隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國的能源消耗與日俱增?，F(xiàn)在，我國能源年消耗量占世界能總消耗量的20%以上，而且呈現(xiàn)上升的態(tài)勢(shì)。我國生物多樣性豐富，據(jù)調(diào)查，我國有油料植物為151科697屬1554種，其中種子含油量大于40%的植物有154種。且我國的可開發(fā)生物質(zhì)資源總量為7t左右標(biāo)準(zhǔn)煤，其中農(nóng)作物秸稈約3.5億t，占50%以上。因此，加大生物質(zhì)能源的開發(fā)利用，進(jìn)行農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能源發(fā)掘利用，不僅可解決農(nóng)民的增收和“三農(nóng)”問題，還可解決目前中國面臨的能源短缺、環(huán)境污染、食品安全等重大社會(huì)經(jīng)濟(jì)問題。
一、生物質(zhì)能源的利用現(xiàn)狀
1、直接燃燒
直接燃燒主要包括爐灶燃燒、焚燒垃圾、鍋爐燃燒壓縮成型燃料、聯(lián)合燃燒。爐灶燃燒是傳統(tǒng)的用能方式，因其效率低而在逐漸被淘汰。焚燒垃圾是鍋爐在800℃-1000℃高溫下燃燒垃圾可燃組分，將釋放的熱量來供熱或發(fā)電。
壓縮成型燃料燃燒是先將生物質(zhì)壓縮成密度大的性能接近煤的物質(zhì)，再將其燃燒發(fā)電，因其排放的污染尾氣小而發(fā)展前景良好。聯(lián)合燃燒是將生物質(zhì)摻入燃煤中燃燒發(fā)電，此法可減少SO2、NO2等污染氣體的排放。
2、物化轉(zhuǎn)化
物化轉(zhuǎn)化主要包括干餾技術(shù)、生物質(zhì)氣化技術(shù)及熱裂解技術(shù)等。干餾是把生物質(zhì)轉(zhuǎn)變成熱值較高的可燃?xì)?、固定碳、木焦油及木醋液等物質(zhì)?？扇?xì)夂淄?、乙烷、氫氣、一氧化碳、二氧化碳等，可做生活燃?xì)饣蚬I(yè)用氣，木焦油是國際緊俏產(chǎn)品，木醋液可形成多種化工產(chǎn)品。
生物質(zhì)氣化是在高溫條件下，利用部分氧化法，使有機(jī)物轉(zhuǎn)化成可燃?xì)怏w的過程。產(chǎn)生的氣體可直接作為燃料，用于發(fā)動(dòng)機(jī)、鍋爐、民用爐灶等場(chǎng)合。
3、生化轉(zhuǎn)化
生化轉(zhuǎn)化主要包括厭氧消化技術(shù)和酶技術(shù)。厭氧消化是利用厭氧微生物在缺氧的情況下將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為CH4、CO等可燃?xì)怏w。同時(shí)得到效果很好的可用作農(nóng)田的肥料的厭氧發(fā)酵殘留物。酶技術(shù)是利用微生物體內(nèi)的酶分解生物質(zhì)，生產(chǎn)液體燃料，如乙醇、甲醇等。
二、生物質(zhì)能源的利用技術(shù)
1、沼氣發(fā)酵技術(shù)
沼氣發(fā)酵是有機(jī)物質(zhì)在一定溫度、濕度、酸堿度和厭氧條件下，經(jīng)過沼氣菌群消化的過程。沼氣發(fā)酵可生產(chǎn)沼氣作為能源，又可處理有機(jī)廢物以保護(hù)環(huán)境，經(jīng)沼氣發(fā)酵后的沼渣、沼氣液是優(yōu)化的有機(jī)肥料。
圖1、沼氣發(fā)酵示意圖
近年來，我國政府又加大了對(duì)農(nóng)村沼氣建設(shè)的力度并投入了巨大的人力和財(cái)力以及出臺(tái)了相關(guān)的政策給予強(qiáng)有機(jī)的支持。目前，我國已經(jīng)掌握了畜禽糞便、工業(yè)有機(jī)廢水等有機(jī)廢棄物的厭氧消化技術(shù)，具備了沼氣大規(guī)模開發(fā)利用的技術(shù)、裝備和施工能力。
2、燃料乙醇技術(shù)
燃料乙醇主要是以糖類、淀粉和纖維素為原料經(jīng)過發(fā)酵工藝而得到。由于其產(chǎn)量收到糧食資源的限制，成本高，難以形成大規(guī)模生產(chǎn)，因而長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮必須尋找豐富且廉價(jià)的原料來源。由于纖維質(zhì)原料非常豐富且成本較低，因此這方面的研究主要是集中在纖維素方面。
3、生物柴油
生物柴油的生產(chǎn)是指將植物油、動(dòng)物油脂、廢食用油以及油料作物等為原料，在以甲醇或乙醇為催化劑作用下，將溫度加熱到230-250℃下進(jìn)行酯化反應(yīng)，生辰生物柴油的過程。
近幾年來，我國在生物柴油研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面也取得了很大的進(jìn)展。目前，我國已可以利用菜籽油、大豆油、米糠下腳料等為原料生產(chǎn)生物柴油。生物柴油具有對(duì)環(huán)境友好、不容易意外失火、儲(chǔ)運(yùn)和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，是一種值得大力開發(fā)和利用的新型能源。
4、生物質(zhì)固化成型技術(shù)
生物質(zhì)固化技術(shù)是指在高壓或高溫高壓下通過生物質(zhì)中木質(zhì)素的塑化黏合，把原來疏松的生物質(zhì)壓縮成密度高密度的高品質(zhì)成型燃料，以便儲(chǔ)運(yùn)和高效率燃燒的技術(shù)。
我國用于生物質(zhì)成型燃料的原料大部分是農(nóng)作物秸稈、農(nóng)產(chǎn)品加工剩余物、林業(yè)生物質(zhì)資源等。其中，秸稈是固體成型燃料原料的主要來源。我國農(nóng)作物秸稈數(shù)量大、種類多、分布廣，每年秸稈理論資源約為8.2億t，約折合4.1億t標(biāo)準(zhǔn)煤，為達(dá)到生物質(zhì)成型燃料成為普遍使用的優(yōu)質(zhì)燃料的目標(biāo)，我國將加大力度開發(fā)，并高效、合理地利用生物質(zhì)能。
