中国的生物能源的发展
摘要 随着社会的发展和技术的进步，人类对能源的需求越来越高，但是地球化石资源的储存量却在逐渐降低，同时，生态环境也不断恶化。这些都迫使全球能源结构必须进行战略性调整，开发新的能源。生物能源由于其可再生性，它的发展不仅可以从根本上解决能源危机，而且还能改善日益恶化的环境。本文阐述了当前我国生物能源的主要种类及特点，生物能源的生产技术研究现状及生物能源在我国的发展现状和存在的问题，并展望了生物能源的发展前景。
关键词：生物能源；种类；生物能源技术；问题；前景
1 引言
前段时间中国的雾霾天气很大程度上和燃烧化石性燃料有关，因此加快能源战略的结构性调整，找到替代的清洁能源、可再生能源，是中国目前需要解决的重中之重的问题。其中，生物能源作为目前可直接利用、能较大规模生产并替代运输燃料的能源产品之一，已成为可再生能源发展的重点。但是，一些地方出现的一哄而上发展生物能源的倾向令人担忧。因此，全面了解生物能源的概念，种类，发展现状等显得十分重要。 2 生物能源的概念
生物能源是植物和微生物将太阳能转化为化学能并以生物质为储存载体的能量形式。原始能量来源于太阳，所以从广义上讲，生物能源是太阳能的一种表现形式。在各种可再生能源中，生物质能源是唯一可替代化石能源转化成液态和气态燃料以及其它化工原料或者产品的碳资源，也是唯一一种可再生的碳源。生物质能源包括林业废弃物，农业生产和加工剩余物，水生植物，油料植物，城市和工业有机废弃物，动物粪便等。 3 生物能源的种类及特点
3.1 生物能源的种类 （1）农作物类，主要包括产生淀粉的甘薯、玉米等，产生糖类的甘蔗、甜菜果实等。
（2）林作物类，主要包括白杨、桦林登树木类及苜蓿、香草、芦苇等草木类。
（3）水生藻类，主要包括海洋生的马尾藻、巨藻、海带等，淡水生的布袋草、浮萍等。
（4）光合成微生物类，主要包括硫细菌、非硫细菌等。
（5）其他类，主要包括农产品的废弃物（如稻秸等）、城市垃圾、林业废弃物、畜牧废弃物等。
3.2 生物能源的特点 （1） 可再生性。与风能、太阳能等同属可再生能源，可保证能源的永续利用；
（2）低污染性。生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SOX、NOX较少生物质作为燃料时，由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量，因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零，可有效地减轻温室效应；
（3）广泛分布性。缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能；
（4）总量丰富。据估算，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。
4 生物能源的利用技术
4.1 生物质液化燃料乙醇的开发
生产燃料乙醇的生物质原料主要有两大类：第一类是含淀粉或糖的粮食和经济作物，如玉米、小麦、高粱、马铃薯，甘蔗、甜菜等；第二类是木质纤维素类农林废弃物，如秸秆、农作物壳皮等。2007年我国生产燃料乙醇产品约150万吨，乙醇汽油消费量约占全国汽油消费量的20%，成为世界第三大生物燃料乙醇生产国和消费国，主要生产原料为玉米和小麦等粮食作物。由于玉米等农作物的用量以及价格与日俱增，而且利用含糖和淀粉类原料发酵产乙醇存在与人争粮，成本较高等问题，应用前景不容乐观，利用纤维素类原料发酵制备乙醇是当前燃料乙醇的发展趋势。
木质纤维素生产燃料乙醇具有很大的发展前景，我国每年可利用的木质纤维素在7亿吨左右，纤维素可经酸或纤维素酶预处理成糖，再由微生物发酵产乙醇。目前全世界只有丹麦的诺维信和美国的杰能科生产用于纤维素工业化水解的酶制剂，这两家公司垄断着全球酶制剂市场份额的65%以上。如何降低纤维素酶的生产成本，提高酶催化效率是纤维素乙醇实现工业化生产的关键因素。
