第三節 國內外生物質能利用現狀及前景

生物質能源的開發利用早已引起世界各國政府和科學家的關注，許多國家都制訂了相應的開發研究計劃。對生物質能的合理利用經過多年的研究，使得生物質能產業化迅速發展。生物質能將成為新能源系統的支柱之一。

一、國內外生物質能源的應用進展

由于各國氣候、土地利用情況不同，生物質能源生產及利用水平差別也很大。為了促進可再生能源的發展，許多國家制定了相應的發展戰略和規劃，明確了可再生能源發展目標。如美國、瑞典、丹麥、印度、巴西、歐洲等國已走在世界前列。

美國國會于2008年5月通過一項包括加速開發生物質能源的法案，要求到2018年后，把從石油中提煉出來的燃油消費量減少20%，代之以生物燃油。據《2010年美國能源展望》，到2035年，美國可用生物燃料滿足液體燃料總體需求量增長，乙醇占石油消費量的17%，使美國對進口原油的依賴在未來25年內下降至45%。

瑞典是世界上道路交通最不依賴于化石燃料的國家之一，據報道，2009年瑞典政府批準了一項計劃，到2020年將使可再生能源達到該國能源消費總量的50%。此外，該國旨在到2030年使其運輸部門完全不依賴于進口化石燃料。

丹麥正準備在全國前5大城市逐步減少并淘汰燃煤發電站，要求發電站進行技術改造，使用生物燃料替代煤和燃油，作為城市生產和生活的主要能源來源。

印度于2004年開始了石油和農業領域的“無聲革命”，制定了2011年全國運輸燃料中必須添加10%乙醇的法令。巴西的所有汽油中都強制加入了25%的乙醇，2010年起所有普通柴油中生物柴油的比例也達到5%。憑借生物能源這張王牌，巴西政府表示有信心實現到2020年減排36%的目標。

在利用生物質能方面，歐洲取得了很多驕人的成績。2000—2004年間，歐洲利用生物質能的發電量從40%增加到了68%。現在，一項針對歐洲水平的新政策正在籌劃當中，將對生物質能的開發產生巨大影響。歐洲生物質能協會預計2020年生物質能的貢獻將會從現在的7.2×107t增長到2.2×108t油當量，這是生物質能發熱和發電的最大比例，相當于生物燃料的15%。只有改變現在的農業政策，調整熱能供應系統，才能實現這些目標。熱能市場非常重要，在歐洲50%的最終能源都流入了熱能市場，而生物質能和生物燃料相比具有很強的競爭力。

我國政府及有關部門對生物質能源的利用極為重視，中央幾位主要領導人曾多次批示和指示加強農作物秸稈的能源利用，國家科委已連續在三個國家五年計劃中將生物質能技術的研究與應用列為重點研究項目。在此背景下，涌現出了一大批優秀的科研成果和成功的應用范例，如戶用沼氣池、禽畜糞便沼氣技術、生物質氣化發電和集中供氣、生物壓塊燃料等，取得了較好的社會效益和經濟效益。同時，中國組建起了一支高水平的科研隊伍，擁有一批致力于生物質能源技術研究與開發的著名專家學者，具備一定的產業和技術基礎。國內外對生物質能源的開發主要利用了生物質熱裂解氣化技術、生物質液體燃料技術等。

（一）熱裂解氣化技術

早在20世紀70年代，美國、日本、加拿大、歐共體等發達國家就開始了對生物質熱裂解氣化技術的研究與開發。到20世紀80年代，美國已有19家公司和研究機構從事生物質熱裂解氣化技術的研究與開發；加拿大12所大學的實驗室在開展生物質熱裂解氣化技術的研究；菲律賓、馬來西亞、印度、印尼等發展中國家也先后開展了這方面的研究。1996年，芬蘭坦佩雷電力公司在瑞典建立了一座廢木材氣化發電廠，裝機容量為60MW，產熱65MW。瑞典能源中心在巴西建設了一座裝機容量為20～30MW的發電廠，該發電廠利用生物質氣化、聯合循環發電等先進技術處理當地豐富的蔗渣資源，效益可觀。

我國“八五”期間，國家科委安排了“生物質熱解氣化及熱利用技術”的科技攻關課題，取得了豐碩成果：采用氧氣氣化工藝，研制成功生物質中熱值的氣化裝置；以下吸式流化床工藝，研制成功100戶生物質氣化集中供氣系統與裝置；以下吸式固定床工藝，研制成功食品與經濟作物生物質氣化烘干系統與裝置；以流化床干餾工藝，研制成功1000戶生物質氣化集中供氣系統與裝置。截止到2010年底，我國共建成秸稈熱解氣化供氣站900處，運行數量為600處，供氣戶數為2.1×105戶。“九五”期間，國家科委安排了“生物質熱解氣化及相關技術”的科技攻關專題，重點研究開發1MW大型生物質氣化發電技術和農村秸稈氣化集中供氣技術。“十五”期間，中國在利用生物質能源方面碩果累累。由中國科學院廣州能源研究所研發的“4MW生物質氣化聯合循環發電系統”以谷殼、木屑、稻草等多種生物質廢棄物為原料，發電效率可達20%～28%，運行每度成本約0.35～0.45元，能滿足農村處理農業廢棄物的需要。目前，已開發出多種以木屑、稻殼、秸稈等生物質為原料的固定床和流化床氣化爐，成功研制了從400kW到10MW的不同規格的氣化發電裝置，每度成本也降至0.2元左右。我國的生物質氣化發電正在向產業規模化方向發展，在中國推廣很快，而且出口到泰國、緬甸、老撾和中國臺灣等地區。我國已發展成為國際上中小型生物質發電應用最多的國家之一。

