國內(nèi)外生物質(zhì)能發(fā)展綜述

官巧燕，廖福霖，羅棟

（福建 師范大學地理科學學院，福州 350007）

　　摘要：生物質(zhì)能源是僅次于石油、煤炭和天然氣的世界第4大能源，具有可再生和環(huán)境友好的雙重屬性，其發(fā)展對社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。為此，通過對目前生物質(zhì)能主要研究領(lǐng)域以及國內(nèi)外生物質(zhì)能實踐發(fā)展的分析，提出了我國發(fā)展生物質(zhì)能戰(zhàn)略意義及對策，為我國生物質(zhì)能的發(fā)展提供參考依據(jù)。

　　0引言

　　目前國際石油價格的爆漲、化石燃料枯竭，使人們把目光投向了清潔的、可再生的生物質(zhì)能源。

　　生物質(zhì)是指由光合作用產(chǎn)生的各種有機體。生物質(zhì)能則是以生物質(zhì)為載體的、蘊藏在生物質(zhì)中的能量，即綠色植物通過葉綠素將太陽能轉(zhuǎn)化為化學能而貯存在生物質(zhì)內(nèi)部的能量形式[1]。全球每年經(jīng)光合作用產(chǎn)生的生物質(zhì)約1700億t，其能量相當于世界主要燃料貢獻的10倍，而作為能源的利用量還不到總量的1%[2]，開發(fā)潛力巨大。

　　1生物質(zhì)能主要研究領(lǐng)域

　　目前，國內(nèi)外對生物質(zhì)能發(fā)展主要集中在尋找生物質(zhì)資源、研發(fā)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)、探討生物質(zhì)能的生態(tài)環(huán)境效益3個方面。

　　1.1生物質(zhì)資源

　　生物質(zhì)資源范圍廣泛、數(shù)量巨大，而且存在分散，不像礦物性燃料那樣集中。其主要有[3]：木柴燃料、農(nóng)作物廢棄物、畜禽糞便、能源植物、城市廢物。其中，農(nóng)作物廢棄物主要有秸稈（稻草、麥秸、棉花秸等）、雜草、稻殼、花生殼等。能源作物指專門作為能源的作物，目前用于油料作物種植的樹種有：麻風樹、油桐、烏桕、漆樹、核桃、油茶、黃連木、油橄欖、油翅果、四合木等。

　　雖然生物質(zhì)多種多樣，但根據(jù)其使用方法，筆者認為可將生物質(zhì)歸結(jié)為傳統(tǒng)和現(xiàn)代兩類。傳統(tǒng)生物質(zhì)主要是指用于直接燃燒的薪材、木炭、秸稈等農(nóng)作物廢棄物，主要在一些不發(fā)達地區(qū)使用；現(xiàn)代生物質(zhì)指利用現(xiàn)代生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)轉(zhuǎn)化成燃料而使用的有機質(zhì)載體，如動物糞便、生活垃圾污水、能源植物等。

　　1.2生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)

　　生物質(zhì)轉(zhuǎn)換技術(shù)可分為4大類，各類中又包含不同的子技術(shù)，具體分類如圖1[4]所示。目前，全世界各種生物質(zhì)利用技術(shù)處于不同的發(fā)展階段，表1是幾類轉(zhuǎn)換技術(shù)目前所處的發(fā)展階段[3]。

　　1.3開發(fā)生物質(zhì)能的生態(tài)環(huán)境效應

　　由于生物質(zhì)生長時需要的二氧化碳量相當于其燃燒時排放的二氧化碳量，所以對大氣中二氧化碳凈排放量接近于零；同時生物質(zhì)的硫含量、氮含量低，燃燒時釋放的硫化物和氮化物較少，對大氣幾乎沒有影響，緩解了化石燃料燃燒對環(huán)境的壓力。

　　但生物質(zhì)能的發(fā)展也有其局限性。部分學者認為生物質(zhì)需水量大，能源作物光合作用效率低，從而將生物質(zhì)的生產(chǎn)局限在降水充足的地區(qū)，迫使生物質(zhì)生產(chǎn)與糧食生產(chǎn)等其它類型的土地利用相競爭。生物質(zhì)能發(fā)展也可能對生物多樣性產(chǎn)生影響。如果用生產(chǎn)生物質(zhì)能的作物替代自然覆蓋，如森林和濕地，因品種較為單一，生態(tài)系統(tǒng)的功能將削弱，生物多樣性將降低。此外，生物質(zhì)能的利用對水土流失、土壤肥力變化和水污染等生態(tài)環(huán)境問題都有重要影響[5]。

