廖曉東

　　摘要：生物質能是最主要的可再生能源，在全球能源結構中發揮著重要作用。當前，我國生物質能技術研發水平與國外發達國家總體處于同一水平，在生物質氣化及燃燒利用技術、生物質發電、垃圾發電等方面處于領先水平，但還存在生物質能產業結構不均衡、生物質成型燃料缺乏核心技術、燃料乙醇關鍵技術有待突破等問題。因此，為進一步促進我國生物質能產業發展和技術進步，應該建立穩定的投入機制，引導多種經濟主體的參與；加速生物質能轉化利用技術開發、示范和推廣應用；建設和完善服務保障體系；健全促進生物質能發展的法規政策體系。

　　生物質能技術主要包括生物質發電、生物液體燃料、生物質成型燃料、生物質燃氣、生物制氫技術等。目前，世界上技術較為成熟、實現規模化開發利用的生物質能利用方式主要包括生物質發電、生物液體燃料、沼氣和生物質成型燃料等。我國生物質能資源豐富，具有巨大的發展潛力，已呈現出規?；l展的良好勢頭。目前我國可利用生物資源量可轉換為能源的潛力約5億噸標煤，隨著造林面積的擴大和經濟社會的發展，我國生物質資源轉換為能源的潛力可達到10億噸標煤，占我國2012年能源消耗總量的28％。目前我國生物質能技術研發水平總體上與國際處于同一水平，在生物質氣化及燃燒利用技術、生物質發電、垃圾發電等方面居領先水平，但是存在生物質能產業結構不均衡、生物質成型燃料缺乏核心技術、燃料乙醇關鍵技術有待突破等問題。

　　一、國外生物質能產業與技術發展現狀及趨勢

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　　1.生物質能是最主要的可再生能源

　　根據國際能源機構（IEA）的統計，2008年，全球生物質能消費總量約18億噸標煤，古世界一次能源消費的10％左右，是最主要的可再生能源，其中現代化技術利用的消費量約7億噸標煤。截止到2010年底，全球生物質發電裝機容量超過6000萬千瓦。2010年全球生物液體燃料使用量約8000萬噸，其中，燃料乙醇6800多萬噸；全世界生物質成型燃料產量超過1500萬噸，規?；弥饕性跉W洲和北美地區。

　　2.美國、歐盟和巴西的生物質能產業發展處于世界領先地位

　　目前，美國、歐盟和巴西的生物質能產業發展處于世界領先地位。2010年，全球燃料乙醇產量約860億升，和2009年相比增長17％，美國和巴西兩國產量占全球總產量的88％，其中僅美國就占57％（見表1）；同年，全球生物柴油產量近190億升，和2009年相比增加7.5％，生物柴油的生產相對分散，德國、巴西、法國產量位居前列，產量排名前10的國家總產量占全球總產量的75％[1-3]。

　　3.二代生物質液體燃料可望在未來20年逐步實現商業化應用

　　主要包括纖維素燃料乙醇、熱解液化制備生物質油、氣化合成燃料等。這些技術正處于研發示范階段，可望在未來二十年逐步實現工業化、商業化應用，目前技術成本還較高，真正商業化的項目較少。生物質氣化合成技術比較成熟，不存在技術障礙，預期比纖維素乙醇更容易實現產業化。

　　4.能源藻以及能源植物的規?；瘧贸蔀槲磥戆l展趨勢

　　從長遠來看，能源農業和能源林業是未來發展生物質能源的基礎。能源植物通常包括速生薪炭林、能榨油或產油的植物、可供厭氧發酵用的藻類和其它植物等。許多能源作物是自然生長的，收集比較困難。以科學的方法培育高產、抗逆性強的能源植物，滿足對生物質能源規?；l展的需要，是生物質能源發展和利用的根本保障。目前從海藻中提煉生物燃料的研究正處于實驗室階段，距離實現產業化階段還比較遠。

