第二節 生物質能源開發利用的必要性

中國是一個人口大國，同時又是一個發展中國家。未來中國將面臨經濟增長和環境保護的雙重壓力。中國的煤、石油等不可再生資源也日漸耗竭。因此，改變能源生產和消費方式，開發利用生物質能等可再生的清潔資源，對于改善生態環境、建立可持續的能源系統、保障國家安全和解決“三農”問題都有很重要的意義。

一、改善生態環境的必要手段

能源的開發利用對環境的影響有3種情形：第一種，對環境造成危害；第二種，不對環境造成危害；最后一種，不僅不對環境造成危害，而且有利于改善已經破壞的生態環境。化石燃料的使用屬于第一種情形，而生物質能的開發利用則屬于最后一種情形。生物質能燃料燃燒容易、污染少，有害成分很低。開發利用生物質能要求人們恢復植被，種植能源林，最終形成CO2的平衡；使用這種能源幾乎不會產生SO2的污染，有利于回收利用有機廢棄物，處理廢水和治理污染；生物質能中的沼氣發酵系統能和農業生產緊密結合，可減少化肥、農藥使用量，同時還能減緩化肥、農藥帶來的種種對環境的不利影響，在促進農村經濟發展的同時，還保護了環境。種植能源林在獲得能源的同時，可使土地受益，特別是對濕地環境的改善明顯，對固定沙流和沙丘也有明顯作用。據資料報道，能源矮林還能促進鳥類多樣化。西方國家還在試驗能源林對城市和工礦污水的過濾凈化作用及對農場牲畜糞便、污水的生物凈化過濾作用。總之，生物質的生產與利用對環境質量的改善具有重要意義。

過多化石能源的使用除排放大量的SO2、氮氧化物等有害氣體造成局部環境污染、產生酸雨外，還排放大量CO2溫室氣體，造成全球氣候變暖。但在生物質能源作物大面積持續種植和利用地區，CO2排放量少得幾乎可以忽略不計，有的地區還可能出現CO2負釋放。生物質燃燒所釋放出的CO2量大體上相當于其生長時通過光合作用所吸收的CO2量，因此燃用生物質造成的CO2的排放可以認為是零，甚至有所減少（考慮到燃燒后草木灰中含有大量的K2CO3），因此，生物質被稱為CO2中性的燃料。這是煤、石油和天然氣等常規能源所無法比擬的優勢。

二、緩解能源、環境危機的必然選擇

煤、石油、天然氣等礦物燃料是工業社會的核心能源，但它們是不可再生資源，儲藏量有限。據國際能源機構統計，煤、石油、天然氣可供開采的年限分別只有240年、40年和50年。隨著人類經濟社會的飛速發展，能源消耗的速度越來越快，尤其是礦物燃料消費的不斷增加，導致了對它們的過度開采，使得其價格日益上漲并漸趨枯竭；同時，高強度地使用使多余的能量和碳素大量釋放，打破了自然界的能量傳遞規律和碳平衡，造成臭氧層破壞、全球氣候變暖、酸雨等災難性后果，引起了國際社會的極大憂慮。如果沒有新的能源來取代常規能源在能源結構中的主導地位，21世紀必將爆發嚴重的、災難性的能源和環境危機。

生物質能源戰略已成為美歐發達國家的重要能源戰略。在化石能源漸趨枯竭、環境壓力日益沉重、需求和油價持續上漲及世界能源資源爭奪戰愈演愈烈的情況下，尋求可再生清潔能源和能源的多元化是唯一的出路。處在一體化的國際大環境之下，中國的能源形勢也十分嚴峻。尤其是改革開放以來，中國經濟迅猛發展，雖然經濟增長方式正在由粗放型向集約型轉變，但對于礦物能源的需求量仍與日俱增。然而中國的常規能源儲備和開發利用潛力卻不容樂觀，每年尚需要從國外大量進口石油，潛在的能源危機將逐步威脅中國經濟的快速發展。同時，中國的環境壓力也在不斷加大。環境友好型經濟已被納入國家的發展戰略，生態型、循環型能源的開發利用也已被提上重要的發展議程。

