-63　生物质型煤制备工艺（据雷学军，2010）

图4-64　生物质气化机理示意图（据雷学军，2010）

3．液体生物燃料

由生物质制成的液体燃料称为液体生物燃料。液体生物燃料主要包括生物乙醇、生物丁醇、生物柴油、生物甲醇等。虽然利用生物质制成液体燃料起步较早，但发展比较缓慢。受世界石油资源、价格、环保和全球气候变化的影响，20世纪70年代以来，许多国家日益重视液体生物燃料的发展，并取得了显著的成效。我国液体生物燃料发展也取得了很大的成绩，以粮食为原料的燃料乙醇生产已初步形成规模，并可以利用菜籽油、大豆油、米糠下脚料等为原料生产生物柴油（魏伟等，2013）。

“十五”期间，我国在河南、安徽、吉林和黑龙江分别建设了以陈化粮为原料的燃料乙醇生产厂，生产能力达到102×104t/a，并从2002年开始，先后在东北三省以及河南、安徽、山东、江苏、湖北、河北等九省区分两期进行了车用乙醇汽油试点和示范，取得了良好的效果。据不完全统计，在生物柴油方面，目前全国生物柴油生产厂家有50多家，产能超过105t的生物柴油企业有16家，最大规模为30×104t，山东省为生产企业数量最多的省份，其次为江苏、河北和广东，截至2014年底，国内生物柴油装置总产能在525.5×104t，同比增长64×104t，但长期闲置产能达239.3×104t，占总产能的45%左右。

4．沼气

沼气是各种有机物质在隔绝空气（还原）并处于适宜的温度、湿度条件下，经过微生物的发酵作用产生的一种可燃烧气体。沼气的主要成分甲烷类似于天然气，是一种理想的气体燃料，它无色无味，与适量空气混合后即可燃烧。

1）沼气的传统利用和综合利用技术

我国是世界上开发沼气较多的国家，最初主要是农村的户用沼气池，以解决秸秆焚烧和燃料供应不足的问题。大中型沼气工程始于1936年，此后，大中型废水、养殖业污水、村镇生物质废弃物、城市垃圾沼气的建立扩宽了沼气的生产和使用范围。

自20世纪80年代以来建立起的沼气发酵综合利用技术，以沼气为纽带，其物质多层次利用、能量合理流动的高效农业模式，已逐渐成为我国农村地区利用沼气技术促进可持续发展的有效方法（图4-65）。通过沼气发酵综合利用技术，沼气用于农户生活用能和农副产品生产加工，沼液用于饲料、生物农药、培养料液的生产，沼渣用于肥料的生产。我国北方推广的塑料大棚、沼气池、气禽畜舍和厕所相结合的“四位一体”沼气生态农业模式，中部地区以沼气为纽带的生态果园模式，南方建立的“猪—果”模式，以及其他地区因地制宜建立的“养殖—沼气”、“猪—沼—鱼”和“草—牛—沼”等模式，都是以农业为龙头，以沼气为纽带，对沼气、沼液、沼渣的多层次利用的生态农业模式。沼气发酵综合利用生态农业模式的建立使农村沼气和农业生态紧密结合，是改善农村环境卫生的有效措施，也是发展绿色种植业、养殖业的有效途径，已成为农村经济新的增长点。

图4-65　沼气发酵示意图（据魏伟，2013）

2）沼气发电技术

沼气燃烧发电是随着大型沼气池的建设和沼气综合利用的不断发展而出现的一项沼气利用技术，它将厌氧发酵处理产生的沼气用于发动机上，并装有综合发电装置，以产生电能和热能。沼气发电具有高效、节能、安全和环保等特点，是一种分布广泛且价廉的分布式能源。沼气发电在发达国家已受到广泛重视，并得到积极推广。生物质能发电并网电量在西欧一些国家占能源总量的10%左右。

3）沼气燃料电池技术

燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的装置。当源源不断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂时，它可以连续发电。依据电解质的不同，燃料电池分为碱性燃料电池（AFC）、质子交换膜（PEMFC）、磷酸（PAFC）、熔融碳酸盐（MCFC）及固态氧化物（SOFC）等。

燃料电池能量转换效率高、洁净、无污染、噪声低，既可以集中供电，也适合分散供电，是21世纪最有竞争力的高效、清洁的发电方式之一，它在洁净煤炭燃料电站、电动汽车、移动电源、不间断电源、潜艇及空间电源等方面，有着广泛的应用前景和巨大的潜在市场（王久臣等，2007）。

5．生物质发电技术

生物质发电技术是将生物质能转化为电能的一种技术，主要包括直接燃烧发电、混合燃烧发电、气化发电和沼气发电。作为一种可再生能源，生物质能发电在国际上越来越受到重视，在我国也越来越受到政府的关注和民间的拥护。

生物质发电在我国已有所发展。2005年底，我国生物质发电装机容量约为2×106kW，其中，蔗渣发电约1.7×106kW，垃圾发电约0.2×106kW，其余为稻壳等农林废弃物气化发电和沼气发电等。2006年《可再生能源法》实施后，我国的生物质能发电产业迅速发展，至2008年底，农林生物质发电项目达170多个，装机容量为4600×103kW，50个项目并网发电。到2012年底，我国生物质发电累计并网容量为5819×103kW，其中直燃发电技术类型项目累计并网容量为3264×103kW，占全国累计并网容量的56%；垃圾焚烧发电技术类型项目累计并网容量为2427×103kW，占全国累计并网容量的41.71%；沼气发电技术类型项目并网容量为206×103kW，占全国累计并网容量的3.54%。同其他发电技术相比，我国拥有巨大的农林废弃物产量，可以为生物质发电产业提供有力的原料支持，保障电力的充足供应（蒋大华等，2014）。

