傳統(tǒng)能源，如煤、石油等的有限儲(chǔ)存量已無(wú)法滿足人類發(fā)展的需求，同時(shí)燃燒時(shí)排放大量有害氣體，嚴(yán)重危害著人們的健康。面對(duì)這種嚴(yán)峻的形勢(shì)，人類迫切要求尋找新型能源，既能充分供給工業(yè)發(fā)展所需的能源，同時(shí)減少對(duì)環(huán)境破壞的影響，這便是生物質(zhì)能一蘊(yùn)藏在大自然中的取之不盡、用之不竭的可再生能源。生物質(zhì)能是太陽(yáng)能以化學(xué)能形式貯存在生物質(zhì)體內(nèi)的一種能量形式，它以生物質(zhì)為載體，直接或間接地來(lái)源于植物的光合作用。通過(guò)對(duì)生物質(zhì)的加工，可獲得固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)燃料，在燃燒燃料過(guò)程中幾乎沒(méi)有S02的排放。我國(guó)地大物博，農(nóng)林生物質(zhì)資源數(shù)量巨大，來(lái)源廣泛，為生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)利用提供了豐富資源。
1、農(nóng)林生物質(zhì)的來(lái)源
1.1農(nóng)業(yè)生物質(zhì)的來(lái)源
農(nóng)業(yè)生物質(zhì)主要包括農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便、農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)副產(chǎn)品和能源作物等。稻谷是世界上主要的農(nóng)作物之一，而稻谷中稻殼的重量就占整體質(zhì)量的25%,而種植面積較小的花生中45%是花生殼。經(jīng)計(jì)算，干的農(nóng)產(chǎn)品中至少其自身25%的物質(zhì)將變?yōu)閺U棄物，因此農(nóng)業(yè)廢棄物是一個(gè)不可忽視的重要問(wèn)題。中國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，也是世界上農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)出量最大的國(guó)家，其中農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量達(dá)5.9x108t（干質(zhì)量），畜禽糞便超過(guò)4x109t，是工業(yè)有機(jī)污染物的4.1倍。隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展以及人口的不斷增加，農(nóng)業(yè)生物質(zhì)每年以5%～10%的速度遞增，如沒(méi)有對(duì)大量的農(nóng)業(yè)生物質(zhì)進(jìn)行處理，即直接丟棄或者排放到環(huán)境中，所造成的可利用資源的浪費(fèi)和對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染影響巨大。
1.2林業(yè)生物質(zhì)的來(lái)源
林業(yè)生物質(zhì)資源主要是森林生長(zhǎng)和林業(yè)生產(chǎn)過(guò)程提供的生物質(zhì)能源，包括薪炭林，在森林撫育和間伐作業(yè)中的零散木材，殘留樹(shù)枝、樹(shù)葉和木屑等；木材采運(yùn)和加工過(guò)程中的枝丫、鋸末、木屑等；林業(yè)副產(chǎn)品的廢棄物，如果殼和果核等。
我國(guó)林業(yè)生物質(zhì)資源豐富，森林面積列世界第5位。據(jù)2008年開(kāi)展的第七次全國(guó)森林資源清查結(jié)果顯示：我國(guó)現(xiàn)有用材林面積1.283x108hm2，蓄積8.454x109m3：薪炭林面積3.4946x106hm2，蓄積7.82406x107m3；竹林面積1.07620x107hm2。林業(yè)生物質(zhì)品種豐富，具有很大發(fā)展?jié)摿Α＜铀倭謽I(yè)發(fā)展，不僅可以吸收CO2，緩解氣候變化，促進(jìn)減排作用，而且發(fā)展林業(yè)生物質(zhì)能不與糧爭(zhēng)地，不與人爭(zhēng)糧，可有效增加農(nóng)民收入，促進(jìn)新農(nóng)村建設(shè)。
