生物质能

生物质、生物质能及发展现状

韩进 5100209387

摘要：可持续发展已成为21世纪人类的共识，怎样利用可再生能源逐步取代日趋枯竭的不可再生能源是各国关注的焦点。生物质能被喻为及时利用的绿色煤炭，将成为未来能源的重要组成部分，对能源战略和环境保护具有重要意义。

关键词：生物质、生物质能、利用、现状

一、生物质

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。

二、生物质能

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

依据来源的不同，可以将适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便等五大类。在这里就不做累述。

生物质能具有以下特点：

1) 可再生性2) 低污染性3) 广泛分布性

4) 生物质燃料总量十分丰富

主要应用：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。

三、生物质能的研究

目前，生物质能技术的研究与开发已成为世界重大热门课题之一，受到世界各国政府与科学家的关注。许多国家都制定了相应的开发研究计划，如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等，其中生物质能源的开发利用占有相当的比重。目前，国外的生物质能技术和装置多已达到商业化应用程度，实现了规模化产业经营，以美国、瑞典和奥地利三国为例，生物质转化为高品位能源利用已具有相当可观的规模，分别占该国一次能源消耗量的4％、16％和10％。在美国，生物质能发电的总装机容量已超过10000兆瓦，单机容量达10～25兆瓦；美国纽约的斯塔藤垃圾处理站投资2000万美元，采用湿法处理垃圾，回收沼气，用于发电，同时生产肥料。

巴西是乙醇燃料开发应用最有特色的国家，实施了世界上规模最大的乙醇开发计划，目前乙醇燃料已占该国汽车燃料消费量的50％以上。美国开发出利用

纤维素废料生产酒精的技术，建立了1兆瓦的稻壳发电示范工程，年产酒精2500吨。

四、发展现状及展望

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。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。

生物质能的利用主要有直接燃烧、热化学转换和生物化学转换等3种途径。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。当前改造热效率仅为10%左右的传统烧柴灶，推广效率可达20%-30%的节柴灶这种技术简单、易于推广、效益明显的节能措施，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

生物质汽化、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。生物质的生物化学转换包括有生物质-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。

1、中国生物能源利用现状

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。

中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。这表明中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，中国生物质能发展前景和投资前景极为广阔。

目前市场还处在发展期,技术和市场还不够完善.

民用的相对比较多,但概念炒作严重,市场比较混乱;

工业市场发展比较慢,很多技术还不够成熟,切入的企业也不是很多;

但随着发展环境的变好,近几年生物质能源行业将会快速发展.

目前，世界各国正逐步采用如下方法利用生物质能：一是热化学转换技术，获得木炭焦油和可燃气体等品位高的能源产品，该方法又按其热加工的方法不同，分为高温干馏、热解、生物质液化等方法；二是生物化学转换法，主要指生物质在微生物的发酵作用下，生成沼气、酒精等能源产品；三是利用油料植物所产生的生物油；四是直接燃烧技术，包括炉灶燃烧技术、锅炉燃烧技术、致密成型技术和垃圾焚烧技术等。

一、热解气化技术方面：

自“六五”以来，我国开展了生物质气化技术的研究工作，并取得了一系列卓有成效的研究成果。我国已用或商品化的气化炉和气化系统有：中国科学院广州能源

研究所的GSQ-1100大型装置，中国农机院的ND系列和HQ-280型，山东省能源研究所的XFL系列，在农村具有广泛的应用前景。秸秆气化集中供气系统解决了秸秆的有效利用问题，将秸秆转换为高品位能源，降低了成本，提高了农民的生活水平，目前全国已经建设推广了115个示范工程。生物质发电在我国已经有40年的历史，其主要原料是稻壳和谷壳，且主要用于大米加工厂。由于发电规模小，经济效益差，发展缓慢，发电规模一直维持在60～200kW。近年来，随着大米加工业的集中与大型化，国家“九五”攻关项目"1MW生物质循环流化床气化发电系统”研制成功，该系统每日可处理谷壳40t，最大出力1000kW，与传统小型机组相比生产能力强，气化效率高、成本低。

二、直接燃烧技术方面

1998年，我国已有1.85亿农户使用省柴节煤炉灶，热效率为25%。现热效率超过70%，达到国家环保总局指标要求的低排放多用炉已通过产品鉴定，即将投放市场。利用致密成型技术，使压制成型后的燃料容重可达1200kg/m3，热值约16MJ/kg,含水率在12%以下，体积缩小为1/8～1/60成型燃料热性能优于木材，与中质混煤相当，而且点火容易，便于运输和贮存，可作为生物质气化炉、高效燃烧炉和小型锅炉的燃料。我国的生物质致密成型技术开始于“七五”期间，现已达到工业化生产规模。目前，国内已开发完成的固化成型设备有两大类：棒状成型机和颗粒状成型机，其生产能力为120～300kg/h。南京市平亚取暖器材有限公司，从美国引进了一套生产能力为1.5t/h的颗粒成型燃料生产线，1999年开始正式生产，产品供应市场运行情况良好。但是生物质压实技术所需压实成型设备，尤其是高压成型设备价格昂贵，增加了生物质能的成本，限制了生物质能的利用。