4.2 厌氧发酵技术 厌氧发酵是指在隔绝氧气的情况下，通过细菌作用进行生物质的分解。将有机废水（如制药厂废水、人畜粪便等）置于厌氧发酵罐（反应器、沼气池）内，先由厌氧发酵细菌将复杂的有机物水解并发酵为有机酸、醇、H2和CO2等产物，然后由产氢产乙酸菌将有机酸和醇类代谢为乙酸和氢，最后由产CH4菌利用已产生的乙酸和H2、CO2等形成CH4 ，可产生CH4 （体积分数为55 ％～65 ％）和CO2 （体积分数为30 ％～40 ％）气体混合物。
4.3 生物质液化生物柴油的开发
生物柴油的生产原料主要有油料作物和林木，餐饮业废弃油脂以及产油微藻三类。我国的生物柴油主要来源于餐饮业废油、榨油厂下脚料、猪皮油等劣质原料，餐饮废油
中含有大量游离脂肪酸、水等杂质，存在质量不稳定、来源分散且产量小的问题，远不能满足社会经济发展所需的生物柴油量，而且在生产过程中会产生大量废水，需要采取相应的处理措施避免环境污染。因此从中、长期看，木本油料树种和微藻应作为发展我国生物柴油产业的战略资源。
目前我国可较大规模种植的木本油料植物主要有麻风树、黄连木、油棕等，油棕是单产最高的油料作物(4 t/104 m2，是油菜的4倍和大豆的10倍)，麻风树等新兴非食用油料作物是利用我国境内低质土地发展生物柴油的主要潜在品种。我国山地资源丰富，山地、高原和丘陵约占国土总面积的69%，同时我国野生木本油料植物含油量在15%以上的约有1000种，其中含油量在20%以上的约300种。由于山地土层薄、肥力差、缺水等因素，不宜耕种农作物，因此，种植野生油料植物也是今后发展的方向之一。
4.4 生物质燃烧技术
生物质燃烧方面，主要集中于提高燃烧效率。着力改进锅炉设计，提高单一生物质燃料或与煤混合燃烧锅炉的热效率，以降低乡村、小镇生物质发电和供热的成本。奥地利最大的电力供应商VERBUND对以下四种方式进行了研究： ①生物质在一个独立系统中燃烧，产生的热用于现有电厂的锅炉；②生物质在组装于燃煤锅炉炉膛中的炉排上燃烧；③用专用粉碎机粉碎生物质，在燃煤锅炉中与粉煤一起燃烧；④生物质在气化炉中气化，燃气作为锅炉燃料。
5 我国生物能源的发展
由于形态、存贮、运输等与石油产品相近，我国生物质能源的产品首推燃料乙醇。作为一种性能良好的生物燃料，燃料乙醇有严格的质量标准和比较成熟的生产技术。目前，乙醇汽油的消费量占全国汽油消费量的20%，我国已成为世界上第三大生物燃料乙
醇生产国。国家发改委、安徽、山东、河南、河北等已制定出相关产业政策和实施法规，并在财政上给予补贴。
燃料乙醇生产之初，国内库存的近一亿吨陈化粮是主要原料，但是随着燃料乙醇产量的不断增长，国家粮库的陈化粮渐不能满足需要。目前这些陈化粮已经用完。乙醇生产开始转向采用新粮作为原料。
我国总体上人多地少，农业后备资源不足，在较长的一个时期里，我国的粮食供应将处于平衡偏紧状态。2006年开始，国内粮食市场价格不断上扬，燃料乙醇的生产成本逐级提高，生产企业利润下降。如果进一步发展生产，主要原料玉米等供给空间十分有限，客观上无法支撑粮食乙醇的扩张。
另一方面，国家主管部门制定的《生物燃料乙醇及车用乙醇汽油“十一五”发展专项规划》，重点支持用木薯、甜高粱、秸秆等非粮原料生产燃料乙醇。从政策上明确我国在生物质能源的发展方向上将坚持以非粮为主。
6 生物能源利用中存在的问题
在我国现实的社会经济环境中，还存在一些消极因素制约着生物质能的发展和应用：
（1）市场环境和保障机制不够完善。我国生物燃料乙醇发展缺乏明确的发展目标，没有形成连续稳定的市场需求，目前还处在“以产定销、计划供应”阶段。国内生物燃料乙醇从生产到销售的各个环节都受到了政府部门的严格控制，是政策性的封闭运行，尚未形成真正意义的市场化。
（2）资源评价、技术标准、产品检测和认证等体系不完善。我国于2001 午颁布了变性生物燃料乙醇(GB 183502—2001)和车用乙醇汽油(GB183512—2001)两项强制性国家标准，在技术内容上等效采用了美国试验与材料协会标准(ASTM)，在现有标准的基
础上及时制订不同生物质原料来源的生物燃料乙醇相关基础标准和工艺控制等标准就显得极为迫切。
（3）资源分散，收集手段落后，产业化进程缓慢，制约着生物质能源高新技术的规模化和商业化利用。集中发电和供热是国际上通行的高效清洁地利用生物质能源的主要技术方式。但是，这些技术需要具有一定的规模，才能产生经济效益。
