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周健駒1，李美儒2，葛佳穎3，梁新強2
（1.諸暨市農村能源辦公室，浙江諸暨311800；2.浙江大學，浙江杭州310029；3.浙江省農業生態與能源辦公室，浙江杭州310012）
摘要：近年來，隨著煤、石油、天然氣等不可再生資源的過渡開采和使用，對生態環境造成了巨大傷害。而生物質既能貢獻能量，又能像煤炭和石油那樣生產出幾百上千種化工產品，因此，發展生物質產業正在成為世界各國的重要發展戰略，生物質產業將面臨新的歷史性機遇。綜合闡述了生物質能的意義、發展歷史、主要技術與其對生態環境產生的積極影響。
地球上存在的不可再生資源的儲量總是有限的，少則幾十年，多則百余年內將消耗殆盡。近年來，隨著煤、石油。天然氣等不可再生資源的過渡開采和日益緊張，其在地球上的儲存量越來越少，且該類資源給地球生態環境帶來的影響日趨嚴重，從資源的合理利用和可持續發展戰略的考慮，尋求環保的可再生資源和廢棄物的資源化利用迫在眉睫。太陽能、風能等可再生能源自身不能進行物質生產，而生物質既能貢獻能量，又能像煤炭和石油那樣生產出幾百上千種化工產品，因此，發展生物質產業正在成為世界各國的重要發展戰略，生物質產業將面臨新的歷史性機遇。
國內許多地方在制定“十二五”規劃中，也明確指出，要把包括生物質在內的生物質產業作為主攻方向。許多專家預言，生物質產業將是21世紀最富有價值的產業，今后將成為世界各國經濟新的生長點，生物質產業化已經遍及生物醫藥、食品、造紙、印染、制革、紡織、材料、日用化工、環境保護、汽車、包裝等眾多領域，推動了社會經濟發展和人類進步。
1生物質與生物質能源
不同國家對生物質有不同的定義。生物質最早作為學術用語出現在1934年俄國人Bogorov在海洋生物協會雜志上發表的有關浮游生物隨季節而變化的報告中，其把生物的量稱作biomass，以后在學術界就逐漸應用起來[2]；美國可再生能源實驗室（NREL）把地球上人工栽培及野生繁殖的植物，稱為生物質；中國則將所有來源于植物、動物和微生物的可再生的有機物統稱為生物質；日本能源學會把生物質定義為儲有太陽能的各種生物體的總稱；最近EU（歐盟）所屬的產業委員會對生物質定義為以可被微生物降解的物質作為原料而形成的物質稱生物質；張百良等[3]認為生物質是植物、動物、微生物以及由微生物作用形成的物質。
能源百科全書中，將能源定義為可以直接或經轉換提供人類所需的光、熱、核動力等任意形式能量的載能體資源。簡單講，能源是自然界中能為人類提供某種形式能量的物質資源[4]。按照此定義，生物能源是指利用生物可再生原料及太陽能生產的能源，包括生物質能、生物液體燃料及利用生物質生產的能源，如燃料酒精、生物柴油、生物質氣化及液化燃料、生物制氫等。有的生物質可直接用作燃料，稱為初級生物質；由生物質加工制作的能源，稱為次級生物質[5]。生物能源不含硫，其碳循環是動態的，能源植物直接或間接通過綠色植物的光合作用把太陽能轉化為化學能，然后固定和儲藏在生物體內，是唯一可再生的碳源，可轉化成常規的固態、液態和氣態燃料[3]。生物能包括生物質能，通常講的生物質能是指蘊含在生物質中的能量，主要是動物和植物。微生物是生物質，但不能簡單地稱微生物是生物質能，而是將通過微生物降解作用形成的含有能量的物質稱為生物能源。
2生物質能源的現狀
廉價的石油時代的結束和隨之而來的燃料危機迫使歐盟和美國等發達國家降低了他們長期以來對石油的依賴，但是由于這是長期以來所養成的生活方式，他們并沒有改變這種消費習慣，因此他們需要開發全新的燃料來代替日益緊張的石油燃料。作為可再生能源的生物燃料的燃燒不僅可以提供大量的能量以滿足人們對能源的需求，并且只會產生少量的碳而不會產生大量的硫和磷化物以及更有害的鉛化物，其對環境不會造成很大的破壞。這種結果使環保主義者非常滿意，但由于種植玉米，大豆等可以用于生產生物燃料的農作物同樣需要大片的土地，即便是美國這樣的超級大國其所種植的玉米和大豆全部用于生產生物燃料，也只能滿足美國社會汽油需求的12%和柴油需求的6%。因此他們便盯上了亞洲和非洲的某些落后的國家和發展中國家，那里有大片的可供使用的土地以及廉價的勞動力，并且在生產生物燃料的過程中所產生的對環境有污染和提煉之后所產生的排放物都可以在這些國家來進行進一步的處理和排放。