為緩解能源、環境雙重危機，人們把視線聚焦到可再生能源上。太陽能、風能、小水電等雖然是可再生能源，但不能進行物質生產，而生物質既能貢獻能量，又能像煤炭和石油那樣生產出千百種化工產品。如燃料乙醇與車用普通汽油相比，CO2的排放可降低7%，碳氫化合物可減少48%；生物柴油富含氧，與普通柴油混合使用，可使燃燒更加充分。據檢測，生物柴油無毒，能進行生物降解，添加20%的生物柴油，可減少排放SO270%，降低空氣毒性90%；使用生物塑料能解決白色污染問題。同時生物質能源以作物秸稈、畜禽糞便、農林廢棄物、城市有機垃圾等為原料，使之無害化和資源化，將植物蓄存的光能與物質資源深度開發和循環利用，符合發展循環經濟的理念。因此，生物質能源既能滿足緩解能源危機的需要，又符合保護環境、實現可持續發展的要求，是中國進行可再生能源開發利用的必然選擇。

三、保障國家安全的現實需要

隨著能源危機的逐步擴大，各國對本國常規能源資源的保護和對國外能源市場的爭奪將日益升級，極不利于世界的和平與穩定。能源問題已是困擾中國經濟發展的一大難題。中國的石油儲量僅占世界總儲量的2%，2000年探明儲量為3×109～4×109t，如果按2000年石油年開采量計算，到2020年中國石油資源已趨于枯竭。中國油氣供需矛盾突出，據國土資源部預計，中國石油開采年限為15年，遠遠低于世界51年的平均水平。有關部門預計，到2020年中國石油需求量將高達4.5×108t，其中2.5×108t來自進口，這勢必將對中國能源供應安全造成威脅。我國原油進口依存度在2009年突破50%后，2010年和2011年均在55%左右。

固然，發展生物質能源不是獲得新能源的唯一途徑，人類可以發展核能源，甚至可以通過高科技手段從外太空獲得能源，但其中的危害也是有目共睹的。首先，核能源的發展極可能給已經不安定的世界帶來新的不穩定因素，甚至直接威脅到人類的生存環境；其次，各國或各集團在人類下個世紀技術水平下所能到達的有限外太空區域內進行的能源開發，將不可避免地引發新的爭奪或爭端，其禍福不言自明。能源安全已經成為與國家安全不可分割的重要組成部分，能源問題直接關系到中國經濟的快速增長以及社會的可持續發展與穩定。相比之下，生物質能源則是能生產出其他能源的最安全、最穩定的能源。目前，許多國家，尤其是發達國家都在致力于開發高效、無污染的生物質能利用技術，以保護本國的礦物能源資源，為實現國家經濟的可持續發展提供根本保障。20世紀90年代以來，美國在生物質能源方面的研究經費逐步加大，按照美國能源署的要求，2010年混合性生物柴油（90%常規柴油和10%生物柴油）的產能要從現在的1×106t提高到1.2×107t。歐盟委員會提出，到2020年，運輸燃料的20%將用生物燃料替代。中國在生物質能源發展方面也作出了積極部署。據推算，利用中國現有生物質資源的一半，以生物質為原料生產燃料乙醇、生物柴油、生物基塑料各達年產1.2×107t生產能力計，每年相當于建設一個大慶油田，并可減少1.6×108t CO2凈排放量，相當于2003年進口石油量的55%或從俄羅斯進口量的9倍，并可節約1.5×1010美元外匯，大大減輕中國外交、援助、貸款的壓力，降低遭訛詐、受制于人的危險，減少資金投入和政治外交代價付出。從這些意義上說，發展生物質能源無疑是保障國家能源安全、國防安全和經濟安全的大戰略。

四、解決“三農”問題的良好途徑

開發利用生物質能對中國農村更具特殊意義。“三農”問題是中國經濟發展的根本性問題，解決該問題的質量將直接影響著中國經濟社會發展的全局，全國上下都給予了足夠的重視。

1．有利于促進農業產業結構升級

生物質能源的開發和利用有利于促進農業產業結構升級，促使種植業由“糧經飼”三元結構升級為“糧經飼能”四元結構。

數千年來，傳統農業一直從事著稻麥棉、豬牛羊等初級農產品的生產，農產品生產主要用于滿足人類生活的基本需要。到了工業化社會，農業在提供初級農產品的同時，又從棉毛麻絲、煙酒茶糖、果菜皮革等向食品和農產品加工方向延伸。進入21世紀，生物質產業為農業開創了“第三戰場”。這個戰場不僅僅提供能源，還可以通過延長生物質能的產業鏈，利用生物乙醇生產乙烯、聚乙烯、環氧乙烷等上千種生物化學材料，替代以石油為原料的石油化工材料，推動第三次化學工業變革。于是，生物質產業再次擴展了農業發展的空間——一個與能源、環境并舉，具有高附加值和市場潛力的能源產業，促進了種植業由“糧經飼”三元結構升級為“糧經飼能”四元結構。