2、國(guó)內(nèi)外農(nóng)林生物質(zhì)利用研究現(xiàn)狀
自21世紀(jì)以來(lái)國(guó)際能源價(jià)格持續(xù)維持在高價(jià)位．世界各國(guó)均開(kāi)始大力開(kāi)展生物質(zhì)能源開(kāi)發(fā)．多個(gè)國(guó)家已發(fā)布相關(guān)法規(guī)，為生物質(zhì)能源的開(kāi)發(fā)提供支持。
美國(guó)從1979年開(kāi)始采用生物質(zhì)燃料直接燃燒發(fā)電，到2010年美國(guó)生物質(zhì)能電量約為4.80x1010kWh;1980年美國(guó)明確提出以生物柴油代替化石柴油戰(zhàn)略．并出臺(tái)相關(guān)法案：2005年美國(guó)成為世界第一燃料乙醇生產(chǎn)大國(guó)．大量乙醇燃料的生產(chǎn)不僅帶動(dòng)本國(guó)經(jīng)濟(jì)，也減少石油進(jìn)口量，減少支出外匯。
長(zhǎng)期以來(lái)．巴西將推廣乙醇燃料作為國(guó)家重要能源政策之一。巴西具有遼闊的疆土，優(yōu)越的自然條件，使巴西成為甘蔗產(chǎn)量最多的國(guó)家。2002年，由甘蔗加工、提煉獲得的燃料乙醇已替代接近50%的石油，而巴西80%的石油是通過(guò)進(jìn)口而來(lái)。同時(shí)巴西蓖麻年產(chǎn)量可達(dá)2x106t．能生產(chǎn)生物柴油1.12x108L，并可為巴西民眾提供10萬(wàn)個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)。
德國(guó)是歐盟國(guó)家中生物燃料產(chǎn)量最多的國(guó)家，為大力發(fā)展生物質(zhì)利用德國(guó)政府發(fā)布了對(duì)生物柴油生產(chǎn)企業(yè)實(shí)行全額免稅等政策，同時(shí)企業(yè)也對(duì)生物質(zhì)液化燃料生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行投資．共同推動(dòng)德國(guó)生物柴油發(fā)展。德國(guó)戴姆勒一克萊斯勒公司為開(kāi)發(fā)生物質(zhì)液化燃料生產(chǎn)技術(shù)投資數(shù)千萬(wàn)歐元，同時(shí)還開(kāi)發(fā)相應(yīng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)改裝技術(shù)等。
中國(guó)在生物質(zhì)能利用開(kāi)發(fā)起步較晚，但國(guó)家對(duì)生物質(zhì)能源利用的重視以及國(guó)家相關(guān)政策的推出，使得生物質(zhì)能源利用技術(shù)開(kāi)發(fā)得到飛速發(fā)展。至2010年底，全國(guó)農(nóng)村戶用沼氣總數(shù)達(dá)到4000萬(wàn)戶，年生產(chǎn)沼氣1.55x1010m3：結(jié)合解決農(nóng)村基本能源需要和改變農(nóng)村用能方式，全國(guó)建成400個(gè)左右秸稈固化成型顆粒燃料應(yīng)用示范點(diǎn)．秸稈固化成型顆粒燃料年利用量達(dá)到106t左右：燃料乙醇的生產(chǎn)達(dá)1.9x106t，富通新能源生產(chǎn)銷售的秸稈顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)專業(yè)壓制生物質(zhì)成型顆粒燃料，秸稈顆粒機(jī)如下圖所示：
3、生物質(zhì)能源的綜合利用技術(shù)
我國(guó)最廣泛的生物質(zhì)利用技術(shù)有沼氣技術(shù)、固化成型技術(shù)、秸稈氣化技術(shù)及液化技術(shù)。3.1固化成型技術(shù)
