解決能源危機，減緩全球變暖成為各國政府首要解決的社會、科學和環境問題。應對挑戰，建設生物質資源的可持續利用和保護生態環境，已經成為世界各國高度關注的焦點和戰略問題。毋庸置疑，21世紀是人類社會從化石能源走向可持續能源的時代，人類著重于節約、清潔、高效利用化石能源，同時還必須致力發展先進、安全、可靠、清潔的可再生能源。優化能源結構，合理利用生物質資源，不僅可以減少化石能源的消耗，保護資源，還能降低環境污染，減少環境壓力。發展環境友好的生物質能源及其生物基產品產業技術已成為轉變經濟增長方式，是保障生態鏈良性循環，實現經濟社會可持續發展的戰略需求。
環境污染嚴重是我國所面臨的嚴峻能源局勢，長期以來，我國能源資源單一，供應不足，依靠現有的以化石燃料為主的能源結構難以滿足經濟發展的需要。以石油為例，我國的石油儲量只有世界總儲量的2%，2010年進口石油約2.39億噸，比上年增長約17%．進口依存度已達55%，再次破50%的警戒線。估計到2020年需要進口的石油比重將高達60%以上。生物質能是分散的地域性資源，主要分布在農村地區。發展生物質能源有助于解決農村資源、環境、農業嚴業現代化建設和C02減排，還能促進新農村建設。“十二五”期間要將我國非化石能源占一次能源消費比重提高到11. 4%．因此，大力發展具有巨大資源潛力的生物質可再生能源，建立多種能源形式并存的可持續發展能源體系，緩解能源短缺的局面，對促進能源、經濟與環境的協調發展具有重要的意義，已成為事關我國國民經濟發展、國家安全和社會進步的重大課題，是國家能源戰略的必然選擇。《國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》也明確提出，要“建設資源節約型、環境友好型社會”，并將“新能源產業作為戰略性新興產業創新發展工程”。
目前我國已初步形成了以沼氣利用、生物質成型固體燃料（經
顆粒機、
秸稈壓塊機壓制生產而成）、燃料乙醇和生物柴油等多種形式的生物質能源利用模式，這些技術模式對解決能源與環境問題，促進我國生物質能源發展發揮了積極的作用。本文通過對國內外典型生物質能源技術發展現狀進行比較分析，提出我國生物質能源的階段發展模式和區域發展特點。
1、不同生物質能源利用技術及發展現狀
1.1 沼氣利用技術及發展現狀
1.1.1農村戶用沼氣技術
沼氣在我國的發展已有較長歷史。我國政府歷來十分重視沼氣建設，上世紀70年代起，就開始探索大規模的應用沼氣，以農村戶用沼氣池為重點是這一時期沼氣發展的主要特點。從2004年開始，中央連續四年的一號文件對加快農村沼氣建設都提出了明確要求，并成功引用國債資金發展農村沼氣建設，“十一五”以來，中央累計投入農村沼氣建設資金達212億元，有力地推動了我國沼氣產業的快速發展。截止到2010年底，全國已建成戶用沼氣4000萬戶，鄉村服務網點8萬個，縣級服務站700個，占全國適宜農戶的33. 3%，受益人口達1.55億人。近年來戶用沼氣技術研究與開發取得了重大進展，如在新材科使用開發出了玻璃鋼沼氣池、軟體池等新池型；在發酵工藝上開發出了干發酵工藝、農作物秸稈發酵工藝等。沼氣是目前我國農村可再生能源中技術最成熟、適應面最廣、建設和運行成本最低、發展基礎最好、農民最易接受的技術，在改善農村生活用能和環境建設做出了貢獻。在國家政策引導和投資支持下，農村沼氣建設快速發展，給農村生產生活方式和環境生態建設帶來了積極而深遠的影響。
1.1.2大中型沼氣工程
在政府的大力支持下，大中型沼氣工程向規模化、工業化、商業化方向發展，建設速度年平均增長達40%。截止到2010年，全國已建成小型沼氣6.5萬處，規模化養殖場大中型沼氣工程3. 95萬處，約為我國規模化養殖場總數的0.06%。根據我國《可再生能源中長期發展規劃》，到2020年，將累計建成農村戶用沼氣8000萬戶，建成大型畜禽養殖場沼氣工程10000座、工業有機廢水沼氣工程6000座，年產沼氣約440億立方米。規模化沼氣產業能有效拉動相關產業發展，促進產業結構調整和經濟增長方式轉變，成為新的經濟增長點。
