生物质能发展现状与前景

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。

生物质能就是所谓的破枝烂叶秸秆等等植物经过压缩而成的燃料。

优点：可持续性高，因为就是树枝树叶枯草秸秆，这些本来都是要烧荒烧掉的，现在做成燃料。

本来还有一个优点是成本低，但是，现在看来也不是很低。

燃烧可以更充分，简单来说就是产生更少的烟和粉尘。

缺点：燃烧设备比较贵。

含氢氧比重还是略大，简单来说就是燃值不太高，相对煤和油等化石能源来说。如果能把生物质能燃料做成机制炭反而变废为宝，极大的减少烧炭带来的污染问题，也能大大降低炭的价格，如果再进一步，就可以把制成的炭经过压合变成煤，极大降低煤炭污染问题，当然，成本比较高。

其实，生物质能燃料是折中办法

生物质能是指利用大气、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。

生物质能的广义概念：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。有代表性的如农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便。

生物质能的狭义概念：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。

生物质能的优点可分为以下几点

①生物质能可再生，生物质能根本就是来源于太阳能，而太阳能是无穷无尽的，并且通过植物的光合作用，将太阳能转化成化学能，然后储存在生物体内，因此只要确保植物光合作用顺畅进行，就能生产出源源不断的能量。所以说生物质能是可以再生的。

②环境污染小，通常生物质能中含有对环境有害物质的含量非常低，而在植物光合作用过程中，又吸收了大量的二氧化碳，减少了温室气体，并且释放氧气，因此，提倡生物质能的应用，一定程度上促进了大自然的碳循环，对自然界就要很大的益处。

③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%）。

虽然说生物质能的优点如此突出，但是缺点也不是说没有的。

首先，生物质能的生产周期很长，依靠生物自己来获取能源，这个时间本来就不短，而且在后期加工处理中，经常是通过发酵提取等耗时耗力的手段来最终生成能源物质。样的生产效率远远比不上挖掘石油和采集天然气。

其次，生物质能的生产过程复杂，为什么这么说呢，就比如像生产乙醇，使用的是废弃的农作物进行发酵，首先要收购（最好是已经超过了保质期的）农作物，然后再将其放置于发酵罐中进行发酵，在这期间要实时监控发酵罐中的温湿度，发酵出来的原液还需进行多次过滤，提纯，最终才得到目标产物，这样看来，生产过程比单纯的采集天然气等传统的能源生产更加复杂。所以相应的资金投入就会大大增长。

还有，生物质能受地域限制，像一些农业并不太发达的地区，所能利用起来的生物质能就很少，相应的在该地区推广使用生物质能就困难重重，而且又想要在该地区用上生物质能，所需的运输成本也会大大提高。

总的来说，现在大面积推广生物质能还是有很大的困难，但相信在以后 科技 日益发展的情况下，像生物质能这类清洁能源一定会普及到千家万户的。

生物质能是可再生能源，并且最大的优势是变废为宝。如果不处理，秸秆废弃物和畜禽粪污会污染环境，处理好了，可以变成清洁能源以及有机肥。有机肥还田之后实现循环经济。缺点方面就是从经济性角度，如果没有补贴，还不足以实现盈利。当然主要还是因为环保意识以及环保处罚力度不足导致的。

“一是高昂转化成本和低廉产品价值之间的矛盾，二是巨大市场需求和技术成熟度较低之间的矛盾，这两者是解决当前生物质转化利用技术发展的关键矛盾。”在日前召开的2019生物质能专委会学术年会上，中科院广州能源所所长马隆龙的这句话点出了当前生物质能面临的难题。在由暴发期进入瓶颈期的关键阶段，国内几乎所有与生物质能相关的顶尖专家齐聚济南，以学术年会的形式探讨“生物质能源将何去何从”的命题。专家们认为，在市场和政策加持下，生物质突破瓶颈还需在发力基础研究领域，并推动技术成熟以适应市场需求。

面试热点独家解析

生物质是通过光合作用产生的动植物、微生物及其产生的废弃物。利用生物质通过化学转化生成的生物柴油、生物乙醇、生物天然气等形态的能源便是生物质能源。专家们认为，生物质能源是全球继石油、煤炭、天然气之后第四大资源库，也是唯一可再生碳资源，是国际上替代化石能源的主要选项。

“前途是光明的，道路是曲折的。”在中国工程院院士、中国林科院林产化学工业研究所所长蒋剑春看来，以林业剩余物、木材废弃物、农业秸秆为代表的农林剩余物弃之为害，用之为宝，其转化为能源的潜力为4.6亿吨标准煤，但已利用量约为2200万吨标准煤，约占2018年中国能源消耗总量的0.47%。生物质“占比低”源于技术层面的挑战。

“由于生命的复杂性，生物质资源从微观和宏观层面具有天然的复杂性。”马隆龙的这句话也意味着，“组分多样和结构复杂使得生物质资源的利用技术挑战更高。”一般而言，生物质资源可通过热化学转化、生化转化、催化转化为燃气、沼气、乙醇、基础化学品等。但目前生物质资源多以肥料化、饲料化、燃料化为主(三者共73.4%)。因为生物质与石化原料化学组成差异较大，其含氧、含水较高，导致生物质转化技术对催化过程的催化剂、生化过程的微生物具有较高要求，大多数技术仍处于实验室研发及中试阶段，产业规模化程度较低。