我國(guó)最早對(duì)農(nóng)林生物質(zhì)的利用主要體現(xiàn)在農(nóng)村里直接燃燒農(nóng)作物秸稈、木頭來(lái)燒飯或者加熱房間等。但直接燃燒過(guò)程中，其燃燒效率極低，能量利用率只能達(dá)到約15%左右．極大浪費(fèi)資源且對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重。為提高農(nóng)作物秸稈及農(nóng)林廢棄物利用率，將松散的秸稈、籽殼和農(nóng)林廢棄物經(jīng)粉碎、擠壓成為固體成型顆粒燃料。固體成型顆粒燃料具有密實(shí)度高、體積減小、熱值提高及便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，且可以代替煤炭燃燒，實(shí)現(xiàn)清潔燃燒，對(duì)C02減排有很大現(xiàn)實(shí)意義。
我國(guó)固化成型技術(shù)起步較晚，由于固化成型設(shè)備零部件使用壽命短．生產(chǎn)成本高等問(wèn)題，發(fā)展速度緩慢。進(jìn)入21世紀(jì)后．國(guó)家設(shè)立相關(guān)研究機(jī)構(gòu)加大研究力度，出臺(tái)一系列鼓勵(lì)支持產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策法規(guī)，制定相關(guān)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)形成標(biāo)準(zhǔn)體系．加快發(fā)展固體成型技術(shù)，使成型設(shè)備日趨完善，形成成熟產(chǎn)業(yè)鏈陰。我國(guó)自主研發(fā)的成型設(shè)備有效地解決了功耗大、生產(chǎn)效率低、成型部件磨損嚴(yán)重和壽命短的問(wèn)題，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。據(jù)“2009年生物質(zhì)成型顆粒燃料設(shè)備與應(yīng)用技術(shù)國(guó)際研討會(huì)”，截止2008年底．我國(guó)農(nóng)村地區(qū)已累計(jì)推廣生物質(zhì)成型顆粒燃料示范點(diǎn)102處，成型顆粒燃料年產(chǎn)量約2x105t。2013年5月．江蘇新能源技術(shù)有限公司將3.3x107t固體成型顆粒燃料出口至日本．這標(biāo)志著我國(guó)固體成型顆粒燃料已形成規(guī)模化生產(chǎn)，并成功打開(kāi)國(guó)際市場(chǎng)。
3.2沼氣技術(shù)
沼氣為可再生清潔能源．既可以代替秸稈或薪柴等生物質(zhì)能源．也可以代替石油和煤等商品能源，而且其能源效率高于秸稈、薪柴和煤炭等。目前我國(guó)生產(chǎn)沼氣主要以畜禽和人類糞便、生活污水和農(nóng)作物秸稈為原料，在厭氧條件下，經(jīng)微生物發(fā)酵作用而產(chǎn)生可燃性混合氣體。我國(guó)沼氣的發(fā)展始于20世紀(jì)70年代，在農(nóng)村設(shè)立小型沼氣池來(lái)獲得沼氣．解決農(nóng)村地區(qū)秸稈焚燒與燃料供應(yīng)不足的問(wèn)題。目前，我國(guó)沼氣產(chǎn)業(yè)基本形成，農(nóng)村地區(qū)戶用沼氣池應(yīng)用廣泛，同時(shí)設(shè)立大中型沼氣工程和生活污水凈化沼氣池。在農(nóng)村，沼氣可以用于日常生活中燒飯菜，節(jié)約煤氣等燃料費(fèi)用：可以使用沼氣發(fā)電，供照明、電氣的使用，節(jié)約電費(fèi)；沼渣可以澆肥田，節(jié)省化肥和農(nóng)藥的指出：沼液可以當(dāng)飼料添加劑等等，從而減少農(nóng)村地區(qū)日常生活開(kāi)支，也可滿足偏遠(yuǎn)地區(qū)生活能源的需求。沼氣利用不僅是對(duì)廢棄物的再利用、環(huán)境保護(hù)，同時(shí)也是提供農(nóng)村地區(qū)生活能源的一種有效途徑。除戶用沼氣外，沼氣發(fā)電工程也受重視。沼氣發(fā)電是將厭氧發(fā)酵處理產(chǎn)生的沼氣用于發(fā)動(dòng)機(jī)上。并裝有綜合發(fā)電裝置，以產(chǎn)生電能和熱能技術(shù)。沼氣發(fā)電具有創(chuàng)效、節(jié)能、安全和環(huán)保等特點(diǎn)，是一種分布廣泛且價(jià)廉的分布式能源。
