贺庆棠：生物质能源开发和利用问题

　　发展生物质能源，缓解全球能源危机，已成为一项世界性的行动。地球上每年产生的生物质，如果作为能源，相当于人类目前每年消耗的化石能源的20倍以上。虽然这些生物质不可能都作为能源，但起码说明，生物质能源至少可以部分替代石油、煤炭等化石能源。

　　全球化石能源可开采年限，石油不到50年，天然气不到60年，煤不到270年。世界已进入能源不安全期。目前我国的石油年需求量约为4.5亿吨，年净进口石油量已达40%以上。开发和利用生物质能源，替代部分化石能源，同时也可以有效减缓温室效应引起的气候变化，增加碳汇，节能减排，改善城乡环境，承担起一个负责任的大国应承担的缓解全球气候变化的责任。下面就生物质能源开发利用有关问题，谈点看法，供参考。

　　一、生物质和生物质能源

　　1.生物质是指利用大气、水、土地等外界环境条件，进行光合作用而产生的各种有机体即有生命的可生长的有机物质的通称包括植物、动物和微生物。广义的概念是包括所有植物、微生物及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。如：农作物及其废弃物，木材及废弃物和动物糞便。狭义的概念是包括农林生产过程中除粮食果实外的桔杆、树木等木质纤维素（木质素）、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中禽畜糞便和废弃物等。其特点为：可再生性、低污染性、广泛分布性。

　　2.生物质能：是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式。也就是以生物为载体的能量，它直接来自绿色植物光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料。生物质能是取之不尽，用之不竭的可再生能源，也是可再生碳源。

　　有机物中除矿物燃料外，来源于动植物能源物质均属生物质能。包括木材、森林废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物，动物糞便等。生物质能源丰富，是无害能源。每年全球光合作用产生生物质1730亿吨，其含能量为全世界消耗能源量的10-20倍，目前生物质能的利用率不到3%。

　　二、生物质能源的分类及特点

　　依据来源不同，可将适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城乡固体废物和禽畜粪便等五大类。

　　1.林业资源：林业生物质能源是指森林生长和林业生产过提供的生物质能源，包括能源林、薪炭林、在森林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、树叶和木屑、梢头、板皮和截头等；林业副产品的废弃物，如果壳和果核等。

　　2.农业资源：农业生物质能源是指农业作物（包括能源作物）；农业生产过程中的废弃物，如农作物收获时残留在农田内的农作物秸秆（玉米秸、高梁秸、麦秸、稻草、豆秸和棉杆等）；农业加工业的废弃物、如农业生产过程中剩余的稻壳等。能源植物泛指各种用以提供能源的植物，通常包括草本能源作物、油料作物、制取碳氢化合物植物和水生植物等几类。

　　3.生活污水和工业有机污水：生活污水主要由城乡居民生活、商业和服务业的各种排水组成，如冷却水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水、粪便污水等、工业有机废水主要是酒精、酿酒、制糖、食品、制药、造纸及屠宰等行业生产过程中排出的废水等，其中都富有有机质。

　　4.城乡固体废物：主要由居民生活垃圾、商业和服务业垃圾和建筑垃圾等固体废物构成。其组成成分复杂，受到多方因素包括生活水平、传统习惯、自然条件和季节变化等因素影响。

　　5.畜禽糞便：它是其他形态生物质（主要是粮食、农作物桔杆和牧草等）转化形成，包括畜禽便出糞便、尿及其与垫草混合物。

　　生物质能的特点

　　1.可再生性：生物质能属可再生资源，它通过植物光合作用可再生，与太阳能、风能等同属可再生能源，资源丰富，可保证能源的永续利用。

　　2.低污染性：生物质的硫和氮含量低，燃烧过程中生成Sox、Nox较少；生物质作燃料时，由于它生长时需要的co2相当于它排放的co2的量，因而对大气的co2净排放量近似于零，可有效减轻温室效应。

　　3.分布的广泛性：缺乏煤炭的地方，可充分利用生物质能源。

　　4.生物质燃料十分丰富：生物质能是世界第四大能源，仅次于煤炭，石油和天然气。据生物学家估计，地球陆地每年生产1000-1250亿吨生物质，海洋生产500亿吨生物质。生物质能源的年生产量远远超过全世界能源总需求量，相当于目前世界总能耗的10倍。我国开发生物质能源到2010年已达3亿吨。随着农林业发展、能源作物、能源林和薪炭林的大量推广，生物质能源还将越来越多。

　　三、我国生物质能的资源状况

　　我国拥有丰富的生物质能资源，据测算，我国理论生物质能资源为50亿吨左右标准煤，是目前中国总能耗的4倍左右。在可收集的条件下，我国目前可利用的生物质能资源主要是传统生物质，包括农作物秸秆、薪柴、畜禽粪便、生活垃圾、工业有机废渣废水等。