　　2國內(nèi)外生物質(zhì)能實踐發(fā)展概況

　　2.1我國生物質(zhì)能實踐發(fā)展概況

　　近年來我國各有關(guān)部門和地方各級政府制定和實施了一系列法規(guī)政策，大大促進了生物質(zhì)能的發(fā)展。國家發(fā)改委提出“生物燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展‘三步走’計劃”：計劃在“十一五”實現(xiàn)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化；“十二五”實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)規(guī)?；?；2015年以后大發(fā)展。2006年1月正式實施的《可再生能源法》中，明確規(guī)范了政府和社會在可再生能源開發(fā)利用方面的責任與義務，確立了一系列制度和措施，包括中長期總量目標與發(fā)展規(guī)劃，鼓勵可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)開發(fā)，支持可再生能源并網(wǎng)，優(yōu)惠上網(wǎng)電價和全社會分攤費用，設立可再生能源財政專項資金等[6]?！犊稍偕茉粗虚L期發(fā)展規(guī)劃》對今后15年我國生物質(zhì)能發(fā)展確定的主要發(fā)展目標是：到2010年，生物質(zhì)發(fā)電達到550萬kW，生物液體燃料達到200萬t，沼氣年利用量達到190億m3，生物固體成型燃料達到100萬t，生物質(zhì)能年利用量占到一次能源消費量的1%；到2020年，生物質(zhì)發(fā)電裝機達到3000萬kW，生物液體燃料達到1000萬t，沼氣年利用量達到400億m3，生物固體成型燃料達到5000萬t，生物質(zhì)能年利用量占到一次能源消費量的4%[7]。目前，我國生物質(zhì)能的開發(fā)利用已得到了很大的發(fā)展。

　　2.1.1沼氣

　　我國是世界上沼氣利用開展得最好的國家，生物質(zhì)沼氣技術(shù)已相當成熟，目前已進入商業(yè)化應用階段。污水處理的大型沼氣工程技術(shù)也已基本成熟，進入商業(yè)示范和初步推廣階段。但由于沼氣技術(shù)主要是環(huán)境效益，一次投資大、產(chǎn)出小，所以經(jīng)濟效益不高[4]。到2005年底，我國已經(jīng)建成沼氣1700萬口，年產(chǎn)沼氣量65萬m3，建成大型沼氣工程1500座，年產(chǎn)沼氣約15億m3，沼氣產(chǎn)業(yè)服務體系也日趨完善。另外，以生物質(zhì)能利用技術(shù)為核心的綜合利用技術(shù)模式也得到快速發(fā)展，成為我國生物質(zhì)能利用的特色，如“四位一體”模式，能源環(huán)境工程、南方的“豬—沼—果”等[8]。

　　2.1.2生物質(zhì)熱轉(zhuǎn)換與熱利用

　　我國生物質(zhì)熱轉(zhuǎn)換技術(shù)是近年才發(fā)展起來的，其中的生物質(zhì)制油等液化技術(shù)研究剛剛開始，仍處于試驗室和小試階段，而生物質(zhì)氣化已開始進入應用階段。到2000年底，全國已建成秸稈氣化集中供氣站388處，有79443個農(nóng)戶用生物質(zhì)燃氣作生活燃料，有的還用于干燥熱源和發(fā)電。

　　2.1.3能源植物

　　我國自1981年起，就有計劃地建設薪炭林，到1995年，年增產(chǎn)薪材量（2000～2500）×104t，對緩解農(nóng)村能源短缺起了一定作用[9]。經(jīng)濟林面積有2140萬hm2多，其中木本油料樹種總面積為804.2hm2，油料樹種的果實年產(chǎn)量224.5萬t，但是目前加工利用的還不足1/4[10]。

　　2.1.4生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)

　　我國已研制出螺旋擠壓式、活塞沖壓式和環(huán)模滾壓式等幾種生物質(zhì)壓縮成型設備。其中，螺旋擠壓式壓縮成型機推廣應用較多。生物質(zhì)經(jīng)壓縮后可直接作為燃料，也可經(jīng)炭化爐炭化，用于燒烤和冶金工業(yè)，還可生產(chǎn)塊狀飼料[9]。