2．有利于改善農業生產經營管理方式

生物質能源的開發和利用有利于改善農業生產經營管理方式。

千百年來，農業生產經營都是圍繞生產出來的“果實”——糧棉油麻、農畜產品等展開，而“果實”的附屬產品枝、葉、根、莖、芯、皮、糞便、動物尸體等或作為薪柴進行低效率的燃燒、或作為農家肥使用，或者直接作為廢棄物處理。這種管理以“產品”為導向，不注重能量高效利用、物質循環利用，造成了一定程度上的資源浪費。事實上，農業生產中無論是種植業生產，還是畜牧業從畜禽仔到養殖成熟，均是一個能量轉換的流程。無論是“果實”還是附屬物，都是富含能量的資源。生物質能的開發充分利用了果實資源及其附屬資源，促進了農業生產經營管理模式由“產品”管理模式向“流程”管理模式升級，提高了農業資源的利用效率。如北京郊區的竇店村實施了以沼氣為中心的物質多級循環利用工程：作物秸稈用來生產食用菌和飼料；飼料喂養畜禽；人、畜糞尿作為原料生產沼氣，沼液用于水產養殖；沼渣作為有機農產品——“無公害蔬菜”施肥和喂養畜禽，從而達到了物質利用的良性循環，緩解了農村“三料”（飼料、燃料、肥料）的缺乏問題，提高了土地產出水平；同時畜禽、魚、谷物、飼料等加工品也可輸出到市場上出售。

3．有利于推動林業經濟的發展

農業廢棄物每年的產量雖然很大，但收集成本高。如我國主要農產品秸稈產量可達約7×108t，分別來自稻谷、小麥、玉米、豆類、薯類、油料、棉花、甘薯等，由于產地不同，分布廣闊，收集不便。以收集萬噸生物質為例，農業廢棄物的秸稈根據樊京春的資源收集半徑公式：

式中，M為年秸稈消耗量；Mo為每畝秸稈產量，約為1t；α為秸稈用作發電原料的比例，約為30%；β為耕地占總面積的比例，約為50%。

據該公式計算，收集萬t秸稈的工作半徑約為25km，面積約為196875hm2，相當于5×103tce，而產生同等熱值的薪炭林面積為603.67hm2，僅為前者的1/326，薪炭林的優勢顯而易見。此外，林業產品密度高于秸稈產品，便于裝運，同等熱值的林業產品成本低于秸稈，促使林業生物質產品競爭力優于秸稈生物質能產品。基于林業生物質能產品的經濟效益優勢，生物質能的大力發展必然會促進林業經濟的快速發展，提高林業生物質資料收集力度以及林業生物質能產品及相關設備開發。如云南省從2007年開始膏桐生物質能源林基地建設，還成功與中石油、英國陽光集團等20多家國內外企業“聯姻”，以省林科院、中科院西雙版納植物園等為科技支撐，形成了“企業＋基地＋農戶＋科技”的現代林業產業發展模式。到2010年，云南省膏桐種植基地達到26.67萬hm2，2015年將發展到66.67萬hm2，形成年產生物柴油原料2×106t、產值35×108元的新興優勢產業。國家林業局在2013制定的《全國林業生物質能源發展規劃（2011—2020年）》指出，到2020年，建成林業生物質能種植、生產、加工轉換和應用的產業體系，現代能源林基地對產業保障程度顯著提高，培育壯大一批實力較強的企業。到2015年，建成油料林、木質能源林和淀粉能源林838萬hm2，林業生物質年利用量超過1×107tce，其中生物液體燃料貢獻率為10%，生物質熱利用貢獻率為90%。建成一批產業化示范基地。到2020年，建成能源林1678萬hm2，林業生物質年利用量超過2×107t，其中生物液體燃料貢獻率為30%，生物質熱利用貢獻率為70%。

4．有利于創造就業機會，增加農民收入

我國每年有7×108t作物秸稈，相當于農田生物量的70%或3.5×108tce沒有很好利用，其中2×108t被就地焚燒，污染大氣；每年有2×108t林地廢棄物未被利用且構成火災隱患，每年有25×108t畜禽糞便及大量有機廢棄物，相當于3×108t標煤未被利用和成為水體的污染源；每年有1×107hm2農田因覆蓋石油基塑料地膜而導致土壤肥力衰退。目前尚有約1×108hm2不宜墾為農田但可種植高抗逆性能源植物的邊際性土地，若種植菊芋、木薯、紅薯、甜高粱、薪炭林等高產能源作物，可年產出或替代6×108t燃油（相當于目前全國石油年消費量的1倍）。農林廢棄物可年產出8×108tce（相當于目前全國年商品能源消費量的70%），是一筆巨大的資源財富。