現階段我國大中型沼氣工程技術取得了突破，如在畜禽發酵工藝上提出高濃度發酵工藝、固液分離理念等。在純秸稈發酵工藝上，升發出“豎向推流式秸稈厭氧消化技術”等多種工藝。我國沼氣發電工程占大中型沼氣工程比例10%左右，到2010年沼氣發電容量為80萬kW，沼氣發電單機容量在0.2～0.7 MW的沼氣發電機組熱效率達到29%～33%，比德國等發達國家同類型的沼氣發電機組的熱效率至少低5%；發電余熱回收率在40%左右，比德國余熱回收設備低5%～6%。純燃沼氣發電機組的單機容量較小、發電效率偏低，發電并網項目更為有限，目前僅有蒙牛澳亞牧場沼氣發電項目（裝機容量1.26 MW）、北京德清源沼氣發電項目(裝機容量2 MW)、山東民和牧業沼氣發電項目（裝機容量3 MW）等數十處大型沼氣發電項目并網發電。沼氣產業被列入國家產業結構調整鼓勵類產業
《產業結構調整指導目錄（2011年本）》，充分表明了國家重視沼氣產業化發展。
在國外，德國、丹麥、瑞典等歐洲國家，以及亞洲的日本，都把發展大型沼氣工程作為可再生能源重要戰略措施之一和發展循環經濟的重要組成部分，制定了一系列相關政策。到2010年，德國沼氣發電總裝機容量達1300 MW，年發電量為89億度，據德國沼氣協會估計，到2020年裝機功率將達到9500兆瓦。丹麥20多冢沼氣廠全部實施電、熱、肥聯產。2011年6月28日我國與德國政府磋商聯合新聞公報：“在中德農業合作聯委會框架下組建中德生物質能工作組及中德畜牧業創新技術中心，重點加強在沼氣和畜牧業創新領域的技術合作”。必將推動中國沼氣技術與西方沼氣先進技術的融合，推動大中型沼氣工程建設。
1.1.3沼氣高值化利用技術
沼氣高值化利用是提高沼氣工程經濟效益的有效途徑。歐洲國家非常重視沼氣的高附加值開發利用，其技術處于國際領先水平，例如車用燃料，即把沼氣提純凈化成高熱值氣體能源，作為民用燃料或汽車燃料，該技術在歐洲已實現工業化生產，發展迅速。瑞典沒有化石燃料資源，缺油少氣，沼氣已先于燃料乙醇進入了運輸燃油系統，把凈化沼氣壓縮至200 kg/cm作為汽車、火車燃料，在車用沼氣生產和利用方面走在世界前列。在南部的Linkoping市76%的公交車、70%的出租車使用沼氣燃料，使用沼氣燃料的轎車已超過20000輛，還開通了使用沼氣作為燃料的火車。梅賽德斯和大眾汽車公司在今年向瑞典推出新型的沼氣小汽車，進一步鼓勵沼氣燃料的銷售。倫敦“新能源金融公司”的分析師伊姆加特·赫羅爾德說：“沼氣作為一種汽車燃料，也適合于瑞士、法國、德國和奧地利使用。”瑞典政府發表的《邁向2020的無油國家》宣言中，還提出了將在2020年成為全球第一個不使用石油的國家。
沼氣高值化利用在我國的發展相對滯后，不過也有一些技術申請了相關專利，如四川亞聯高科技有限責任公司開發的利用變壓吸附氣體分離技術( PSA)，從沼氣中回收濃縮甲烷，使得沼氣作為新型能源的應用有了實質性的進展。中國首個車用沼氣項目“海口沼氣清潔公交新能源示范項目”已落戶海南省澄邁縣，項目占地2萬公頃，2009年8月開工建設，將于2011年底建成投產。沼氣產業將向高值化利用邁進。
1.2生物質固體成型燃料技術及發展現狀
生物質固體成型燃料技術是生物質能主要利用技術之一，是以農林加工的廢棄物如木屑、秸稈、稻殼、樹皮等生物質為原料，通過預處理和加工，將其固化成形為高密度的顆粒燃料，以提高其運輸和貯存能力，并改善生物質燃燒性能，從而提高利用效率，是替代燃煤的理想燃料。截至2009年底，我國有生物質固體成型燃料生產廠260余處，年生產能力約76.6萬噸，主要用于農村居民炊事取暖用能、工業鍋爐和發電廠的燃料等，年減少溫室氣體排放83萬噸，為農民增收節支2.3億元。根據我國《可再生能源中長期發展規劃》：到2020年年利用量則達到5000萬噸，發展潛力巨大。