生物质能的利用需要充分考虑利用方向、利用技术及适用场合等多种因素，进行综合评价，有的放矢并最大化地利用好生物质能资源（表4-9）。

表4-9　生物质利用技术评价一览表（据王久臣，2007）

三、需要解决的难题

面对全球性的减少化石能源消耗，控制温室气体排放的形势，利用生物质能资源生产可替代化石能源的可再生能源产品，已成为我国应对全球气候变暖和控制温室气体排放问题的重要途径之一。然而受原料收集难、政策补贴不到位等现实问题的制约，生物质能产业的发展规模和水平远远低于风能、太阳能的利用，主要存在以下四个难题（王芳，2013）。

（一）认识不够

生物质能正处在一个很尴尬的境地——在可再生能源中生物质能是最重要的，但相比而言，它的产业化程度、发展规模都是最差的。这其中有一些客观原因，也有一些属于认识问题。

生物质能的重要性体现在以下四点，第一，我国是地少人多的国家，农林剩余物、城市垃圾等废弃物是生物质资源的主要来源，以往农民处理秸秆大多是直接燃烧，城市垃圾多是填埋，但废弃物的处理是个刚性需求，随着国家对CO2排放限制的提高，生物质的能源化利用成为更为先进和有效的方法。第二，我国化石能源短缺，其中液体燃料是最缺少的，而液体燃料只有利用生物质可以转化。第三，生物质能的各个生产阶段都是可以人为干预的，而风能、太阳能只能靠天吃饭，发电必须配合调峰，而生物质能则不需要，甚至可以为其他能源提供调峰。第四，生物质原料需要收集，这样能够增加农民收入，刺激当地消费，可以有效促进农村经济的发展。一个（2500～3000）×104kW的电厂，在原料收集阶段农民获得的实惠约有五六千万元。“三农”问题解决好了，对于整个社会发展将起到非常重要的作用。

除了客观上发展规模受限以外，对生物质能的认识各不相同，对其投资的额度与地方的GDP增长是不相符的，资源的分散性导致生物质能在一地的投资占比较少。这在某些政府官员那来看，生物质能有点像“鸡肋”，有的话吃不饱，丢了又有点可惜，并且地方政府还要帮助协调农民利益、禁烧等“麻烦事”。由此导致生物质能整体项目规模较小，技术投入不足，尽管它是利国利农的好事，却处于发展欠佳的尴尬地位。

（二）补贴门槛过高

对生物质能的支持，国家采取了多种补贴手段。但补贴门槛过高，手续烦琐、先垫付后补贴也困扰着不少企业。财政部财建〔2008〕735号文件规定，企业注册资本金要在1000万元以上，年消耗秸秆量要在104t以上，才有条件获得140元/t的补助。对此，中国农村能源行业协会生物质专委会秘书长肖明松认为，1000万元的注册资金，是国家考虑防范企业经营风险时的必要手段，这对大企业无所谓，但对一些中小公司则很难达到。而104t秸秆的年消耗量，需要相当规模的储存场地，由此带来的火灾隐患、成本增加问题也是企业不得不考虑的事情。事实上，如果扩大鼓励面的话，3000～5000t也是适用的。受制于这些现实难题，财政部的万吨补贴政策遭遇落地难。

这种现象主要是由于国家制订政策的初衷并不鼓励生物质能企业因陋就简，遍地开花，而是鼓励企业专门从事生物质能，培养骨干型企业，这就需要一定的物质基础。104t的厂子，固定资产就大概需要400万元，加上流动资金，1000万元并不算多。而万吨规模在能源化利用上，刚称得上有点规模，只要是同一个业主，生产点可以分散，如果规模太小，补贴监管成本也太高。对于补贴方式上存在一定缺陷，整个机制缺乏能源主管部门、技术部门的参与。制度怎样更有利于监管，公平公开还有待于进一步完善。而该行业的快速发展，补贴政策功不可没，但不能因为出现一些问题而因噎废食，取消这个补贴政策将会对刚刚起步的生物质能产业造成重大的打击。因为国家补贴不仅仅是提供资金，还表明国家对该行业的支持态度，对企业和投资具有强力的引导作用。

（三）布局难以把控

到底企业要建多大产能方能最好？可再生能源学会生物质能专业委员会秘书长袁振宏认为，没有最好，只有最适合的，适合的就是最好的。比如苏南地区每人只有几分地，那就没法收，这些地方就没法建大厂，但东北垦区就比较适合建大型电厂，有条件上规模，成本才越低，效益才越高。一定要因地制宜。密集地区可以建气化发电，做成型燃料，不一定去建发电厂。

企业要多方考虑，合理布局，否则很容易陷入发展困局。建生物质能电厂首先要考虑可持续发展，原料分散的话就需要分散性利用，要考虑水资源、电力、人文环境是不是可以支撑这个项目。

（四）成本价格难控

受耕作制度的限制，我国农村土地高度分散，给资源的收集、储存、运输带来很大不利因素，在后续的环节上会放大很多倍。生物质能要依赖农业，资源掌握在老百姓手里，农民的市场意识很好，完全随行就市。如果收集半径过大，需要农民花费大量时间收集、运输，那农民就会要求按外出打工时计算人力成本，如此一来，企业为原料支出的成本就会大大提高。如果企业坚持不抬价，就可能造成企业吃不饱，缩量生产，影响经济效益。每度电的原料成本如果超出一定范围，无论怎么发电都是赔钱。加上人工费用近年来的快速增加，成本成了扼住企业脖子的一道枷锁。所以准备入行的企业首先要考虑的是原料资源的可获得性，如果不成熟千万不要贸然进入。地方政府可以进行协调，比如利用示范效应，鼓励农民种植秸秆作物，做好企业加农户的结合，平衡好企业和农户之间的利益。

此外，在我国现实的社会经济环境中，还存在一些消极因素制约着生物质能的发展和应用（李景明等，2010；刘旭等，2014）：

（1）市场环境和保障机制不够完善。我国生物燃料乙醇发展缺乏明确的发展目标，没有形成连续稳定的市场需求，还处在“以产定销、计划供应”阶段。国内生物燃料乙醇从生产到销售的各个环节都受到了政府部门的严格控制，是政策性的封闭运行，尚未形成真正意义的市场化。