我國農村仍然有大量富余勞動力，創造農民就業機會一直是解決“三農”的瓶頸。結合我國巨大的生物質資源優勢，基于當地資源和人力物力，通過發展“能源農牧業”，將農作物的秸稈、畜禽糞便等變廢為寶，可為農村開辟新的經濟發展渠道和新的經濟增長點，有效地促進農村增收。例如在有條件的縣市逐步建設秸稈能源轉化基地，發揮鄉鎮一級組織、加工、協調的主導作用，以千家萬戶的農民為載體，建立秸稈的回收、整理、運輸。按照每5～6t的秸稈轉化為1t生物質能源，加工成本約為4000～4300元/t，則每畝地農民可以得到200～300元的收入。全國農民按此建立秸稈資源的開發利用體系，可因此新增4×1010元和至少1×107個就業崗位，既可推動中小城鎮的發展，減輕大中型城市的就業壓力，又可縮小工農及城鄉差距，為農民創造就業新崗位，為農民增收創造新途徑。

5．有利于發展綠色能源，促進農村工業的發展

生物質能開發利用可得到生物柴油、燃料乙醇。隨著中國原油加工量的上升，汽油和煤油擁有一定數量的出口余地，但柴油的供應缺口仍然較大。2010年，中國柴油需求量突破1×108t，與2005年相比增長24%；至2015年，市場需求量將會達到1.3×108t左右。目前，生產柴汽比約為1.8，而市場的消費柴汽比均在2.0以上。同時，隨著汽車工業的快速發展，汽油和柴油的用量隨著汽車保有量的增加而增多，不可避免產生汽車尾氣污染問題。為了保護環境，改善大氣質量，更多國家將目光轉向了具有環保特性、潤滑性能、安全性能、燃料性能和可再生性能的生物柴油。因此，生物柴油發展潛力大。生物柴油的原料也很廣泛，除廢食用油可用于生產柴油外，油菜、向日葵、大豆等油源作物也可用于制造生物質柴油。燃料乙醇不僅是優良的燃料，它還是優良的燃油品改善劑。燃料乙醇是燃油的增氧劑，使汽油增加內氧，達到環保和節能的目的，而且乙醇汽油辛烷值高，引擎爆發力強、污染又少，是值得開發的綠色能源。燃料乙醇以生物質（高粱、玉米、木薯、海藻、糖芋、苦配巴樹等）為原料通過生物發酵途徑獲得的燃料用乙醇。燃料乙醇經改變性質后與汽油按照一定比例混合可制車用乙醇汽油。而且，對燃料乙醇深加工，將燃料乙醇脫水，把農產品生物質當作工業原料加工石油替代產品，還可以得到“石化之母”——乙烯。通過玉米、薯類、秸稈等原料生產出乙烯，乙烯又生產出一系列化工產品，這樣由農產品生產出燃料乙醇和乙烯開始，全方位逐步替代石化資源，為緩解加工制造業能力過剩增添了生產門路，也有利于降低國內原料成本，振興農村工業。

6．有利于優化農村能源結構，改善生態環境

隨著我國農村經濟迅速增長，農村地區能源消費增長迅速（年均增長6%）。煤炭、油品、電力的年均增長率分別為11%、20%和16%，油品和電力年增長率最為迅速。但是8.07×108的人居住在農村，急劇發展的鄉鎮企業所消耗的能源量已達3.2×108tce，占全國商品能源總消費量的1/4。對于我國人多地少、人均資源缺乏的現狀，目前只有繼續投入大量能源以實現農業現代化并支持農村經濟騰飛，才能使得國家糧食安全有保障。發展農村能源與農業生產有機結合，才能帶動農業結構調整，促進農業增長方式轉變和農民增收。發展農村沼氣和生物質等能源，不僅使農村的資源得到有效利用，而且通過改廁、改廚、改圈、改院等建設，把農村的“三廢”（秸稈、糞便、垃圾）變成“三寶”（燃料、飼料、肥料），實現了社會要生態、農民要致富的目標，促進了生產、生活、生態的協調發展，有利于建設資源節約型、環境友好型的新農村。據調查統計，一個5口人的農家采取傳統的直接燃燒方式，其生活用能每天燃燒掉的農作物秸稈為17.5kg，若直接燃燒薪柴也需要11.25kg，能滿足其基本生活用能。若通過沼氣發酵而燒沼氣，按每口沼氣池每公斤總固體有機質產沼氣0.45m3計算，則每天只需要2.8kg總固體有機廢棄物即可。若建一口10m3的沼氣池，每戶每年可節約3.13t左右的薪柴，相當于保護0.27～0.33hm2林地免遭砍伐。如果按每年砍伐山林0.27hm2，以4年輪伐期計算，建設一口沼氣池相當于保護1.07hm2林地。建一口10m3的沼氣池，建池成本約為1500元，建成使用后，年產沼氣約300m3，沼氣價值216元，農戶開展沼氣、沼液、沼渣綜合利用，可以增產增收500多元，這樣沼氣價值加上“三沼”綜合利用，合計增收節支800余元，投入使用后3年就可收回成本，每口沼氣池按正常使用壽命20年計算，可獲純收入1.3萬元，投入產出比為1∶9。