（二）液體燃料技術

生物質液體燃料開發是一項備受關注的技術，因為生物質液體燃料包括燃料乙醇、生物質液化油、生物柴油等，可以作為清潔燃料直接代替汽油等石油燃料。在液化油應用方面，美國、新西蘭、日本、德國、加拿大國家都先后開展了研究開發工作，其發熱量達3.5×104kJ/kg左右，用木質原料液化的油得率為絕干原料的50%以上。2006年歐盟組織資助了3個項目，以生物質為原料，利用快速熱解技術制取液化油，完成了100kg/h的試驗規模，該技術制得的液化油得率達70%，液化油低熱值為1.7×104kJ/kg。

在燃料乙醇方面，巴西是開發應用最有特色的國家。20世紀70年代中期，巴西為了擺脫對進口石油的過度依賴，實施了世界上規模最大的乙醇開發計劃。到1991年，乙醇產量達到130億升，在980萬輛汽車中，近400萬輛為純乙醇汽車，其余大部分汽車燃用的是20%的乙醇＋汽油混合燃料，乙醇燃料已占汽車燃料消費量的50%以上。在生物柴油方面，德國發展比較快，現有23家生物柴油生產企業，擁有1717個生物柴油加油站，2004年的生產能力已達到109.7萬t。德國還將建成世界上最大的生物柴油裝置。美國也很重視生物柴油的開發利用，2010年有4家生物柴油生產廠，總生產能力為0.30Mt/a。馬來西亞利用自身的資源優勢，自1980年起就開始研發棕油生物柴油，并計劃發放9張許可證建立棕油生物柴油廠。巴西也是較早掌握生物柴油技術的國家。我國在“八五”期間開始了利用纖維素廢棄物制取乙醇燃料技術的探索與研究，主要研究纖維素廢棄物的稀酸水解及其發酵技術。此外，我國還重點對生物質壓縮成型技術進行了科技攻關，引進國外先進機型，經消化、吸收，研制出各種類型的適合國情的生物質壓縮成型機，用以生產棒狀、塊狀或顆粒狀生物質成型燃料。我國的生物質螺旋成型機螺桿使用壽命達500小時以上，屬國際先進水平。“九五”期間，開展了野生油料植物分類調查及育種基地的建設。“十五”期間，中國對植物油和生物質裂解油等代用燃料進行了初步試驗研究，包括植物油理化特性、酯化改性工藝和柴油機燃燒性能等。

（三）壓縮技術

生物質壓縮技術可將固體農林廢棄物壓縮成型，制成可代替煤炭的壓塊燃料。如美國曾開發了生物質顆粒成型燃料，泰國、菲律賓和馬來西亞等第三世界國家發展了棒狀成型燃料等。成型燃料主要應用于兩個方面：一是進一步炭化加工制成木炭棒或木炭塊，作為民用燒栲木炭或工業用木炭原料；二是作為燃料直接燃燒，用于家庭或暖房取暖用燃料。

二、目前國內外常見的生物質能源轉化技術

目前國內外的生物質能源轉換技術包括直接燃燒、熱化學轉換和生物化學轉換3種，轉換的方式有生物質氣化、生物質液化、生物質固化、生物發酵等多種，相應地被轉換成氣、液或固不同形態的燃料。生物質能轉化的技術路線可如圖2-4所示。

（一）直接燃燒

生物質化學轉換最簡單的利用方法是直接燃燒。但是直接燃燒煙塵大、能量利用率低（僅為10%～30%）、浪費大，除農村外，一般在城鎮不提倡采用直接燃燒的方法。生物質的缺點是熱值低、體積大、不易運輸，因此作為高效潔凈燃料必須加工成型。將木質纖維素類生物質經壓縮成型或炭化工藝能提高容重和熱值，改善燃燒性能，這種技術叫作“壓縮致密成型”或“致密固化成型”，壓縮后的物質稱為生物質顆粒（pellet briquette）。其主要過程是將農林產品加工剩余物進行粉碎烘干分級處理，放入成型擠壓機，在一定的溫度和壓力下形成較高密度的固體燃料。通常密度在1.2～1.3g/cm3，熱值在18～22MJ/kg，依質料分品級。該方法使用專用設備，在農村有很大的推廣價值。利用生物質炭化爐可以將成型生物質塊進一步炭化，生產高品質的民用燃料——生物炭。在歐美國家，生物質顆粒已實現商業化的生產和應用，其方便應用程度可與燃氣、燃油相媲美，與之配套的高效清潔燃燒取暖爐灶已在居民社區得到普及。優質的生物炭還可以用于冶金工業。