蒋剑春和马隆龙的发言，指向一个观点：生物质利用技术总体处于集中攻关和实验示范阶段，即技术不成熟同时，技术集成度低，导致生物质不能大规模利用。而具有官方背景的国家发改委能源研究所可再生能源发展中心主任任东明则从政策、商业模式等层面解读生物质能面临的问题。他以农林生物质发电项目为例，这个项目存在着原材料供给保障难、相关财税补贴政策落地难等问题再以生物天然气项目为例，其存在着市场投资主体少，产业基础薄弱，商业模式不成熟等难题。

尽管面临着不少难题，但以“循环再生、清洁低碳”为卖点的生物质能源在“市场广阔，政策支持”的背景下，还是吸引着国内外众多科研力量。

我国是世界第一造纸大国，一度占全球28%份额，但我国造纸工业纤维资源对外依存度达到40%以上。缺口如何弥补?答案是农林剩余物利用。利用微生物或其产生的酶对制浆原料进行预处理后再与相应的机械处理相结合，这便是生物机械制浆技术。生物基材料与绿色造纸国家重点实验室主任陈嘉川带来的“基于造纸平台的农林废弃物纤维资源的绿色转化技术”在研制出专用生物酶制剂、生物反应器等核心技术之后，已经入产业化阶段山东省科学院能源所完成的“基于热解气化的生物质分质分级热化学转化技术”创造性发明了生物质复合式低焦油分级气化工艺和装置，克服了传统生物质气化技术存在的焦油含量高的行业难题。

技术层面的难题还需要加大研发去解决。中科院广州能源所所长马隆龙认为破解当前生物质难题的关键，是发展多元化利用，并推进技术创新。而这句话也成为与会专家们的共识。

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其一，我国林业生物质能源原料丰富。

据专家介绍，我国发展林业生物质能源前景十分广阔，在已查明的油料植物中，种子含油率在40%以上的植物有150多种，能够规模化培育利用的乔灌木树种有10多种。目前，作为生物柴油开发利用较为成熟的有麻疯树、黄连木、光皮树、文冠果、油桐等树种。

国家能源办副主任徐锭明认为，我国有着发展林业生物质能源的巨大资源优势与潜力，丰富的林地和沙地等边缘土地资源，可以有计划地发展为林木生物质能源的基地。充分利用这些资源开发生物质能源，对改善我国能源结构，减少对化石能源的依赖，保障国家能源安全具有重大意义。

2006年11月，财政部、国家发改委、国家林业局下发了《关于发展生物质能源和生物化工财税扶持政策的实施意见》，对发展生物质能源产业和生物化工实施风险基金制度与弹性亏损补贴机制，国家对生物质能源及生物化工生产的原料基地龙头企业和产业化技术示范企业予以适当补助。“十一五”期间，将最终使林业生物质能源达到从原料培育、加工生产到销售的“林油一体化”格局。

越来越多的企业将目光投向生物柴油。中粮、中石油、中海油等大集团均投资生物柴油项目，建设多个能源林基地。日前国家林业局与中国石油天然气股份有限公司签署协议，从今年起，将共同在云南、四川两省建设第一批林业生物质能源基地。

其二，利用边际性土地种植非粮能源作物。

耕地面积较少是我们国家的基本国情之一。我国存在大量的山地、滩涂、盐碱地等边际性土地。利用种粮难的边际性土地种植能源作物将为生物质能源提供充足的原料，例如，甜高粱、木薯等非粮农作物。上世纪70年代，我国在山东等地的滩涂大面积试种菊芋获得成功，亩产上万斤，果糖含量超过甘蔗。南方山地木薯种植前景也非常广阔。

其三，农林业的废弃物(包括城市工业的有机废弃物)都可作为生物能源原料。

我国每年生产粮食五亿吨，产生秸秆近七亿吨。也是生物能源的主要原料之一。目前我们国家已经有利用秸秆制造生物燃料的技术。我国生物能源主力生产厂家安徽丰原集团成功突破了用秸秆生产乙醇燃料的关键技术，目前实验已取得阶段性成果，今年将建成年产300吨秸秆生产燃料酒精的中试项目。由于秸秆的价格只有玉米的几分之一，生产成本将大为降低。有人预言，用这种最经济的原料将生产出中国最需要的“新汽油”。中科大还实现了“秸秆变油”，利用“生物质热解液化技术”成功用木屑、稻壳、玉米秆和棉花秆等多种农林废弃物生产生物油，可以直接作为燃料使用。

另外农业生产中的畜禽粪便、森林中的枯枝腐叶等；城市的工业有机废弃物、城市生活中废弃的厨余垃圾、剩余倒掉的泔水等等，所有的有机物质都可以转化为生物能源。现在我国已有一大批万吨以下生物柴油项目，多数是提取厨余垃圾、剩余倒掉的泔水中的油脂作为生物原料。

开发“绿色能源”已成为当今世界上工业化国家开源节流、化害为利和保护环境的重要手段。至少有14个工业化国家在开发“绿色能源”方面取得了良好成绩，其中有些国家通过实施“绿色能源”政策，在相当大程度上缓解了本国能源不足的矛盾，而且显著改善了环境。

我国拥有丰富的生物质能资源，我国理论生物质能资源50亿吨左右。现阶段可供利用开发的资源主要为生物质废弃物，包括农作物秸秆、薪柴、禽畜粪便、工业有机废弃物和城市固体有机垃圾等。然而，由于农业、林业、工业及生活方面的生物质资源状况非常复杂，缺乏相关的统计资料和数据，以及各类生物质能资源间以各种复杂的方式相互影响，因此，生物质的消耗量是最难确定或估计的。

