生物质能源的开发和应用

【摘 要】生物质能源将会成为未来能源的主要组成部分，其中沼气发电、生物燃油、生物质能发电、城市固体垃圾发电是目前应该抓紧实施的项目。

【关键词】生物质能源；开发；应用

提到能源，人们通常会想到煤炭、石油、天然气，抑或是风能、水能和核能。人类所面临的能源危机日益严峻，同时由于石油价格的不断攀升和环境污染的日益严重，使得过分依赖石油作为主要能源的我国面临着越来越大的能源压力。此时，一种人们司空见惯却并未过多留意的能源――生物质能源，正悄然兴起。生物质能源是植物通过光合作用而固定于地球上的太阳能，通过生物质能转换技术可以高效地利用生物质能源，生产各种清洁燃料替代矿物燃料，以减少人类对矿物能源的依赖，保护国家能源资源，减轻能源消费对环境造成的污染。目前，世界各国，尤其是发达国家，都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术。专家预测，生物质能源将成为未来能源的重要组成部分，到2015年，全球总能耗将有40%来自生物质能源。

1 我国生物能源发展的必要性

能源是工业化社会经济发展过程中的 “ 血液 ”，没有充足的能源供应，社会经济是难以整体持续发展的。按目前的水平开采世界已探明的能源，煤炭资源尚可开采100年，石油30～40年，天然气50～60年。生态危机是当今社会已经面临的巨大挑战。石化能源燃料燃烧时所产生的有害物质，严重污染了环境，导致温室效应、全球气候变暖、生物物种多样性降低、荒漠化等诸多生态问题，严重影响着全球的资源安全和经济持续发展，威胁着人类的生存。近些年来，我国能源工业的发展相对滞后于国民经济总体发展的步伐，我国在21世纪，能源工业面临着十分严峻的挑战。与有限的化石能源相比，生物能源具有可再生和取之不尽的优势。我国能源生物都种植在荒岭、丘地等地带，能够大量利用农村的荒地、盐碱地、沼泽地，就地大量解决农村劳动力就业，提高农民收入。在能源紧缺状况越来越严重的情况下，发展生物能源对缓解能源危机，促进经济健康迅速发展尤为重要。

生物能源较传统矿特能源具有许多优点：

①原料来源广泛，可利用各种动、植物油作原料。

②生物能原作为传统能源的代用品使用方便，不需要因为生物能源的使用去更换新的机器零件，减少了使用成本。

③可得到经济价值较高的副产品以供化工品、医药品等市场。

④相对于传统能源，生物能源贮存、运输和使用都很安全（不腐蚀溶器，非易燃易爆）；可再生性（一年生的能源作物可连年种植收获；多年生的木本植物可一年种植，维持数十年的经济利用。同时，生物质可在自然状况下实现生物降解，减少对人类生存环境的污染。

2 我国发展生物能源的资源状况

诺贝尔奖获得者，美国加州大学的化学家卡尔文于1986年在加州福尼亚种植了大面积的石油植物，每公顷可收获120桶一140桶石油。他的成功，在全球迅速掀起了一股开发研究石油植物的浪潮。许多国家纷纷建立一种全新的石油生产基地--石油植物园。美国种植有几百万英亩的石油速生林；菲律宾有18万亩的银合欢树，6年后可收1000万桶石油。美国加州的“黄鼠草”每公顷可提炼1000公升石油。

自二十世纪八十年代以来，美国等国进行了能源植物种的选择，富油植物的引种栽培、遗传改良以及建立“柴油林林场”等方面的工作与研究。在能源植物特性和植物燃料油的研制上，在获得植物燃料油途径、燃料油使用技术上都取得了较大进展。石化能源价格的不断上涨，主要油料作物总产量迅速增加而导致油料农产品滞销，为各个国家把部分农业用地转为可生产能源的原料作物提供了有利条件。