還有一種方式叫作生物質直燃。生物質直燃（combustion）是通過高效率的鍋爐技術燃燒木質纖維素原料進行大規模發電或供暖，歐美國家的熱電聯產技術已廣泛得到應用。直燃發電包括生物質燃燒蒸汽發電、生物質混燒發電兩種形式。生物質燃燒蒸汽發電是利用直接燃燒生物質所得到的蒸汽來進行發電的技術。生物質混燒發電是對煤炭發電進行改良的煤炭、生物質的混燃（co-firing）發電，從短期的角度看，是成本最低的生物質發電。歐美不少國家以木材加工的廢棄物質為燃料，英國則以養雞場的廢棄物質為燃料，開始了商業化的發電。發達國家還以工廠所產生的甘蔗渣、黑液為燃料，開始蒸汽發電和熱電聯產。柳樹、楊樹和柳枝、稷等木質纖維素類能源植物也可成為直燃發電的原料，或利用壓縮成型技術促進原材料的收集和運輸。

（二）熱化學轉換

由于不同生物質資源在物理化學方面的差異，轉化途徑各不相同，除人畜糞便的厭氧處理以及油料與含糖作物的直接提取外，多數生物質能要經過熱化學轉換加以利用。通過熱化學轉換，可將固體生物質在高溫下轉換成可燃氣體、焦油等高品位能源。它又分為生物質氣化和生物質液化兩種轉換方式，其中生物質氣化是熱化學轉化中最主要的一種方式。

1．生物質氣化

在大于700～800℃的高溫和適量氧氣等氣化劑存在時，木質纖維素類生物熱裂解生成的氣體的質量分數大于80%，遠大于液體和固體產物。將這種生物質置于高溫環境、通過熱分解將其轉化為合成氣體燃料（synthesis gas）等氣態物質的過程稱為生物質氣化（gasification），產生的氣體稱為“生物質燃氣”或“燃氣”，主要成分為CO、H2和CH4等。生物質氣化技術的氣化率可達70%以上，熱效率也可達85%。氣化的方法很多，主要有常壓氣化（0.1～0.12MPa）和加壓氣化（0.5～2.5MPa）。溫度控制有低溫（700℃以下）、高溫（700℃以上）和灰分熔點以上的高溫熔融。氣化系統主要由氣化爐（器）、燃氣凈化器、風機、儲氣柜、管路和燃燒器具（如鍋爐、灶）等組成。目前，美國、日本、東南亞、歐洲等地區和國家都在大力發展利用谷殼、玉米芯、秸稈、紙廠和木材廠廢料、畜糞等生物質的氣化技術。我國從20世紀80年代開始推廣應用生物質氣化技術，中科院、山東省科學院等單位已研制出多種生物質氣化爐。供發電用的綜合生物質氣化燃氣輪機也已開發成功。三亞木材廠在2000年就已經建成大型1.2GWh生物質（木屑）循環流化床氣化發電系統，通過氣化爐將木材廢料轉化為可燃氣，凈化后送入氣體內燃機發電，每天消納木屑30t，年發電量665萬kWh。同時，生物質燃料在自然狀態下的熱值為中等（15～20兆千瓦/m3），適用于驅動各種引擎和渦輪機。

生物質氣化生成的可燃氣經處理可用于合成、取暖、發電等不同用途（如用于合成需要除去CH4，調配H2/CO；用于取暖則需增加CH4，提高熱值）。氣化氣中含有的有機酸、醇、醛、醚、酮及酯可通過冷凝的方法分離出去，焦油可用活性炭吸附器吸附掉。

2．生物質液化

生物質的液化依據液化條件不同，可分為慢速裂解、傳統裂解、快速裂解、高壓液化。

（1）慢速裂解

生物質在極低升溫速率、溫度約400℃下長時間（15分鐘至幾天）裂解，可得到最大限度35%的焦炭產率，這個過程也稱為生物質的炭化。

（2）傳統裂解

傳統裂解也稱為常規裂解。生物質在小于500℃、較低升溫速率（10～100℃/min）、在反應器停留時間0.5～5s下裂解，可得到相等比例的氣、液、固產量。由于氣體、焦油等成分復雜，工業化處理有一定困難。

（3）快速裂解

生物質在常壓、超高升溫速率（103～104k/s）、超短接觸時間（0.5～1s）、適中裂解溫度（500℃左右）操作條件下瞬間氣化，然后快速凝結成液體，可獲得最大限度的液體產率（可達70%～80%），產物中只含有少量焦炭甚至不含焦炭。

（4）高壓液化

生物質在高壓（約10.13MPa）、250～400℃、停留時間20min～2h，通入CO/H2合成氣，催化劑作用下熱解，可獲得35%產率、質量較好、熱值較高的油品。該油品可采用不同溶劑萃取分離成燃油及各種化學品。

