我国生物质能的开发利用有哪些

生物质能按材料来源分为四类：

农业废弃物：是指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）和农业加工过程中的废弃物，如农业生产过程中剩余的稻壳等。

林业废弃物：是指森林生长和林业生产过程提供的生物质能源，包括森林采伐剩余物、木材加工剩余物及育林剪枝剩余物等。

畜禽粪便：主要是指鸡、猪和牛等的粪便排泄，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。

城市生活垃圾：主要是由居民生活垃圾，商业、服务业垃圾和少量建筑垃圾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。

生物质能按使用方式分为四类：生物质发电、生物燃料（生物乙醇、生物柴油等）、压缩颗料、沼气。

我最近正在做生物质能的研究，可以一起交流。

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。

中文名

生物乙醇

性质

用发酵将生物质转化燃料酒精

现状

以粮食作物为原料

地区

主要是美国、巴西等国

快速

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发展现状争议商业使用研究进展

作用

汽油掺乙醇有两个作用：一是乙醇辛烷值高达115，可以取代污染环境的含铅添加剂来改善汽油的防爆性能；二是乙醇含氧量高，可以改善燃烧，减少发动机内的碳沉淀和-氧化碳等不完全燃烧污染物排放。同体积的生物乙醇汽油和汽油相比，燃烧热值低30%左右。但因为只掺入10%，热值减少不显著，而且不需要改造发动机就可以使用。

生物乙醇

发展

工业化生产的燃料乙醇绝大多数是以粮食作物为原料的，从长远来看具有规模限制和不可持续性。以木质纤维素为原料的第二代生物燃料乙醇是决定未来大规模替代石油的关键。

美国能源部预计纤维素燃料乙醇可能在2012年左右即可取得重要突破，而欧洲的一些研究机构则认为大约在2015－2020年，此外还有一些研究机构认为则有可能在2025年之后纤维素燃料乙醇才能进入规模生产和市场应用阶段。除了燃料乙醇外，一些企业还选择研发生物质气化生产生物柴油、费托合成柴油和生物质液化生产生物柴油等技术的关键问题，为未来规模应用储备技术，为抢占未来市场打基础。

美国业界普遍认为生产纤维素乙醇的成本在3-4美元/加仑之间，即0.8-1美元/升。在纤维素燃料乙醇实现商业化生产之后，预计其生产成本在0.53美元/升左右，稍低于玉米乙醇价格。如果玉米等粮食作物的价格继续上涨，纤维素乙醇实现量产之后的价格极具竞争力。但生产纤维素乙醇的前期投资较大，根据美国一些研究机构的测算，生产规模相同的条件下，纤维素燃料乙醇需要的投资是玉米燃料乙醇的7-8倍。

中国在纤维素酶生产技术、戊糖发酵菌株构建等方面还没有取得根本性突破，各单位中试研究的每吨纤维素乙醇的原料消耗都在6吨以上，生产成本估算都在5000-6500元/吨乙醇以上，还不适合于工业化生产。理性估算，中国的纤维素乙醇形成规模化生产至少还要3-4年以上研究。河南天冠、安徽丰原等公司的纤维素燃料乙醇的研发和示范走在全国前列。

现状

近两年来，各大能源消费国竞先寻求替代石油的新能源。美国和欧洲不约而同地都选择生物燃料乙醇作为主要的替代运输燃料，并制订了雄心勃勃的开发计划。2007年1月，美国总统布什在《国情咨文》中宣称，美国计划在今后10年中将其国内的汽油消费量减少20%，其中15%通过使用替代燃料实现，计划到2017年燃料乙醇的年使用量达到1325亿升，是年使用量的7倍。2007年3月，欧盟27国出台了新的共同能源政策，计划到2020年实现生物燃料乙醇使用量占车用燃料的10%。[1]

