“黑金”退去，“绿金”来临？

随着石油、煤炭等化石能源的日趋紧张，人们越来越认识到发展生物质能源的重要性。作为石油、煤炭等传统“黑金”能源的代用品，很多人将生物质能称为“绿金”。

　　

　　生物质能的分类及其发展

　　

　　生物质包括植物光合作用直接或间接转化产生的所有产物，从这个概念出发，生物质能就是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量。生物质主要有4类：农作物秸秆及其他残余物、林产品和木材加工残余物、动物粪便、能源植物。但是，从作为可以产生能源的资源角度看，城市和工业有机废弃物和有机废水也是生物质能资源。

　　生物质能具有可再生性、低污染性、广泛分布性等特点。根据技术手段可分为直接燃烧技术、热化学转换技术、生物转换技术、液化技术和有机垃圾处理技术等。依据这些技术手段，生物质能可分为固体燃料、液体燃料和气体燃料。

　　

　　直接燃烧和发电

　　

　　直接燃烧发电的过程是：生物质与过量空气在锅炉中燃烧后，得到的热烟气和锅炉的热交换部件换热，产生出的高温高压蒸气在蒸汽轮机中膨胀做功发电。

　　直接燃烧是使用最广泛的生物质能源转化方式，技术成熟。在发达国家，生物质直接燃烧发电站可再生能源发电量的70％。与燃煤发电相比，生物质直接燃烧发电的规模较小，锅炉负荷大多在20兆瓦～50兆瓦，系统发电效率大多为20％～30％。目前，美国生物质发电装机容量已达10500兆瓦，70％为生物质一煤混合燃烧工艺，单机容量10兆瓦～30兆瓦，发电成本3～6美分／千瓦时，预计到2015年，装机容量将达16300兆瓦。

　　国外生物质直接燃烧发电技术已基本成熟，进入推广应用阶段。该技术规模效率较高，单位投资也较合理，但它要求生物质资源集中，数量巨大，如果考虑生物质大规模收集或运输的支出，则成本较高，比较适合现代化大农场或大型加工厂的废物处理等，不适合生物质较分散的发展中国家。我国目前农业现代化程度较低，生物质分布分散，采用大规模直接燃烧发电技术有一定困难。

　　

　　生物质气化及发电

　　

　　生物质气化的基本原理是在不完全燃烧条件下，将生物质原料加热，使较高分子量的有机化合物裂解为低分子量的CO、CH4等可燃气体。转化过程的气化剂有空气、氧气、水蒸气等，但以空气为主。气化原料是农作物秸秆或林产加工废弃物。生物质气化产出气的热值根据气化剂的不同存在很大差异，当以空气为气化剂时，产出气的热值在4200千焦／立方米～5300千焦／立方米之间，该气体可以作为农村居民的生活能源，也可以通过内燃机发电机组发电。

　　生物质气化发电技术在国际上已受到广泛重视。国外小型固定床生物质气化发电已商业化，容量为60千瓦～240千瓦，气化效率70％，发电效率为20％，以印度农村地区的应用比较成功。发达国家如奥地利、丹麦、芬兰、法国、挪威、瑞典和美国等，比较关注的是生物质气化联合循环发电技术(BIGCC)。该技术的系统效率可达40％，有可能成为生物质能转化的主导技术之一。这一技术存在的问题是单位投资额非常高，并且技术稳定性不够。

　　我国有着良好的生物质气化发电基础，在上世纪60年代就开发了60千瓦的谷壳气化发电系统。目前已开发出多种固定床和流化床小型气化炉，以秸秆、木屑、稻壳、树枝等为原料，生产燃料气，主要用于村镇级集中供气。

　　

　　生物质致密(压缩)成型燃料技术

　　

　　将生物质粉碎至一定的粒度，不添加粘接剂，在高压条件下，可以得到具有一定形状的固体燃料。成型燃料可再进一步炭化制成木炭。根据挤压过程是否加热，生物质致密(压缩)成型燃料有加热成型和常温成型两种；根据最后成型的燃料形状可以分为棒状燃料、颗粒燃料和块状燃料三种。生物质致密(压缩)成型技术解决了生物质能形状各异、堆积密度小且较松散、运输和贮存使用不方便的缺点，提高了使用效率。