　　（二）國外生物質能技術發展現狀及趨勢

　　1.生物質發電技術總體上已經成熟

　　當前，生物質直接燃燒發電在北美和歐洲應用發展比較成熟，較為常用的技術是爐排爐和流化床鍋爐技術，大規模利用裝置一般建設在大型農場或農業非常集中的地區。丹麥BWE公司率先研發秸稈生物燃燒發電技術，迄今在這一領域仍保持著世界最高水平，其代表性技術是水冷式振動爐排鍋爐和超臨界鍋爐技術。同時，生物質混合燃燒發電技術已在歐美商業化應用，歐美各國已經建設了許多示范工程，系統裝機容量在50~850MW之間，少數系統為5~50MW。目前固定床和流化床是較成熟的生物質氣化技術，中小型生物質氣化發電技術在歐美等發達國家研究較早，但應用很少，這主要是由于氣化發電系統成本問題一直難以突破。大型生物質氣化發電系統的技術遠未成熟，主要停留在研究和示范階段[4]。

　　2.生物質氣化費托合成工藝較為成熟

　　目前，氣化費托合成工藝較為成熟，德國Choren公司在2002年完成了年產1000t合成柴油的試驗示范工程的運行和考核，2005年建成年產量達1萬噸的工業示范工程，德國魯奇公司也擁有類似的技術；荷蘭應用技術研究院（TNO）已建成生物質／煤氣化費托合成聯合發電系統；瑞典建成1000t燃料級甲醇／天的BAL-Fuels示范工程；日本MHI完成了生物質氣化合成甲醇的系統工程；瑞典的Bio-Meet Project集成生物質氣化、燃氣凈化與重整等技術聯產電力、二甲醚、甲醇，其系統總體效率達到42％[5]。

　　3.沼氣工程已成為國際生物質能源研究開發重點

　　在生物燃氣利用方面，目前只有沼氣具有成本優勢，所以一般所說的生物燃氣主要是指沼氣。德國、丹麥、奧地利等發達國家沼氣工程裝備已達到了設計標準化、產品系列化、生產工業化，質量得到有效控制，工程裝備的組裝技術也達到模塊化、規范化。

　　4.木質纖維素為原料的第二代燃料乙醇引起各國關注

　　目前用于生產燃料乙醇的原料基本上都是糧食和糖料等淀粉質原料，如巴西的主要原料為甘蔗，美國95％的原料來自玉米，歐洲以小麥、甜菜為原料，我國燃料乙醇的原料主要是陳化糧。以木質纖維素為原料的第二代燃料乙醇越來越引起世界各國的關注。美國有世界上最大的纖維素燃料乙醇生產基地，開發利用的技術也最多[6=7]。

　　5.能源植物的研究尚處于實驗和示范階段

　　目前關于能源植物的研究多數尚處于實驗和示范階段，未達到全面推廣水平。美歐國家在陸生能源植物開發方面具有一定的基礎和經驗。微藻生物正成為世界生物質能開發的重點。

　　二、我國生物質能產業與技術發展現狀及趨勢

　?。ㄒ唬┪覈镔|能產業發展現狀及趨勢

　　1.生物質資源開發潛力巨大

　　我國生物質能資源豐富，主要有農作物秸稈及農產品加工剩余物、林木采伐及森林撫育剩余物、木材加工剩余物、畜禽養殖剩余物、城市生活垃圾和生活污水、工業有機廢棄物和高濃度有機廢水等[8]8。我國可作為能源利用的生物質資源總量每年約4.6億噸標準煤，目前已利用量約2200萬噸標準煤，還有約4.4億噸可作為能源利用。隨著我國經濟社會發展、生態文明建設和農林業的進一步發展，生物質能源利用潛力將進一步增大。