3.3秸稈氣化
我國(guó)農(nóng)田面積廣闊．2012年我國(guó)農(nóng)作物秸稈產(chǎn)能規(guī)模達(dá)到109t，秸稈資源量非常豐富。而對(duì)數(shù)量龐大的秸稈，傳統(tǒng)處理方法是直接堆積焚燒。隨著能源危機(jī)的出現(xiàn)以及環(huán)境污染的惡化，農(nóng)作物秸稈利用日趨受到人們的重視。秸稈中含有豐富的能源．加以其數(shù)量之大，發(fā)展秸稈利用技術(shù)，不僅為人類提供新型可再生、清潔能源，同時(shí)可以減少因焚燒引起的環(huán)境污染，還可提高農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入。秸稈氣化技術(shù)是秸稈利用技術(shù)之一，是在厭氧或缺氧條件下．經(jīng)過(guò)熱化學(xué)反應(yīng)將原先固體秸稈轉(zhuǎn)化為效率更高、便于使用的氣體燃料，實(shí)現(xiàn)能源高效清潔利用。
從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，我國(guó)政府及科技人員對(duì)生物質(zhì)氣化技術(shù)一直倍加關(guān)注，通過(guò)引進(jìn)、吸收國(guó)外先進(jìn)設(shè)備及技術(shù)，我國(guó)生物質(zhì)氣化技術(shù)發(fā)展也較快速。我國(guó)現(xiàn)應(yīng)用廣泛的氣化爐是以空氣為氣化劑的流化床氣化爐，直至2007年我國(guó)建設(shè)秸稈氣化集中供應(yīng)站約為886處。
我國(guó)通過(guò)引進(jìn)、消化和吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)加以創(chuàng)新并舉，研制出多種氣化發(fā)電設(shè)備，但與發(fā)達(dá)國(guó)外相比，我國(guó)生物質(zhì)氣化技術(shù)始終處于相對(duì)落后水平。因此如何利用我國(guó)現(xiàn)有技術(shù)，開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)上可行、效率較高的系統(tǒng)是目前我國(guó)發(fā)展生物質(zhì)氣化發(fā)電的關(guān)鍵。
3.4燃料乙醇技術(shù)
燃料乙醇是添加變性劑進(jìn)行變性處理后，可以混入汽油用作車用點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)燃料的無(wú)水乙醇．其乙醇體積含量不小于92.10%。在國(guó)際油價(jià)居高不下和日趨嚴(yán)重的環(huán)境污染背景下，燃料乙醇的生產(chǎn)與應(yīng)用受到廣泛重視。
中國(guó)燃料乙醇發(fā)展始于20世紀(jì)90年代，但在短短幾年時(shí)間里中國(guó)燃料乙醇生產(chǎn)能力已躍居世界第三，僅次于美國(guó)和巴西。與美國(guó)和巴西相比，中國(guó)的燃料乙醇主要以玉米為原料．其主要原因是20世紀(jì)末我國(guó)出現(xiàn)玉米過(guò)剩、糧食倉(cāng)儲(chǔ)壓力大、農(nóng)民收入降低現(xiàn)象，為此，國(guó)家大力支持以玉米為原料生產(chǎn)的燃料乙醇的發(fā)展。之后促進(jìn)燃料乙醇發(fā)展的國(guó)家政策及補(bǔ)貼政策發(fā)布，加快了我國(guó)燃料乙醇發(fā)展步伐．2006年燃料乙醇產(chǎn)量達(dá)到3xl06t左右．乙醇汽油已占汽油消費(fèi)量的20%左右，每年節(jié)省106t汽油。