（2）资源评价、技术标准、产品检测和认证等体系不完善。我国于2001年颁布了变性生物燃料乙醇（GB 18350-2013）和车用乙醇汽油（GB 18351-2015）两项强制性国家标准，在技术内容上等效采用了美国试验与材料协会标准（ASTM），在现有标准的基础上及时制订不同生物质原料来源的生物燃料乙醇相关基础标准和工艺控制等标准就显得极为迫切。

（3）资源分散，收集手段落后，产业化进程缓慢，制约着生物质能高新技术的规模化和商业化利用。集中发电和供热是国际上通行的高效清洁地利用生物质能的主要技术方式。但是，这些技术对应的生产设备需要具有一定的规模，才能产生经济效益。

（4）利用装备技术含量低，研发经费投入过少，一些关键技术研发进展不大。例如厌氧消化产气率低，设备与管理自动化程度较差；气化利用中焦油问题未能解决，影响长期应用；沼气发电与气化发电效率较低，二次污染问题没有彻底解决。

（5）缺乏专门扶持生物质能发展、鼓励生产和消费生物质能的政策。在当前缺乏一定的经济补助手段的条件下，难以实现生物质热电联产规模化，竞争能力弱。

（6）生物质能与农业、林业在资源使用上不协调。能源作物已经开始成为不少国家生物质能的主体。但是，我国土地资源短缺，存在能源作物和农业、林业争夺土地的矛盾。

四、生物质能利用的意义

我国能源面临着总量不足、石油紧缺、环境污染严重、人均占有量少和能效低等诸多问题，这些问题将长期制约我国经济的发展和社会进步。因此，改变能源生产和消费方式，大力开发利用生物质能已成为我国发展可再生能源的首要问题。同时，开发利用生物质能既是实行能源战略多元化、解决我国能短缺问题的有效途径，又是拓展农民就业领域、促进农民增收的重要渠道（表4-10）。

表4-10　我国生物质能应用规模与发展目标（据魏伟，2013）

在我国各种主要的能源当中，煤炭占据着主导地位，同时，煤炭的大量使用也给环境造成了严重的污染。目前，我国温室气体（GHG）的排放已经超过了世界排放量要求13%，仅次于美国，居世界第二位。根据世界银行公布的数据，预计到2020年我国的温室气体排放有可能占到世界排放总量的20%。在没有切实可行办法控制矿物燃料使用过程中产生的生态环境污染的情况下，减少使用量、开发利用洁净可替代能源是唯一的解决办法。截至2010年年底，我国可开发为能源的生物质资源已达3亿多吨。通过先进、成熟和高效的转换技术，将其生产成使用方便、无污染的气体燃料、固体燃料和液体燃料，替代化石能源，减少温室气体排放，从根本上解决农村普遍存在的畜牧公害和秸秆问题，是我国发展生物质能产业的长期目标。这不但能实现能源消费与环境保护的双赢，而且能实现能源的可持续发展，从而推进经济社会的可持续发展（蔺雪芹等，2013）。

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。由于我国地广人多，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。

1．我国的生物质能资源情况

我国拥有丰富的生物质能资源，据测算，我国理论生物质能资源50×108t左右，是我国目前总能耗的4倍。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：（1）农业生产废弃物，主要为作物秸秆。（2）薪柴、枝丫柴和柴草。（3）农林加工废弃物，木屑、谷壳和果壳。（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。其中来源最广、储量最大、利用前景最可观的是农业生物质和林业生物质这两大类。

1）农业生物质

农业生物质资源包括农产品加工废弃物和农作物秸秆，如图7.13所示。农产品加工废弃物有花生壳、玉米芯、稻壳和甘蔗渣等；农作物秸秆包括水稻秸秆、小麦秸秆和玉米秸秆等。据统计，我国各地区主要农业生物质的可利用总量约为5.6×108t，排名前三的地区分别是山东、河南、河北，而秸秆类农业生物质资源利用的主要方向为24%用于饲用，15%用于还田，2.3%用于工业，剩余的约60%用于露地燃烧或薪柴。因此，我国的农业生物质资源的应用潜力非常大。

图7.13　农业生物质

2）林业生物质

我国现有森林面积约1.95×108hm2，林业生物质总量超过180×108t，其中可利用的林业生物质资源有以下三类：一类是木本淀粉类资源，如栎类、果实、橡子等；二类是木本油料资源，如油桐、油茶、黄连木、文冠果、麻疯树等；三类是木质燃料资源，如灌木林、薪炭林、林业“三剩物”等。而且，我国还有近4000×104hm2的宜林荒山、荒地可用于种植能源林，还有近600×104hm2疏林地和5000×104hm2郁闭度（指森林中乔木树冠遮蔽地面的程度）低于0.4的低产林地可用于改造。

目前世界上已有20多个国家在种植“柴油树”。我国河北省武安市马家庄乡连绵起伏的青山上，满山遍野生长着枝繁叶茂的黄连木树，这种树木的果实可以提炼柴油，当地群众将它称为“柴油树”。现在武安市共有这样的“柴油树”10万亩，年提炼柴油产量可达1000×104kg。据介绍，到2012年，武安市计划将“柴油树”发展到20万亩，年产柴油量达到2000×104kg。

2．生物质能资源的利用

主要应用在生物乙醇、生物柴油、生物质固体成型燃料和生物质能发电行业。

1）生物乙醇的应用

生物乙醇是指通过微生物的发酵将各种生物质转化为燃料酒精。它可以单独或与汽油混配制成乙醇汽油作为汽车燃料。我国生产生物乙醇的原料有甘蔗、甜高粱、木薯等高能品种，并建立了年产能力达5000t的甜高粱茎秆生产乙醇的工业示范装置。因传统粮食生产乙醇价格昂贵，为降低生产成本，我国已转向对微生物混合发酵法的研发。国家发展和改革委员会称，到2020年，我国15%生物质燃料将应用在汽车、轮船等行业。

2）生物柴油的应用

可从动植物油，如大豆、油菜、动物油脂以及餐饮垃圾中提炼生物柴油，因其环保性、润滑性、安全性能良好，可与石化柴油混合作为燃料。2005年6月，我国使用自主研发的生物酶法生产生物柴油，技术指标达到欧美生物柴油标准，标志着我国生物柴油研究取得了突破性进展。2010年生物柴油产能达300×104t/年，主要用于交通运输行业。我国提出了在2020年，生物柴油产能达200×104t的目标，已在海南建立了6×104t/年装置，产量居我国首位。