　　2.生物質產業逐步形成規模化發展

　　我國生物質能多元化利用取得較大進展，生物質發電、液體燃料、燃氣、成型燃料等多種利用方式并舉，技術不斷進步，已呈現出規?；l展的良好勢頭。2010年，生物質能利用量（不含直接燃燒薪柴等傳統利用方式）約2400萬噸標準煤。

　?。?）生物質發電已形成一定規模

　　截止到2010年底，我國生物質發電裝機容量550萬千瓦，其中農林生物質發電190萬千瓦，垃圾發電170萬千瓦。蔗渣發電170萬千瓦，沼氣等其他生物質發電20萬千瓦。生物質發電已形成一定規模，年發電量超過200億千瓦時，年消耗農林剩余物約1000萬噸，農民年收入總計增加約30億元。生物質發電技術和設備制造發展較快，已掌握了高溫高壓生物質發電技術[10]。

　　（2）生物液體燃料以陳化糧和木薯為主要原料

　　截止到2010年底，以陳化糧和木薯為原料的燃料乙醇年產量超過180萬噸，以廢棄動植物油脂為原料的生物柴油年產量約50萬噸[11]。培育了一批抗逆性強、高產的能源作物新品種，木薯乙醇生產技術基本成熟，甜高梁乙醇技術取得初步突破，纖維素乙醇技術研發取得較大進展，建成了若干小規模試驗裝置。

　　（3）生物質燃氣集中供應項目超過1000個

　　截止到2010年底，農村戶用沼氣保有量超過4000萬戶，大中型沼氣工程累計建成5042處，年產沼氣約130億立方米。建成畜禽養殖場沼氣工程5萬多處，年產沼氣約10億立方米。農村沼氣技術不斷成熟，產業體系逐步健全，許多地方建立了物業化管理沼氣服務體系。生物質氣化集中供氣技術和工藝不斷改進，目前已建成使用的生物質集中供氣項目約1000個。

　　（4）生物質成型燃料初步具備大規模產業化條件

　　2010年，生物質成型燃料產量約300萬噸，主要用于農村居民和城鎮供熱鍋爐燃料及生物質木炭原料。成型燃料設備能耗顯著降低，易損件壽命和可維護性明顯提高，成型燃料已初步具備較大規模產業化發展條件。

　　3.已經形成一批龍頭骨干企業

　?。?）生物質發電領域

　　在生物質發電方面，國能生物發電集團和凱迪電力股份有限公司是我國生物質發電的領軍企業。國能生物發電集團是目前全球最大的生物質發電專業公司。

　　（2）生物質成型燃料領域

　　在生物質成型燃料方面，我國生物質成型燃料比較著名的研究機構主要包括中國林業科學院林產化工所、西北農林科技大學、南京林業化工研究所等。生物質成型設備廠家，如清華大學國能惠遠生物質發展有限公司，北京盛昌綠能科技有限公司，廣州迪森熱能公司、遼寧華光生態工程技術研究所，江蘇正昌糧機股份有限公司，河南省能源研究所，洛陽恒生能源設備有限公司，鄭州九洲通用液壓設備有限公司等[12]。

　?。?）生物質燃氣領域

　　國內沼氣行業比較知名的研究機構主要有中國科學院廣州能源研究所、農業部沼氣研究所、農業部規劃設計研究院、成都生物研究所和東北農業大學等。知名領軍企業主要包括杭州能源環境工程有限公司、青島天人環境股份有限公司和北京盈和瑞環保工程有限公司等。

　?。?）生物液體燃料

　　我國燃料乙醇知名企業主要有吉林燃料乙醇有限公司、河南天冠企業集團有限公司等。以纖維素類生物質為原料生產燃料乙醇的國內企業主要有山東龍力生物科技有限公司、安徽豐源集團、河南天冠集團等。在生物柴油方面，我國主要是以小企業居多。截至目前，全國生物柴油生產廠家超過200家，設計總生產能力已經超過350萬噸／年，主要代表企業有海南正和生物能源公司、四川古杉油脂化工公司和福建能源發展公司等[13]。