生物乙醇

继2008年增长60%后，欧盟2009年的乙醇生产量又继续增长，增长了31%，欧盟乙醇生产量已从2008年28亿升增长到2009年37亿升。虽然一些国家，包括奥地利和瑞典，其2009年乙醇产能大大增加，法国仍然是最大的生产国。法国乙醇生产量从2008年10.00亿升增长到2009年12.50亿升。德国也不甘落后，该国2009年乙醇生产量增长32%，至7.50亿升，而第三大生产国西班牙生产量为4.65亿升。总计欧盟18个乙醇生产国家中有6个生产量未增长或保持不变。奥地利和瑞典是唯一乙醇生产量增加一倍以上的生产国，奥地利生产量增加了102%，瑞典生产量增加了124%。他们的排名分别位列第四和第五大生物燃料生产国。欧盟的乙醇总消费量也在上升，欧盟2009年消费量约为43亿升。较2008年的35亿升有大幅度增长。德国消费11.43亿升，使其成为最大的乙醇消费国。法国是第二大消费国，消费7.98亿升；其后是瑞典，消费3.77亿升。预计到2020年，所有欧洲汽油的13%都必须来自于可再生原料。欧洲汽油现仅3.5%来自可再生来源生产，预计在今后10年内可再生运输工业将以超过10倍的速度增长。

北海集团（North Sea Group）是比利时、荷兰、卢森堡经济联盟（Benelux）最大的独立燃料供应商，该公司于2010年3月26日组建乙醇子公司，该子公司将致力于乙醇销售和分配。新的企业命名为北海全球乙醇公司（North Sea Global Ethanol (NSGE)），总部在瑞士Zug，在巴西S?o Paulo拥有子公司。NSGE的目标之一在于使完全可持续的供应链与下游终端应用组合成一体化。

北海集团（North Sea Group）原由Van der Sluijs集团与FNR+ Holding公司 (Frisol, 北海石油, Reinplus Vanwoerden)联合而组成，该集团已作出决定，重点将生物柴油与甘蔗生物乙醇业务集合在一起，以满足可持续发展的需求。

北海全球乙醇公司 (NSGE)是一家国际性的乙醇贸易、分销和投资公司，重点专注于全球乙醇市物。不仅处理燃料乙醇业务，而且也开发工业、医药、化妆品和饮用级乙醇。

中国开发生物燃料乙醇的热潮也在近两年骤然升温。2005年，中国生产燃料乙醇125万吨，2006年增长到133万吨。中国燃料乙醇的消费量已占汽油消费量的20%左右，成为继巴西、美国之后第三大生物燃料乙醇生产国和消费国。

乙醇生产补贴

至2010年5月，三项政策左右美国乙醇行业未来。尽管利润率提高，生产商已从破产困境走出，政府也支持发展生物燃料，但美国乙醇行业整体状况在得到改善的同时，其未来发展仍具不确定性。美国乙醇行业2010年做了三件大事：说服国会继续对乙醇生产给予补贴优惠、延续乙醇进口关税以及提高汽油中乙醇掺混比例。

可再生燃料协会（RFA）主席鲍勃?迪内恩在全美乙醇会议上表示，最大的挑战是确保政府将之前45美分/加仑的乙醇税收补贴优惠计划再延长一段时日，否则的话，美国近40%的乙醇生产将受到严重影响。据了解，美国2009年乙醇总产量约为107亿加仑，比前一年增加了16.5%。

研究人员称，政府取消补贴的话将使美国乙醇行业11.2万人失业。虽然相对于美国的劳动力规模来说，这个数字不算大，但如果这件事发生在美国失业率接近10%的当下，其影响当局不能忽视。