3）生物质固体成型燃料的应用

生物质固体成型燃料是将城市垃圾或农林废弃物，通过外力作用，压缩成型来增加其密度的可燃物质，具有高效、清洁、无污染等优点。图7.14为生物质捆装压缩示意图。我国的生物质成型燃料生产设备有螺旋挤压式、活塞冲压式、模辊碾压式，燃料形状主要有块状、棒状、颗粒状三种。北京奥科瑞丰公司生物质固体成型燃料年产量为60×104t，居全国首位，主要应用在直接燃烧取暖与工业锅炉等方面。

图7.14　生物质捆装压缩

4）生物质能发电的应用

生物质能发电是利用生物质所具有的生物质能进行的发电，是可再生能源发电的一种，包括农林废弃物直接燃烧发电、农林废弃物气化发电、垃圾焚烧发电、垃圾填埋气发电、沼气发电。为推动生物质能发电技术的发展，2003年以来，国家先后核准批复了河北晋州、山东单县和江苏如东三个秸秆发电示范项目，颁布了《中华人民共和国可再生能源法》，并实施了生物质能发电优惠上网电价等有关配套政策，从而使生物质能发电，特别是秸秆发电迅速发展。

2008年，蒙牛建成全球最大的生物质能沼气发电厂，得到联合国开发计划署环保基金的大力支持。图7.15为蒙牛生物质能沼气发电厂。

图7.15　蒙牛的全球最大生物质能沼气发电厂

3．生物质能开发利用的主要技术

生物质能开发利用在目前阶段的主要技术有三大类：物理转化、化学转化和生物转化。涉及压缩成型、气化、液化、热解、发酵、水解等具体技术，具体情况如图7.16所示。

1）物理转化

生物质的物理转化是将农林废弃物，如秸秆、锯屑、稻壳、蔗渣等，干燥后在一定压力的作用下，压制成棒状、粒状、块状的成型燃料或饲料。农林废弃物主要由纤维素、半纤维素和木质素构成，生物质压缩成型主要是靠木质素的胶结作用。木质素为光合作用形成的天然聚合体，具有复杂的三维结构，是高分子物质，在植物中含量约为15%～30%。当温度达到70～100℃时，木质素开始软化并具有一定的黏度，当温度达到200～300℃时，木质素呈熔融状态，黏度变高，此时施加一定压力就能使木质素与纤维素黏结，使植物体积大量减少，密度显著增加，取消外力后，由于非弹性的纤维分子间的相互缠绕，其仍能保持给定形状，冷却后强度进一步增加，大大降低农林废弃物的体积，便于运输和储存。

图7.16　生物质能开发利用的主要技术

2）化学转化

生物质的化学转化涉及气化、液化和热解等三个方面。

（1）气化：

生物质气化是指在一定的温度条件下，借助氧气或水蒸气的作用，使高聚合的生物质发生热解、氧化、还原等反应，最终转化为CO，H2和低分子烃类等可燃气体的过程。在我国，应用生物质气化技术最广的领域是生物质气化发电（BGPG）。生物质气化发电的成本约为0.2～0.3元/（kW·h），已经接近或优于常规发电，其单位投资约为3500～4000元/kW，仅为煤电的60%～70%，具备进入市场竞争的条件，发展前景非常广阔。

（2）液化：

生物质液化技术是指在高温高压的条件下，进行生物质热化学转化的过程。通过液化，可将生物质转化成高热值的液体产物，即将固态的大分子有机聚合物转化成液态的小分子有机物，生物柴油就是利用生物质液化技术生产出的可再生燃料。油料作物如大豆、油菜、棕榈等在酸性或碱性催化剂和高温的作用下发生酯交换反应，生产相应脂肪酸甲酯或乙酯，再经过洗涤干燥后得到生物柴油。与传统的石化能源相比，其硫和芳烃含量低，十六烷值高，闪点高，具有良好的润滑性，可添加到化石柴油中。

（3）热解：

生物质热解是指利用热能将生物质的大分子打断，从而转化为含碳原子数目较少的低分子化合物的过程，即生物质在完全缺氧条件下，经加热或不完全燃烧后，最终转化成高能量密度的气体、液体和固体产物的过程，而木炭就是利用生物质热解技术生产出的重要产物。木炭产品包括白炭、黑炭、活性炭、机制炭四大类，其中应用范围最广的是活性炭。活性炭是具有发达孔隙结构、强吸附力、比表面积巨大等一系列优点的木炭。在我国，活性炭广泛应用于葡萄糖、味精和医药等产业的生产。

3）生物转化

生物转化技术是指依靠微生物发酵或者酶法水解作用，对生物质进行生物转化，生产出乙醇、氢、甲烷等液体或气体燃料的技术。生物转化的生物质原料包括淀粉和木质纤维素两大类。玉米、木薯、小麦等淀粉类粮食作物是生物转化的主体，但是以农作物为原料转化的产品成本较高，且易受土地和人口的因素限制，产量无法大幅度增加。因此以廉价的农作物废料等木质纤维素为原料的生物转化技术才是解决能源危机的有效途径。然而，木质纤维素的结构和组分与淀粉类原料有很大的不同，解决高效、低成本降解木质纤维素原料的问题是木质纤维素转化产物取代化石燃料的根本途径。

世界上生物质能源的开发利用技术，长期以来主要是采用直接燃烧，尽管经过不断的技术改造，利用效率仍很低。为了提高效率、方便运输、贮存如多功能使用生物质能源，减少直接燃烧造成的环境污染，近几十年来，不少国家，尤其是经济发达国家，大力研究、开发利用生物质转型优化的能源技术，也就是将低品位的生物质能源转变成液体、气体、固化、电力等形式的优质新能源的技术以及高效节能技术，并开发种植“石油”植物，增加生物质能源的资源储备。