　?。ǘ┪覈镔|能技術發展現狀及趨勢

　　1.生物質能技術研發水平總體與國外處于同一水平

　　我國的生物質能利用技術研發水平總體與國外相差不大，部分技術處于領先水平。與國外發達國家相比，我國有優勢的核心技術包括戶用沼氣技術和小型氣化技術；有較大差距的核心技術包括纖維素乙醇技術、直燃發電技術；其他技術基本處于同一水平。（見表3）

　　2.微藻大規模養殖走在世界前列

　　我國海藻能源開發在總體技術水平上與國際先進水平差別并不大。我國微藻基礎研究力量較強，擁有一大批淡水和海水微藻種質資源，在微藻大規模養殖方面走在世界前列，養殖的微藻種類包括螺旋藻、小球藻、鹽藻、柵藻、雨生紅球藻等[14]。但是，我國在海藻能源開發方面的不足在于微藻封閉式光生物反應器的低成本規?；夹g有待開發、海藻的栽培局限于近海、現有的海藻產能試驗規模不大、海藻能源技術與產品的評估系統尚待完善等。

　　3.生物質發電技術與國外存在較大差距

　　目前我國比較成熟并已進入商業化運行的是常壓空氣氣化裝置與內燃發電機組配套的發電技術，混燃項目非常少。但是，我國生物質能發電技術與國外相比起步較晚，生物質直燃發電技術規模、容量以及占全國發電總量的比例都相對較小。直接燃燒發電大部分采用進口設備，國外技術及設備占60％以上，一般投資在10000~12000元／kW之間，我國秸稈直燃發電存在缺乏核心技術和設備、秸稈收儲運困難、發電能耗偏高和廠用電偏高等問題[15]。

　　4.戶用沼氣池技術處于國際領先水平

　　我國在戶用沼氣池技術上處于國際領先水平，其中，有機污水厭氧消化技術和戶用沼氣池利用技術較為成熟，有商業示范并具備一定的市場競爭力。大型沼氣綜合利用技術雖然較成熟，但尚未形成產業。沼氣發電機組和大中型沼氣工程處于中試階段或關鍵技術突破，沼氣的純化與壓縮技術則還處于前沿基礎性研究探索階段。應用傳統的生態、循環理念產生了不同類型的沼氣工程模式，具有顯著的區域特色。但大中型沼氣工程的工藝還不成熟，工藝設備材料相對較為落后。根據我國能源需求現狀、資源潛力和技術現狀，我國生物質能技術主要發展趨勢是：

　　趨勢一：固體生物質規?；苯永?/p>

　　目前迫切需要利用農林廢棄物作為高品質燃料，高效地替代燃油、燃煤，包括成型燃料高效燃燒、氣化燃燒、生物質工業窯爐燃用、分布式發電及供熱采暖、熱解液化及熱解油的高效利用[16]。其中成型燃料朝規?；a發展，探索適合國情的產業化模式；生物燃氣則由單一原料發酵技術向多元原料共發酵技術發展，由簡單粗放的工藝技術向集成高效工藝技術發展，由直燃熱利用向高品質生物燃氣產品發展，由非標工程裝備向成套化標準工程裝備發展。

　　趨勢二：生物質全成分生物化學轉化利用

　　生物質全成分生物化學轉化利用生產液體燃料以替代石油。需要重點發展利用農林廢棄物等纖維素類生物質生產液體燃料和化工品，包括纖維素制乙醇、氣化合成燃料及化工品、催化制備航空燃料及化工品[17]。纖維素燃料乙醇要實現高效、綠色的預處理，開發高效復合纖維素酶，并由單一的六碳糖乙醇發酵向包含五碳糖的多糖發酵發展，由單純的乙醇產品向多種產品的生物煉制方向發展；合成燃料技術要由單一合成氣平臺向合成氣平臺與糖平臺技術并重發展，由傳統甲醇合成向車用動力燃料（醚、長鏈醇）合成技術發展。