美国的生物燃料计划已经根据《可再生燃料标准》（RFS）立法。因此，到底是继续资助本地乙醇生产，还是通过进口乙醇达到RFS要求，立法者需要作出选择。

乙醇装置建设近况

总部在美国弗吉尼亚州的欧塞奇生物能源（Osage Bio Energy，OBE）公司于2010年3月26日宣布开发冬季大麦乙醇作为先进生物燃料，将利用区域性的谷物，主要是冬季大麦，通过将淀粉转化为糖类、然后发酵的传统的途径，来生产乙醇和高价值的联产品，以供应东海岸市场。OBE公司将于2010年7月在弗吉尼亚州Hopewell为Appomattox生物能源公司(ABE)建设第一家工厂，将于2010年底投产，可生产6500万加仑/年乙醇。

美国清洁能源投资公司（Clean Energy Capital，CEC）于2010年11月6日宣布，在美国加利福尼亚州Imperial Valley开发第一套大型商业化规模甘蔗乙醇炼制厂。生产的乙醇将符合加利福尼亚州的低碳燃料标准。该项目将投资5.75亿美元，生产6600万加仑/年乙醇，足以可满足3.5万户家庭的电力需求，并且产生的生物甲醇可为1万户家庭提供热能需求。与甘蔗具有相似特性的甜高梁也将使用。来自炼油厂对乙醇的强劲需求缘于生产的乙醇将可满足美国最苛刻的低碳燃料指令的要求。这项业务将与主要的国际石油公司签约销售乙醇的长期合同，并从当地农场主购买甘蔗。

世界上最大的乙醇生产商美国Poet公司最新的乙醇装置于2011年3月15日投产，这是该公司第27套乙醇装置，装置位于印第安纳州，年产能为9000万加仑，这将使该州总乙醇生产量超过10亿加仑目标。Poet公司于2010年收购了Poet Biorefining公司，现正在完成投资约3000万美元的改造，包括采用Poet公司专利的发酵工艺BPX，该工艺使用酶替代热，可降低能源成本。该装置也拥有水回收系统和新的污染控制设备。

其他一些州也在考虑采用与加利福尼亚州相同的低碳燃料标准，包括康乃提克州、德拉瓦州、缅因州、马里兰州、马萨诸塞州、新罕布尔州、新泽西州、纽约州、俄勒冈州、宾夕法尼亚州、罗德岛、佛蒙特州和华盛顿州。亚拉巴马州、佛罗里达州、乔治亚州、夏威夷州、路易斯安那州、密西西比州、南卡罗林那州和得克萨斯州在内的一些州，甘蔗将有增长，将成为建设甘蔗乙醇炼制厂的首选地。

争议

2007年9月，经合组织(OECD)发表了题为《生物燃料：是比疾病还要糟糕的治疗方案吗？》的长篇报告，认为发展生物燃料得不偿失，呼吁美国和欧洲国家取消对当前生物液体燃料的补贴政策。在同期召开的OECD“可持续发展圆桌会议”上，针对燃料乙醇的能源投入产出比、经济性、社会和环境影响问题，支持和反对生物燃料的两派展开了激烈辩论。

美国和欧盟似乎还并未对质疑的声音做出反应，而中国已率先开始限制和调控生物燃料乙醇产业。07年底，国家发改委紧急下发《关于加强生物燃料乙醇项目建设管理，促进产业健康发展的通知》，暂停核准和备案玉米加工燃料乙醇项目，并对在建和拟建项目进行全面清理。08年6月，发改委全面叫停粮食乙醇的开发，要求今后生物燃料的发展必须满足不占用耕地、不消耗粮食和不破坏生态环境为前提。

商业使用

全球使用生物乙醇做成ETBE（Ethyl Tertiary Butyl Ether）替代MTBE，通常以5~15%的混合量在不需要修改/替换现有汽车引擎的状况下加入；有些时候ETBE也以替代铅的方式加入汽油中，以提高辛烷值而得到较洁净的汽油；也可以完全替代汽油使用为输送燃料。