在以上應用技術中，最引人矚目的是生物質快速裂解液化。

生物質快速熱裂解生成的液體燃料稱為生物質裂解油，也稱為生物油（bio-oil）或裂解油（pyrolysis oil）。裂解或稱熱裂解（pyrolysis）是在無氧條件下對含碳物質的熱降解（thermal degradation），即切斷大分子中的化學鍵而形成小分子物質。主要原料為木質纖維素類，其反應產物為氣體、液體和固體物質（木炭），各成分的含量受反應溫度和時間影響而不同。為獲得最大量的不同目標產品，需要精確控制反應條件。生物質快速熱解是高效率的生物質轉化過程，其液體收率可高達70%～80%，燃料收率也很高。在隔絕空氣的干鎦釜中給生物質加熱，制取醋酸、甲醇、木焦油抗聚劑、木鎦油和木炭等產品的方法也叫作干鎦。根據溫度不同，干餾可分為低溫干餾（500～580℃）、中溫干餾（660～750℃）和高溫干餾（900～1100℃）。相對于氣化和直燃，由生物質形成裂解油，易于運輸，而且中溫反應條件下不易形成灰熔，堿金屬容易存留在木炭中，有利于利用一年生能源植物和農作物秸稈。但它的高含水量、高含氧量、高黏度和低熱值等性質大大阻礙了其作為碳氫燃料的廣泛使用。

生物質裂解油的深度加工是國際上的研究熱點，已開發的技術主要有通過催化加氫、沸石分子篩催化裂解、催化處理等手段來獲得汽油、柴油以及一些重要的化工產品。通過催化劑來改變裂解產物分布，提取高價值的化合物。在這方面已報道的產品有苯酚、左旋葡萄糖、乙醇醛、呋喃、甲烷、乙二醛等多種化合物，具有廣闊的化工利用前景。

（三）生物化學轉換

該技術主要是利用生物質發酵或微生物作用制取沼氣、氫、乙醇、丁醇和生物柴油等能源產品。

1．沼氣

沼氣（biogas）是有機物質在一定溫度、濕度、酸堿度和厭氧條件下，經過沼氣菌群發酵而獲得的。沼氣是多種氣體的混合物，一般含甲烷50～70%，其余為CO2和少量的氮、氫和硫化氫等。其特性與天然氣相似。空氣中如含有8.6～20.8%（按體積計）的沼氣，就會形成爆炸性的混合氣體。沼氣除直接燃燒用于炊事、烘干農副產品、供暖、照明和氣焊等外，還可作內燃機的燃料以及生產甲醇、福爾馬林、四氯化碳等化工原料。經沼氣裝置發酵后排出的料液和沉渣，含有較豐富的營養物質，可用作肥料和飼料。由于其生產原料主要是人、畜、禽糞便和農作物秸稈，沼氣在我國廣大的農村廢棄物再利用、提供清潔可再生能源方面有重要作用。其他原料如水葫蘆、水花生等水域污染性的水草，由于具有繁殖速度快、產量高、組織鮮嫩、能被沼氣菌群分解利用等特點，也逐步成為生產沼氣的原料。而且，沼氣發酵技術作為能源回收途徑，通常也用來處理工業有機廢棄物。當前沼氣純化技術和應用發展很快，高純度的沼氣就相當于天然氣，已用于驅動車輛，也可以進入天然氣管網。同時，研究開發和利用沼氣作為燃料電池的燃料也有了一定的進展。隨著沼氣用途的不斷擴展，社會對沼氣的需求量越來越大，促進了沼氣大規模的工業生產。在這個過程中，沼氣原料已不再以廢棄物為主，專門用于生產沼氣的能源作物得到了驚人的發展。目前應用于沼氣發酵的能源作物主要有玉米、小麥、甜菜、小黑麥、黑麥、甜高粱、向日葵和柳枝稷等。在籽粒成熟前，這些作物整株收獲后被直接利用或進行青貯，然后通過厭氧發酵形成沼氣。其栽培和貯藏的方式與飼料作物基本相似，但是工廠化的沼氣生產可降解約80%的纖維素，遠高于動物降解纖維素的比例（40%～59%）。在澳大利亞對5種作物共16個品種及6個草類植物的沼氣產量進行了比較，結果發現蠟熟期收獲的整株玉米沼氣產量最大（在自然狀態下7500～10200m3/hm2）。

制沼氣的原料也可以是有機廢水（如酒精廢醪、制藥廠廢水、人畜糞便等）。將有機廢水置于厭氧發酵罐（或稱反應器、沼氣池）內，先經由發酵細菌將復雜的有機物水解并發酵為有機酸、醇、H2/CO2等產物，然后由產氫、產乙酸菌將發酵產物——有機酸和醇類代謝為乙酸和氫，最后由產CH4菌利用產生的乙酸和H2/CO2等形成CH4。發酵罐是微生物厭氧發酵的主要場所。依據有機廢水的性質、排放量和地域條件等，科技人員設計了多種形式的厭氧發酵罐。例如，農村可廣泛采用普通的消化池，因為它制作簡單，造價低廉，適用有機廢水量少且居住分散的農戶使用；工廠（酒精廠、糖廠、藥廠等）由于連續排放的高濃度有機廢水會對環境造成嚴重危害，所以要采用大型的上流式厭氧污泥床發酵罐或IC反應器。