5、生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)
目前，利用生物質(zhì)發(fā)電主要有3中形式：生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電、沼氣發(fā)電和生物質(zhì)氣化發(fā)電。據(jù)世界自然基金會(huì)發(fā)表的最新報(bào)告稱，到2020年工業(yè)發(fā)達(dá)國家15%的電力將來自生物質(zhì)能發(fā)電。
根據(jù)《可再生能源“十一五”規(guī)劃》要求，到2020年，生物質(zhì)發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到3.0×107kW時(shí)，可替代化石能源將超過6萬t標(biāo)準(zhǔn)煤。這足以說明，在不就得將來，生物質(zhì)發(fā)電在整個(gè)發(fā)電產(chǎn)業(yè)中將扮演越來越重要的角色。
三、開發(fā)生物質(zhì)能源的重要意義
1、解決“三農(nóng)”問題
“三農(nóng)”問題是我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活中急需解決的一大問題，也是我國能否實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和全面建設(shè)小康社會(huì)的關(guān)鍵性問題。促進(jìn)生物質(zhì)能的開發(fā)利用不但有利于加快新農(nóng)村特別是貧困地區(qū)和少數(shù)民族地區(qū)的發(fā)展，而且有利于發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境保護(hù)的可持續(xù)發(fā)展。
由于我國農(nóng)村人口眾多，生物質(zhì)資源不集中且資源浪費(fèi)嚴(yán)重，因此大力發(fā)展沼氣池、生物質(zhì)成型燃料、生物液體燃料以及生物質(zhì)發(fā)電等生物質(zhì)能技術(shù)，不但能解決農(nóng)村資源的浪費(fèi)以及資源利用效率低等問題，而且有利于改善農(nóng)村環(huán)境衛(wèi)生和居住區(qū)生活條件。
未來能源林業(yè)和能源農(nóng)業(yè)的大規(guī)模發(fā)展，還將增加農(nóng)村就業(yè)機(jī)會(huì)，提高農(nóng)民收入，推動(dòng)農(nóng)村城鎮(zhèn)化建設(shè)，振興農(nóng)村經(jīng)濟(jì)。
2、減少環(huán)境污染、保護(hù)生態(tài)環(huán)境
在我國各種主要的能源當(dāng)中，煤炭占據(jù)著主導(dǎo)地位，同時(shí)，煤炭的大量使用也給當(dāng)?shù)?、地區(qū)和全球的環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。目前，我國溫室氣體(GHG)的排放已經(jīng)超過了世界排放量要求的13%。
根據(jù)世界銀行公布的數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)到2020年我國的GHG排放有可能占到世界排放總量的20%。通過開發(fā)和使用生物質(zhì)能替代化石能源，減少溫室氣體排放，從根本上解決農(nóng)村普遍存在的“畜牧公害”和“秸稈問題”，是我國發(fā)展生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)期目標(biāo)。
表1、我國生物質(zhì)能應(yīng)用規(guī)模與發(fā)展目標(biāo)
3、保證國家能源安全
傳統(tǒng)的礦物質(zhì)能源是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展和進(jìn)步的發(fā)動(dòng)機(jī)，目前全球總能耗的75%來自煤炭、石油、天然氣等。但是，礦物能源是有限的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球化石能源的枯竭將不可避免，其峰值將出現(xiàn)在2020-2030年，并在21世紀(jì)開采殆盡（如表2所示）。
預(yù)計(jì)2020年能源消費(fèi)量將達(dá)到30億t標(biāo)準(zhǔn)煤以上，到2050年可能要達(dá)到50億t標(biāo)準(zhǔn)煤以上。因此，開發(fā)利用生物質(zhì)能已成為解決我國能源問題的戰(zhàn)略選擇。
表2、世界能源擁有量及可利用情況
四、生物質(zhì)能利用的發(fā)展趨勢(shì)
生物質(zhì)能源是重要的可再生能源，目前，世界能源消費(fèi)的40%來自生物質(zhì)能源。我國是一個(gè)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國，擁有豐富的生物質(zhì)能資源。
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)及對(duì)生態(tài)時(shí)尚“三生態(tài)”的不斷追求，化石能源逐漸枯竭，對(duì)包括生物質(zhì)能在內(nèi)的可再生資源的合理、高效地開發(fā)利用，必然將愈來愈受到各國政府和科學(xué)家的高度重視。