使用乙醇的汽车

世界上使用乙醇汽油的国家主要是美国、巴西等国。在美国使用的是E85乙醇汽油，即85%的乙醇和15%的汽油混合作为燃料，而美国是用甘蔗和玉米来生产乙醇的，这种E85汽油的价格与性能与常规汽油相似。早在2003年7月中旬美国威斯康星州、美国乙醇汽车联合会与通用汽车公司就在美国6个州推行E85的使用，将其作为汽油的代用燃料。美国仅有大约140家加油站提供E85，其中大多数在中西部。有300万辆车是既可以用汽油也可以用E85，而且通用汽车公司还在大量生产这种使用两类燃料的汽车。美国每年要消耗30亿加仑的乙醇添加到汽油中。如今E85已占乙醇燃料的85%，也正在受到公众的喜爱。然而，这似乎还不够。为了节能和环保，2005年6月28日美国参议院还通过了一项能源法案，要求到2012年，每年石油供应商应当添加80亿加仑的乙醇到汽油中。

研究进展

日本成功开发出一项新技术，可低成本、高产量地利用稻草生产生物乙醇。[2]

在通常情况下，稻草中的淀粉很难溶解于水，所以，现有技术主要是利用稻草中的纤维素来生产乙醇，淀粉没有得到有效利用。技术人员在稻草原料中增添了一种特殊的碱溶液，并确认淀粉在碱溶液中能充分溶解。然后，再将溶解后的淀粉采用与纤维素不同的生产工艺，使淀粉转化成糖。[2]

日本实验生产设备已经能够用1吨干稻草生产出315升乙醇，与利用原有技术与设备生产相比，产量增加了24%以上，成本也已下降到每升70.7日元（约合0.7美元）。[2]

生物乙醇已成为美国、巴西等国重要的清洁燃料，但生物乙醇基本上用玉米等粮食作物生产，常常会与粮食安全产生矛盾，不具有可持续性。[2]

根据阿得雷德大学的研究，墨西哥沙漠植物龙舌兰有望成为生物燃料和其他生化产品的来源。澳大利亚研究理事会植物细胞壁卓越中心的研究者们发现，每公顷龙舌兰植物每年可以生产多达1.5万升的生物燃料，而且它还可生长在低降雨条件下的贫瘠土地。

研究者们正在寻找乙醇生产的最佳栽培方法，例如利用种植密度和机械化来最大限度地提高产量并优化发酵。龙舌兰植物生产大量的糖，很容易发酵成生物乙醇。研究者们对乙醇产量进行了建模，每公顷植物预测每年可生产4000~15000升乙醇

2017-05-01 20:00

新型生物质能一般是指对应化石燃料的甲烷、乙醇和生物柴油及其类似燃料，应用方向主要有发动机燃料替代、生物质能发电以及化工替代原料。有一些热词“秸秆制沼气”、“地沟油制柴油” 一个个跌下神坛，人们看重生物质能的地方是，它既是燃料替代品，也是生活废料的处理站，但人们不断希望着，也不断失望着。

曾经风靡一时的沼气循环

地沟油是流向了工厂还是餐桌？

但是，燃料乙醇给生物质能的应用带来了希望。乙醇首次得到广泛的工业应用，就是作为汽油添加剂出现。乙醇汽油抗爆性、含氧量和环保型上比普通汽油优异，在燃烧值，动力性和耐腐蚀性上有诸多不足。因为国家强制性的尾气排放标准，尽管遭到车主“减量不减价”的吐槽，E10的乙醇汽油还是在全国范围内得到了推广。

乙醇与烃类的氧化燃烧反应

与质量接近的烃类相比，乙醇的氧化反应，需要氧气少，燃烧更完全，尾气少，发动机积炭也会少；但是碳源就会减少，单位能量少，还要考虑到醇类燃烧的热值不足，加上汽化吸热量大，所以导致乙醇相对烃类动力不足。关于中国汽油“减量不减价”的说法，必须要解释一下，事实上乙醇汽油成本比过去的93#系列更高，涨价应该也是可以理解的。但为什么会引发大家吐槽呢？我认为，这源于“几桶油”的价格不透明、盈利不公开，存在贪污腐败以及吃空饷的现象。这是民众对于国资垄断行业的基本不信任，这属于人民内部矛盾，不应该当作乙醇汽油产业的污点，更不该用来否定乙醇汽油的推广政策。

