新能源电池是什么材料做的？
新能源电池材料有超导材料、太阳能电池材料、储氢材料、固体氧化物电池材料智能材料、磁性材料、纳米材料。新能源新材料是在环保理念推出之后引发的对不可再生资源节约利用的一种新的科技理念。以下是未来的几种新能源新材料介绍：1、波能：即海洋波浪能。这是一种取之不尽，用之不竭的无污染可再生能源。2、煤层气：煤在形成过程中由于温度及压力增加，在产生变质作用的同时也释放出可燃性气体；3、可燃冰：这是一种甲烷与水结合在一起的固体化合物，它的外型与冰相似，故称“可燃冰”。
固体氧化物燃料电池有如下优点：(1)较高的电流密度和功率密度；(2)阳、阴极极化可忽略，彼化损失集中在电解质内阻降；(3)可直接使用氢气、烃类(甲烷)、甲醇等作燃料，而不必使用贵金属作催化剂；(4)避免了中、低温燃料电池的酸碱电解质或熔盐电解质的腐蚀及封接问题；(5)能提供高质余热，实现热电联产，燃料利用率高，能量利用率高达80％左右，是一种清洁高效的能源系统；(6)广泛采用陶瓷材料作电解质、阴极和阳极，具有全固态结构；(7)陶瓷电解质要求中、高温运行(600～1000℃)，加快了电池的反应进行，还可以实现多种碳氢燃料气体的内部还原，简化了设备。
上图为甲烷、铁、铝、硼铝、锆在空气中燃烧所形成的稳定火焰，由此我们可以清楚地看到，金属也能当燃料！事实上，一个来自荷兰埃因霍芬理工大学（TU Eindhoven）的科研团队的研究表明，金属有望成为未来最有前途的燃料之一，这具体是怎么回事呢？下面我们就来了解一下。
如果我们把一块金属，比如说一块铁丢进一堆火里，那么我们最多只会看到这块铁被烧红了，它根本就不会燃烧，而之所以会这样，是因为这块铁中的原子并没有与空气充分地混合。
那么假如我们把这块铁研磨成极细的粉末，然后将其与空气充分地混合，在这种情况下，燃烧是不是就会变得容易多了呢？答案是肯定的。
事实上，这种原理其实早已得到了一定的利用，例如铝热剂中的燃烧就是金属铝的粉末，烟花里的着色剂也是金属粉末，而在固体火箭燃料里也存在着金属粉末。
根据这个原理，这个科研团队开发出了一种以金属铁的粉末为燃料的燃烧系统，该燃烧系统能够将铁粉与空气充分混合，并将其注入燃烧室进行均匀且稳定的燃烧，然后利用铁粉燃烧产生的热量驱动发动机。
根据介绍，之所以选用金属铁来当燃料，是因为铁的成本相对较低并且容易获取，更重要的是，铁粉的能量密度并不比传统的化石燃料差。
目前该系统的原型机已在荷兰的斯温克尔家族酿酒厂（Swinkels Family Brewers）安装调试完毕，这就意味着，全球第一个以金属作为燃料的燃烧系统已开始试用。
研究人员指出，相对于化石燃料而言，使用金属粉末作为燃料有着许多优势，例如金属燃料很稳定，不需要特殊的储罐或者低温冷却，因此非常便于运输和保存，而其最大的优势就是，金属燃料非常绿色环保，因为它燃烧时不会有碳排放，也不会产生烟雾，当其燃烧之后，只会生成稳定无害的固体氧化物。
（图为一名工作人员正在将铁粉注入该燃烧系统）
那么问题就来了，地球上的金属就只有那么多，如果把金属用来当作燃料的话，那么可能用不了多长时间，地球上金属资源就被消耗殆尽了，到时候又怎么办呢？
对此研究人员解释说，其实不必担心这个问题，因为这些固体氧化物是可以回收并再次利用的，从理论上来讲，我们完全可以利用电解的方式将这些氧化物再次还原成金属的。那么这些电能从何而来呢？根据设想，可以利用太阳能、风力等发电系统来提供电解氧化物所需要的电能。
所以金属燃料是可以循环利用的，换句话来讲就是，按照这样的使用方式，金属燃料的本质其实就是一种能量的存储介质，这与化石燃料有着很大的不同。
看到这里可能有人会说了，我们直接使用电能不香吗？为什么要多此一举呢？其实原因是太阳能、风力等发电系统都有一个很大的弱点，那就是它们都是“靠天吃饭”，不能保证长期稳定的供电。
例如对于风力发电而言，风大的时候发的电就多，风小的时候发的电就少，无风的时候就没有电，而太阳能发电的情况也与之类似。由此可见，我们想要充分地利用其所发出的电，就必须要一个良好的蓄能系统，但事实上，我们现在并没有合适的蓄能技术。
也就是说，当我们利用太阳能、风能等发电系统来发电时，通常都存在着巨大的浪费，而如果我们将其用来电解金属燃料燃烧后产生的氧化物，有多少电就电解多少氧化物，这样就可以完美地解决蓄能问题。
该科研团队表示，在技术成熟之后，金属燃料甚至可以用于大型发电厂，而如果将其小型化，又可以应用到车辆的发动机，因此可以说，金属有望成为未来最有前途的燃料之一。