　　农业产出物51%转化为秸秆，年产能6亿吨，约3亿吨可作燃料使用，折合1.5亿吨标准煤；林业废弃物年可获得量约9亿吨，约3亿吨可能源化利用，折合2亿吨标准煤。甜高粱、小桐子、黄连木、油桐等能源植物可种植面积达2000多万公顷，可满足年产量约5000万吨生物液体燃料的原料需要。畜禽养殖和工业有机废水理论上可产沼气约800亿立方米。

　　生物能源燃料既有助于促进能源多样化，帮助我们摆脱对传统化石能源的依赖，还能减少温室气体排放，缓解对环境压力。所以，它被视为替代燃料之一，对于能源安全有着积极意义，对缓解能源危机有重要作用。

　　据国家林业局资料，林业生物质能源有三类：第一类是木质燃料资源，如能源林、薪炭林、灌木林和林业剩余物等总量约3亿吨/每年；第二类是木本油料资源，中国有种子含油率超过40%的木本植物154种，油桐、黄连木、文冠果、油茶等现有面积420万公顷，果实产量约559万吨；第3类是木本淀粉资源，如全国橡子年产量约为2000万吨，可生产燃料乙醇近500万吨。我国约有4404万公顷宜林荒山、荒地可供培育能源林，有近1亿公顷盐碱地、沙地以及矿山、油田复垦地等边际性土地，可用于发展能源林；约有600万公顷疏林地及5312万公顷郁闭度小于0.4的低产林地，可较大幅度通过改造后增加森林资源量。

　　四、生物质能源的利用

　　1.主要利用形式：

　　（1）气体化：主要转化为沼气，用于家庭及社区群体用户。

　　（2）成型燃料：主要是乡镇企业在生产，用于农村家庭能源，也有中小企业做固体能源用。

　　（3）燃烧发电：利用农林剩余物做燃料发电。这是一项成熟技术，已大规模发展。如山东单县的国家级生物质发电示范项目已投产，装机容量为2.5万kw。

　　（4）燃料乙醇和甲醇：把生物质能转化为乙醇与汽油混合使用，已较普遍。也有的用生物质转化为甲醇，添加在汽油中使用，但发现甲醇腐蚀发动机，有毒性，后被放弃了。不过甲醇生产简单，价格低廉，仍有人在开发。

　　2.加工技术

　　（1）气化：生物质气化燃料，主要通过厌氧发酵产生沼气，技术完善，已大力推广。

　　（2）压缩燃料：把生物质压缩成型、提高密度、便于运输。有的压缩制为颗粒燃料、用于取暖及生活用。

　　（3）燃烧发电：最简便可行。河北山东等地建立了我国第一批农林废弃燃烧发电厂，广西和广东等地也有小型发电机组300余台；云南也有甘蔗渣电厂等。

　　（4）燃料乙醇：以秸秆及林产剩余物为原料，转化为乙醇，主要问题是转化率仅30%，仍在实验研究之中，一些研究机构还在开发更好发酵技术。

　　（5）生物柴油：主要是把含油生物质设法萃取出来，经过提炼加工，成为柴油发动机燃料，替代化石柴油，目前国内外正大力研究，离商业化还有距离。

　　五、我国生物质能源发展情况

　　我国生物质固体成型燃料技术和设备已取得突破，有效解决了功率大、生产效率低、成型部件寿命短等问题，并实现了商业化。到2010年全国已建成500个秸秆固化成型燃料应用示范点，利用量年达100万吨。吉林省利用林业剩余物为原料生产高密度颗粒燃料，生产能力为年产量4.5万吨。

　　毛乌素电厂以广大沙漠地区种植的沙柳、柠条、花棒等灌木平茬材料为原料，全年发电1.3亿千瓦时（度）电，co2减排13万吨，提供就业岗位7000多个，拉动治沙面积2.2万公顷。

　　2000年我国开始燃料乙醇生产，年产100万吨。到2006年9月全国各地生物质燃料项目已有近百个。

　　广东茂名建成国内利用植物油为原料生产生物柴油，已取得技术突破，使我国生物柴油合成领域占据了世界生物柴油技术的制高点。

　　国家发改委重点扶持部分大型企业10个，以木薯、甘蔗、纤维素等生产乙醇项目正在建设，四川已建成麻疯树柴油加工厂，年产2万吨。

　　总之，我国生物质能源正在大力发展，今后15年，我国生物质能发展重点是生物质发电、沼气工程、生物液体燃料和生物固体成型燃料。

　　（作者系发展中国论坛农业专家委员会委员，北京林业大学原校长，林学博士、教授、博导）