让人爱恨交加的三桶油

乙醇汽油推广政策施行10年后，到2016年，中国已成为世界上继巴西、美国之后第三大生物燃料乙醇生产国。但中国的燃料乙醇年产量仅为250万吨（来源中国国家能源局），调合汽油2500万吨，但仅占当年全国汽油总消费量的20%，中国乙醇产业规模只占全球的3%，远远落后于美国和巴西。市场需求表明，中国燃料乙醇是供不应求的，如何提高乙醇产能是近期整个行业的主要任务。

另一个方面，中国陈化粮库存的近年来一直居高不下，而前些年中国科技界对淀粉类粮食转化乙醇的技术研究也基本成熟，这样市场需求、社会需要和技术支撑完美的结合在一起，催生燃料乙醇产业的高速发展，同时也带动上线产业—农业耕地的合理利用。

燃料乙醇产业会改进农业抛荒问题吗？

乙醇产业能否让陈化粮远离餐桌？

但是市场讯息万变，未来几年内，当陈化粮库存耗尽，E10、E15、E20，甚至是E85逐步推广全国，乙醇产业一定会侵吞更多的食用粮食，并且刺激非农粮业的不合理耕种，导致粮食生产单一化、食品工业危机甚至粮食危机的提前爆发。

农业产业与油企的矛盾

所以粮食制乙醇的产业机制应该不提倡，产量也必须限制，政策补贴应该适当减少或者取消。相比之下，另一条路——纤维素制乙醇是更合理的循环经济模式。

纤维素生物质的碳循环经济

植物废料，如秸秆、草杆的主要成分——纤维素，一直以来都是以焚烧肥地的方式参加到农业循环中，造成了严重的大气污染。而现在的技术可以让它摇身一变，成为生产能源的原材料，其他的的副产物也可以回到农业循环中。这种生态循环是最健康的循环机制。

这是反应式的简化，事实纤维素转化乙醇的工业方式单一、产能有限、效率低下、能耗和水消耗量非常大，高效纤维素酶未能工业化，微生物降解更是在实验室阶段。这一系列导致燃料乙醇无法得到量产，我们国家也面临这样的抉择——到底是大力发展现在低效模式还是减缓推广力度？

纤维素乙醇的技术整合

美国的经验是可以借鉴了，但是美国人均可耕地面积、粮食产量和淡水资源都是远超中国的，一定程度上，他可以一边发展粮食制乙醇，一边研究纤维素制乙醇，将汽油中的乙醇含量逐步提高。中国更加恶劣的资源环境条件，要求我们更合理更科学地完善乙醇产业，一边限定粮食制乙醇的产量，一边研究纤维素制乙醇，将E10汽油缓慢推广。

产粮大国-美国有更多的乙醇原料

这方面的科技水平，中美差距并不是很大，但中国的环境更迫切地要求纤维素乙醇技术的进步。只有技术革新，带动市场推广，带动粮食合理生产，推进产业的生态循环，才是燃料乙醇的根本出路，而不是单靠政府补贴和强制性的推广。

农业物联网技术将合理化燃料乙醇的产业结构

尽管诸多技术难题亟待解决，市场规范也需要完善，但是瑕不掩瑜。燃料乙醇将是清洁能源的代表——退，可以立足于乙醇汽油的现状；进，可以展望未来汽油的完全替代。在它的带领下，不久的将来，生物质能的开发一定可以与风能太阳能的利用平分秋色。

