第一章 緒論

第一節 生物質資源發展及特點

生物質是指利用大氣、水、土地等通過光合作用而形成的各種有機體，即一切有生命的、可以生長的有機物質統稱為生物質。它包括所有的植物、動物和微生物。廣義上講，生物質包括所有的植物、微生物和以植物、微生物為食物的動物及其生產的廢棄物（如糞便、廢水等）。人們可通過物理、化學、微生物方法對生物質進行加工，將其轉化為飼料、肥料、能源和生物基工業等多種產品，從而將其資源化利用，所以說生物質是一種資源。

一、生物質資源概念的提出及發展

一萬多年前，人類開始馴養野生動植物和發展從事生物質生產的農業，使人類離開洞穴，放棄漁獵采集，到豐美的平原上，過上耕耘養殖、豐衣足食的田園生活，開創了輝煌的農業文明。動植物為人類生存繁衍提供了所需的營養，以及生產、生活所需要的燃料，生物質生產是最古老和全面意義上的“能源產業”。

隨著社會的發展，到工業社會時，傳統的生物質燃料已不能滿足大量和集中供能的需要。19世紀的煤炭和20世紀的石油、天然氣成為人類社會生產和生活的主要能量來源，支撐了輝煌的工業文明。但一二百年的高強度開采與消費，使這些非再生的化石能源資源漸趨枯竭。同時，全球變暖和環境惡化引起國際社會的極大憂慮。自20世紀90年代，“登博斯宣言”“21世紀議程”“京都議定書”等相繼面世，“可持續發展”成為時代的最強音。當人們將目光聚焦到可再生的清潔能源時，生物質能源重新受到關注，成為可再生能源中爍爍閃光的亮點，當然不只是簡單地燃燒，而是基于現代技術的高效利用。20世紀30年代，美國就開始了對剩余農產品，如用玉米生產變性淀粉、大豆生產印刷油墨等的工業性開發；70年代的石油危機才喚起了人們對生物燃料代替石油的研究。美國和巴西用玉米和甘蔗生產燃料乙醇，歐洲以油菜為原料生產生物柴油，將林業廢棄物固化成型燃燒，以及沼氣發電等都取得了成功，為古老的生物質產業打開了一個新的替代性能源窗口，窺視到一片生機盎然的絢麗前景。

直到20世紀末，生物質才作為一個專門概念被提出和開始進行系統的產業化開發，因而在提出的角度、概念和內涵上不盡一致。一般認為，生物質（biomass）主要是指可再生或循環的有機物質，包括農作物、樹木和其他植物及其殘渣（residues）；也有從資源的高效利用和循環經濟效益考慮，對農林廢棄生物質資源給予更多重視，提出生物質以非食用木質纖維素類物質（non-food plant）為主；還有“生物基工業”（bio-based industry）的提法，除生物能源、生物燃料外涵蓋了整個生物化工產品，以及基因工程制藥。狹義性的生物質產業概念是指利用可再生或循環的有機物質，包括農作物、林木和其他植物及其殘體、畜禽糞便、有機廢棄物，以及利用邊際性土地和水面種植能源植物為原料，通過工業性加工轉化，進行生物基產品（bio-based products）、生物燃料（bio-fuels）和生物能源（bio-energy）生產的一種新興產業。

隨著人口的增長和經濟的發展，我國的能源問題已經變得越來越突出。21世紀初到2020年，我國能源可持續發展的目標為力爭達到利用能源消費翻一番實現國民經濟翻兩番。具體為到2020年一次能源消費總量30×108tce（ton of standard coal equivalent，即1噸標準煤當量），而2010年約為21×108tce。然而根據國家統計局數據，2009年全國一次能源消費總量已經超過30×108tce，比預期時間提前了21年。縱觀我國的經濟發展勢頭，對能源的需求依然會保持強勁的增長。更為嚴峻的是化石能源并不是可再生資源，中國已探明的石油、天然氣、煤炭儲量分別只夠使用14年、32年和100年，全世界石油也只夠用40年。另外，我國主要的一次性能源消費主要來自煤炭，2007年煤炭占一次能源消費比例69.5%、煙塵和CO2排放量的70%、SO2的90%、氮氧化物的67%。此外，機動車快速增長所帶來的污染不斷加劇。中國已經是能源消費第一大國和CO2排放第二大國，要求中國限排溫室氣體的國際壓力也越來越大，2020年以后中國將難以回避溫室氣體排放限制的承諾。作為一種潔凈而又可再生的能源，生物質是唯一可替代化石能源轉化成氣態、液態和固態燃料以及其他化工原料或者產品的碳資源。

二、生物質資源的特點

生物質能一直是人類賴以生存的重要能源，僅次于煤炭、石油和天然氣，居于世界能源消費總量的第四位，在整個能源系統中占有重要的地位。生物質能具有以下特點。

（1）豐富性及廣泛分布性

只要有陽光照射，植物就會進行光合作用，生物質能就會不斷積累。生物質能就是太陽能以化學能形式儲存在生物質中的能量形式，即以生物質為載體的能量。根據生物學家估算，植物界每年由光合作用攜帶來的有機質大約為1.73×1011t，相當于3×1021J的能量。另外，全世界每天產生的垃圾和排放的廢水中都蘊藏了很多能量，據統計，全世界每天的垃圾為2.7×108t，所有的這些有機物和無機物都是潛在的生物質資源。生物質能源的年生產量遠遠超過全世界總能源需求量，相當于目前世界總能耗的10倍，而作為能源的利用量還不到總量的1%，開發潛力巨大。同時，只要有綠色植物的地方就有生物質能，分布非常廣泛。從生物質能資源中提取或轉化得到的能源載體很廣泛，涵蓋氣、液、固3種形態。

（2）可再生性

生物質能與風能、太陽能等同屬可再生能源，資源豐富，可保證能源的永續利用，符合當前可持續發展的要求和循環經濟的理念，更符合科學發展觀的要求。中國工程院副院長杜祥琬院士就曾指出“生物質能源是最具產業化、規模化前景的可再生性能源，將在我國能源中占舉足輕重的作用”。

（3）易獲取性

生物質能源具有普遍性、易獲取性。幾乎不分國家和地區，它到處存在，而且價格低廉、容易獲取，生產過程極為簡單。

（4）低污染性

生物質資源替代化石燃料可以減少SO2、CO2等污染物的排放，改善環境質量。在使用過程中幾乎沒有SO2產生，生物質能源燃料燃燒所釋放出的CO2大體上相當于其生長時通過光合作用所吸收的CO2，所以應用生物質能源時CO2的排放可被認為是零。

（5）儲運便利

在可再生能源中，生物質能是唯一可以儲存和運輸的能源，這對其加工與連續使用帶來一定的方便。

（6）技術難題少，便于開發利用

傳統化石能源的開采和利用技術往往比較復雜，需要一定階段的研究才能轉化利用。而在新能源中，例如風能、太陽能、地熱能、潮汐能等，生物質能因其開發更具有層次性，無論是初級產品還是高級產品，都與人類的生產生活密切相關，所以開發利用也更為廣泛。正是基于此原因，生物質資源開發技術上的難度相對較小。人們既可以利用生物質能的熱能效應，例如生物質直接燃燒；又能將其簡單的熱能轉化為化學能、電能等高層次能源，如生物質做成液體燃料，氣化生產沼氣，用于發電等。