近年来，我国在生物质能利用领域取得了重大进展，特别是沼气技术，每年所生产能源己达115万吨油当量，占农村能源的0.24％；由节柴炕灶每年所节约的能量己达52.5万吨油当量。

我国政府及有关部门对生物质能源利用也极为重视，己连续在四个国家五年计划将生物质能利用技术的研究与应用列为重点科技攻关项目，开展了生物质能利用技术的研究与开发，如户用沼气池、节柴炕灶、薪炭林、大中型沼气工程、生物质压块成型、气化与气化发电、生物质液体燃料等，取得了多项优秀成果。政策方面，2005年2月28日，第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议通过了《可再生能源法》，2006年1月1日起已经正式实施，并于2006年陆续出台了相应的配套措施。这表明我国政府已在法律上明确了可再生能源包括生物质能在现代能源中的地位，并在政策上给予了巨大优惠支持，因此，我国生物质能发展前景和投资前景极为广阔。

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第一章 生物质能概述

1.1 生物质能的概念与形态

1.1.1 生物质能的含义

1.1.2 生物质能的种类与形态

1.1.3 生物质能的优缺点

1.2 生物质能的性质与用途

1.2.1 生物质的重要性

1.2.2 与常规能源的相似性及可获得性

1.2.3 生物质能源的可再生性及洁净性

1.3 生物能源的开发范围

1.3.1 植物酒精成为绿色石油

1.3.2 利用甲醇的植物发电

1.3.3 生产石油的草木

1.3.4 藻类生物能源的利用

1.3.5 海中藻菌能源开发

1.3.6 薪柴与“能源林”推广

1.3.7 变垃圾为宝的沼气池

1.3.8 人体生物发电的开发利用

1.3.9 细菌采矿技术的研究

第二章 全球生物质能的开发和利用

2.1 国际生物质能开发利用综述

2.1.1 全球生物质能开发与利用回顾

2.1.2 欧洲各国生物能源研究机构简介

2.1.3 欧盟国家生物质能发展政策分析

2.2 美国

2.2.1 美国生物质能研发概况

2.2.2 美国生物质能的研究领域

2.2.3 美国将大力开发燃料乙醇和生物燃油

2.3 德国

2.3.1 德国生物质能的研发和应用状况

2.3.2 德国积极发展生物质能替代石油

2.3.3 德国生物柴油生产和销售状况

2.4 日本

2.4.1 日本生物质能的研究计划

2.4.2 日本生物质能发电应用状况

2.4.3 日本生物质能源综合战略分析

2.5 其它国家

2.5.1 英国大力发展生物质能产业

2.5.2 瑞典生物质能发展概述

2.5.3 巴西大力开发生物质能源

2.5.4 农业为法国发展生物燃料奠定基础

2.5.5 印度生物质能开发与利用概况

2.5.6 泰国积极拓展生物能源领域

第三章 中国生物质能开发和利用状况

3.1 中国生物质能发展概述

3.1.1 我国生物质能的资源概况

3.1.2 解析我国发展生物质能的动因

3.1.3 我国对生物质能的应用状况

3.1.4 我国生物质能发展的示范工程

3.1.5 我国发展生物质能的主要成就

3.2 全国各地生物质能利用情况

3.2.1 四川省生物质能资源及利用状况

3.2.2 内蒙古生物质能源发展状况及开发建议

3.2.3 湖北省生物质能集约化应用方向与途径

3.2.4 上海生物质能发展环境与建议

3.3 开发与利用生物质能存在的问题与对策

3.3.1 生物质能利用尚存三大瓶颈

3.3.2 消极因素阻碍生物质能的发展

3.3.3 生物质能开发与国外相比存在的差距

3.3.4 我国发展生物质能的主要策略

3.3.5 未来生物质能发展的基本方向

第四章 中国农村生物质能的开发与利用

4.1 农村生物质能的资源状况

4.1.1 我国农村农作物秸秆资源丰富

4.1.2 农村畜禽养殖场粪便资源状况

4.1.3 林业及其加工废弃物资源状况

4.2 农村生物质能源利用状况

4.2.1 我国农村生物质能利用状况回顾

4.2.2 发展农村生物质能对能源农业的意义

4.2.3 我国农村生物质能开发的主要策略

4.2.4 未来农村生物质能发展战略目标

4.3 主要地区农村生物能源利用状况

4.3.1 江苏农村的生物质能利用状况

4.3.2 北京加速农村生物质能源推广

4.3.3 吉林生物质能源项目的使用概况

第五章 生物质能开发与应用技术分析

5.1 生物质能技术的相关介绍

5.1.1 生物质液化技术

5.1.2 生物质气化技术

5.1.3 生物质发电技术

5.1.4 生物质热解综合技术

5.1.5 生物质固化成型技术

5.2 世界生物质能开发技术分析

5.2.1 国外生物质能技术的发展状况

5.2.2 世界种植“石油”作物技术概况

5.2.3 欧洲生物质能开发与利用技术分析

5.3 中国生物质能技术的发展

5.3.1 我国生物质能技术的主要类别

5.3.2 中国生物质热解液化技术概要

5.3.3 我国生物质能技术存在的主要问题

5.3.4 发展我国生物质能利用技术的策略

5.3.5 我国生物质能利用技术开发建议

第六章 生物柴油

6.1 生物柴油简介

6.1.1 生物柴油的概念

6.1.2 生物柴油的特性

6.1.3 生物柴油的生产工艺

