我国生物质能的开发利用有哪些？
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。
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。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。甜高粱是主要的生物质能，我国甜高粱最早是科学家于1965年开始培育的雅津系列甜高粱品种，甜高粱耐涝、耐旱、耐盐碱，适合从海南岛到黑龙江地区种植，糖锤度在18-23%，每4亩甜高粱秸秆可生产1吨无水生物乙醇。我国汽油中的甜高粱生物乙醇比例占10%。我国生物质能储量丰富70%的储量在广大的 农村 ，应用也是主要在农村地区。目前已经有相当多的地区正在推广和示范农村沼气技术，技术简单成熟，正在逐步得到推广。
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%)
生物质资源以林业和农业废弃物为主
我国生物质资源丰富，主要包括农业废弃物、林业废弃物、畜禽粪便、城市生活垃圾、有机废水和废渣等，每年可作为能源利用的生物质资源总量约相等于4.6亿标准煤。其中农业废弃物资源量约4亿吨，折算成标煤量约2亿吨林业废弃物资源量约3.5亿吨，折算成标煤量约2亿吨其余相关有机废弃物约为6000万吨标准煤。
生物质发电保持稳步增长势头
随着国内大力鼓励和支持发展可再生能源，生物质能发电投资热情迅速高涨，各类农林废弃物发电项目纷纷启动建设。我国生物质能发电技术产业呈现出全面加速的发展态势。据国家能源局数据显示，2019年，我国生物质发电累计装机达到2254万千瓦，同比增长26.6%我国生物质发电新增装机473万千瓦我国生物质发电量1111亿千瓦时，同比增长20.4%，继续保持稳步增长势头。
生物质能占可再生能源比例逐步扩大
从我国能源结构以及生物质能地位变化情况来看，近年来，随着生物质能发电持续快速增长，生物质能装机和发电量占可再生能源的比重不断上升。具体表现为：2019年我国生物质能源装机容量和发电量占可再生能源的比重分别上升至2.84%和5.45%。生物质能发电的地位不断上升，反映生物质能发电正逐渐成为我国可再生能源利用中的新生力量。
垃圾燃烧发电占比不断提高
根据中国产业发展促进会生物质能产业分会于2019年6月30日发布的《2019中国生物质发电产业排名报告》数据，截至2018年，我国已投产生物质发电项目902个，并网装机容量为1784.3万千瓦，年发电量为906.8亿千瓦时。
其中：我国农林生物质发电项目为321个，并网装机容量为806.3万千瓦，较2017年增加了51个项目、105.5万千瓦装机容量。而垃圾发电项目已达到401个，并网装机容量为916.4万千瓦，较2017年增加了63个项目、191.3万千瓦装机容量。
垃圾焚烧发电项目401个，并网装机容量916.4万千瓦，年发电量为488.1亿千瓦时，年处理垃圾量1.3亿吨。
沼气发电项目180个，较2017年增加44个装机容量为61.6万千瓦，较2017年增加11.7万千瓦年发电量、上网电量分别达到24.1亿、21.4亿千瓦时，较2017年各增加2亿、2.1亿千瓦时。
2018年农林生物质发电全行业发电设备平均利用小时数为4895小时，同比2017年减少774小时。装机容量增加约105.5万千瓦，但是发电量和上网电量和2017年基本持平，主要原因一是部分企业转为热电联产，供热量增大二是行业原料成本固定，但是盈利能力减弱，发电补贴未能及时下发，部分企业资金链紧张，最终导致停产。自2017年开始，垃圾焚烧发电装机增速明显高于农林生物质发电，装机装量超过农林生物质发电。到2018年，垃圾焚烧发电装机容量高于农林生物质发电约110万千瓦，上网电量高于农林生物质发电约35.7亿千瓦时。
——以上数据来源于前瞻产业研究院《中国生物质能发电产业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。