（4）利用装备技术含量低，研发经费投入过少，一些关键技术研发进展不大。例如厌氧消化产气率低，设备与管理自动化程度较差；气化利用中焦油问题未能解决，影响长期应用；沼气发电与气化发电效率较低，二次污染问题没有彻底解决。
（5）缺乏专门扶持生物质能源发展，鼓励生产和消费生物质能源的政策，在当前缺乏一定的经济补助手段的条件下，难以实现生物质热电联产规模化，竞争能力弱。
（6）生物质能源与农业、林业在资源使用上不协调。
能源作物已经开始成为不少国家生物质能源的主体。但是，我国土地资源短缺，存在能源作物和农业、林业争夺土地的矛盾。
（7）一些制约生物质能发电的问题逐渐显现出来
电价补贴标准低，使生物质发电项目一旦投入运营就面临亏损境地。《可再生能源法》明确指出，要制定激励可再生能源发展的税收及贷款优惠政策，然而关于生物质发电的相关退税政策至今尚未落实。
7 生物能源的前景与方向
由于生物质能源所具有的环保、可再生等特点，同时又能推动农业产业链的发展，在目前国际原油市场回落无望的情况下，生物质能源再度加温，已被认为是解决全球能源危机的最理想途径之一。
目前，欧美及世界多数地区都在寻求生物能源发展之道。我国2004年开始在部分地区试点使用乙醇汽油之后，生物质能源发展方面也取得了较大的进展。以玉米、小麦等生产乙醇，用豆油、棉油等生产生物柴油各地纷纷兴起。但“粮食能源化”是否会影响粮食安全？最新技术进展和专家研究结论表明：鼓励发展非粮生物质能源是解决我国粮食安全和能源安全的根本之道。
参考文献：
[1].黄素逸，杜一庆，明廷臻等.新能源技术.北京:中国电力出版社，2011，119
[2].苏晓渝.生物能源（Biomass）的现状与前景.2001年4月
[3].邱桂红.生物能源的开发与利用策略.2010-04-06
[4].蒋剑青.生物能源应用研究现状与发展前景.2002，22（1）：25-29.
[5].吴创之，马隆龙.生物质能现代化利用技术.北京：化学工业出版社，2003
[6].姚向君，田宜水.生物质能资源清洁转化利用技术.北京:化学工业出版社，2004.
The Development of Biological Energy in China
Abstract
Along with the development of society and the improvement of technology ,our needs for the sources of energy is higher and higher.,However, the storage of traditionnal fossile energy in earth is little by little, at the same time, the situation of the ecological environment is not optimistic. As a result,the exploit of new energy turns into an important strategy. As a recyclable resource, biological energy, not only can resolve the energy crises radically,but also improves the ecological environment.This article describes the type of our country’s biological energy, expounds how to make biological energy. And the progress status and questions in China in the present.In the and,this essay further analyses the development in the future of biological energy .