　　成型燃料在国外很受重视，开始研究时的着眼点以代替化石能源为目标。上世纪90年代，欧洲、美洲、亚洲的一些国家在生活领域大量应用生物质致密成型燃料。后来，以丹麦为首开展了规模化利用的研究工作。丹麦著名的能源投资公司BWE率先研制成功了第一座生物质致密成型燃料发电厂。随后，瑞典、德国、奥地利先后开展了利用生物质致密成型燃料发电和作为锅炉燃料等的研究。美国也已经在25个州兴建了树皮成型燃料加工厂，每天生产的燃料超过300吨。但生物质成型燃料仍以欧洲的一些国家如丹麦、瑞典、奥地利发展最快。

　　我国生物质成型燃料技术基础好，设备水平与世界先进水平差别不很大，不足的是我国成型燃料的应用水平还不高。

　　

　　沼气技术

　　

　　有机物在厌氧及其他适宜条件下，经过微生物分解代谢，产生以甲烷为主要气体的混合气体，即沼气。一般沼气中甲烷含量为50％～70％，每立方米沼气的热值为17900千焦～25100千焦。生产沼气的原料可以是高浓度的有机废水，也可以是畜禽粪便、有机垃圾和农作物秸秆等。

　　在发达国家，主要发展厌氧技术处理畜禽粪便和高浓度有机废水。目前，日本、丹麦、荷兰、德国、法国等发达国家均普遍采取厌氧法处理畜禽粪便。美国、英国、意大利等发达国家的沼气技术主要用于处理垃圾。美国纽约斯塔藤垃圾处理站投资2000万美元，采用湿法处理垃圾，日产26万立方米沼气，用于发电、回收肥料，效益可观，预计10年可收回全部投资。英国以垃圾为原料实现沼气发电18兆瓦，今后10年内还将投资1.5亿英镑，建造更多的垃圾沼气发电厂。

　　在发展中国家，沼气池技术主要使用农作物秸秆和畜禽粪便生产沼气作为生活炊事燃料，如印度和中国的家用沼气池。同时，印度、菲律宾、泰国等发展中国家也建设了大中型沼气工程和处理禽畜粪便的应用示范工程。我国是利用生物质生产沼气最多的国家。

　　

　　燃料乙醇

　　

　　生物质可以通过生物转化的方法生产乙醇。目前在生物能源产品产业规模方面，发展最快的就是燃料乙醇。生产燃料的乙醇主要有甘蔗乙醇、玉米乙醇和木薯乙醇三种，燃料乙醇的消耗量已超过世界乙醇产量的60％以上。

　　巴西是世界上最早利用甘蔗生产燃料乙醇的国家。以甘蔗为原料，工艺相对简单，既节能又节省投资，生产成本较低。目前，巴西有520多家燃料乙醇生产厂，年产燃料乙醇1200万吨，有1550万辆汽车以乙醇汽油作为燃料。

　　美国从上世纪70年代末开始用玉米生产燃料乙醇，到2005年产量已经超过1200万吨。尽管目前乙醇的生产成本较高，但在美国，玉米燃料乙醇已成为一种成熟的石油替代品。

　　我国从2002年开始用陈化粮生产燃料乙醇，生产规模达102万吨，主要以玉米和小麦为原料。其背景是在1996年～1999年连续4年粮食总产量稳定5亿吨左右，粮食供过于求，粮食阶段性过剩并出现大量积压的情况下提出的。实践证明，粮食燃料乙醇生产技术成熟、工艺完善，是目前比较现实的石油替代燃料。

　　但面对我国人多地少的实际，大规模推广应用粮食燃料乙醇显然存在着原料供应的瓶颈问题，长远来说必须开发非粮食为原料的乙醇燃料。“十五”期间，国家开展了非粮食能源作物——甜高粱培育等关键技术的研究与开发，包括利用甜高粱茎秆汁液和纤维素废弃物等生物质制取乙醇的技术工艺。对第一种技术工艺，我国初步具备了规模化开发的基础，但纤维素废弃物制取乙醇燃料技术还存在技术不成熟、诸多关键技术尚未解决等问题。

　　

　　生物柴油

　　