20世紀70年代，國際上第1次石油危機使發達國家和貧油國家重視石油替代，開始大規模發展生物質能源。生物質能源是以農林等有機廢棄物以及利用邊際土地種植的能源植物為主要原料進行能源生產的一種新興能源。生物質能源按照生物質的特點及轉化方式可分為固體生物質燃料、液體生物質燃料、氣體生物質燃料。中國生物質能源的發展一直是在“改善農村能源”的觀念和框架下運作，較早地起步于農村戶用沼氣，以后在秸稈氣化上部署了試點。近年來，生物質能源在中國受到越來越多的關注，生物質能源利用取得了很大的成績。沼氣工程建設初見成效。截至2013年底，全國共建成9.2萬沼氣工程，戶用沼氣規模達到4329.77萬戶，形成了每年約157.62億m3沼氣的生產能力，農村能源建設年節能能力相當于1億t標煤，可減排二氧化碳2.3億t[14]。
2006年以來，生物質能源發電邁出了重要步伐，發電裝機容量達到200萬kW，液體生物質燃料生產取得明顯進展，全國燃料乙醇生產能力達到102萬t，已在河南等9個省的車用燃料中推廣使用乙醇汽油。截至2013年6月，全國累計生產生物質成型燃料488萬t，2013年新增106萬t。
3生物質能源的發展及其對生態環境的影響
隨著全球經濟的繼續增長，必將進一步加劇化石燃料的使用。雖然當前化石能源在世界能源領域內仍占主導地位，生物能源僅占能源市場中很小份額，而成品生物燃料（乙醇、生物柴油等）僅占全部生物能源總量的1.9%，但生物能源在未來具有巨大發展潛力。據國際能源署預測，全球生物燃料使用將從現在的1Mb/d（百萬桶）增長到2035年的4.4Mb/d[15]。同時，以第二代生物燃料為主的新型生物能源也會在不久的將來躋入生物能源主流。2009年6月國家出臺的《促進生物產業加快發展的若干政策》中已明確表明：國家將對批準生產的非糧燃料乙醇、生物柴油、生物質熱電等給予支持[14]。我國發展生物能源產業應堅持生態發展的原則，做到不與民爭糧、爭地、爭水，達到人、自然、生物能源的和諧發展。
生物質能源對于生態的積極影響主要體現在2個方面。
（1）生物質能源關于纖維素的發展對于生態環境的影響。農作物秸稈主要包括糧食作物、油料作物、棉花、麻類和糖料作物等5大類，是生物質資源最重要的來源之一。據統計，我國各種農作物秸稈年產量約7億t，占世界作物秸稈總產量的20%～30%。近幾年，隨著我國農村經濟發展和農民收入增加，農村居民用能結構正在發生著明顯的變化，煤、油、氣、電等商品能源得到越來越普遍的應用。秸稈的大量剩余，導致了一系列的環境和社會問題，每到夏秋2季，村村點火，處處冒煙的現象十分普遍。據調查，目前我國秸稈利用率約為75%，其中經過技術處理后利用的僅約占2.6%，有25%左右的秸稈被直接廢棄或焚燒。秸稈就地焚燒不僅造成大量資源和能源浪費，環境污染也不容忽視。因此，開展秸稈的能源高效轉化利用技術研究和能源產品開發成為亟待解決的農業、能源和環境問題，對保障國家能源安全、國民經濟可持續發展和保護環境具有重要意義。生物質液化主要包括生物化學法制備燃料乙醇和熱化學法制備生物油，前者一般指采用水解、發酵等手段將秸稈等生物質轉化成燃料乙醇，后者則是通過快速熱解液化、加壓催化液化等進行轉化。生物質液化生物油能替代石油的前景早已引起世界各國的普遍重視，許多國家紛紛將其列為國家能源可持續發展戰略的重要組成部分和21世紀能源發展戰略的基本選擇之一。
（2）生物質能源關于木質素的發展對于生態環境的影響。木質素是一種天然有機高分子化合物，廣泛存在于植物體中，與纖維素和半纖維素一起是構成植物細胞壁的主要成分。木質素在自然界中的數量僅次于纖維素，是重要的可再生資源之一。工業木質素主要來源于制漿造紙工業以及木材水解工業。當前，隨著纖維素乙醇技術的不斷進步，也將會產生大量的新型木質素副產物。木質素結構中具有大量不同種類的活性基團，具有可再生、可降解、無毒、廉價易得等優點，具有巨大的利用潛力。
4總結
利用生物質能源是未來能源發展的方向。同時，不斷探索新型的非糧生物能源，轉基因農作物及轉基因技術也開始進軍生物能源.總之，化石資源最終耗盡，新型的綠色環保生物能源即將興起，發展生物能源無可爭議。當務之急是要調整戰略，明確重點。重點扶持核心技術及產業化發展的技術，逐步實現可持續發展的新型生物能源。
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