Key words : biological energy; type; biological enegy technology; questions
中国的生物能源的发展
摘要 随着社会的发展和技术的进步，人类对能源的需求越来越高，但是地球化石资源的储存量却在逐渐降低，同时，生态环境也不断恶化。这些都迫使全球能源结构必须进行战略性调整，开发新的能源。生物能源由于其可再生性，它的发展不仅可以从根本上解决能源危机，而且还能改善日益恶化的环境。本文阐述了当前我国生物能源的主要种类及特点，生物能源的生产技术研究现状及生物能源在我国的发展现状和存在的问题，并展望了生物能源的发展前景。
关键词：生物能源；种类；生物能源技术；问题；前景
1 引言
前段时间中国的雾霾天气很大程度上和燃烧化石性燃料有关，因此加快能源战略的结构性调整，找到替代的清洁能源、可再生能源，是中国目前需要解决的重中之重的问题。其中，生物能源作为目前可直接利用、能较大规模生产并替代运输燃料的能源产品之一，已成为可再生能源发展的重点。但是，一些地方出现的一哄而上发展生物能源的倾向令人担忧。因此，全面了解生物能源的概念，种类，发展现状等显得十分重要。 2 生物能源的概念
生物能源是植物和微生物将太阳能转化为化学能并以生物质为储存载体的能量形式。原始能量来源于太阳，所以从广义上讲，生物能源是太阳能的一种表现形式。在各种可再生能源中，生物质能源是唯一可替代化石能源转化成液态和气态燃料以及其它化工原料或者产品的碳资源，也是唯一一种可再生的碳源。生物质能源包括林业废弃物，农业生产和加工剩余物，水生植物，油料植物，城市和工业有机废弃物，动物粪便等。 3 生物能源的种类及特点
3.1 生物能源的种类 （1）农作物类，主要包括产生淀粉的甘薯、玉米等，产生糖类的甘蔗、甜菜果实等。
（2）林作物类，主要包括白杨、桦林登树木类及苜蓿、香草、芦苇等草木类。
（3）水生藻类，主要包括海洋生的马尾藻、巨藻、海带等，淡水生的布袋草、浮萍等。
（4）光合成微生物类，主要包括硫细菌、非硫细菌等。
（5）其他类，主要包括农产品的废弃物（如稻秸等）、城市垃圾、林业废弃物、畜牧废弃物等。
3.2 生物能源的特点 （1） 可再生性。与风能、太阳能等同属可再生能源，可保证能源的永续利用；
（2）低污染性。生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SOX、NOX较少生物质作为燃料时，由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量，因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零，可有效地减轻温室效应；
（3）广泛分布性。缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能；
（4）总量丰富。据估算，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。
4 生物能源的利用技术
4.1 生物质液化燃料乙醇的开发
生产燃料乙醇的生物质原料主要有两大类：第一类是含淀粉或糖的粮食和经济作物，如玉米、小麦、高粱、马铃薯，甘蔗、甜菜等；第二类是木质纤维素类农林废弃物，如秸秆、农作物壳皮等。2007年我国生产燃料乙醇产品约150万吨，乙醇汽油消费量约占全国汽油消费量的20%，成为世界第三大生物燃料乙醇生产国和消费国，主要生产原料为玉米和小麦等粮食作物。由于玉米等农作物的用量以及价格与日俱增，而且利用含糖和淀粉类原料发酵产乙醇存在与人争粮，成本较高等问题，应用前景不容乐观，利用纤维素类原料发酵制备乙醇是当前燃料乙醇的发展趋势。
木质纤维素生产燃料乙醇具有很大的发展前景，我国每年可利用的木质纤维素在7亿吨左右，纤维素可经酸或纤维素酶预处理成糖，再由微生物发酵产乙醇。目前全世界只有丹麦的诺维信和美国的杰能科生产用于纤维素工业化水解的酶制剂，这两家公司垄断着全球酶制剂市场份额的65%以上。如何降低纤维素酶的生产成本，提高酶催化效率是纤维素乙醇实现工业化生产的关键因素。