6.1.4 生物柴油的优势与效益

6.2 生物柴油生产的原料来源

6.2.1 油菜成为生物柴油的首选原料

6.2.2 用廉价废旧原料生产生物柴油

6.2.3 花生油下脚废料开发出生物柴油

6.2.4 潲水油可以成为生物柴油原料

6.3 国际生物柴油行业分析

6.3.1 世界生物柴油发展迅速的原因

6.3.2 欧盟生物柴油行业发展现状

6.3.3 美国生物柴油行业发展状况

6.3.4 巴西将提前实现生物柴油发展目标

6.3.5 2007年德国将是生物柴油净出口国

6.3.6 2007年马来西亚将提高生物柴油产量

6.4 我国生物柴油产业发展概述

6.4.1 发展生物柴油的必要性和可行性

6.4.2 我国生物柴油产业尚在初级阶段

6.4.3 我国生物柴油技术发展的成就

6.5 2005-2007年生物柴油产业发展分析

6.5.1 2005年“生物柴油”植物栽培获突破

6.5.2 2006年生物柴油产业迎来投资高潮

6.5.3 2007年环保生物柴油试产成功

6.6 生物柴油发展中的问题与对策

6.6.1 我国生物柴油商业化应用的障碍

6.6.2 突破生物柴油产业发展瓶颈的对策

6.6.3 价格和原料供应问题的解决途径

6.6.4 解析生物柴油发展中的法律欠缺

6.6.5 推动中国生物柴油发展的政策建议

6.7 生物柴油产业发展前景分析

6.7.1 生物柴油在国内的商业化未来

6.7.2 我国生物柴油的市场前景广阔

第七章 燃料乙醇

7.1 燃料乙醇简介

7.1.1 燃料乙醇含义

7.1.2 燃料乙醇的重要作用

7.1.3 变性燃料乙醇简介

7.1.4 变性燃料乙醇国家标准

7.2 燃料乙醇生产原料分析

7.2.1 甘蔗是理想的燃料酒精作物

7.2.2 玉米生产燃料乙醇潜力巨大

7.2.3 不同类型原料的综合比选

7.2.4 发展燃料乙醇原料产业的建议

7.3 国际燃料乙醇产业分析

7.3.1 世界燃料乙醇工业发展回顾

7.3.2 欧洲国家推广应用燃料乙醇概况

7.3.3 乙醇燃料在美国的应用推广过程

7.3.4 巴西政府大力发展燃料乙醇工业

7.3.5 全球燃料乙醇替代汽油展望

7.4 中国燃料乙醇产业分析

7.4.1 中国燃料乙醇的生产与应用回顾

7.4.2 中国燃料乙醇推广的实践经验

7.4.3 我国发展燃料乙醇工业的基本原则

7.4.4 燃料乙醇企业面临成本高的难题

7.4.5 发展国内燃料乙醇工业的若干建议

7.5 中国燃料乙醇市场分析

7.5.1 我国燃料乙醇市场简况

7.5.2 燃料乙醇定价与经济性分析

7.5.3 燃料乙醇需求增加使玉米供应出现缺口

7.5.4 推广应用燃料乙醇的经验策略

7.6 燃料乙醇的发展前景和趋势

7.6.1 未来燃料乙醇工业发展前景展望

7.6.2 我国燃料乙醇工业市场前景广阔

7.6.3 木薯制造燃料乙醇的市场前景广阔

第八章 生物质能发电

8.1 国际生物质能发电情况

8.1.1 世界生物质能发电技术日趋成熟

8.1.2 北美地区生物质能发电发展概况

8.1.3 欧盟地区生物质能发电发展分析

8.1.4 生物质能发电未来的前景预测

8.2 中国生物质能发电产业分析

8.2.1 加快生物质发电的必要性和可行性

8.2.2 内地主要生物质发电项目建设情况

8.2.3 发展生物质发电对新农村建设意义重大

8.3 沼气发电

8.3.1 发展我国农村沼气发电的意义重大

8.3.2 我国农村沼气发电的应用技术分析

8.3.3 沼气综合利用发电的经济效益分析

8.3.4 沼气发电商业化发展的障碍与对策

8.3.5 未来我国农村沼气发电的发展前景

8.4 2004-2006年沼气发电项目运行状况

8.4.1 2004年无锡市的沼气发电电量大增

8.4.2 2005年浙江省最大的沼气发电项目成功运行

8.4.3 2006年四川首个沼气发电站在双流建成

8.4.4 2006年徐州建成首家沼气发电工程

8.4.5 2006年兰州大型沼气发电机组试车成功

8.5 秸秆发电

8.5.1 中国秸秆发电发展概况

8.5.2 中国应着力推进秸秆发电事业

8.5.3 国内秸秆发电的技术分析

8.6 生物质气化发电

8.6.1 发展生物质气化发电技术的意义

8.6.2 中国生物质气化发电技术的现状

8.6.3 中小型气化发电技术的现状和问题

8.6.4 生物质气化发电技术的经济性分析

8.6.5 生物质气化发电技术应用市场分析

8.6.6 生物质气化发电技术的发展策略

8.6.7 国家对生物质气化发电的政策支持

第九章 生物质能产业投资分析

9.1 投资生物质能产业的政策环境

9.1.1 我国开发生物质能的有利政策

9.1.2 发展生物质能的财政政策解读

9.1.3 农村能源发展的政策保障与战略思考

9.1.4 我国燃料乙醇工业的相关政策剖析

9.2 投资机会与投资成本分析

9.2.1 中国优先发展的生物能源项目

9.2.2 燃料乙醇行业已成投资热点

9.2.3 国内推广生物柴油的时机成熟

9.2.4 投资生物柴油的经济成本分析

9.3 投资生物质能产业的若干建议

9.3.1 生物质能利用应考虑的几个因素

9.3.2 投资生物质能发电项目亟需谨慎

9.3.3 开发燃料乙醇应关注三大问题