　　2.1.5生物乙醇

　　我國2000年啟動陳糧轉(zhuǎn)化燃料乙醇項目，目前已年產(chǎn)百萬噸燃料乙醇，在吉林、河南等省普遍推廣乙醇—汽油混合燃料?！蹲冃匀剂弦掖肌泛汀盾囉靡掖计汀穬身棁覙藴室延?001年4月2日公布。2002年6月在鄭州、洛陽、南陽、哈爾濱、肇東等5個城市開展試用汽油醇獲得成功。2004年2月10日國家發(fā)展和改革委員繼續(xù)擴大試點，黑龍江、吉林、河南、安徽4省除在全省范圍內(nèi)擴大試點，還調(diào)出燃料酒精銷售到遼寧、河北、山東、江蘇[11]。

　　2.1.6生物柴油

　　我國在1981年已有用菜籽油、棉籽油等植物油生產(chǎn)生物柴油的試驗研究。近年來一些科研單位和大專院校先后進行了生物柴油的研究工作，并研制成利用菜籽油、大豆油、廢煎炸油等為原料生產(chǎn)生物柴油的工藝[12]。目前我國正在生產(chǎn)生物柴油的企業(yè)有：海南正和生物能源公司、古杉集團、福建龍巖卓越新能源發(fā)展有限公司，都已開發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，相繼建成了萬噸級的生產(chǎn)線，標志著我國生物柴油生產(chǎn)已實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。

　　2.2國外生物質(zhì)能實踐發(fā)展概況

　　國外的生物質(zhì)能利用則主要集中在把生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為電力和把生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為燃料方面。從20世紀70年代末期開始到現(xiàn)在，許多國家都制定了相應的開發(fā)研究計劃，如日本的陽光計劃、印度的綠色能源工程、美國的能源農(nóng)場和巴西的酒精能源計劃。

　　2.2.1巴西

　　巴西是目前世界上唯一不供應純汽油的國家，也是世界上發(fā)展替代能源、采用乙醇為汽車燃料最為成功的國家。1976年就實施了世界上最大乙醇利用計劃—普洛阿爾庫爾（Proalcool）計劃，經(jīng)過近30年的努力，全國燃料乙醇年產(chǎn)量已經(jīng)從最初幾萬噸，發(fā)展到如今的1400萬t（2004年統(tǒng)計數(shù)據(jù)）[13]。同時，蔗渣發(fā)電率也得到大大提高，發(fā)電若自給有余，則出售給國家電網(wǎng)[14]。巴西的經(jīng)驗是把乙醇生產(chǎn)當系統(tǒng)工程來抓，從甘蔗育種、栽培、收獲、運輸?shù)缴a(chǎn)廠用的菌種改造、工藝優(yōu)化、下腳料、廢熱余能的利用等環(huán)環(huán)相扣，技術(shù)領(lǐng)先于世界。對在甘蔗發(fā)酵生產(chǎn)乙醇過程中產(chǎn)生的大量工業(yè)廢水采取資源化處理，這樣既保護了環(huán)境，又降低了乙醇的生產(chǎn)成本[13]。

　　2.2.2美國

　　美國是世界上第2大乙醇燃料使用國，其酒精燃料工業(yè)是建立在從玉米中提取乙醇的基礎(chǔ)上。目前生物乙醇生產(chǎn)總量估計年產(chǎn)63億L或更多，占燃料油總銷售量的10%，約有1億輛機動車使用含有乙醇的汽油[14]。目前在美國銷售的汽油有三成以上是與乙醇混合的。美國計劃在2020年使生物質(zhì)能耗達到總能耗的25%，到2050年達總能耗的50%。

　　2.2.3歐洲國家

　　在歐洲特別是歐盟，生物質(zhì)能利用較多。2001年歐盟15國生物質(zhì)能的消費量為56.567×106t，占可再生能源消費量的61.59%，占歐盟能源消費總量的4%。其中，生物質(zhì)能消費量最高國依次為法國（12.019×106t）、瑞典（8.109×106t）和德國（7.092×106t）。荷蘭可再生能源絕大部分為生物質(zhì)能，占可再生能源產(chǎn)量的94.35%，比利時為94.12%，盧森堡為92%。占國內(nèi)能源消費總量高的國家依次為芬蘭（19.44%）、瑞典（15.75%）、奧地利（9.98%）和丹麥（9.14%）[15]。