我国人均耕地不到0.1公顷，要完全以农产品为原料生产生物质燃料油是不可能的。我国必须立足现实，大力发展自己生物能源产业。我国有广大的山区、沙区可供栽种乔灌木油料植物，作为生物质燃料油的原料。这不仅可以为我国的生物质燃料油工业提供丰富的可再生原料，改善生态环境，还有利于农村产业结构调整，增加农民收入，解决部分农村剩余劳动力的就业问题。近10年来，我国虽然有一些研究单位开展了这方面的研究和生产，但是与世界先进国家比较，仍然有一定的差距。我国政府有关部门根据我国国情，已采取相应措施，推动我国生物质能源的研究和产业化进程。

我国含油植物资源丰富，分布范围广，共有151个科、1553种含油植物，其中种子含油量在40%以上的植物有154种，但是可用作建立规模化生物质燃料油原料基地的乔灌木种却很少；分布集中成片可建原料基地，并能利用荒山、沙地等宜林地造林，建立起规模化良种基地的生物燃料油植物更少。因此，应对我国可以作为生物质燃料油的主要木本能源植物的资源分布、生长及利用状况进行了调查研究和良种选育，在现有资源的基础上建立原料供应基地和良种繁育基地，并在此基础上，对木本能源植物的生物学特性和经济性状进行研究，与有关企业合作，对能源植物的性能、生产工艺、技术设备进行系统配套研究。

我国能源现状是：2003年进口石油9000多万吨，进口依存度为36%，预计2020年进口达2亿吨，进口依存度55%。针对上述情况，采取的对策及战略目标是：节约传统能源、发展可再生能源、发展新型能源，2020年生物能源替代25%进口石油，其中燃料酒精1500万吨，生物柴油1500万吨，材料和化工原料用油1500万吨，二氧化碳排放减少2亿吨。因此，预计在今后15年将是生物炼制产业的快速成长期，生物炼制将在提高能源安全和生态环境质量方面发挥越来越大的作用，逐步成为支柱产业，促进农村经济发展和生物经济时代的早日到来。

我国生物质资源利用包括：农作物秸秆（2000年测算的总产量为5.26亿吨）、林业废弃物（约为3134万吨）、薪炭林（328.25万m3）、畜禽粪便（2002年总量近15亿吨）、高浓度工业有机废水（25亿吨）、油料植物（含油植物有400多种）、生产燃料乙醇所用淀粉（2001-2003全国薯类年均总产量3000～3500万吨；2001-2003年全国粮谷类年均总产量17.5亿吨）和糖类原料（2000-2003年甘蔗平均年产量为7500万吨）等。我国的生物质能发展规划，即到2020年可再生能源发电装机达到1亿千瓦，占全部发电装机构成的10%以上，成为化石燃料发电、大水电和核电之后的第四主力电源，其中小水电最大，为5000万千瓦、风力发电次之，为3000万千瓦、生物质发电2000万千瓦。以液体燃料为重点，开发以农作物茎杆为主体原料的生物酒精、生物油等技术，到2020年形成替代石油产品1100万吨的能力。以商品化为目标，开发和发展以村落和小城镇为依托的生物质气化、发电联合系统，使得商品化的可再生能源供应量达到1亿吨煤当量，为农村和小城镇居民提供成本经济、质量合格的气体燃料和电力供应。从资源状况分析规划实施的可行性出发，可重点发展沼气发电、生物燃油、生物质能发电、城市固体垃圾发电等项目。

中国已具备大规模发展生物能源的条件：（1）原料非常丰富，据估算，全国每年产生7亿多吨秸秆，可转化为1亿吨生物燃料酒精；（2）技术积累阶段已经完成，关键技术基本成熟或接近成熟可边研究边产业化。通过转基因技术可以选育出大量抗盐、抗旱等能源植物，适合在恶劣的生态环境下生长。

3 我国发展生物能源应注意问题

（1）对于一些已有良好的研究基础的项目如纤维素乙醇、生物柴油等，可优先考虑发展，尽快实现产业化，以此带动其他相关产业的发展。生物质能源产业的研究和发展强调单位之间的合作，针对重大问题进行联合攻关，发展过程中要尽可能的取得地方政府的支持。

（2）在能源植物的栽培引种过程中要注意对生态环境安全性的影响。有些品种是从国外直接引进的，必须经过国家安全性评价之后方可引进；部分大戟科、瑞香科的植物富含致癌作用的成分，在栽培研究过程中要注意生态安全。