三、生物化学转化技术方面

沼气的利用

沼气发酵是利用有机废弃物，如农作物秸秆、粪便、有机废水等转化为气体燃料。这一过程通常含有3个阶段：水解阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。沼气发酵装置在处理高含水有机废物方面是非常有用的。截止到1996年底，我国推广农村户用沼气池602万口，供2500万人使用；沼气工程592处，总池容33.5×104m3，供10.2万户用气；城镇生活污水净化沼气池5.2万座，总池容180.8×104m3，年产沼气2305×104M3，供2.8万多户用气。沼气发酵系统与农业结合十分密切，能有效地促进农村经济的发展，有利于保护农村生态环境，使农业发展走可持续发展之路。

填埋垃圾制取沼气也是处理城市生活垃圾、有效利用生物质能的主要方法。杭州天子岭垃圾填埋场是我国第一座大型按卫生填埋要求设计并采用合理填埋规划和工艺

的城市生活垃圾无害化处理工程。1991年6月正式运行，库容600万3m，能消纳全杭州日产1320t垃圾，运行费用5元／t，现已进入产沼气高峰期。

生物质制取燃料酒精

纯酒精或汽油和酒精的混合物都可作一次性燃料。制液体酒精的原料可分为3大类：一是含糖类，如甘蔗；二是含纤维素类，如农作物秸秆、颖壳，木材和其加工剩余物等；三是含淀粉类，如甘薯、玉米、小麦等。根据生物质所含成分的不同，其液化方法也不同，但其技术都已很成熟。

四、我国生物质能利用的主要差距和障碍

1、我国生物质能利用与国外的主要差距

20世纪70年代开始，生物质能的开发利用研究已成为世界性的热门研究课题。许多国家都制定了相应的开发研究计划，如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划，各国纷纷投入大量的人力和资金从事生物质能的研究开发。生物质能利用研究开发工作，国外尤其是发达国家的科研人员做了大量的工作，在热化学转换技术、生物化学转换技术、生产生物油技术以及直接燃烧技术等方面都取得了突破性的进展，其中一些成果和设备已商品化并发挥了巨大的经济效益。

直接燃烧秸秆的先进设备已投放市场，生物质供热、发电或热电联供已成为现实。在厌氧消化方面，中温和高温下的产气可达5m3/(m3?天)，百千瓦量级的沼气发电机组沼气发电量可达1.4～2.6(kW?h/m3)，发电效率高达38%。在热解气化技术方面已有多项技术装备进入商品化阶段，如荷兰BTG开发成功的生物质高温热解装置产气率66%；德国、美国等开发出自动化程度相当高的家用生物质气化炉用于用户热水和供暖；产热量达630～2100万kJ/h的大型生物质气化装置也已开发成功。与国外相比，我国生物质能技术还有存在着较大差距，主要表现在：一是厌氧消化产气率低，系统运行和管理自动化水平不高；二是与厌氧消化和综合利用配套的技术和设备还不成熟；三是厌氧消化技术产业化发展缓慢，不便于大规模市场推进；四是秸秆气化热值低，在稳定运行、焦油清除、气体净化等技术上需要提高；五是缺乏秸秆直接燃烧供热技术研究和设备开发，不便于多途径能源利用；六是生物质发电技术和装置方面有较大差距。