目前對厭氧發酵過程的研究主要有：規模的大型化、厭氧菌種的篩選和誘變等。沼氣發酵系統與農村結合十分密切，能有效促進農村經濟的發展，有利于保護農村生態環境，使農業走可持續發展之路。我國已有許多地方的農村和畜牧場使用了沼氣，已建設大中型沼氣3萬多個，年產沼氣5500萬m3。“九五”攻關重點項目——應用于處理高濃度有機廢水和城市垃圾的高效厭氧技術，已取得預期的進展。

2．生物制氫

生物制氫是生物質通過氣化和微生物催化脫氫方法制氫，在生理代謝過程中產生分子氫過程的統稱。生物制氫的思路是1966年提出來的，20世紀90年代受到空前重視。德、日、美等發達國家都成立了專門機構，制訂生物制氫發展計劃。現在主要的制氫方法有光解水制氫（微藻及藍細菌以太陽能為能源，以水為原料，通過光合作用及其特有的產氫酶系，將水分解為氫氣和氧氣）、光發酵制氫（光合細菌利用有機物通過光發酵作用產生氫氣）、暗發酵制氫（異養型厭氧細菌利用碳水化合物等有機物，通過暗發酵作用產生氫氣）和光發酵和暗發酵耦合制氫等4種。生物制氫技術尚未完全成熟，在大規模應用之前尚需深入研究。研究大多集中在純細菌和細胞固定化技術上，如產氫菌種的篩選及包埋劑的選擇等。在上述生物制氫方法中，發酵細菌的產氫速率最高，而且對條件要求最低，具有直接應用前景；而光合細菌產氫的速率比藻類快，能量利用率比發酵細菌高，且能將產氫與光能利用、有機物的去除有機地耦合在一起，因而相關研究也最多，也是具有潛在應用前景的一種方法。非光合生物可降解大分子物質產氫，光合細菌可利用多種低分子有機物光合產氫，而藍細菌和綠藻可光裂解水產氫，依據生態學規律將之有機結合的共產氫技術已引起人們的研究興趣。混合培養技術和新生物技術的應用，將使生物制氫技術更具有開發潛力。

生物制氫的原料是工農業有機廢棄物和工業污水，以牛糞堆肥為天然厭氧產氫微生物來源，經簡單處理后，將處理過的玉米秸稈在厭氧條件下反應，也可成功制得氫氣。隨著技術的不斷發展，木質纖維素類能源作物將成為生物制氫的主要原料。

3．生物燃料

由生物質制成的液體燃料叫作生物燃料。生物燃料主要包括：生物乙醇、生物柴油、生物丁醇等。雖然由生物質制液體燃料起步較早，但是由于原油價格較低，而影響了該方面的研究，甚至是一度停止。但由于原油價格的再次上揚，以及人們對環境和健康問題的關注，人類再次把目光轉向清潔的可再生生物燃料開發上。應用生物燃料除具有普通生物質利用的優點以外，還能應用廢棄物生產燃料油，變廢為寶。另外，還可減少對國外進口化石燃料的依賴，并促進農村經濟發展。

（1）生物乙醇

許多農作物，如薯類、甜菜、高粱、秸桿、玉米芯等農副產品和廢料，經發酵和蒸餾可以制成生物乙醇。由于制取酒精的原料廣泛，技術易于掌握，美國專家把酒精稱為解決能源危機的“鑰匙”。2007年1月，美國總統布什在《國情咨文》中宣稱，美國2017年燃料乙醇的年使用量將達到1.3×1011L，是2007年使用量的7倍。2007年3月，歐盟27國出臺了新的共同能源政策，計劃到2020年實現生物燃料乙醇使用量占車用燃料的10%。

巴西最早將乙醇引入汽車燃料領域。因乙醇燃料不含鉛，燃燒后沒有二氧化硫排放，未燃燒的烴和氮化物排放也得到大幅降低，給當地帶來可觀的環保效益。另外，由于汽油的使用成本傾向于增加，對許多國家來說，乙醇燃料正逐步成為經濟合理的選擇。生物質經液化、糖化、發酵和蒸餾得到乙醇溶液，進一步脫水使乙醇含量（體積分數φ）大于99.5%，再加上適量變性劑（無鉛汽油）即為燃料乙醇。車用乙醇汽油是把變性的燃料乙醇和汽油以一定的比例混配形成的一種新型汽車燃料。乙醇是一種具有較高辛烷值的含氧化合物，按合適的比例調入汽油中，會提高汽油的辛烷值，降低汽車尾氣中CO和碳氫化合物的排放，改善汽油的防爆性能。乙醇是世界上使用量最大的替代石油的生物燃料，已有很多國家將乙醇作為汽油的調合組分，其中巴西和美國乙醇用量最大。我國是世界上第三大燃料乙醇生產和消費國，已在部分地區應用了E-10汽油，其中乙醇體積分數為10%。