一、生物质热解综合技术

该项技术是生物质在反应器中完全缺氧或只提供有限氧和不加催化剂条件下，高温分解为生物炭、生物油和可燃气的热化学反应过程。可热解的生物质非常广泛，农业、林业和加工时废弃的有机物，都可以作为热解的原料。生物质热解后，其能量的80%-90%转化为较高品位的燃料，有很高的商业价值。农业、林业废弃生物质热解产生的固体和液体燃料燃烧时不冒黑烟，废气中含硫量低，燃烧残余物很少，减少了对环境的污染。分选后的城市垃圾和废水处理生成的污泥经热解后，体积大为缩小，臭味、化学污染和病原菌被除去在消除公害的同时，获得了能源。

热裂解工艺有以下3种类型。

1、慢速热解（烧炭法）：主要用于烧木炭业。将木材放在种型式的窑内，在隔绝空气的情况下，加热烧成木炭。一个操作期一般要几天，可得到原料重量30%-35%的木炭，烧木炭法也称木材干馏或碳化。低温干馏的加热温度为50 0-580℃，中温干馏温度为660-750℃，高温干馏温度为900-1100℃。

2、常规热解：是将生物质原料通过常规热解的装置，一般要经过几个小时的热解，可得到原料重量20%-25%的生物炭、10%-20%的生物油。

3、快速热解：是将磨细的生物质原料在快速热解装置中进行，过程经历的时间很短，只有几秒钟，热解产物中生物油的比率明显提高，一般可以达到原料重量的40%-60%，快速热解过程需要的热量以热解产生的部分气体为热源供应。

另外，国内外正在研究“闪激加热”热解气化技术，加热速率越高，热解所获得的气态和液态的燃料产品率越高。

热解所用原料和工艺不同，所得生物炭、生物油和燃料气3种产品的比率及其热值也有差异。

二、生物质液化技术

该技术是以生物质为原料，制取液体燃料的工艺。将生物质转化为液体燃料使用，是有效利用生物质能的最佳途径。其转换方法可分为热化法、生化法、机械法和化学法。生物质液化的主要产品是醇类和生物柴油。

醇类是含氧的碳氢化合物，其分子式为R-OH，其中R表示烷基。常用是甲醇和乙醇。甲醇可用木质纤维素经蒸馏获得，亦可将生物质气化产物一氧化碳与氢经催化反应合成。生产甲醇的原料比较便宜，但设备投资较大。乙醇可由生物质热解产物乙炔与乙烯合成制取，但能耗太高，采用生物质经糖化发酵制取方法较经济可行。一般情况下，乙醇生产成本的60%以上为原料所占。因此选用廉价原料对降低乙醇成本很重要。制取乙醇的原料主要有两类，一类是本质纤维原料，另一类是含糖丰富的植物原料，也可选用农业废弃物，如高梁秸、玉米秸、制糖废渣等。

乙醇作为燃料使用已有很久的历史，1900年英国就出现了以乙醇为燃料的内燃机。70年代以来的能源危机使乙醇燃料又得到发展，据统计，世界上有上千万辆汽车用汽油混合乙醇为燃料。

生物柴油是动植物油脂加定量的醇，在催化剂作用下经化学反应，生成性质近似柴油的酯化燃料。生物柴油可代替柴油直接用于柴油发动机上，也可与柴油掺混使用。生物质液体燃料的可再生性和低污染性使期成为良好的替代能源，作为动力燃料和发电能源有持久的生命力，但目前仍受到石油市场的左右。

巴西利用甘蔗大规模生产乙醇作汽车燃料，以替代进口石油，节约外汇。僵已建有480多家加工厂，年产乙醇127亿升，乙醇汽车累计量达530多万辆。美国利用玉米、马铃薯等生产乙醇，以1：10的比例渗入汽油作汽车燃料，1993年有39个工厂，年产11亿加仑乙醇，每吨玉米可产40加仑乙醇。

三、生物质气化技术

世界上研究应用生物质气化技术发展较快，主要有热解气化技术和厌氧发酵生产沼气技术等。

1、热解气化技术。国外以不同种类的生物质为原料，大都采用压力燃烧气化技术以驱动燃气轮机，还有发生炉煤气甲烷化，流化床气化炉或固定床气化炉热解气化等技术。美国、日本、加拿大、瑞典等国的气化技术已能大规模生产水煤气。

2、厌氧发酵生产沼气，是有机物在厌氧条件下被微生物分解发酵生成一种可燃性气体——沼气，又称生物气。其主要成分是甲烷，含量占60%左右。每立方米沼气的热值相当于1公斤煤的热量。

沼气是1776年由意大利物理学家A??沃尔塔在沼泽发现的。1781年法国人L?穆拉根据沼气产生的原理，将简易沉淀池改造成世界上第一个沼气发生器。但是，资本主义国家在发展工业化、城市化过程中，走了一条“先污染后治理”的路子，对沼气并未引起重视，直至20世纪七八十年代，才越来越引起世界各国的重视。不论是研究、开发、利用厌氧消化技术和大型沼气工程处理城市、工业污泥和垃圾，既治理了污染，又获得了能源。

四、生物质发电技术

1、生物质发电。对于以生物质资源为原料进行发电，工业发达国家已有成熟的技术设备，并形成一定的生产规模。美国采用这种生物质能转型优化方式有三种技术的支持：一是能源林生产技术，包括种子选型、培育和种植。美国利用退耕或轮作的土地种植能源作物，包括树和草，因为这类土地种树或草只需要很少的化肥、农药和管理费用，有利于改良土壤结构，保护水土资源，改善生态环境。二是有专用的加工设备，包括秸秆打捆机、粉碎机、木材削片、整树粉碎等设备和专用的运输工具等。三是生产设备，主要是燃烧炉、蒸汽发电装置等。而毛里求斯、哥斯达黎加等国则大量使用蔗渣发电。

1998年12月英国首座利用特殊培育的柳树为燃料的发电厂在西约克郡奠基。这座新型发电厂使用的主要燃料是生长速度很快的矮柳。该柳树3-4年便可成材。柳树的种植和采伐将使用轮作方式，采伐后立即种植，保证电厂能获得持续的燃料供应。除了柳树外，电厂还可使用农业和渔业废物作为燃料。