第十章 生物质能利用的发展前景

10.1 全球生物质能的发展前景分析

10.1.1 未来全球将面临能源危机的挑战

10.1.2 全球生物能源利用潜力预测

10.1.3 全球生物质能的发展前景广阔

10.2 中国生物质能的利用前景

10.2.1 我国开发利用生物质能具有广阔前景

10.2.2 我国生物质能资源潜力巨大

10.2.3 中国林业发展生物质能源潜力巨大

10.3 生物质能利用技术的未来展望

10.3.1 生物质能源技术市场前景广阔

10.3.2 未来生物质能应用技术的发展方向

10.3.3 我国生物质能利用技术发展目标

生物能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式，一种以生物质为载体的能量，它直接或间接地来源于植物的光合作用，在各种可再生能源中，生物质是独特的，它是贮存的太阳能，更是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料。生物质所含能量的多少与下列诸因素有密切的关系：品种、生长周期、繁殖与种值方法、收获方法、抗病抗灾性能、日照的时间与强度、环境的温度与湿度、雨量、土壤条件等，在太阳能直接转换的各种过程中，光合作用是效率最低的，光合作用的转化率约为0.5％-5％，据估计温带地区植物光合作用的转化率按全年平均计算约为太阳全部辐射能的0.5％-2.5％，整个生物圈的平均转化率可达3％-5％。生物质能潜力很大，世界上约有250000种生物，在提供理想的环境与条件下，光合作用的最高效率可达8～15%，一般情况下平均效率为0.5%左右。

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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。

化学能：

化学能是一种很隐蔽的能量,它不能直接用来做功,只有在发生化学变化的时候才释放出来,变成热能或者其他形式的能量.像石油和煤的燃烧,炸药爆炸以及人吃的食物在体内发生化学变化时候所放出的能量,都属于化学能.化学能是指化合物的能量,根据能量恒定律,这种能量的变化与反应中热能的变化是大小相等、符号相反,参加反应的化合物中各原子重新排列而产生新的化合物时,将导致化学能的变化,产生放热或吸热效应.

生物能：

生物能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式,一种以生物质为载体的能量,它直接或间接地来源于植物的光合作用,在各种可再生能源中,生物质是独特的,它是贮存的太阳能,更是一种唯一可再生的碳源,可转化成常规的固态、液态和气态燃料.生物质所含能量的多少与下列诸因素有密切的关系：品种、生长周期、繁殖与种值方法、收获方法、抗病抗灾性能、日照的时间与强度、环境的温度与湿度、雨量、土壤条件等,在太阳能直接转换的各种过程中,光合作用是效率最低的,光合作用的转化率约为0.5％-5％,据估计温带地区植物光合作用的转化率按全年平均计算约为太阳全部辐射能的0.5％-2.5％,整个生物圈的平均转化率可达3％-5％.生物质能潜力很大,世界上约有250000种生物,在提供理想的环境与条件下,光合作用的最高效率可达8～15%,一般情况下平均效率为0.5%左右.

生物能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式，一种以生物质为载体的能量，它直接或间接地来源于植物的光合作用，在各种可再生能源中，生物质是独特的，它是贮存的太阳能，更是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料。生物质所含能量的多少与下列诸因素有密切的关系：品种、生长周期、繁殖与种植方法、收获方法、抗病抗灾性能、日照的时间与强度、环境的温度与湿度、雨量、土壤条件等，在太阳能直接转换的各种过程中，光合作用是效率最低的，光合作用的转化率约为0.5％-5％，据估计温带地区植物光合作用的转化率按全年平均计算约为太阳全部辐射能的0.5％-2.5％，整个生物圈的平均转化率可达3％-5％。生物质能潜力很大，世界上约有250000种生物，在提供理想的环境与条件下，光合作用的最高效率可达8～15%，一般情况下平均效率为0.5%左右。

以生物质为载体的能量.生物界一切有生命的可以生长的有机物质,包括动植物和微生物.所有生物质都有一定的能量,而作为能源利用的主要是农林业的副产品及其加工残余物,也包括人畜分粪便和有机废弃物.生物质能为人类提供了基本燃料。

生物能具备下列优点:

(1)提供低硫燃料，

(2)提供廉价能源(于某些条件下)，

(3)将有机物转化成燃料可减少环境公害(例如，垃圾燃料)，

(4)与其他非传统性能源相比较，技术上的难题较少。

至于其缺点有:

(1)植物仅能将极少量的太阳能转化成有机物，

(2)单位土地面的有机物能量偏低，

(3)缺乏适合栽种植物的土地，

(4)有机物的水分偏多(50%～95%)

生物能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式。它直接或间接地来源于植物的光合作用，其蕴藏量极大，仅地球上的植物，每年生产量就像当于目前人类消耗矿物能的20倍，或相当于世界现有人口食物能量的160倍。