　　生物柴油是利用动植物油脂生产的一种脂肪酸甲(乙)酯。制造柴油的原料很多，既可以是各种废弃的动植物，也可以是含油量比较高的油料植物。实践证明，生物柴油不仅具有良好的燃烧性能，还有良好的理化特性和动力特性。

　　国外通常采用大豆和油菜籽生产生物柴油，但成本稍高。为降低成本，一些国家开始用废弃食用油和专门的木本油料植物生产生物柴油。目前，生物柴油在欧盟已经大量使用，进入商业化发展阶段。2004年欧盟生物柴油产量为224万吨，并计划到2010年达到800万吨～1000万吨。

　　我国人多地少，发展生物柴油只能靠非食用油料资源。因此，我国目前生产生物柴油的原料主要是餐饮废油、工业废油、某些植物油和菜籽油、棉籽油的下脚料等。利用这些原料既回收利用了资源，又解决了环境污染问题。我国生物柴油的生产起步晚，但发展较快。目前已有30多家生物柴油生产厂。

　　除了上述生物质能利用技术外，还有生物制氢技术、热裂解技术等，基本处于研究阶段。

　　

　　我国发展生物质能的必要性

　　

　　开发生物质能具有能源与环境双重效益，有可能成为未来可持续发展能源系统的主要能源之一。因此，许多国家都高度重视生物质能源开发，并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乙醇能源发展计划等。联合国开发计划署(UNDP)、欧盟和美国(DOE)的可再生能源开发计划中也都把生物质能列为重点发展方向。

　　目前，生物质能是仅次于煤炭、石油和天然气的世界第四大能源。据估算，地球陆地每年生产1000亿吨～1250亿吨干生物质；海洋年生产500亿吨干生物质。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。

　　我国的生物质资源也相当丰富。目前我国生物质能年获得量达到3.14亿吨标准煤，到2050年资源潜力可达到9.04亿吨标煤且潜力巨大。

　　根据发达国家的经验可知，现今正是我国实现工业化的关键时期。大部分发达国家在此期间(此时人均GDP在3000美元左右)都经历了人均能源、资源消费量快速增长和能源、资源结构快速变化的过程。这对能源安全等问题提出了更高的要求。据预测，2020年中国一次能源的需求为25亿吨～33亿吨标准煤，最少将是2000年的2倍；2050年的一次能源需求估计将在50亿吨标准煤左右。根据我国现在的能源需求增长趋势推算，到2020年，我国仅石油的缺口就将达1.3亿吨～1.5亿吨。能源供应不足问题已成为我国经济社会发展的主要矛盾之一。因此，要从根本上解决我国能源供应不足的问题，必须实施多元化能源发展战略，积极开发生物质能源是出路之一。

　　从保护环境角度看，我国SO₂，排放量已居世界第一位，CO₂排放量仅次于美国居第二位。2006年，SO₂排放量达2550万吨，其中约85％是燃煤排放的。酸雨面积已超过国土面积的1／3。SO₂和酸雨造成的经济损失约占GDP的2％。生物质能属于清洁能源，生物质中有害物质(硫和灰分等)的含量仅为中质烟煤的1／10左右。同时，生物质二氧化碳的排放和吸收构成自然界碳循环，其能源利用可实现二氧化碳零排放，扩大生物质能利用是减排CO₂,最重要的途径。

　　另外，生物质一直是我国农村的主要能源之一。因地制宜开展生物质能利用技术及产品的研究、推广和使用，可以把农民从烟熏火燎中彻底解放出来，既节约资源，又可以改善农民的居住环境，减少水土流失，提高其生活水平。

　　

　　我国发展生物质能存在的问题

　　

　　尽管我国的生物质资源丰富，但商品化的生物质能源仅占一次能源消费的0.5％左右，与发达国家相比有很大差距。总体来说，生物质能利用技术处于完善、发展阶段，还有很多关键问题没有解决，有些技术要受资源的制约。

　　但我们更应该看到，化石能源终有一天会枯竭，包括生物质能在内的可再生能源最终将成为未来能源的主角。只要我们依据《可再生能源法》，按照“不与粮争地、不与人争粮”的正确决策，发展生物质能，制定明确的、可操作性强的实施方案，我国的生物质能具有光明的发展前景。