但隨著燃料乙醇迅速發(fā)展，對(duì)玉米大量需求導(dǎo)致玉米價(jià)格上漲，糧食安全受到威脅。面臨燃料乙醇行業(yè)“與人爭(zhēng)糧”的問(wèn)題，2006年政府又緊急發(fā)布文件抑制以糧食為原料的燃料乙醇的超速發(fā)展．提出“非糧為主”的乙醇生產(chǎn)方案。在“非糧為主”的乙醇生產(chǎn)要求下，以農(nóng)林廢棄物等木質(zhì)纖維素為原料的第二代燃料乙醇技術(shù)成為研發(fā)重點(diǎn)。纖維素酶是降解纖維素成為葡萄糖單體所需的一組酶的總稱．纖維素酶具有水解的條件溫和、能量消耗小、糖轉(zhuǎn)化率高、無(wú)腐蝕環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，但也存在著反應(yīng)速率慢、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、成本高等缺點(diǎn)。因此，今后的研究工作中如何降低纖維素酶的生產(chǎn)成本是纖維素乙醇工業(yè)化發(fā)展所需克服的最大技術(shù)難點(diǎn)。
3.5生物柴油
生物柴油是由油料作物、野生油料植物和I程微藻等水生植物油質(zhì)以及動(dòng)物油脂、餐飲垃圾油等為原料油通過(guò)酶交換工藝制成的可代替石化柴油的可再生性柴油燃料。生物柴油在潤(rùn)滑性能、安全性能、燃料性能、發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)性能等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，且可單獨(dú)或與石化柴油調(diào)配使用，從而減少油耗，增強(qiáng)動(dòng)力性能，減少尾氣污染等。作為最典型的“綠色能源”，生物柴油產(chǎn)業(yè)受到廣泛重視。
早在“八五”期間，我國(guó)就對(duì)生物柴油的生產(chǎn)進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)與研究，但長(zhǎng)期處于初級(jí)研究階段，并未獲得實(shí)質(zhì)性成果。自2003年石油價(jià)格的猛漲以及我國(guó)石油凈進(jìn)口量達(dá)到108t的局面促使我國(guó)加快生物柴油發(fā)展步伐。在借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家生物柴油產(chǎn)業(yè)的技術(shù)、裝備、政策等基礎(chǔ)上，我國(guó)生物柴油技術(shù)已獲得重大成果。目前，我國(guó)生物柴油生產(chǎn)主要以大豆、菜籽、工業(yè)級(jí)餐飲廢油脂等為原料，通過(guò)酯交換反應(yīng)獲得生物柴油。除此之外，以小桐子、黃連木等油料作物為原料生產(chǎn)生物柴油符合我國(guó)提倡可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃思想。酯交換反應(yīng)過(guò)程中往往存在一些難以解決的問(wèn)題，如工藝復(fù)雜、難以去除產(chǎn)品中含有的甘油、產(chǎn)生二次污染等問(wèn)題。為解決以上問(wèn)題，提出一種新型的、具有經(jīng)濟(jì)和生態(tài)意義的生物柴油技術(shù)，即工程微藻法。工程微藻中使用的微藻生產(chǎn)能力高，是陸生植物單產(chǎn)油脂的幾十倍．采用海水作為其天然培養(yǎng)基可節(jié)約農(nóng)業(yè)資源，而且生產(chǎn)的生物柴油不含硫，燃燒時(shí)不排放有毒氣體，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。在眾多生物質(zhì)能源中，微藻生物柴油具有不與人爭(zhēng)糧、不與糧爭(zhēng)地、不與畜爭(zhēng)料、不與農(nóng)爭(zhēng)利的無(wú)可比擬的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，因此工程微藻法是今后生產(chǎn)生物柴油的發(fā)展趨勢(shì)。