7．有利于優化農村生活環境，提高農民的生活

新農村建設中提出“生產發展，生活寬裕，鄉風文明，村容整潔，管理民主”20字方針。其中，村容整潔，改善農村生態環境、人居環境，打造擁有新房舍、新設施、新環境、新風尚、新秩序的農村新面貌。農村環境的改善，集中表現在農村的畜禽糞便、生活垃圾、農村工業有機廢棄物、農作物秸稈等方面的臟、亂、差的治理上。開發生物質能源，通過加快生物質能源發展，實施秸稈綜合利用、沼氣項目建設等，短期內低成本地改變農村的環境衛生狀況，解決養殖業帶來的環境污染問題，阻斷疫病傳染源，改善農村居民的生活居住環境，有效地提高農民生活品質，如沼氣可凈化室內外空氣。室內外空氣質量與廚房燃料的燃燒造成的廢氣污染關系很大，河南省衛生防疫站的監測結果表明，生物質能在傳統直接燃燒利用方式下居室內CO、SO2、CO2、TSP的濃度分別比現代化利用方式（沼氣利用）下的濃度高73.94%、83.8%、27%、77%（如表1-1所示）。同時，沼氣池在處理糞便方面還具明顯的衛生效果。沼氣村的地下水細菌總數合格率和大腸桿菌合格率均為56.1%，對照村則分別為32.6%和28.0%，沼氣村的蒼蠅密度下降了80%左右。此外，沼氣的利用減少了農戶對薪柴的依賴，節約了大量的采樵砍柴工，解放了農村勞動力，尤其是減輕了貧困地區婦女的勞動強度。

資料來源：吳創業，馬隆龍．生物質能利用技術［M］．北京：化學工業出版社，2003：105-107．

自20世紀80年代以來，建立起的沼氣發酵綜合利用技術，以沼氣為紐帶，將物質多層次利用、能量合理流動的高效農業模式，已逐漸成為我國農村地區利用沼氣技術促進可持續發展的有效方法。通過沼氣發酵綜合利用技術，沼氣用于農戶生活用能和農副產品生產加工，沼液用于飼料、生物農藥、培養料液的生產，沼渣用于肥料的生產，我國北方推廣的塑料大棚、沼氣池、氣禽畜舍和廁所相結合的“四位一體”沼氣生態農業模式，中部地區以沼氣為紐帶的生態果園模式，南方建立的“豬—果”模式，以及其他地區因地制宜建立的“養殖—沼氣”“豬—沼—魚”和“草—牛—沼”等模式，都是以農業為龍頭，以沼氣為紐帶，對沼氣、沼液、沼渣多層次利用的生態農業模式。沼氣發酵綜合利用生態農業模式的建立使農村沼氣和農業生態緊密結合，是改善農村環境衛生的有效措施，也是發展綠色種植業、養殖業的有效途徑，已成為農村經濟新的增長點。

對農業而言，生物質能開發利用能夠促進我國農業產業結構升級，改善農業經濟管理模型，發展林業經濟。對農村而言，生物質能開發利用能夠調整農村能源結構，改善生態環境，優化農村生活環境，促進農村工業發展。對農民而言，生物質能開發利用能夠增加就業機會，增加農民收入，提高農民生活質量。雖然開發生物質能有可能會增加對生產資料的競爭性，提升相關農林產品價格的波動性，并且大面積種植單一作物會降低生物多樣性，但是只要堅持開發與保護相協調、統籌兼顧、因地制宜、合理利用的原則，制訂合理規劃，明確目標，有序開發，就一定能夠促使生物質能的開發利用順利推進，達到既優化我國能源結構、緩解能源消費壓力，又促進“三農”和諧發展的目標。