　　趨勢三：擇優開發不依賴土地的生物質資源利用技術

　　最后要擇優開發不依賴土地的生物質資源利用技術，包括微藻、油脂類、淀粉類、糖類、纖維類等能源植物等的選育種植和利用。我國目前最主要的生物質資源是農業廢棄物，其最大的特點是資源分散、收集和運輸困難，而且季節性強，原料供應的穩定性差。從長遠來看，能源作物選育種植和利用是未來生物質能源開發的重點。

　　三、我國生物質能產業發展的戰略對策

　　（一）建立穩定的投入機制，引導多種經濟主體的參與

　　探索構建政府引導、企業帶動、社會參與、多方投入的生物質能產業建設機制，拓寬生物質能開發利用的融資渠道。設立生物質能發展專項資金，用于支持技術進步、人才培養、產業體系建設和新技術示范項目的建設。鼓勵各級地方政府按照《可再生能源法》和有關政策的要求，結合本地區實際，安排必要的財政資金支持生物質能發展。充分發揮政府投資的引導作用，調動企業自籌資金投入生物質能建設的主動性。創造良好的投資環境，積極爭取金融部門、國際組織等的資金支持，廣泛吸引社會、個人和外資的投入。

　?。ǘ┘铀偕镔|能轉化利用技術開發、示范和推廣應用

　　加大對生物質能基礎性研究的支持力度，加快具有自主知識產權的新能源技術開發步伐，改變部分生物質能轉換技術落后的現狀，力爭在未來全球性生物質能多項技術競爭中占領制高點。重點是針對秸稈固化模具磨損快、氣化焦油含量高，以及能源作物優良品種繁育、產品儲存和運輸等方面的問題，積極引進國外先進技術和經驗，加強科技攻關，在農作物秸稈高能效低能耗轉化、纖維素生產燃料乙醇、轉基因技術提供生物質原料等方面開展研究，爭取在新品種、新原料、新工藝、新設備等方面取得突破，逐步形成產學研相結合的技術研發、示范推廣和產業服務體系[18]。同時，加快成果轉化，作好試點示范工作，爭取在資源優勢明顯、基礎條件較好的地區，先期啟動一批生物質固化成型和氣化燃料、能源作物品種選育和栽培種植、規模化養殖場大中型沼氣工程示范基地建設項目，并在此基礎上，總結經驗，穩步推進農業生物質能產業的健康發展。

　　（三）建設和完善服務保障體系

　　整合資源，完善技術和產業服務體系，全面提升生物質能技術創新能力和產業服務水平。積極探索沼氣技術推廣服務機制，爭取國家資金傾斜，引導形成縣、鄉、村三級服務網絡，在農戶建設、管理和使用過程中提供全面的服務，確保農村沼氣事業的持續健康發展。針對農作物秸稈分布廣、收集運輸難等問題，建立農作物秸稈收集配送等產業服務體系。積極引導農民發展能源作物種植、農作物秸稈收集與預處理等專業合作組織，建立生物質原料生產與物流體系。

　　（四）健全促進生物質能發展的法規政策體系

　　根據《可再生能源法》，研究制定支持生物質能發展的配套法規和政策措施，出臺財政補貼、投資政策、稅收優惠、用戶補助等經濟激勵政策。加大對生物質能產業的補貼力度，對從事生物質能技術研發和設備制造等企業給予所得稅優惠。對使用生物質氣化、固化成型燃料爐具的農戶給予一次性補貼。加大對種植能源作物土地開發和整理的投入力度，對開發低質土地種植能源作物的農戶給予補貼。建立健全產品收購流通體系和市場準人制度，將以甘蔗、甜高粱、木薯、甘薯等為原料的燃料乙醇納人現有的油品銷售體系。此外，盡快完善農業生物質能標準體系，并組織做好標準宣貫工作。