2、我国生物质能利用的主要障碍

(1)大多数生物质体积密度和能量密度低，且过于分散，集中困难，运输、储存费用都相对较高，大大地限制了对生物质能的有效利用；

(2)生物质由于受季节因素影响，供应不稳定，给大规模工业利用带来困难；

(3)生物质组成性质差异大，如生物质在水分含量、热值和灰份等化学组成上存在差异巨大，这给生物质的利用带来困难；

(4)我国在环境政策和经济政策方面缺乏标准法规和激励措施，没有形成鼓励人们使用生物质能的机制；

(5)宣传力度不够，很多人并不真正了解生物质能在能源、环境等方面的重要作用；

(6)生物质能的生产设备昂贵，生产工艺不过关，生产水平低下，使用和开发成本高。5生物质能利用的发展对策

(1)目前国内生物质资源开发利用的成本一般比较高，因此仅靠市场机制来进行调控和发展是不现实的，需要国家的政策扶持和财力支撑。因此，要制订相关政策，鼓

励和支持企业投资生物质能源开发项目；对有前景但技术经济性或商业化条件尚未

完全过关的技术，加大风险资金的投入力度。

(2)21世纪生物质能利用前景十分广阔，但真正实际应用还取决于生物质的各种转

化利用技术能否突破。因此，必须加大开展各种基础性研究工作的力度，如各种生

物质能源转换技术；速生、高效、富含碳氢化合物的植物物种选育及推广示范；植

物油脂的改性及相关性能试验；垃圾能源的规模化利用与示范推广；利用有机废水

的微生物发酵制氢；生物质热解液化的实用化技术；沼气和热解气化的集中供气系

统相关技术等等。国家应在科研项目的安排方面，给生物质能应用研究的发展方面

留有足够的空间。

(3)在生物质的应用技术发展方向上，结合我国分散的能源系统，以满足农村乡、镇、村不断增长的能量需求，重点解决居民生活用能，减少对化石能源尤其是煤炭的使用；大力推广成型燃料及专用取暖炉，以取代煤炉取暖的小型锅炉；研究开发专门

使用生物质的直接燃料锅炉。

(4)加强生物质研究领域的国际交流与合作，引进国外先进的生物质利用技术和设备，加快我国生物质开发利用的步伐，建立符合中国国情的生物质能开发利用结构体

系。

(5)建立综合处理城市生活垃圾和污水的示范区，为生活垃圾和污水的无害化处理工程，回收能源、有效利用生物质能起示范推广作用。

(6)提高国民的能源危机和环境意识，加强国民对生物质能等新的可再生能源的认识；同时，也要加大以生物质资源为基础的开发项目的市场开发力度，充分挖掘其潜

力。

2、美国生物质能政策及发展现状

一、美国生物质能产业发展现状和展望

总体而言，美国在开发利用生物质能方面处于世界领先地位。

1. 生物质发电方面

美国从1979年就开始采用生物质燃料直接燃烧发电，生物质能发电总装机容量超过10000MW，单机容量达10MW～25MW。据报道，目前美国有350多座生物质发电站，主要分布在纸浆、纸产品加工厂和其它林产品加工厂，这些工厂大都位于郊区，提供了大约6.6 万个工作岗位。美国能源部又提出了逐步提高绿色电力的发展计划，预计到2010年，美国将新增约1100 万千瓦的生物质发电装机。

2. 燃料乙醇方面

目前，美国是仅次于巴西的燃料乙醇大国，美国的乙醇产量自2001年以来已翻了一番。2006年，乙醇约占美国汽油消费总量的5％，乙醇掺烧比例通常为10％，添加乙醇的混合汽油占全国汽油供应总量的46％。2007年乙醇的产量是64亿加仑，

比2000年增加了4倍。根据美国可再生燃料协会统计，截至2006年底，美国共有111个乙醇生产厂，生产能力为1600万吨。另有76个厂和300个厂分别处在建设

之中和筹划之中。到2009年，乙醇生产能力将达3490万吨。如果在建和筹划中的

厂家全部投入生产，乙醇生产能力将达9800万吨。根据美国农业部统计，美国用于乙醇生产的玉米2006年为21.5亿蒲式耳（占玉米总产量的20％），2009年预计将达40亿蒲式耳。2007年美国玉米种植面积预计为9050万英亩，比上年7830万英

亩增长15％，为1944年以来的最高水平。

3. 生物柴油方面

美国于20世纪90年代初开始商业性生产生物柴油。2006年，生物柴油生产能力为260万吨，实际产量为125万吨，截止到2007年底，美国现有生物柴油生产企业171家，生物柴油产量4.5亿加仑，比2006年提高80％。如果在建和计划之中的厂家投入生产，生物柴油生产能力预计将达890万吨。根据美国国家生物柴油委员会

的计划，到2015年，生物柴油产量将占全国运输柴油消费总量的5％，达到610万吨。

二、促进生物质能产业发展的政策法规

美国生物质能产业的快速发展离不开近年来，特别是21世纪以来相继出台的一系列促进生物质能产业发展的相关政策法规。

1. 2000年美国通过了《生物质研究法》，据此设立了生物质研究开发计划和生

物质研究开发部和生物质研究开发技术顾问委员会。

2. 2002年布什签署了《美国农业法令》（2002 Farm Bill），鼓励联邦政府通

过采购、直接投入资金和对可再生能源项目给予贷款等方式支持生物质能企业的发展，提出应在2000年的《生物质研究法》授权下对生物质能的研究给予一定的R&D 资金支持。而且在能源目录IX下还提出应更加关注可再生燃料和生物质能源，对纤维素法制备燃料乙醇给予1亿美元的直接支持。2002年12月又出台了生物质技术