清洁能源-燃料乙醇

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。

1.什么是生物质？什么是生物质能？生物质（biomass）可以理解为自然界通过光合作用产生的一切生命体（动、植、微生物）及其代谢的产物（粪便、秸秆）等。

生物质能（biomass energy）则可以简单地理解为这些生命体里所蕴含的能量，是一种能源。2.身边的生物质能利用         就拿国内来说，已经规模化利用方式有主要有沼气池、生物质发电等。（可能还有堆肥之类的，本身作为热能方向的学生不甚了解）3.生物质能里利用方式固体燃料        例如火力发电厂中与煤混燃发电，或是直接的生物质发电厂发电。存在的问题就是生物质在中国的收集运输成本较高。在欧洲一些国家生物质发电发展的很好，而且生物质已经被制作成颗粒燃料，可以简单的用于日常替代煤。液体燃料       液体燃料的话，主要有通过生化转化、热解等技术产生的生物乙醇、生物柴油等等。曾经，美国向墨西哥大量采购玉米作为燃料生产乙醇，而且采购价格比国内食用采购价还高，导致墨西哥国内市场问题。对这个生化转化有兴趣的话有很多相关的书籍可以了解一下。垃圾焚烧       垃圾焚烧也可以算作生物质能的利用范畴，与之前提到的火电厂不同，其主要问题在于会产生剧毒物质二恶英，但作为迄今为止优秀的垃圾处理方式，已经慢慢推广。同学毕业后就有很多去往深圳能源的垃圾焚烧厂。沼气       其本质也属于生物质生化转化范畴，与发酵之类相关。

所谓生物质能（biomass energy），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。目前，很多国家都在积极研究和开发利用生物质能。但目前的利用率不到3%。目前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。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。

加拿大亚伯达可再生柴油示范基地（ARDD）发布的一份研究称油菜子可作为寒冷天气用可再生柴油的生产原料。“ARDD的研究表明油菜子生物柴油及相关混合物尤其适合在寒冷的冬天使用”，研究中油菜子可再生柴油的混合比例为冬季月份2%，春季和夏季月份5%，而油菜子可再生柴油则由75%的菜子油和25%的动物脂组成。混合柴油在低温下没有表现出任何异常。

而诺维信公司、中粮集团日前与中国石化集团合作的开发利用农作物废料玉米秸秆生产第二代燃料乙醇的项目则把我国生物质能的开发推向了规模化商业生产的流程。与石油燃料相比，第二代燃料乙醇能将温室气体排放量至少降低90%。纤维素燃料乙醇只需耗用极少或者根本无需使用矿物燃料，并能够向电网供电，这对于降低空气污染、缓解能源压力有重大意义。

随着城市规模的扩大和城市化进程的加速，世界城镇垃圾的产生量和堆积量逐年增加。1991年和1995年，仅我国工业固体废物产生量分别为5.88亿吨和6.45亿吨，同期城镇生活垃圾量以每年10%左右的速度递增。1995年中国城市总数达640座，垃圾清运量10750万吨。而且这些垃圾的构成已呈现向现代化城市过渡的趋势，有以下特点：一是垃圾中有机物含量接近1/3甚至更高；二是食品类废弃物是有机物的主要组成部分；三是易降解有机物含量高。这些特点给我们留下了很大的研究和开发利用的空间，技术成熟后，不仅可以有效缓解城市能源危机，还可以解决城市垃圾问题，保护环境。

我国重庆一座垃圾发电厂装备了国产的焚烧炉。焚烧炉是垃圾发电核心设备，国产焚烧炉更适合国情——发达国家早已实现了垃圾分类，而我国的垃圾中，菜叶剩饭和废布料、纸片等混在一起，国产的焚烧炉就是为混合垃圾量身打造。

该垃圾发电厂负责人称，电厂现在每天可“吃掉”1500吨垃圾——这是主城日产生垃圾总量的近五成，一年发电超8000万千瓦时，年利润达到4000万元左右，可满足近5万户居民的用电需求。

世界各国在垃圾发电方面的投入越来越大，技术也慢慢成熟，这在未来的城市生活中，不仅解决了垃圾处理的难题，更为人们提供了新的能源来源！