4.2 厌氧发酵技术 厌氧发酵是指在隔绝氧气的情况下，通过细菌作用进行生物质的分解。将有机废水（如制药厂废水、人畜粪便等）置于厌氧发酵罐（反应器、沼气池）内，先由厌氧发酵细菌将复杂的有机物水解并发酵为有机酸、醇、H2和CO2等产物，然后由产氢产乙酸菌将有机酸和醇类代谢为乙酸和氢，最后由产CH4菌利用已产生的乙酸和H2、CO2等形成CH4 ，可产生CH4 （体积分数为55 ％～65 ％）和CO2 （体积分数为30 ％～40 ％）气体混合物。
4.3 生物质液化生物柴油的开发
生物柴油的生产原料主要有油料作物和林木，餐饮业废弃油脂以及产油微藻三类。我国的生物柴油主要来源于餐饮业废油、榨油厂下脚料、猪皮油等劣质原料，餐饮废油
中含有大量游离脂肪酸、水等杂质，存在质量不稳定、来源分散且产量小的问题，远不能满足社会经济发展所需的生物柴油量，而且在生产过程中会产生大量废水，需要采取相应的处理措施避免环境污染。因此从中、长期看，木本油料树种和微藻应作为发展我国生物柴油产业的战略资源。
目前我国可较大规模种植的木本油料植物主要有麻风树、黄连木、油棕等，油棕是单产最高的油料作物(4 t/104 m2，是油菜的4倍和大豆的10倍)，麻风树等新兴非食用油料作物是利用我国境内低质土地发展生物柴油的主要潜在品种。我国山地资源丰富，山地、高原和丘陵约占国土总面积的69%，同时我国野生木本油料植物含油量在15%以上的约有1000种，其中含油量在20%以上的约300种。由于山地土层薄、肥力差、缺水等因素，不宜耕种农作物，因此，种植野生油料植物也是今后发展的方向之一。
4.4 生物质燃烧技术
生物质燃烧方面，主要集中于提高燃烧效率。着力改进锅炉设计，提高单一生物质燃料或与煤混合燃烧锅炉的热效率，以降低乡村、小镇生物质发电和供热的成本。奥地利最大的电力供应商VERBUND对以下四种方式进行了研究： ①生物质在一个独立系统中燃烧，产生的热用于现有电厂的锅炉；②生物质在组装于燃煤锅炉炉膛中的炉排上燃烧；③用专用粉碎机粉碎生物质，在燃煤锅炉中与粉煤一起燃烧；④生物质在气化炉中气化，燃气作为锅炉燃料。
5 我国生物能源的发展
由于形态、存贮、运输等与石油产品相近，我国生物质能源的产品首推燃料乙醇。作为一种性能良好的生物燃料，燃料乙醇有严格的质量标准和比较成熟的生产技术。目前，乙醇汽油的消费量占全国汽油消费量的20%，我国已成为世界上第三大生物燃料乙
醇生产国。国家发改委、安徽、山东、河南、河北等已制定出相关产业政策和实施法规，并在财政上给予补贴。
燃料乙醇生产之初，国内库存的近一亿吨陈化粮是主要原料，但是随着燃料乙醇产量的不断增长，国家粮库的陈化粮渐不能满足需要。目前这些陈化粮已经用完。乙醇生产开始转向采用新粮作为原料。
我国总体上人多地少，农业后备资源不足，在较长的一个时期里，我国的粮食供应将处于平衡偏紧状态。2006年开始，国内粮食市场价格不断上扬，燃料乙醇的生产成本逐级提高，生产企业利润下降。如果进一步发展生产，主要原料玉米等供给空间十分有限，客观上无法支撑粮食乙醇的扩张。
另一方面，国家主管部门制定的《生物燃料乙醇及车用乙醇汽油“十一五”发展专项规划》，重点支持用木薯、甜高粱、秸秆等非粮原料生产燃料乙醇。从政策上明确我国在生物质能源的发展方向上将坚持以非粮为主。
6 生物能源利用中存在的问题
在我国现实的社会经济环境中，还存在一些消极因素制约着生物质能的发展和应用：
（1）市场环境和保障机制不够完善。我国生物燃料乙醇发展缺乏明确的发展目标，没有形成连续稳定的市场需求，目前还处在“以产定销、计划供应”阶段。国内生物燃料乙醇从生产到销售的各个环节都受到了政府部门的严格控制，是政策性的封闭运行，尚未形成真正意义的市场化。
（2）资源评价、技术标准、产品检测和认证等体系不完善。我国于2001 午颁布了变性生物燃料乙醇(GB 183502—2001)和车用乙醇汽油(GB183512—2001)两项强制性国家标准，在技术内容上等效采用了美国试验与材料协会标准(ASTM)，在现有标准的基
础上及时制订不同生物质原料来源的生物燃料乙醇相关基础标准和工艺控制等标准就显得极为迫切。
（3）资源分散，收集手段落后，产业化进程缓慢，制约着生物质能源高新技术的规模化和商业化利用。集中发电和供热是国际上通行的高效清洁地利用生物质能源的主要技术方式。但是，这些技术需要具有一定的规模，才能产生经济效益。