　　歐盟已在2003年發(fā)布“促進運輸油品使用生物質(zhì)燃料或其他再生能源燃料”指令。2006年3月歐盟又公布了加速生物質(zhì)燃料市場發(fā)展的策略，希望生物質(zhì)燃料占運輸燃料比率由2005年的1.4%，提升為2010年目標比率5.75%，2020年提升為20%[16]。

　　德國是生物質(zhì)柴油的最大生產(chǎn)國，德國對生物柴油的生產(chǎn)企業(yè)全額免除稅收；自2004年起，無需標明即可在石化柴油中最多加入5%的生物柴油，2004年的生產(chǎn)能力達到了109.7萬t，占整個歐盟15國總生產(chǎn)能力50%以上。法國生物柴油生產(chǎn)的世界領(lǐng)先地位是在2001年以后被德國取代的,目前法國推出一項生物能源計劃：在2007年以前，建設4個新一代生物能源的工廠，平均年生產(chǎn)能力要達到20萬t。到2015年，法國將從現(xiàn)在的柴油凈出口國變?yōu)橹饕纳锊裼蜕a(chǎn)商[12]。丹麥主要利用秸稈、木屑等進行區(qū)域供熱和熱電聯(lián)產(chǎn)[15]，目前已建立了130家秸稈發(fā)電廠，使生物質(zhì)能成為了丹麥重要的能源。2002年，生物質(zhì)能在可再生能源中的比例為81%。瑞典則利用無工藝價值的木材采用熱電聯(lián)合裝置產(chǎn)熱和供電，現(xiàn)有15000～20000hm2能源林作為部分熱電生產(chǎn)原料，該國能源林生產(chǎn)和繁殖技術(shù)及有關(guān)設備出口國外，尤其是聯(lián)合汽化(BIG-CC)工藝處于世界領(lǐng)先地位[14]。奧地利推行了建立燃木材剩余物的區(qū)域供電站計劃，生物質(zhì)能在總能耗中的比例由原來的3%增到目前的25%，擁有裝機容量為1～2MW的區(qū)域供熱站90座[17]。

　　2.2.4印度

　　印度也是沼氣使用歷史悠久的國家，在1975年啟動國家沼氣開發(fā)計劃（NPBO），到2003年已建沼氣池200萬個，為農(nóng)村無電區(qū)的20萬家庭提供了炊事和照明。近期生物質(zhì)壓縮成型、氣化技術(shù)等進展顯著。氣化發(fā)電主要用于水泵、磨谷機和其它小型電氣設備；氣化產(chǎn)出燃氣則主要用于煙草、茶葉、食品等加工生產(chǎn)過程中[18]。

　　3我國生物質(zhì)能開發(fā)的戰(zhàn)略意義及策略

　　3.1我國發(fā)展生物質(zhì)能的戰(zhàn)略意義

　　1)能源是經(jīng)濟的命脈，是發(fā)展國民經(jīng)濟和提高人民生活水平的重要保障。“十一五”至2020年，是我國全面建設小康社會的重要時期，在這個時期，加強能源基礎(chǔ)設施建設，確保能源的穩(wěn)定、經(jīng)濟、清潔、安全供應是我國經(jīng)濟社會持續(xù)快速健康發(fā)展的重要任務。大力開發(fā)利用生物質(zhì)能源，有利于化石資源短缺、增加能源總量、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，對保障能源安全具有極其重要的作用[7]。

　　2)能源消費結(jié)構(gòu)與經(jīng)濟發(fā)展存在密切的關(guān)系，能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的支持，而我國目前以化石能源為主要能源，可再生能源占我國能源消費的比重才7%[18]。因此，提高生物質(zhì)能等可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中的比重、改善當前以化石能源為主的能源結(jié)構(gòu)，對進行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整具有重要意義。