我国煤炭资源储藏丰富，煤种齐全，分布广。2013年我国煤炭探明储量为1.48×1012t。2014年我国煤炭产量达38.7×108t，接近世界煤产量的一半。我国煤炭储藏和生产主要集中在山西、内蒙古、陕西等省、自治区，与现有区域经济布局呈逆向分布，形成了“北煤南运”和“西煤东调”的局面，长距离运输给煤炭生产和分配带来了很大的压力。
2．石油资源的储量和产量
我国属于石油资源贫乏的国家，石油资源主要分布在东部地区。全国已探明673个油田，2013年，我国石油探明储量为33.7×108t，石油产量为2.1×108t。
3．天然气资源的储量和产量
我国天然气主要集中于西部地区。2013年，天然气探明储量为4.64×1012m3，天然气产量为12.09×1010m3，其中常规天然气产量为11.77×1010m3，煤层气和页岩气产量分别超过30×108m3和2×108m3。
4．铀矿资源的储量和产量
我国是铀矿资源不甚丰富的国家。探明的铀矿资源分布不均衡，主要分布在江西省、湖南省、广东省、广西壮族自治区等地。铀矿探明储量为16.61×104t，居世界第10位，能够满足我国中短期的核电发展需求。
5．水利资源的分布和利用
我国水利资源非常丰富。按经济可开发年发电量重复使用100年计算，水利资源约占我国能源剩余可采总储量的40%，在我国常规能源中仅次于煤炭，居第二位。总体上看，我国水利资源西部多，东部少，相对集中在西南地区，并且主要集中在大江大河的干流。
2013年，全国水电总装机容量达2.8×108kW，占全国总发电装机容量的22.4%，年发电量为8963×108kW·h。
6．风能、太阳能的分布和利用
考虑到实际可利用的土地面积等因素，初步估计：我国可利用的陆上风能储量约8×108kW。陆上风能主要分布在“三北”（华北、东北、西北）地区，风能功率密度在200～300W/m2以上，有可能达到500W/m2以上；近海可利用的风能储量有2×108kW，共计约10×108kW。截至2013年底，我国风电装机容量为3107×104kW。
我国太阳能资源的高值中心和低值中心都处在北纬22°～35°一带，青藏高原是高值中心，四川盆地是低值中心。太阳年辐射总量，西部地区高于东部地区，而且除西藏和新疆两个自治区外，基本上是南部低于北部。从全国太阳年辐射总量的分布来看，西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西、陕西北部、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部，以及台湾省的西南部等广大地区的太阳年辐射总量很大。截至2013年底，我国光伏发电装机容量达1942×104kW。
7．地热资源
我国多年来地热能直接利用量稳居世界第一位。据估计，在地壳表层10km的范围内，地热资源就达12.6×1023kJ，相当于4.6×1016t标准煤，超过全世界煤经济可采储量热值的7万倍。
8．生物资源
我国是一个农业大国，生物资源丰富。根据《2013中国可再生能源产业发展报告》，我国农作物秸秆理论资源量约为7.2×108t，约折合3.6×108t标准煤，可用作清洁生物质能相当于约2.2×108t标准煤；林业剩余物中的森林采伐及木材加工剩余物的实物量约为7760×104t，折合4400×104t标准煤，薪炭林等所产薪柴的实物量保守估计为4800×104t，折合2700×104t标准煤，两者合计约为1.25×108t，折合7100×104t标准煤，林业剩余物可利用量3600×104t标准煤；禽畜粪便理论资源量约为13.4×108t，约折合5600×104t标准煤，可利用量2800×104t标准煤；工业有机废物可利用量1600×104t标准煤；城市有机生活垃圾可利用量1300×104t标准煤。
与传统能源行业相比，生物质能具有可再生、污染低、分布广等特性。严酷的现实已经倒逼着人类社会必须寻找和发展可再生清洁能源，我们中国尤其如此。生物质能源可以覆盖化石能源的全品类，因此这个产业兴旺发展的时机已经成熟。国家能源局此前发布的《生物质能发展“十三五”规划》明确，全国可作为能源利用的农作物秸秆及农产品加工剩余物、生活垃圾与有机废弃物等生物质资源总量每年约4.6亿吨标准煤。截至2020年“十三五”规划末，生物质能在可再生能源中占比将达到30%，超过光伏和风电的总和。据了解，我国生物质重点产业将实现规模化发展，成为带动新型城镇化建设、农村经济发展的新型产业。