（4）利用装备技术含量低，研发经费投入过少，一些关键技术研发进展不大。例如厌氧消化产气率低，设备与管理自动化程度较差；气化利用中焦油问题未能解决，影响长期应用；沼气发电与气化发电效率较低，二次污染问题没有彻底解决。
（5）缺乏专门扶持生物质能源发展，鼓励生产和消费生物质能源的政策，在当前缺乏一定的经济补助手段的条件下，难以实现生物质热电联产规模化，竞争能力弱。
（6）生物质能源与农业、林业在资源使用上不协调。
能源作物已经开始成为不少国家生物质能源的主体。但是，我国土地资源短缺，存在能源作物和农业、林业争夺土地的矛盾。
（7）一些制约生物质能发电的问题逐渐显现出来
电价补贴标准低，使生物质发电项目一旦投入运营就面临亏损境地。《可再生能源法》明确指出，要制定激励可再生能源发展的税收及贷款优惠政策，然而关于生物质发电的相关退税政策至今尚未落实。
7 生物能源的前景与方向
由于生物质能源所具有的环保、可再生等特点，同时又能推动农业产业链的发展，在目前国际原油市场回落无望的情况下，生物质能源再度加温，已被认为是解决全球能源危机的最理想途径之一。
目前，欧美及世界多数地区都在寻求生物能源发展之道。我国2004年开始在部分地区试点使用乙醇汽油之后，生物质能源发展方面也取得了较大的进展。以玉米、小麦等生产乙醇，用豆油、棉油等生产生物柴油各地纷纷兴起。但“粮食能源化”是否会影响粮食安全？最新技术进展和专家研究结论表明：鼓励发展非粮生物质能源是解决我国粮食安全和能源安全的根本之道。
参考文献：
[1].黄素逸，杜一庆，明廷臻等.新能源技术.北京:中国电力出版社，2011，119
[2].苏晓渝.生物能源（Biomass）的现状与前景.2001年4月
[3].邱桂红.生物能源的开发与利用策略.2010-04-06
[4].蒋剑青.生物能源应用研究现状与发展前景.2002，22（1）：25-29.
[5].吴创之，马隆龙.生物质能现代化利用技术.北京：化学工业出版社，2003
[6].姚向君，田宜水.生物质能资源清洁转化利用技术.北京:化学工业出版社，2004.
The Development of Biological Energy in China
Abstract
Along with the development of society and the improvement of technology ,our needs for the sources of energy is higher and higher.,However, the storage of traditionnal fossile energy in earth is little by little, at the same time, the situation of the ecological environment is not optimistic. As a result,the exploit of new energy turns into an important strategy. As a recyclable resource, biological energy, not only can resolve the energy crises radically,but also improves the ecological environment.This article describes the type of our country’s biological energy, expounds how to make biological energy. And the progress status and questions in China in the present.In the and,this essay further analyses the development in the future of biological energy .
Key words : biological energy; type; biological enegy technology; questions