生物能的开发和利用具有巨大的潜力。目前主要从三个方面研究开发：

一是建立以沼气为中心的农村新的能量，物质循环系统，使秸秆中的生物能以沼气的形式缓慢地释放出来，解决燃料问题；

二是建立“能量林场”，“能量农场”，“海洋能量农场”。建立以植物为能源的发电厂。变“能源植物”为“能源作物”，如“石油树”，绿玉树，续随子；

三是种植柑蔗，木薯，海草，玉米，甜菜，甜高粱等，既有利于食品工业的发展，植物残渣又可以制造酒精以代替石油。 [编辑本段]我国发展生物能源产业潜力巨大发展生物能源产业必须具备资源条件、技术条件和体制条件。我国发展生物能源产业有着巨大的资源潜力。我国人口多，虽然可作为生物能源的粮食、油料资源很少，但是可作为生物能源的生物质资源有着巨大的潜力。如农作物秸秆尚有60%可用于能源用途，约合2.1亿吨标煤，有约40%的森林开采剩余物未加工利用，现有可供开发的生物质能源至少能达4.5亿吨标煤，同时还有约1.33亿公顷宜农宜林荒山荒地，可以用于发展能源农业和能源林业。发展生物能源产业，利用农林废弃物，开发宜林荒地，培育与生产生物能源资源，增加了农民的就业机会。

生 物 能 资 源

有机物的来源牲畜粪便:牲畜的粪便，经干燥可直接燃烧供应热能。若将粪便经过厌氧处理(anaerobic treatment)，会产生甲烷和可供肥料使用之淤渣(slurry)。若用小型厌氧消化糟(anaerobic digestor)，仅需三至四头牲畜之的粪便即能满足发展中国家中小家庭每天能量的需要。 农作物残渣:农作物残渣遗留於耕地上也有水土保持与土壤肥力固化的功能，因此，农作物残渣不可毫无限制地供作能源转换。 柴薪:至今仍为许多发展中国家的重要能源，仍需依赖柴薪来满足大部分能量需求。不过由于日益增加薪柴的需求，将导致林地日减，需适当规划与植林方可解决这一问题。 制糖作物:对具有广大未利用土地的国家而言，如将制糖作物转化成乙醇将可成为一种极富潜力的生物能。制糖作物最大的优点，在於可直接发酵(fermentation)变成乙醇。 城市垃圾:一般城市垃圾主要成分纸屑（占40％）、纺织费料（占20%）和废弃食物（占20%）。将城市垃圾直接燃烧可产生热能,或是经过热解体(Pyrolysis)处理而制成燃料使用。 城市污水:一般城市污水约含有0.02～0.03%固体与99%以上的水分。下水道污泥(sewage sludge)有望成为厌氧消化槽的主要原料。 水生植物:利用水生植物化成燃料也为增加能源供应方法之一。 种植能源作物增加生物能，目前具有发展潜力的能源作物，包括： 快速成长作物树木糖与淀粉作物（供制造乙醇）含有碳氧化的合作物草本作物水生植物农林废料供应的能量是十分可观的。据Putnam氏的看法，将近全世界总消费量的20%，或约为木材贡献的四倍。在美国这些费料的热含量约为木材消费量的3.5 倍。但此等费料的收集、运输、及转变为可作商品的燃料要比现在石油产品的价格要高几倍呢。

能 量 转 化 过 程

[编辑本段]一、生化转化过程 ：1.厌氧消化 厌氧消化为一生化转化过程，依靠不需氧微生物将固体有机物转化成甲烷、二氧化碳、氢及其他产物，整个转化过程可分成三个步骤。首先将不可溶复合有机物转化成可溶化合物；然后可溶化合物再转化成短链（Short chain）酸与乙醇；最后,二步骤的产物再经各种厌氧菌（不需氧生物）转化成气体，一般最后的产物含有50～80%的甲烷，最典型产物为含65%的甲烷与35%的二氧化碳。其主要优点为可利用水分含量达90%的有机物，可小规模利用，淤渣能充当农作物的肥料。至于主要缺点为大量废水需适当处理，气体产品储藏费用高。

2.乙醇发酵 糖类作物发酵可制成乙醇。一般所谓的乙醇整批制程（batch　process），先将发酵物（糖类作物）稀释至糖分约为20%（重量），且酸化至Ph4～5，再加入酵母菌（约５％，），再将液体施以分留和精炼。一般2.5加伦糖或5.85 公斤糖（约　2184Kcal）可制造１加伦的乙醇（3.79升，21257Kcal），因此在整个发酵过程中几无能量损失。若使用淀粉作物（例如，玉米、大麦）做发酵物，必须先将淀粉转化成可发酵糖分，然后再进行发酵。可供发酵制造乙醇的作物，包括甘蔗、番薯,甜菜等。，由作物发酵生产乙醇的费用约为每公升0.34美元，其高生产成本是由于制程为整批式而非连续的，最终产物（乙醇）含有酵母需再精炼处理。这种产量不足以克服高度工业化的需求。现在美国的消费量将近30亿桶，以能含量计约为四十亿桶的酒精（酒精的热能约为汽油的70%）。在美国木材地区此等数字作比较，总计约为70万平方里（＝1.8百万平方公里），其三分之一－即约16亿亩－是有的卖的，且实际可用的约为35亿亩，我们认为，像美国这样的国家的燃料需求还不能由发酵酒精来克服。