2、垃圾发电。随着城市化和食品、医药等工业的发展，城市垃圾迅速增加，许多城市面临着垃圾围城的困扰，大量垃圾堆放占用土地、污染环境。而卫生掩埋、焚化、就也燃烧、堆肥、填低洼地及任意倾弃，衍生出二次污染，危害生态环境和人们的健忘。随着科学技术进步，现代垃圾中被认定为可回收的成分越来越多，因而发达国家，加强了利用垃圾发电的技术研究、开发与应用。

生物质燃料：是指将生物质材料燃烧作为燃料，一般主要是农林废弃物（如秸秆、锯末、甘蔗渣、稻糠等）。主要区别于化石燃料。在目前的国家政策和环保标准中，直接燃烧生物质属于高污染燃料，只在农村的大灶中使用，不允许在城市中使用。生物质燃料的套用，实际主要是生物质成型燃料（BiomassMouldingFuel，简称"BMF"），是将农林废物作为原材料，经过粉碎、混合、挤压、烘干等工艺，制成各种成型（如块状、颗粒状等）的，可直接燃烧的一种新型清洁燃料。

2017年10月27日，世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考，生物质燃料（主要是木材），家用燃料燃烧的室内排放在2A类致癌物清单中。

基本介绍中文名 ：生物质燃料 外文名 ：BiomassMouldingFuel 解释 ：生物质材料燃烧作为燃料 过程 ：粉碎、混合、挤压、烘干等工艺 主要区别 ：化石燃料 经济燃料 ：生物质成型燃料 来源 ：农业废弃物、家畜粪便等简介,生物燃烧,生物转化制能,沼气,乙醇,生物柴油,氢气,生物制电,优势, 简介 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。生物质，除去其在地球生态环境中所起的美学价值外，对人类还是便利的经济的可再生能源。 生物质通过光合作用将 CO 2 和水结合形成碳氢化合物(糖)以构件生物质的骨架，并在此过程中将太阳能储存在生物体内结构化合物的化学键中。 在这一过程中伴随着大量植被的繁衍生息为人类的发展建设提供了可长期利用的能量材料。 而当它们被利用时，构成生物的基本元素 (C、O、H、N 等) 又为新生生物所用，而储存在其化学键中的能量被释放出来或转化成其他形式的能量。 光合作用 人类发现了煤、石油— —石化了的生物质，这类化石能源是生物质 (主要是糖聚合物) 向类木质素片断化合物的缓慢转化过程的产物。 而这一过程历经上亿年，所以他们普遍被作为非可再生能源。 化学键 在生物质和石化资源被利用的过程中，它们最突出的区别是它们对环境的影响不同 ：当生物降解，它释放的大多数化学物质返回环境被生物体再利用 ；然而，石化资源长期深埋地下，在未被开采及利用前，能较稳定的存在，且对环境的影响较小，但是当它燃烧时，大量的石化过程中沉积的如硫、重金属等物质被释放出来且很难为生物体利用，由此造成严重的环境污染，如酸雨等。 所以，相对于石化能源，生物质燃料具有许多特有的环境价值。 它能减少气候变化，土壤侵蚀、水污染和垃圾堆积的压力、提供野生生物居住环境和帮助维持更好的生态健康等 在生物利用和再生的碳循环中，生物燃烧不会产生净 CO 2 的释放，所以对温室效应的影响也比较小 ；燃料后产生较少生物残滞，且还可以用作生物化肥。 表 1 罗列了生物资源的一些基本数据。巨大生物潜能的开发可以通过提高已存资源的利用率和增加植物的生产率来实现。 尤其是前者，由于当今热机能量利用率低，大量的生物潜能被浪费。 为了解决这一问题，原始生物燃料被转化为其它的符合现代需要的、高效的、容易利用和运输储藏的能量形式，如电能，液体或气体燃料，或者经过处理的固体燃料。这样更多的能量从生物质中抽提出来 ，从而大大提高城乡及乡村的物质经济生活。 这也成为今天生物能源研究的核心。 简单的生物质燃料使用（燃烧木材产生热） 生物质燃料中较为经济的是生物质成型燃料，多为茎状农作物、花生壳、树皮、锯末以及固体废弃物(糠醛渣、食用菌渣等)经过加工产生的块状燃料，其直径一般为6~8毫米，长度为其直径的4~5倍，破碎率小于1.5%~2.0%，乾基含水量小于10%~15%，灰分含量小于1.5%，硫含量和氯含量均小于0.07%，氮含量小于0.5%。若使用添加剂，则应为农林产物，并且应标明使用的种类和数量。 生物燃烧 直接燃烧是一种最常用的、直接的和商业可行的从生物质中提取能量的方式。 从供能植物到农业渣滓和废弃材料，燃烧系统几乎利用了各种形式的生物燃料。 而它们的燃烧过程相当，一般分为 4 个过程 ： 生物燃料 (1) 生物质中水的蒸发过程，即使经过数年干燥的木材，其细胞结构中仍含有 15 %～20 %的水； (2) 生物质中气/ 汽化成分的释放，这不仅仅是烟囱中释放的气体，还包括部分可供燃烧的蒸汽混合物和蒸发的焦油； (3) 释放的气体与空气中的氧在高温下燃烧，并产生高温分解物的喷射 ； (4) 木材中的剩余物 (主要是碳) 燃烧，在完全燃烧条件下，木材中的能量完全释放，木材完全转变为灰烬。 这一过程的主要问题是低效率。 如上所述，溢出的火苗和可燃烧气体使绝大多数的热无法利用而白白浪费。 以木材燃烧制沸水过程而言，1m 3 干木材含10G J 能量，而使 1L 水提高 1 ℃需要 412K J 的热能，所以煮沸 1L 水需要少于 400K J 的能量，数值上仅相当于 40cm 3 的木材 — — — 仅仅是一根小树枝而已。 可实际上在一个小的火炉上，我们大概需要至少 50 倍的木材，即效率不超过 2 %。 火炉 而提高燃烧效率的方法主要有： (1) 足够高的温度； (2) 足够的氧； (3) 充分的燃烧时间； (4) 较少的能量逃逸。 设计一个高效的火炉或锅炉，为此提供了保证。 在过去的十几年里，锅炉设计取得了长足的发展，以满足更高的效率和更少的释放量 (灰尘和 CO)的需要。 特别在燃烧室的设计，燃烧的空气供给和燃烧自动控制过程等方面都取得较大的进步。 手动锅炉，燃机效率已经从 50 %提高到 75 %～90 %，而自动锅炉，从 60 %上升到了 85 %～92 %。 锅炉 但是由于各种原始的生物燃料都极易降解，所以它们不易用于长时间的储存。 而且由于它们相对较低的能量密度，所以长距离的运输也显得极不经济。再则虽然锅炉在热能利用率上取得一定的进展，但是总的能量利用率仍然很低。 所以通过其他形式从生物质中获取能源，以提高能量的利用率，满足长距离的能量供给和储备在 20 世纪 80 年代后成为了研究的热点。 生物转化制能 沼气 沼气的生产和使用是最早的通过生物转化提供能量的过程。 沼气，主要成分甲烷(CH 4 ) 是由甲烷产气菌在厌氧条件下将有机物分解转化而成。 甲烷产生菌由于其细胞中不含触酶和过氧化歧化酶，所以它是严格的厌氧细菌 — — — 氧对其有致死作用。 另外，它们对碳 - 能源的类型有特殊的要求，可利用的基质分为三类： 沼气 (1) 含有 1～6 个炭原子的短链脂肪酸； (2)含 1～5 个碳原子的正或异醇类； (3) 三种气体：H 2 、CO和 CO 2 。 由于这种特殊的底物要求给甲烷的大规模生产提出了技术和经济上的问题。 乙醇 乙醇是最重要的醇类燃料。 