（2）生物柴油

生物柴油作為車用燃油已有較長的歷史，并在當前成為迅速增長的運輸用替代燃油之一。生物柴油是指以油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及動物油脂、餐飲垃圾油等為原料油，通過酯交換工藝制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。與傳統的石化能源相比，其硫及芳烴含量低、閃點高、十六烷值高，具有良好的潤滑性，可部分添加到石化柴油中。

歐盟生物柴油80%的原料為雙低菜籽油（低硫甙、低芥酸）。美國、巴西主要是大豆，我國主要是以菜籽油、大豆油、米糠油腳料、工業豬油、牛油及野生植物小桐籽油等作原料，經預酯化、再酯化等工藝生產生物柴油。高品質的原料是生產高品質生物柴油和取得高收入率的基本保證。由于雙低菜籽油生產的生物柴油含硫量低，從而使該菜籽油生物柴油具有良好的排放標準，因此目前在歐洲普遍栽種雙低菜籽。每公頃土地可生產約30t菜籽（含油量約40%）。1t油菜籽可制取約160kg生物柴油，同時可副產16kg甘油。

隨著生物柴油生產工藝的改進，使用生物柴油的發動機即可使用普通柴油的發動機（對有些機型僅需換密封圈和濾芯），無須作任何改動，生物柴油可與普通柴油在油箱中以任何比例相混，并對駕駛動力無任何影響，駕駛者根本無法區分兩者的駕駛動力差別。加之柴油替代燃料所用原料隨著規模種植價格日趨低廉，使柴油替代燃料的生產成本逐步下降，與常規柴油的價格差距正在縮小，如美國生物柴油的價格已從每升1.06美元降到0.33～0.59美元，這個價格與普通柴油的價格差不多。

（3）生物丁醇

生物丁醇是與生物乙醇相似的生物燃料。其原料和生產工藝與生物乙醇相似，但生物丁醇的蒸汽壓力低，與汽油混合時對雜質水的寬容度大，而且腐蝕性較小，與現有的生物燃料相比，能夠與汽油達到更高的混合比（混合燃料中可混入20%的丁醇），而無須對車輛進行改造。丁醇還是一種高能量生物燃料，與傳統燃料相比，每加侖可支持汽車多走10%的路程，與乙醇相比可多走30%的路程。

2008年2月中旬，在德國漢堡舉行的生物燃料研討會上，美國杜邦公司和英國石油公司聯合宣布，經過12個月的測試，生物丁醇已被證明具有優越的性能，比乙醇有著更好的應用前景。杜邦公司此前宣布，已經開發出生產丁醇-1、丁醇-2和丁醇異構體所需的生物催化劑。和乙醇相比，生物丁醇在燃料性能和經濟方面具有明顯的優勢。首先，丁醇與汽油的配伍性更好，能夠與汽油達到更高的混合比。在不對汽車發動機進行改造的情況下，乙醇與汽油混合比的極限為10%，而汽油中允許調入的丁醇可以達到20%。其次，丁醇具有較高的能量密度。丁醇分子結構中含有的碳原子數比乙醇多，單位體積能儲存更多的能量。測試表明，丁醇能量密度接近汽油，而乙醇的能量密度比汽油低35%。再次，丁醇的蒸汽壓力低，能通過管道流動，并且在與汽油混合時對水作為雜質的寬容度大，這使其比乙醇更適合在現有的汽油供應和分銷系統中應用。

丁醇可采用與乙醇相似的發酵流程制取。不過，與乙醇相比，丁醇生產的成本要高得多，也就是說，生產丁醇需用較大的蒸發、加熱、冷卻等設施，投資費用較高。因此，實現生物丁醇商業化的關鍵是提高原料加工成丁醇的轉化率，加快轉化過程。這取決于高效生物催化劑的開發以及生產工藝設計的優化。同乙醇一樣，生物丁醇傳統生產方法也會消耗大量農產品，為此，科學家正在研究利用多種生物基廢料生產丁醇的新技術，解決與人爭糧的問題。專家表示，以非糧作物為原材料生產生物丁醇是未來發展的方向，將來能源行業可望使用作物纖維素（如谷物秸稈）來生產生物丁醇。

三、我國生物質資源開發利用的發展展望

生物質能作為一種重要的可再生能源，其發展前景非常廣闊。它能夠優化能源結構、緩解能源壓力、改善環境、促進經濟社會可持續發展。如果能合理地開發利用，將在我國經濟發展中起到重要的作用。

（一）生物質資源的合理利用將有利于解決我國的“三農”問題

生物質能利用同時具有能源替代、改善生活環境和發展農村經濟的三大功能，但世界各國因國情和發展背景的不同而分別有所側重。美國重點發展生物乙醇產業，旨在替代車用燃料和緩解石油需求與進口的壓力。歐盟生物質產品多元化，戰略重點為保護環境與替代化石能源并重。巴西甘蔗乙醇產業相對發達，戰略重點逐漸從緩解石油進口壓力演變為發展本國乙醇經濟，擴大對外出口。在我國，能源、環境和“三農”問題都十分嚴峻，對生物質能源產業都有迫切需求，具有戰略意義。