需要指出的是，平均每一秒，地球接收的太阳辐射能量就有大约1.73 x 10^17瓦特，计算下来，太阳在一年的时间里辐射到地球的总能量，就相当于现在已探明的不可再生能源（如煤、石油、天然气、铀）所蕴含的能量的两倍。
这就意味着，如果人类在未来能够大力发展太阳能发电，就完全可以保证金属燃料所需的电力。可以想象的是，如果真是这样，那么人类在未来就可以大幅地降低对化石燃料的使用，全球变暖的趋势也将因此而得到缓解，到了那个时候，或许我们的车辆加的就不是油，而是金属粉末了。
新能源汽车的电池是汽车的核心。但是电池材料是什么呢？
1.阴极材料介绍
三元锂电池分布在我们生活的每一个角落。除了汽车，还有手机和电脑。没有锂电池，人类的生活会受到很大的影响。正极材料是目前锂离子电池中锂离子的主要储存场所，其性能直接影响锂离子电池的性能。新能源汽车的续航里程很大程度上与阴极材料有关。
2.常见阴极材料的比较
正极材料主要分为四类：三元、磷酸亚铁锂、钴酸锂和锰酸锂。这四种阴极材料各有特点，可以对新能源汽车产生很大的影响。三元材料是几种多元金属材料的复合氧化物。并且可以充分发挥金属的优势，而且电池容量相对较高，所以在乘用车上应用广泛。目前市场上的新能源汽车多采用三元锂电池。
磷酸亚铁锂原料含量低，具有良好的可回收性和安全性。缺点是容量低，所以主要用于动力电池中的公交车和物流车。锰酸锂资源丰富，价格便宜。循环不良，高温时衰减严重，所以在动力电池中少量使用。钴酸锂能量密度高，但价格高，不环保。目前主要用于3C电子产品。
甲醇是一种非爆炸性物质，最简单的酒精，生产成本很低，任何有机物中都可以提取甲醇，包括各种植物和固体生活垃圾。同时，基于固体氧化物燃料电池的发电机的效率超过42%，相当于未来最佳内燃机的水平。
作为对比，将液态和气态燃料能量转化为机械能的效率，柴油发动机为25%，汽油发动机约为20%。谢尔盖·谢克列英称，换句话说，与现有的内燃机相比，产生单位能量所需要的燃料和氧化剂更少。因此，消耗的空气更少，产生的二氧化碳、致命二氧化氮等燃烧产物也少得多。
此外，甲醇还可用来解决另一个问题：用核能生产固体氧化物燃料电池的“原料”。碳氢燃料转化为气体混合物需要的高温是现在的轻水反应堆提供不了的。同时，用当代核反应堆（如快中子反应堆）从甲烷中获取甲醇不仅可行，而且是能效最高的途径。
燃料电池电动汽车的优点
（1）排放几乎为零
燃料电池采用的燃料是氢和氧，生成物是清洁的水。它本身工作不产生CO和CO2 ，也没有硫和微粒排出，没有高温反应，也不产生NO x 。如果使用车载的甲醇重整催化器供给氢气，仅会产生微量的CO和较少的CO2 。
（2）能量转化效率高
燃料电池的能量转换效率可高达60%～80%，为内燃机的2～3倍。
（3）寿命长
燃料电池本身工作没有噪声，没有运动性，没有振动，其电极仅作为化学反应的场所和导电的通道，本身不参与化学反应，没有损耗，寿命长。
（4）燃料来源广泛
氢燃料来源广泛，可以从可再生能源获得，不依赖石油燃料。
燃料电池的种类繁多，通常可以依据其工作温度、燃料种类、电解质类型进行分类。按工作温度，燃料电池可分为高、中、低温型三类。工作温度从常温至100℃为低温燃料电池；工作温度100℃～300℃为中温燃料电池；工作温度在500℃以上为高温燃料电池。按燃料来源，燃料电池可分为两类，第一类是直接式燃料电池，即燃料直接使用氢气；第二类是间接式燃料电池，其燃料是通过某种方法把氢气（H2）、甲烷（CH4）、甲醇（CH3OH）或其他烃类化合物转变成氢或富含氢的混合气供给燃料电池。按电解质划分，燃料电池大致上可分为五类：①碱性燃料电池（AFC）。②磷酸型燃料电池（PAFC）。③固体氧化物燃料电池（SOFC）。④熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）。⑤质子交换膜燃料电池（PEMFC）。
燃料电池电动汽车的缺点
目前大部分氢燃料电池的综合能量转化率，远没有纯电动高，如果是可再生方法，效率一般较发电为低，相比纯电动是能源的浪费，会增加行驶成本；如果是化石能源生成，即时是副产物，也总归是产生污染的生产过程的副产物；如果是电力制氢，白白增加一道造成能量损耗的工序。综合起来单就行驶的能源消耗可能没有纯电动或插电混动经济环保。
氢燃料电池技术不够成熟，成本较高目前缺乏加氢的基础设施，而且跟充电站的建设一样，存在先有鸡还是先有蛋的困境，而且不像汽车充电起步初期可以多利用家庭设备推动普及，慢慢扩展到公共充电桩和大型快速充电站，而只能一步调到大型加氢站。早期基础设施推广阻力大，反过来造成燃料电池汽车销量难以扩大。这个是最大的硬伤。