二、热化学转化过程

1.热解： 热解也称为干馏（destructive distillation），指在缺氧条件下的加热作用。将有机物热解会产生气体、液体与固产物，大多数热解气体（pyrogas）的主要成分为H2、CO2、CO、CH4与少量碳氢化合物（例如，乙烷）；热解液体一般含有乙醇、醋酸、水或焦油（tars）等；至于热解固体残余物含有炭（例如，木炭）于灰分等。热解过程包括下列处理程序:原料粗碎，烘干粗碎原料，去除杂质，原料细碎，热解，冷产物，储存与分配产物。热解加热过程中，固态有机物一般于300℃以上开始进行热解，某些催化剂（例如，氯化洌┛山档腿冉夥从Φ钠鹗嘉露取４死嗳冉夥从Ψ浅８丛硬⑶也�锍煞殖Ｋ嫒冉庠�嫌敕从ψ刺�泻艽蟊浠��ǔ５臀掠刖徛�尤瓤刹��罅抗烫宀�铮��焖偌尤扔敫呶陆���隙嗥�宀�铮�僮魑露纫不嵊跋炱�宀�锏钠分省＜偃粢�肟掌�晕�秩忌眨��宀�镂锖�写罅康牡��说�煞纸�嵝纬裳趸�铮�蚨�档推�迦剂系娜群�俊?薪材热解作用一般指在大气压和200℃～600℃温度之间进行，在此状况下典型的产物包括：木炭　30～35% 有机液体　18～20% 气体　20% （产品重量相对与干燥源料的重量） 如果将薪材加热至1100℃ ，热解作用依然存在。在此状况下，大部分液体与固体分馏物将进一步分解，故有较多气体产物产生.。气化：有机物的气化是热化学反应将固体燃料转化成可燃气体。完全燃烧必须发生在有充分氧气的状况下，而有机物氧化作用则必须在氧气不足的状况下进行。氧化过程的主要反应为： C+ 02 CO　放热　C+H2O CO+H2　吸热 CO+ H2OCO2+H2　放热 C+2 H2 CH4　放热 最简单的氧化作用方式为空气氧化（air gasification），有机物在有限量空气之下进行不完全燃烧反应。空气氧化炉构造简单、价格便宜并且可靠性高，主要缺点在於所产生气体被空气中氮气所稀释，因此气体产物的热值低，经济效益不高。 2.液体燃料制造 直接液化　使用CO或H2作为还原剂，於高温高压下将有机物直接氧化，且均产生油状液体产物，其可再分馏而充当燃料使用。间接液化 将有机物间接液化的主要方法，采用合成气体制成原料。而最先发展的间接液化法是处理煤气液化。A.合成气体制成乙醇: 此过程在石化工业上应用极广，多用作乙醇制造。目前可行方法很多，其中最易的方法是将H2与CO在高温（约300℃）与高压（约　100Atm）下结合，并使用催化剂。反应方程式为：催化剂　CO+2 H2 ──CH3OH （合成气体）　（乙醇）　此法自薪材提炼乙醇，产率约为360公斤／吨薪材，能量转换效率约在30～40%之间。显然乙醇热含量（ 19.8GJ／吨）低于石油燃料（43.7GL／吨汽油），但其仍可用于发动汽、柴油机。B.Mobil法: 若利用Mobil法可将乙醇转化成高辛烷值汽油，因此可免修改引擎。此方法在试验室内己获证实，转换效率可达90% 。纽西兰目前正筹建一座日产量12500吨合成石油工厂，可将天然气转化为乙醇。C Fisher-Tropseh法: Fisher-Tropsch法利用催化剂将合成气体制成碳氢燃料。此法发明于1920年，而二次大战时盛行于德国，以制造合成燃料，今日南非利用此法以转换煤碳，但产物复杂,目前正研究寻求适当催化剂以使产物化单纯化。此法若改采用有机物做原料，则产物的硫含量较低。目前研究中之另一有机物间接液化法，是将热解气体制成合成石油，其未来发展潜力被看好。此技术称为「China lake process」，其采用先进的「快速热解」步骤，它比标准热解法可产制含较多币属烃（olefins）的气体产品。此气体产品再经压力聚合成高分子量碳氢化合物，经精炼后即可成为有用燃料。据估计总转换率有22%。