我國雖是世界第二大經濟體，但作為發展中國家，除了面臨能源短缺、環境惡化等問題以外，“三農”問題一直是困擾我國經濟發展的難點與重點。而生物質能開發利用對于“三農”均具有重要積極作用，例如，促使農村種植業由“糧經飼”三元結構向“糧經飼能”四元結構升級；促進農業經營管理模式由“產品”管理模式向“流程”管理模式升級，提高農業資源的利用效率；推動林業經濟的發展；創造就業機會，增加農民收入；發展綠色能源，促進農村工業的發展；優化農村能源結構，改善生活環境，提高農民生活質量。因此，開發利用生物質能將大大推進現代農業和社會主義新農村建設，是“工業反哺農業”“以工促農，以城帶鄉”的一條有效和可操作的途徑。

（二）生物質資源的合理種植將有利于解決我國的生態問題和糧食安全問題

基于能源和環境安全等綜合考慮，目前開發利用可再生能源已成為大多數國家的戰略選擇。一些國家先后制訂并實施了可再生能源發展計劃，以燃料乙醇、生物柴油為主的生物液體燃料產業在全球范圍內迅速發展。2009年，全球乙醇產量約為7.37×1010L，生物柴油產量約為1.64×1010L。然而，隨著世界糧食價格的快速上漲，生物質能源產業的快速擴張引起了人們對世界糧食安全問題的普遍擔憂。尤其是在我國，耕地僅占世界10%，人口卻占世界的22%，十幾億人的糧食問題始終是頭等大事。但迫于經濟發展、能源短缺、環境危機的壓力，政府又不可能對生物質能產業進行打壓和要求其徹底“剎車”，因此，需要充分協調好糧食作物與能源作物競爭性資源配置問題上的關系。

國外的發展經驗對我國生物質能產業的發展極具誘惑和誤導。例如，美國2006年動用了16%的玉米生產乙醇；在農產品過剩和部分土地輪休的歐洲，曾以58%的油菜加工生產生物柴油；德國用8.6%的耕地種植能源植物；瑞典用46%的耕地種植油菜等能源作物。但隨著生物質能源生產規模與原料需求的不斷增長，傳統耕地與農作物將面臨巨大壓力。

我國是耕地和糧食十分緊缺的國家，人均耕地不到世界平均值的一半，人均糧食也低于世界平均水平，糧食安全和守住1.8×109畝的耕地紅線將是國家的長期戰略。這個基本國情決定了我國發展生物質產業不能與農業爭糧爭地。因此，從當前和長遠考慮，原料應主要來自農林有機廢棄物和利用邊際性土地種植能源植物。

在我國近代農業的發展中，由于粗放和掠奪式經營，導致大面積土地沙化和水土流失，生態失衡，耕地更是面臨著嚴重的酸化、鹽漬化、養分非均衡化和污染化等問題。生態修復和抑制繼續惡化的任務很重。因此，在生物質生產中，必須堅持生態先行的原則，特別是在開發利用邊際性土地種植能源植物時，應以防止水土流失和生態惡化為前提和條件，做到生態與生產雙贏。

（三）因地制宜、多元化發展將是我國生物質資源發展的必然選擇

生物質能源是包括沼氣、農作物秸稈及林木產品固化、氣化、炭化和液態生物質燃料等組成的結構系統，其中生物質液態燃料又可分為玉米、油菜籽、薯類、甜高粱、木本油料等。總之，生物質原料多元化，產品多樣化，且我國自然條件復雜，要實現與農村經濟發展相結合，我國生物質能產業發展就必須走原料與產品多元化和因地制宜的道路。例如，南方以木薯和廢糖蜜、北方以甜高粱和薯類生產燃料乙醇；丘陵山地的木本油料、棉區的棉籽、冬閑地的油菜等生產生物柴油；作物秸稈富集區和林木剩余物富集區發展成型燃料及熱電聯產；規模化養殖區和工業有機廢氣物集中排放區規模化生產沼氣及純化壓縮加工；糧食加工區進行淀粉和生物塑料生產；北方半干旱四大沙地規模化種植旱生灌木，生態恢復與能源基地共建雙贏。只有這樣，我國的生物質資源才會得到更好的發展。

（四）重視生物質資源特點，合理發展相關產業

一個地區的生物質能源產業在考慮因地制宜和多元化發展的同時，需要突出主原料與主產品，作為發展的重點，并做好產業內部及與相關產業間的綜合平衡。基于原料來源多樣、較為分散的特點以及產品需求的多元性，在綜合考慮合理的原料收集半徑以及減少原料與產品進入市場的運輸成本的情況下，生物質能加工生產企業應以中小型為主，緊靠原料基地，并盡可能接近產品市場。只有這樣，生物質資源產業才能做到降低成本，實現產業利潤的最大化，同時也有利于產業后期的發展。