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、秸秆、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。
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发展呈现十大趋势：
生物创业一是生物经济已经成为新的经济增长点，其市场空间可能是信息产业的10倍。发展生物技术及产业已经是世界许多国家不约而同的共同行动，全球生物技术及产业呈现明显的加速发展态势。
生物创业二是农业生物技术将推动第二次绿色革命。农业生物技术将创造动植物新品种，创造新肥料（生物肥料）、新农药（生物农药）、新地膜（可降解地膜）、新食品与饲料添加剂，全面提升农业综合生产力，推动第二次绿色革命。
生物创业三是医药生物技术将推动第四次医学革命，人均寿命将进一步提高。医药生物技术将从疾病预防、疾病诊断、药物研制、生物治疗、器官移植等方面，推进第四次医学科技革命，全面提高人民健康水平，延长人类寿命。
生物创业四是发展生物质能，仅中国就能够再造一个“绿色大庆”。全球生物质能的储量为18000亿吨，相当于640亿吨石油。我国生物质能至少有相当于7个大庆的能源产出量。发展生物质能，有效利用部分生物质能，至少能够形成一个“绿色大庆”，有效地缓解能源短缺的压力。国外燃料酒精、生物柴油已经进入产业化阶段。在当前石油价格高位运行以及我国石油资源短缺的形势下，发展生物质能是一个战略的选择。
生物创业五是工业生物技术将推进“绿色制造业”，促进化学工业的第三次革命。我国已经进入高速工业化的阶段，正在成为世界工厂，但是资源过度消耗，大量废物、废水、废气的排放，导致资源与环境问题越来越严重，必须引起足够的重视。利用现代工业生物技术，能够有效地改造传统产业，提高经济效益，减少环境污染。
生物创业六是环境生物技术将为再造“秀美山川”提供技术支撑。生物技术对解决环境污染、土地沙化、草地退化、气候变暖等环境问题具有独特的作用。通过微生物对有毒有害污染物的降解，提高污水处理的技术已经进入应用阶段。抗旱、抗盐草类、树木等新品种，防风固沙植物、环境指示植物的应用，将大幅度改变生态环境。
生物创业七是生物资源的深度开发将培育一批新的生物产业。主要包括培育具有特殊用途的植物，如能源植物、纤维植物、油脂植物、芳香植物等新品种，为能源、化工提供重要的原料和制剂；大规模筛选和提取微生物活性物质，研制抗肿瘤、抗真菌等药物，开发新型生物肥料、生物农药；发展海洋生物产业，开发一批海洋食物、药物及保健品，开发海洋生物材料、海洋生物酶等新产品。
生物创业八是生物技术在保障生物安全中具有不可替代的作用。全世界有数十种生物制剂、数百种危险生物，对人类安全构成巨大威胁，必须依靠现代生物技术建立健全防御生物恐怖、防治重大疫病的应急技术体系，研制针对主要生物恐怖因子的疫苗与治疗药物，研制生物芯片、生物传感器等生物检测技术，为国家安全提供技术支撑。
生物创业九是基因组学、蛋白质组学将使人类对生物世界的认识水平和改造能力发生质的飞跃。2001年6月人类基因组工作图的完成，被称为是人类科技史上的第三个里程碑。短短的几年里，人类已经完成和正在进行对266种动植物和380种微生物的全基因组测序。蛋白质组学将进一步揭示生命的奥秘，对药物设计与研制产生巨大的推动作用。人类对生命规律的认识，对人类自身的了解与调控能力已经达到了前所未有的程度。
生物创业十是人类传统伦理观念将受到强烈冲击。基因诊断技术将能够揭示人的基因密码，将影响个人的隐私权的保护。组织工程、器官移植等技术与产品的应用，将对传统的人体观念、伦理观念产生强烈的冲击。
希望你可以根据以上信息了解生物科技的发展方向，确定自己生物创业的方向。
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