乙醇作为能源具有诸多优良的特性 ，如发酵底物范围广 ，几乎包括各种原始生物材料；优良的燃烧特性；燃料无残滞和高的辛烷比；有益于环境的无污染燃料 ，特别是无铅、CO 2 、CO、SO 2 、粒子和其它碳氢化合物；可以直接与石油天然气混合 (最优条件下 ，乙醇占 20 %～30 %) 作为内燃机的液体燃料，从而改良燃料性能 ，减少三废的排放。 乙醇 乙醇的发酵过程与酿酒过程非常相似 ，一般涉及以下 4 个步骤： (1) 制醇植物的生长、收割和运输； (2) 预处理 ，将原始的生物材料转化为适合发酵过程的底物； (3) 发酵过程将底物转化为乙醇 ，并分离提取； (4) 发酵废渣的处理 ，以减少污染和回收副产物。 可用作乙醇发酵的原料 ，范围很广。 最近利用木质纤维素作为碳源和发酵系统成为了研究的热点[7 ] 。木质纤维素是自然界中广泛存在价格低廉的可再生自然资源 ，它的主要成分是聚多糖 (主要为纤维素和半纤维素) 和木质素。 可以用作制醇原料的是聚多糖，但必须先通过酸和酶水解等前处理手段将其转化成糖才能直接被细胞利用。 而该过程是降低醇制造工业成本的关键步骤。木质素不能被生物转化为乙醇 ，但它同其他发酵废渣可以作为锅炉燃料或用作生物化肥。 乙醇发酵 传统的乙醇发酵过程是利用酵母，特别是酿酒酵母( S . cerevisiae ) ，通过EMP途径将葡萄糖降解为丙酮酸，接着由丙酮酸脱羧酶脱羧和乙醇脱氢酶还原生成乙醇。 现在常用的是利用基因工程技术 ，在大肠杆菌( E. coli ) 中整合运用酵单孢菌 ( Z. mobilis ) 的丙酮酸脱羧酶和乙醇脱氢酶基因 ，发酵制备乙醇。 在过去的几十年里乙醇发酵技术和效率得到了迅速的提高 ，新技术新工艺不断涌现 ，生产规模也越来越大。 今天 ，在美国每年平均通过发酵制取乙醇2 百亿加仑，提供全美汽车燃油总量的 1 %以上。拉丁美洲，尤其是巴西，是世界上最大的进行乙醇发酵的地区。 在巴西 ，自从 1975 年国家醇储备计画 (theNational Alcohol Programmer ， ProAlcool) 后 ，巴西已经通过甘蔗发酵制取了近 900 亿升的乙醇 ，大量的石化能源被乙醇所代替 ，为石化能源的进口节省了巨额开支。 生物柴油 生物柴油是指植物油与甲醇进行酯交换制造的脂肪酸甲酯，是一种洁净的生物燃料。 由於乙醇在柴油机套用中的缺陷 (不能和柴油互溶，无法直接引燃等) ，以及生物柴油自身优良的燃烧特性 ，生物柴油在今天也是生物燃料研究中的热点。 生物柴油的生产 ，一般有如下方法： 生物柴油 (1) 植物油酶法 ，即借助脂酶对废食用油进行酯交换反应 ，生产生物柴油。 最近有报导 ，采用固定化酶技术并在反应过程中分段添加甲醇，使生产效率得到大幅提高并大大增加了酶的使用寿命。 (2) 利用甘蔗渣发酵生产柴油。 (3) 控制脂质累积水平使乙酰辅酶A 羧化酶基因在微藻细胞中的高效表达 ，由此通过培养的微藻来生产柴油。 氢气 氢气是另一种 21 世纪的重要能源。 今天氢气主要从石化工业中生产 ，但由于其过程高能耗、高成本以及污染环境等特性 ，使得生物制氢过程成为研究的热点。 生物制氢主要靠蓝细菌和绿藻的光裂解水制氢 ，或厌氧发酵制氢 ，但是这些过程高额的成本 ，以及氢气作为能源储存运输的难题 ，使得氢气走向实用还为时过早。 生物制氢 另外 ，传统的石化工业中 ，将微生物发酵运用到现代的石油开采技术中来提高原油的回收率也屡有报导，并已经在一些油田中推广使用 ，如胜利油田。 这也表明即使在传统的石化能源中也有生物制能的影子。 生物制电 将生物质中的化学能转变为电能的生物制电过程 ，主要分成两种 ：传统的通过燃烧发电和生物电池。传统的燃烧发电 ，在前文中已有提及 ，可以细分为两种形式 ： 生物质 (1) 通过生物质在锅炉中燃烧 ，制蒸汽，再由蒸汽发电 ； (2) 生物质气化产物燃烧制电。 而生物电池不同 ，其制电过程是在温和条件下 ，通过生物催化直接将化学能转变为电能的过程。 传统的生物发电是通过生物质在锅炉中燃烧产生高密度蒸气 ，再由蒸汽驱动涡轮机发电。 该技术在今天已经获得了很好的发展 ，并且可以利用广泛的可燃原料 ，但是由于其相对的低能量利用率和低操作效率 (而且就长远的角度看两者的提高的潜力极为有限) ，以及由于高蒸汽压力( >1200atm ，以提高蒸汽温度增加能量利用率) 的需要所带来的操作高危险性 ，这一技术的进一步发展受到限制。 生物气化是一种从生物质中获取电能的新方法。 代替直接的燃烧 ，生物质在首先转变为可燃蒸汽的过程中利用了大约65 % — 70 %的生物质所含能量。 制备的气体 ，和天然气一样 ，可以用于发电、汽车驱动以及被广泛的工业使用。 可以说 ，这种新技术，发展潜力很大。生物电池的发电机制主要有两种 ： (1) 在反应器中 ，利用微生物发酵将原材料转变为燃料产品 ，如 H 2 ，再由它在串联的发电设备中氧化生电 ，见图 1A 或者将微生物发酵和制电过程合为一体 ，微生物的代谢产物直接通过电极上的电子传递媒介物同氧化物 (O 2 或H 2 O 2 ) 发生电子传递 ，产生电 ，图 1B 。 (2) 利用固定在电极氧化还原酶，氧化还原专一性的燃料物质和氧化底物 ，从而产生电。 这一过程的基本原理见图 2。 由于大多数的氧化还原酶无法与导电支持物直接发生电子转移，因此一系列的电子传递媒介物被研最近一些新颖的覆盖了单层或多层生物催化酶的功能电极被报导。 组合了具有生物活性的单膜电极 ，在保证生物催化速率的同时 ，大大加快界面电子转移速率 ，减小了电池内阻，为生物电池小巧化、稳定化的发展提供了保证。小巧便携 ，高效稳定和长寿命是生物电池发展的方向。 一种理想的状态是插入式的电池能够利用人体内天然的燃料物质 (如葡萄糖等) 高效持续的产生电能为医疗诊断等目的所用 ，如支持心脏起搏器、体内探针等长期正常的运行。 电极氧化还原酶 优势 随着化石能源价格的不断攀升，生物质能的利用价值越来越高，除传统的薪柴、秸秆、蔗渣外，专门作为燃料的高产植物也不断培育成功。 木质废料或植物燃料作为锅炉燃料，替代燃煤或燃油，不仅节约不可再生的化石能源和企业能耗成本，而且由于木质废料中几乎不含硫，对环境的污染更小。它具有以下优势： 生物质燃料 （1）生物质燃料发热量大，发热量在3900~4800千卡/kg左右，经炭化后的发热量高达7000—8000千卡/kg。 （2） 生物质燃料纯度高，不含其他不产生热量的杂物，其含炭量75—85%，灰份3—6%，含水量1—3% （3）绝对不含煤矸石，石头等不发热反而耗热的杂质，将直接为企业降低成本。 （4） 生物质燃料不含硫磷，不腐蚀锅炉，可延长锅炉的使用寿命，企业将受益匪浅。 （5） 由于生物质燃料不含硫磷，燃烧时不产生二氧化硫和五氧化二磷，因而不会导致酸雨产生，不污染大气，不污染环境。 （6） 生物质燃料清洁卫生，投料方便，减少工人的劳动强度，极大地改善了劳动环境，企业将减少用于劳动力方面的成本。 （7）生物质燃料燃烧后灰碴极少，极大地减少堆放煤碴的场地，降低出碴费用。 （8） 生物质燃料燃烧后的灰烬是品位极高的优质有机钾肥，可回收创利。 （9） 生物质燃料是大自然恩赐于我们的可再生的能源，它是回响中央号召，创造节约性社会，工业反哺农业的急先锋。