（五）堅持資源的循環利用和對環境的保護

資源的循環利用與保護環境是相輔相成和相融一體的。積極開發利用農林加工及城市的有機廢棄物，既促進資源循環利用，又有利于減少污染，保護環境。例如，沼氣、秸稈氣化、炭化在某種程度上就體現了循環經濟的再利用、資源化、少排放的特征。特別是對于沼氣在我國廣大農牧區的開發利用，創造出了一系列牧、沼、能、農相結合的模式，充分利用了人畜糞便和農作物廢棄物，為農牧民提供了清潔方便的新能源，緩解了農村能源供給的矛盾，防止了污染，為社會主義新農村建設創造了良好的環境和條件。

在生物質產品的生產和加工過程中，也要做到資源循環利用與保護環境相結合。例如生物質產業產生的有機廢水廢渣既是污染物，又是資源。研究表明，每生產1t木薯乙醇要排放12t COD值達20～30g/L的廢水，而處理這些廢水、使之達標排放，需要消耗大量設備、能量和資金。但如果利用其中的有機污染物生產沼氣，每生產1t木薯乙醇可聯產0.2～0.3tce的熱量，不僅能替代加工過程中的燃煤需要，而且可以降低廢水的污染程度。

（六）進一步制定和完善相關政策法規，使生物質產業健康有序發展

為了促進生物質原料生產和有效利用，擴大生物質產品推廣使用，使生物質能產業健康有序地發展，應制定和完善相應的法律法規。目前，我國制定頒發的有關生物質能開發利用的政策法規有：《中華人民共和國可再生能源法》《國務院關于加強節能工作的決定》《可再生能源發電價格和費用分攤管理試行辦法》《可再生能源發電有關的管理規定》《可再生能源發展專項資金管理暫行辦法》《國家發改委關于可再生能源產業發展指導目錄》《電網企業全額收購可再生能源電量監管辦法》《中華人民共和國節約能源法》以及地方政府頒發的生物質能源開發利用配套政策等。未來還將有更多的、更有針對性的法律性文件來填補生物質能源利用、生物質產業發展過程中的法律空白，使生物質能源產業真正做到有法可依，步入良性發展的正軌。

我國生物質資源豐富，生物質產品及附加的化工產品多樣，生物質產業類型也多樣。因此，有必要對生物質能源發展進行全面整體的規劃，一方面為了更有效、更有序地對生物質能進行開發利用，使政府能夠加大政策支持力度，使全社會能夠形成合力，全面推進生物質能的開發利用工作；另一方面為了使有限的政策、資金等資源要素更集中地支持生物質能產業發展的關鍵環節和領域，在技術創新、產業化、商品化等環節也有所突破并獲得更好的效果。

（七）加快生物能源技術研發、轉化及人才培養，盡早與國際接軌

生物質能作為可再生的新能源重新登上歷史舞臺，源于經濟快速發展下能源危機的爆發。發達國家由于工業化較早，經濟發展快，能源供給的壓力要早于和大于我國和一切發展中國家，因而開發利用生物質能的時間也較早，很多技術的發展已經成熟并實現了商業化。美國總統奧巴馬提出：誰掌握清潔和可再生能源，誰將主導21世紀；誰在新能源領域拔得頭籌，誰將成為后石油經濟時代的佼佼者。在全球金融危機背景下，歐美各國很想通過發展新能源帶來的經濟轉型和產業升級促使經濟復蘇，所以近年內更加注重新能源的研發和利用。

我國生物質能利用技術、生物質產品生產技術經過幾十年的發展，雖然有了初步的基礎和市場，但總體來說，這些技術還處在發展的初期階段，商品化程度不高，規模較小，多數未形成市場規范和價格體系，不具備市場獲利能力以及對化石能源的有效替代。因此，需要進一步加強對生物質能源的技術研發，加快生物質能利用、生物質產品生產向新一代技術轉化。這些技術開發與選擇應立足于提高生物質能轉換效率，增加有效供給，使更多的農村土地、廢棄物等自然資源得到優化利用，改善生態環境，促進農村經濟發展，實現對化石能源的規模化替代。國家應增加在生物質能技術領域的投入，加強自主創新，充分整合科技資源，發揮地方、企業、高校院所多方面的積極性，在生物質能利用技術與生物質產品生產技術的關鍵領域進行聯合攻關，開發新技術，實施技術集成，形成一系列具有自主知識產權的集成化成果，并逐步推廣應用到農村生活能源消費與能源產業領域。在技術論證與經濟分析的基礎上，利用現有可獲得的資源和技術優勢，加快建設規模化生物質能源利用技術、生物質產品生產技術試點示范項目。同時，國家應加強生物質可再生能源領域各類專門人才的培養和引進力度，建立產、學、研相結合的人才培養新機制，加速造就一支比肩世界先進水平的生物質技術研發應用隊伍。生物質能源的開發利用需要加強對外合作，要在堅持自主開發與引進消化相結合的技術路線的基礎上，掌握核心技術，有目的、有選擇地引進先進的技術工藝和部分設備，站在高起點上發展我國的生物質能源產業。