中国生物质能源开发利用现状及发展趋势

中国生物质能源开发利用现状及发展趋势EET1132011023306江晓潼

摘要：目前，中国的生物质能源生产已经形成一定规模，国家也通过制定行业标准规范生物质能源生产，出台法律法规为其提供保障，并运用财税政策推进生物质能源产业发展。但是，中国生物质能源产业发展还面临原料资源短缺、生物质能源工业体系不完备、研究开发能力不足、产业化基础薄弱以及产品市场竞争力不高等问题。展望未来，中国生物质能源产业的发展空间广阔，技术将不断完善，它将改变中国现有的能源消费结构，净化环境，并推动农村经济发展。

关键字：生物质、能源、燃料、石油、发展

1.生物质能的概述以及在中国的利用现状

生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。而所谓生物质能，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。生物质能蕴藏在植物、动物和微生物等可以生长的有机物中，它是由太阳能转化而来的。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%。我国生物质能资源非常丰富，年产量达8×108多吨石油当量，能源总量超过30 EJ。除了直接燃烧和将生物质气化转化气体燃料外，生物质还可以通过多种技术途径转化为液体燃料。

生物质能分类如下：

1.固体生物质燃料：分生物质直接燃烧或压缩成型燃料及生物质与煤混合燃烧为原料的燃料。

2.气体生物质燃料：包括沼气、生物质气化制气等。

3.液体生物质燃料：指通过生物质资源生产的燃料乙醇和生物柴油，可以替代由石油制取的汽油和柴油，是可再生能源开发利用的重要方向。

中国生物质能源的发展一直是在“改善农村能源”的观念和框架下运作，较早地起步于农村户用沼气，以后在秸秆气化上部署了试点。近两年，生物质能源在中国受到越来越多的关注，生物质能源利用取得了很大的成绩。沼气工程建设初见成效。截至2005年底，全国共建成3764座大中型沼气池，形成了每年约3.4l亿立方米沼气的生产能力，年处理有机废弃物和污水1.2亿吨，沼气利用量达到80亿立方米。到2006年底，建设农村户用沼气池的农户达2260万户，占总农户的9.2%，占适宜农户的15.3%，年产沼气87.0亿立方米，使7500多万农民受益，直接为农民增收约180亿元。生物质能源发电迈出了重要步伐，发电装机容量达到200万千瓦。液体生物质燃料生产取得明显进展，全国燃料乙醇生产能力达到102万吨，已在河南等9个省的车用燃料中推广使用乙醇汽油。到2005年，这些地方除军队特需和国家特种储备外实现了车用乙醇汽油替代汽油。

2.液体生物质燃料制取的主要技术

在中国能用于生产燃料酒精的粮食更有限，一般仅限于以陈化粮。因此，以非粮食类的生物质为原料制取液体燃料的研究更受关注，目前正在研究的技术大致可以分为4种，即快速热解、直接液化、超临界萃取和生物技术。

1.快速热解(fast pyrolysis)

在常压、超高加热速率(100～10 K／s)、超短产物停留时间(0．5～1 s)、适中温度(500℃左右)的条件下，生物质被热裂解，生成含有大量可冷凝有机分子的蒸汽，蒸汽被迅速移出反应器(防止可冷凝有机分子进一步热裂解为不可凝气体分子)进行冷凝，可以获得大量液体燃料、少量不可冷凝气体和炭。

2.直接液化(1iquefaction)

直接液化分2步：首先被破碎的生物质与溶剂、催化剂(加速生物质液化)混合，在250～400℃温度下液化为初级液体产物；然后在高压(15 MPa左右)条件和催化剂(促进还原气的脱氧作用)的作用下，使用还原气(如H2或CO)脱去初级液体产物中的氧，得到较高质量的液体燃料。直接液化得到液体燃料的氧质量分数较低，一般为20％左右，质量产率一般在35％～70％，经过两步直接液化后得到的液体燃料高热值一般在40 MJ／kg左右。

3. 超临界萃取（supercritical extraction）

超临界萃取是让物料和超临界流体进入萃取器混合，选择性地萃取物料中的成分，然后进入分离器，通过调节压力和温度使萃取物与超临界流体分离，分离后的流体再次超临界化并送回萃取器循环使用。

4.生物法(biotechnology)

生物法是利用微生物发酵，将生物质转化为乙醇。传统生物法采用的生物质原料一般是甘蔗、玉米等含糖或含淀粉的粮食类生物质。但利用这类生物质原料受到耕地和成本的限制，因此利用速生林木材、废弃的农作物秸秆等木质纤维素类生物质生产乙醇受到国内外科学工作者的极大关注。

生物法分为2步，第一步利用酸或酶将木质纤维素类生物质中的纤维素和半纤维素水解为单糖，第二步利用微生物发酵水解液制取燃料乙醇。

3.生物质能源发展中存在的一些问题

尽管中国在生物质能源等可再生能源的开发利用方面取得了一些成效，但由于中国生物质能源发展还处于起步阶段，面临许多困难和问题，归纳起来主要有以下几个方面。

1.原料资源短缺限制了生物质能源的大规模生产

由于粮食资源不足的制约，目前，以粮食为原料的生物质燃料生产已不具备再扩大规模的资源条件。今后，生物质燃料乙醇生产应转为以甜高粱、木薯、红薯等为原料，特别是以适宜在盐碱地、荒地等劣质地和气候干旱地区种植的甜高粱为主要原料。

2.还没有建立起完备的生物质能源工业体系，研究开发能力弱，技术产业化基础薄弱

虽然中国已实现以粮食为原料的燃料乙醇的产业化生产，但以其他能源作物为原料生产生物质燃料尚处于技术试验阶段，要实现大规模生产，还需要在生产工艺和产业组织等方面做大量工作。以废动植物油生产生物柴油的技术较为成熟，但发展潜力有限。后备资源潜力大的纤维素生物质燃料乙醇和生物合成柴油的生产技术还处于研究阶段，一些相对成熟的技术尚缺乏标准体系和服务体系的保障，产业化程度低，大规模生物质能源生产产业化的格局尚未形成。

3.生物燃油产品市场竞争力较弱

中国受原料来源、生产技术和产业组织等多方面因素的影响，燃料乙醇的生产成本比较高，目前，以陈化粮为原料生产的燃料乙醇的成本约为每吨3500元左右，以甜高粱、木薯等为原料生产的燃料乙醇的成本约为每吨4000元。按等效热值与