固体氧化物燃料电池的开发始于20世纪40年代，但是在80年代以后其研究才得到蓬勃发展。 早期开发出来的SOFC的工作温度较高，一般在800～1000℃。科学家已经研发成功中温固体氧化物燃料电池，其工作温度一般在800℃左右。一些国家的科学家也正在努力开发低温SOFC，其工作温度更可以降低至650～700℃。工作温度的进一步降低，使得SOFC的实际应用成为可能。
2022年8月18日，交通运输部办公厅发布了《绿色交通标准体系(2022年)》的通知。
《标准体系》涉及新能源与清洁能源应用、能耗能效、碳排放控制、节能技术与管理等多项节能降碳标准，在氢能和燃料电池方面，节能降碳标准200中包括燃料电池客车技术规范、氢燃料电池公共汽车配置要求，国家节能降碳相关标准中包括：加氢站技术规范(2021年版)。
解读：
一、编制背景
发展绿色低碳交通是交通运输行业加强生态文明建设、服务国家碳达峰碳中和目标，深入打好污染防治攻坚战的重要举措。2016年，交通运输部发布了《绿色交通标准体系(2016年)》，系统推进了80项绿色交通标准的制修订工作，标准供给显著增强。
加快建设交通强国对绿色低碳交通发展提出了更高要求。为贯彻落实好习近平生态文明思想以及《中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》《中共中央 国务院关于深入打好污染防治攻坚战的意见》《交通强国建设纲要》《国家综合立体交通网规划纲要》《国家标准化发展纲要》等文件关于绿色发展方面的工作部署，系统规划新形势下绿色交通标准制修订任务，交通运输部组织相关单位，在深入分析国际国内绿色标准发展趋势，对照国家碳达峰碳中和、深入打好污染防治攻坚战等工作要求以及交通运输部“十四五”规划体系中涉及绿色交通建设重点任务的基础上，经过多方调研论证，研究编制了《绿色交通标准体系(2022年)》。
二、编制原则
坚持目标导向。全面对接推进交通运输行业绿色发展的目标任务，优化完善适应加快交通强国建设的绿色交通标准体系，充分发挥标准的基础支撑作用。
坚持协调衔接。充分体现人与自然和谐共生的理念，强化标准间相互协调、相互补充，推进交通运输降碳、减污、扩绿和可持续发展，提升交通运输绿色治理能力水平。
坚持突出重点。在重点领域和关键环节集中发力，加快推进服务碳达峰碳中和目标、深入打好污染防治攻坚战的重点标准供给，以点带面实现突破性进展。
坚持创新引领。加快科技创新成果转化为标准的进程，促进节能环保新技术、新设备、新材料、新工艺等方面标准的有效供给，保持标准体系建设的适度超前。
三、体系范围及主要内容
《绿色交通标准体系(2022年)》范围与2016年版体系一致，主要包括综合交通运输和公路、水路领域与绿色交通发展直接相关的技术标准和工程建设标准。优化交通运输结构、促进绿色交通出行所涉及的综合交通运输和城市客运服务标准，原则上不纳入标准体系。
标准体系包括5个部分，即100基础通用标准，200节能降碳标准，300污染防治标准，400生态环境保护修复标准，500资源节约集约利用标准。其中，基础通用标准包括术语和绿色低碳评价两个方面节能降碳标准包括新能源与清洁能源应用、能耗能效、碳排放控制、节能设计与管理，以及核算与监测等五个方面污染防治标准包括大气污染防治、水污染防治、噪声污染防治、固体废弃物处置和船舶污染物综合排放等五个方面生态环境保护修复标准包括环境保护技术、生态环境修复、防止外来生物入侵和环境保护修复统计与评价等四个方面资源节约集约利用标准包括污水再生利用和废旧物循环利用两个方面。
标准体系共收录242项绿色交通国家标准和行业标准，包括基础通用标准11项，节能降碳标准101项，污染防治标准78项，生态环境保护修复标准35项，资源节约集约利用标准17项。其中，待制定标准47项，待修订标准44项，包括了行业碳排放核算核查、近零碳交通示范区建设、城市绿色货运配送评估、氢燃料电池公共汽车配置、城市轨道交通绿色运营、水下打捞作业防污染技术等重点标准需求。此外，标准体系还列出了与交通运输行业节能降碳、污染物排放和生态环境保护密切相关的国家标准、生态环境行业标准43项，以促进绿色标准的协同实施。
绿色交通标准体系的修订实施将进一步推动交通运输领域节能降碳、污染防治、生态环境保护修复、资源节约集约利用方面标准补短板、强弱项、促提升，加快形成绿色低碳运输方式，促进交通与自然和谐发展，为加快建设交通强国提供有力支撑。
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。