沼 气 利 用

沼气:有机物在厌氧条件下被微生物分解发酵生成的一种可燃性气体.有成生物气其主要可染成分时甲烷,含量占60%左右,此外,二氧化碳占40%左右,以及其他微量成分.沼气在农村有广泛的应用,探索出多种沼气利用技术:下面是几个应用例子:猪场粪便沼气发酵处理技术背景与意义。随着人们物质生活的日益改善和外向型农牧业的发展，我国畜禽养殖业集约化生产近十年来发展迅速，每个大中型畜禽场日排放粪水上百吨，严重危害城郊环境卫生，同时成为阻碍养殖业持续稳定发展的重要因素。猪粪水是一优质有机肥源，早先融合于传统农业生产中，进入良性生态循环，它又是一种良好的生物质能资源，通过沼气池发酵回收生物质能沼气，已为人们熟识，而且回收沼气的过程不仅能够保持粪水的肥料成份，还可以增进肥质的速效化和腐殖化。农业的集约化生产在显著提高效率和效益的同时，不幸伴随着大农业生产良性生态循环体系的肢解。集约化畜禽业生产与农业生产脱离，大量的粪水资源未经妥善处理而任意排放，而成为社会注目的公害，因此对集约化猪场粪便污水进行处理意义重大。技术猫述　技术原理：通过对集约化猪场粪水进行包括固液分离段、制肥段、厌氧两步消化段和好氧处理段在内的处理过程，实现猪粪水的综合处理，充分回收资源。技术关键：固液分离技术，厌氧消化过程，好氧物化处理。优缺点评价：(l)从资源回收、综合利用和产品商品化出发，优化组合相关的科学技术，不仅能获得较高的能源、生态和环境效益，而且可获得可观的经济效益。(2)因各工艺段的衔接点均设有缓冲环节，运行中能够充分承受猪场粪水水质、水量和 pH等的冲击，确保系统高产能运作和获取稳定的优异效果。技术指标及要求条件：日处理存栏6500-7000头的猪场全部粪水100-200吨旧，日产沼气约300立方米和商品化有机复合肥约1．5吨。主要设备：产酸池、调节池、物化滤池、接触氧化池、腐化塔、晒道、干燥房。养猪、产气、积肥多功能户用沼气池建设技术背景与意义。我国目前的农业生产形式主要以户为单位，大多数农户既经营种植业也经营养殖业，而户用沼气池以农户生产和生活中的废弃物作为发酵原料，制取沼气及多种厌氧消化产物，从而解决了农户生活用能，并满足生产中的某些需求，所以建设户用沼气池在我国具有良好的发展前景。本项技术旨在设计一种实用性强、便于管理的饲、气、肥多功能沼气及相应配套工艺。技术描述　技术原理：针对水压式沼气池进出料难，冬季产气率低和农村能源、饲料、肥料缺乏等问题并结合庭院经济的发展和卫生状况设计，冬季利用塑膜温室为沼气池和猪舍增温保温，使沼气池正常运转，猪安全越冬。夏季利用棚架种植瓜豆、葡萄，为猪舍遮荫，使猪舍冬暖夏凉。技术关键：池型结构，塑膜温室的建造，秸秆酸化和粗饲料预处理。优缺点评价：(1)投资少、见效快、实用性强，便于施工管理，综合效益好；(2)秸秆不直接人池，解决了沼气进出料难的问题；(3)除贮粪池外，其它设备均设在猪圈内，猪舍冬暖夏凉，实现了能源、饲料、肥料种植、养殖、环保多位一体的良性循环。技术指标及要求条件：(l)产气率： 0.3-O.5立方米／立方米·天；(2)用气时间：10-12个月；(3)酸化池容积 1立方米，粗饲料预处理池容积0.2立方米；(4)贮气罩容积：接日产气量的50％设计，其它参数接国标池要求设计。每间猪舍长4米，宽3米，四面墙体中空8-10厘米，填充保温材料(珍珠岩粉或蛭石)，前墙高90-100厘米，下留出水孔，后墙高180-190厘米，上部留一小窗，下留通风孔，中校高230厘米。圈后设走廊，宽70厘米，前墙拱架用竹木搭成，采光材料用普通白塑膜，夜间用草帘保温。猪舍地面南高北低，斜度5'，水泥混凝士浇注，厚3厘米。l1月底或12月初扣棚，4月初拆棚。夏秋为自然温度发酵，冬季在猪圈上建温室为沼气池增温保温。启动原料为牛马粪，启动后以猪粪为补料，配以人粪尿、秸秆酸化水、粗饲料浸泡酸液等，3-5年大换料一次。资金条件：全套设备一次投资1300元。主要设备：主池、秸秆酸化池、粗饲料预处理池、溢流管、进料口、贮气罩、厕所。使用沼气应注意哪能些安全问题：沼气是广大农村目前正大力推广使用折一种新能源，但由于沼气池是密封的，空气不流通，缺氧气，所以应严禁轻易入池，以防止中毒窒息。进料时，只能从进料口和活动盖口进料。确需下池换料、出料或维修沼气池时，须打开进出料口和活动盖，三天后方可下池。下池前，为防万一，可选取放一只鸡或鸭入内。观察数分钟，如发现池中鸡鸭出现窒息反应，则说明池内沼气多氧气少，千万不能入池。下池时，池上要有专人看护，下池的人可腰系绳子，如发生中毒窒息征兆，可及时拉出池外。另外，应特别注意不要放含磷高的原料（如菜籽饼、棉饼、磷肥等）入池，因这些原料在池内易产生剧毒气体，会导致人中毒死亡。二、防止池体爆炸。沼气如在沼气池内遇火燃烧，极易引起池体爆炸，因此，严禁在活动盖口和导气管口点火，否则易将火引入池内，使池内气体燃烧，引起爆炸。新建的沼气要在水泥达到强度以后才能进水试验。进水速度要慢，特别当水已封门时，不能用抽水机进水，以免进水速度过快，池内压力急速上升而胀破池体。另外，还应定期检查并排除输气管内的积水，否则积水过多，会使池内气压被积水阻隔，不能正常反应在压力表上，就有胀破池身的危险。 三、防止火灾烧伤。在用沼气煮饭炒菜时，要先擦燃火柴，再扭开沼气开关。如先扭开关后点火，沼气充满灶内，遇火易烧焦头发、眉毛，烧伤皮肤。在出料或维修沼气池时，千万不能点蜡烛、油灯等明火进池，只能用手电，池内切忌吸烟。在沼气池、导气管、输气管周围严禁烧火，特别不能让小孩在进出料间附近玩火，以免发生火灾。当闻到室内有臭鸡蛋味时，说明有沼气泄漏，应立即打开门窗，让室内空气流通。此时，绝不能在室内点火，要尽快关掉总开关，找到漏气设备的管理，如输气管因鼠咬或老化破裂，要及时进行更换。