4、存在問(wèn)題
農(nóng)林生物質(zhì)能源的利用不僅可以減少對(duì)傳統(tǒng)石化能源的依賴以及燃燒引起的硫化物、一氧化碳等危害氣體對(duì)生態(tài)環(huán)境及人類健康的危害，同時(shí)可減少農(nóng)林廢棄物的堆放導(dǎo)致的生態(tài)污染等問(wèn)題。但在發(fā)展農(nóng)林生物質(zhì)能源過(guò)程中，存在一些不可忽視的問(wèn)題：
1)農(nóng)林生物質(zhì)資源非常豐富，但具有能量密度低、分布分散等問(wèn)題，因此將農(nóng)林生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為固體、液體或氣體燃料之前均需做好前期工作，即秸稈、林業(yè)廢棄物等生物質(zhì)的集中回收及運(yùn)輸?shù)取Ｓ捎诨厥占斑\(yùn)輸成本相當(dāng)高，導(dǎo)致生物質(zhì)能源的生產(chǎn)成本普遍較高，使生物質(zhì)能源的發(fā)展受到很大限制。
2)我國(guó)在生物質(zhì)利用方面起步較晚，現(xiàn)處于發(fā)展階段．投入新能源生產(chǎn)的設(shè)備及核心技術(shù)等大部分依賴進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)化程度不高。同時(shí)，我國(guó)缺乏從事生物質(zhì)能源研究的專業(yè)人才及專業(yè)機(jī)構(gòu)，導(dǎo)致我國(guó)生物質(zhì)能源開(kāi)發(fā)技術(shù)發(fā)展緩慢。
3)隨著生物質(zhì)能受到人們關(guān)注．越來(lái)越多的企業(yè)將加入開(kāi)發(fā)生物質(zhì)能源行列．同時(shí)生物質(zhì)能源產(chǎn)量將在未來(lái)大幅增長(zhǎng)，對(duì)生物質(zhì)資源的需求也大幅增長(zhǎng)，包括提煉生物燃料所需大量玉米、甘蔗等農(nóng)產(chǎn)品及林業(yè)資源，如木材等。隨著生物質(zhì)資源的不斷發(fā)展，“與人爭(zhēng)糧”及與工業(yè)爭(zhēng)資源的現(xiàn)象將越來(lái)越明顯，將產(chǎn)生糧食短缺或糧食價(jià)格猛漲。同時(shí)，全世界水源在逐漸減少，隨著大量生物質(zhì)資源的種植將使缺水現(xiàn)象更明顯、突出。
5、結(jié)論
我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)．具有豐富的農(nóng)林生物質(zhì)資源，如何有效利用農(nóng)林生物質(zhì)，將“廢”變“寶”具有重要意義。生物質(zhì)能源的開(kāi)發(fā)不僅減少對(duì)傳統(tǒng)石化燃料的依賴及消耗，也可以減少生物質(zhì)資源的能源浪費(fèi)以及堆放、廢棄而導(dǎo)致的環(huán)境污染，是一項(xiàng)公益項(xiàng)目。由于生物質(zhì)能源具有可再生性、燃燒時(shí)排放少量毒害氣體等優(yōu)點(diǎn)．發(fā)展生物質(zhì)能源在保護(hù)環(huán)境的前提下，可以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和保護(hù)國(guó)家能源及安全。因此，在我國(guó)發(fā)展生物質(zhì)能源是非常必要的，但發(fā)展生物質(zhì)能源過(guò)程中.應(yīng)充分考慮伴隨生物質(zhì)能源發(fā)展產(chǎn)生的多重因素，客觀、全面分析好本國(guó)現(xiàn)狀，根據(jù)國(guó)情制定政策，更合理有效地開(kāi)發(fā)和利用生物質(zhì)能源，從而確保可持續(xù)發(fā)展。
（轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明：富通新能源顆粒機(jī)m.ac12313.com）