路线图，不仅提出了美国生物质的研发计划，而且还提出了促进生物质利用的政策

措施，是美国生物质计划的具体实施方案。

3. 2004年《美国创造就业法案》对生物柴油给予税收鼓励并对燃料酒精扩大了

课税扣除的范围，对生物柴油的税收抵免从2005年1月开始；此外，该法案还制定了按容积的燃料乙醇特许权税课税扣除（VEETC），即到2010年都将持续对燃料乙

醇给予51美分/加仑（14美分/升）的减税优惠。

4. 2005年8月布什新签署的《国家能源政策法案》中制订了可再生燃料标准（Renewable Fuel Standard，RFS），RFS明确指出必须在汽油中加入特定数目可

再生燃料且每年将递增。美国可再生燃料消费量将从2006年40亿加仑/年（占汽油

总量约2.8％）增加到2012年75亿加仑/年（2300万吨），此后将保持2012年可再生燃料与全部汽油的比例。按照要求，美国近50％的汽油将需要调和乙醇，典型调入量为10％。

5. 2006年2月9日，美国总统布什在国情咨文中首次提出“先进能源计划”（Advanced Energy Initiative），其重点是加大对清洁能源技术的投资力度，以摆脱对国外能源的依赖，保障国家能源安全。该计划中很重要的一部分就是要通过发展生物燃料和燃料电池来解决交通运输对石油的依赖。美国能源部和农业部近期的一项研究认为，通过重大的技术进步，在不对环境及粮食产量造成影响的情况下，每年可以供应600万加仑生物柴油，是美国当前汽油消费量的30％。要实现更多利用“种植”的可再生燃料的目标，需要采用从纤维素生物质生产具有价格竞争力的乙醇的先进技术。为帮助降低生产这些先进生物燃料的成本，并使这些技术达到商业化，2007财年将能源部生物质能研究经费增加65％，总数达1.5亿美元。目标是到2012年纤维素乙醇相对于玉米乙醇具有成本竞争力，并能大量应用这种替代燃料帮助降低未来美国的石油消费。

6. 布什总统在2007年1月23日的国情咨文中又提出“20-10”（20 in 10）的能源新战略，即在未来10年内，美国将通过开发替代能源和提高能效，将汽油消耗量压缩20％。此外，美国将减少对进口石油的依赖，并大幅提高战略石油储备量。计划到2017年本国生物燃油等替代油料的产量达到350亿加仑（1美制加仑合3.785升），相当于当年美国机动车总油耗量的15％。此外，美国正在制定的新农业法也将专门对替代燃料做出规定，要通过大力发展生物燃料来改造美国农村。

7. 2007年12月美国的《能源自主和安全法案》

（The Energy Independence and Security Act of 2007）又制订了更为严格的可更新燃料标准（Renewable Fuel Standard，RFS），该法规定，到2022年用于运输的可再生燃料至少要达到360亿加仑/年，并明确指出在2008-2015财年间，准备动用5亿美元发展高级生物燃料（advanced biofuels），以确保机动车用燃料生命周期内，较2005年减少80％的温室气体排放；在2008-2010财年间，每年用2500万美元支持生物燃料技术的研究开发和产品的商业化应用。美国环境保护局每年确定基于百分点的可再生燃料标准，美国所有的汽油生产商、进口商和渗混商必须根据该标准确定各自的可再生燃料最低使用量，并规定2008年可再生燃料占美国运输燃料消费总量的比例将从上年的4.66％提高至7.76％，也就意味着2008年用于运输的可再生燃料将达54亿加仑（1654万吨）。

8. 2008年3月，在第三次国际可再生能源大会上，美国总统布什再次发表演讲，继续重申“20-10”能源战略和《能源自主和安全法案》中，相关促进生物质能发展的重要内容，强调要加强可再生能源开发利用，以减少对进口石油依赖。

五、意义

生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然气。根据生物学家估算,地球陆地每年生产1000～1250亿吨生物质;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总能源需求量,相当于目前世界总能耗的10倍。我国可开发为能源的生物质资源到2010年可达3亿吨。随着农林业的发展,特别是炭薪林的推广,生物质资源还将越来越多。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。

可持续发展已成为21世纪人类的共识，怎样利用可再生能源逐步取代日趋枯竭的不可再生能源是各国关注的焦点。生物质能被喻为及时利用的绿色煤炭，将成为未来能源的重要组成部分，对能源战略和环境保护具有重要意义。

参考资料：

百度百科

国际新能源网