　　3)我國有8億左右的農(nóng)民居住在農(nóng)村,農(nóng)村能源的持續(xù)利用是國家能源問題的瓶頸,而其中農(nóng)村生活能源的現(xiàn)代化（特別是生物質(zhì)能的現(xiàn)代化利用）將是我國實現(xiàn)全面小康社會的重要環(huán)節(jié)[19]。生物質(zhì)能是農(nóng)村的主要能源，開發(fā)利用生物質(zhì)能資源與農(nóng)業(yè)、農(nóng)村發(fā)展密切相關(guān)，可為農(nóng)村開拓新的產(chǎn)業(yè)，延長農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，并可提高農(nóng)業(yè)、植樹造林和生態(tài)建設的經(jīng)濟效益，增加農(nóng)民收入，改善農(nóng)村環(huán)境，促進社會主義新農(nóng)村的建設[6]。

　　4)在工業(yè)化國家中,陸上石油業(yè)(包括開采、冶煉和銷售)生產(chǎn)每百萬噸標準油的能源需要的工作崗位為959個，煤炭業(yè)為925個，天然氣業(yè)為430個,而生物質(zhì)固體燃料業(yè)為3000～5000個，生物乙醇業(yè)為18000～28000個，植物柴油業(yè)為29000個，生物質(zhì)發(fā)電業(yè)為1650個[21]。生物質(zhì)作為能源大規(guī)模利用可為發(fā)展中國家提供發(fā)展和就業(yè)的基礎(chǔ)，并可對城市移民進行控制[20]。

　　3.2我國發(fā)展生物質(zhì)能源的策略

　　1)加強對生物質(zhì)能的宣傳力度，提高公眾對生物質(zhì)能作為綠色能源的認識。生物質(zhì)能是農(nóng)村使用的主要能源，應特別加強農(nóng)村群眾對現(xiàn)代化生物質(zhì)能的認識，使現(xiàn)代化生物質(zhì)能能夠在農(nóng)村普及開。

　　2)目前生物質(zhì)能的成本較高，急需財政法規(guī)的支持，所以中央和各級地方政府應制定相應的激勵政策和限制性政策，支持生物質(zhì)能的研究和推廣。可通過投資補貼、價格補貼、減免利潤稅、制定各種能源的消費稅配額政策、懲罰性稅費等措施保證生物質(zhì)能的發(fā)展。

　　3)技術(shù)進步是提高生產(chǎn)效率的前提，要降低成本提高生物質(zhì)能的市場競爭力，還取決于各種利用技術(shù)的發(fā)展突破。因此，必須加大各種轉(zhuǎn)換技術(shù)的基礎(chǔ)研究，制定長遠戰(zhàn)略措施和規(guī)劃，明確每一時期發(fā)展目標，并安排具體研究任務。

　　4)針對生物質(zhì)分散性特點，加大對小型生物質(zhì)利用基礎(chǔ)設施的建設，如以戶為單位的沼氣利用設施。若以區(qū)域為單位，則可建立生物質(zhì)集中處理中心，如生物質(zhì)發(fā)電廠。同時，建立各層次生物質(zhì)能利用設施，使生物質(zhì)資源得到更充分的開發(fā)利用。

　　5)目前缺乏對生物質(zhì)能的開發(fā)利用的評價機制，生物質(zhì)能開發(fā)利用帶來的影響或者效益無法得到準確的衡量。因此，對生物質(zhì)資源的培育、收集、生物質(zhì)轉(zhuǎn)化以及生物質(zhì)能利用整個過程中所產(chǎn)生的對生態(tài)環(huán)境、社會效益、能源結(jié)構(gòu)等影響進行細致研究和綜合評價顯得十分重要。

　　4結(jié)語

　　生物質(zhì)由于能量密度低、分散分布、利用過程需增加預處理，或附加的轉(zhuǎn)換設備利用的成本較高，與化石能源產(chǎn)品競爭處于不利地位，因而也很難為消費者接受?？偟膩碚f，生物質(zhì)能開發(fā)必須克服兩個關(guān)鍵障礙：一是降低生物質(zhì)能的成本；二是利用生物質(zhì)能，發(fā)展能源作物時，不對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利影響，不對糧食安全構(gòu)成威脅?；茉丛谥饾u稀缺過程中，機會成本將越來越高，而生物質(zhì)能依靠科技進步開發(fā)成本則會不斷降低[22]，可以預見，不久的將來生物質(zhì)能將大有作為。

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