生物质能是指植物叶绿素将太阳能转化为化学能储存在生物质内部的能量，通过热化学转换技术将固体生物质转换成可燃气体、焦油等，通过生物化学转换技术将生物质在微生物的发酵作用下转换成沼气、酒精等，通过压块细密成型技术将生物质压缩成高密度固体燃料等。

生物质能源包括：能源林木、能源作物、水生植物、各种有机的废弃物等，它们是通过植物的光合作用转化而成的可再生资源。

生物质有广义和狭义之分，广义上的生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，即一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质，包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。

狭义上的生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质。

扩展资料：

生物质能具有四大特征：

1、一是可再生性。由于可以通过植物的光合作用而形成，生物质能与风能、太阳能等一样是可再生能源，源源不断生产，保障永续利用。

2、二是绿色环保。一方面，由于生物质中硫含量、氮含量很低，燃烧过程中基本不会造成有害气体；另一方面，生物质燃烧排放释放的二氧化碳的量与其生长需要的二氧化碳相当，因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零，不会加剧温室效应。

3、三是分布广泛、总量丰富。根据生物学家的估算，陆地每年生产1000亿一1250亿吨生物质；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年能源需求总量。

4、四是广泛应用性。生物质能源可以以沼气、压缩成型固体燃料、气化生产燃气、气化发电、生产燃料酒精、热裂解生产生物柴油等形式存在，应用在国民经济的各个领域。

参考资料来源：百度百科-生物质能

参考资料来源：人民网-“古典”能源迈上复兴路-中国生物质能开发利用成果丰硕