國內外生物質能固體成型燃料技術及設備的研發已經趨于成熟，建立了比較完善的標準體系，形成了從原料收集、預處理到生物質固體成型燃料生產、配送、應用整個產業鏈的成熟體系和模式。我國生物質固體成型技術的研究開發已有二十多年的歷史，進入2000年以來，在技術上取得了明顯的進展，成型設備的生產和應用已初具規模，如秸稈固體成型的關鍵技術“模輥擠壓式顆粒成型技術”，已經達到國際同類產品先進水平，有效地解決了功率大、生產效率低、成型部件磨損嚴重、壽命短等問題，并已初步實現商業化。各地因地制宜發展，初步形成了“農戶+秸稈經紀人+企業”、“農戶+企業+政府”等各具特色的秸稈收儲運模式。不過與國外相比，還存在著設備能耗過高、磨損嚴重和使用壽命短等問題（見表1），其產能水平有待于進一步提高，設備對原料的含水率要求較高，缺乏成熟的可移動的成型設備等。這些存在的問題可通過政府扶持研發單位和新型生物質能用戶進行補貼，加大科研投入，積極研發新工藝和新設備，引進國外先進設備，消化吸收，減少生產成本形成產業化生產等途徑來解決。
1.3燃料乙醇技術及發展現狀
燃料乙醇產業是當前可行性最高的液體燃料，自2000年我國推行“乙醇汽油政策”以來，已經有9個省全部或部分推廣乙醇汽油，對我國農業、能源工業、汽車制造業以及國民經濟產生了積極而深遠的影響，形成了以非糧作物木薯、甘薯和甜高粱等為原料的燃料乙醇工業。到2010年，我國燃料乙醇產量已達541. 55百萬加侖，位列美國及巴西之后，居世界第三位。據預測，到2020年，我國生產的纖維素乙醇將可以替代3100萬噸汽油，每年可帶來320億元的收入。
未來將逐步向以木質纖維素為原料的趨勢發展，歐盟國家和美國的中長期生物質能源發展路線圖中均將其作為2010年后生物質燃料產業化的主要目標，我國的纖維素類生物質原料非常豐富，將其轉化成燃料乙醇有很大的潛力。以木質纖維素為原料的第二代生物質燃料開發既是研發的熱點也是難點，國內外已在木質纖維素轉化燃料乙醇方面開展了大量研究，從資源評估、預處理技術、菌種改造和發酵工藝等取得了一些的進展，不過還有一些技術瓶頸問題亟待解決。目前整體水平尚處于中試階段，距離產業化應用仍還有一定的距離。主要體現在：一是對原料的生物質能轉化特性和轉化機制尚缺乏充分的基礎研究，尚未形成高效的組分分離技術（預處理技術）；二是缺乏能夠同時高效利用纖維素類水解物（主要為葡萄糖和木糖混合物）的發酵菌株，這是制約纖維素乙醇生產的關鍵因素。三是生物煉制技術處于起步階段，需要大量基礎性實驗和理論研究。高效和高脅迫適應性菌株的構建一直是制約纖維素乙醇的重要因素，盡管對纖維素發酵的菌種進行了大量的工作，得到了具有一定效率的重組菌株，但這些工作是基于單個基因或是某個代謝途徑的幾個基因的改造，只是改變了細胞的局部，部分了改變細胞的代謝平衡及探知其新的表型，這種改變是有限的，并沒有解決纖維素乙醇發酵的復雜問題，致使構建得到的重組菌株未能實現商業化應用。要使纖維素燃料乙醇實現產業化，須有簡捷高效的預處理技術、降低纖維素酶的成本和培育高效的乙醇發酵菌株。
1.4生物柴油技術及發展現狀
生物柴油技術按原料來源劃分主要包括餐飲廢油或地溝油制取生物柴油技術、植物（如麻瘋樹等）生物柴油技術、藻類生物柴油技術和產油微生物制取生物柴油技術（見表1）。經過多年的研究和發展，形成了熱解法、微乳化法、酯交換法、超臨界法和生物酶法等多種物理、化學和生物法制取生物柴油工藝，在技術上已不存在太多技術瓶頸。國外因高油價刺激了發展生物柴油新高潮，在一些歐美國家和日本已形成產業。我國生物柴油原料的特色是一方面利用野生含油樹木種子，另一方面利用大量的廢棄油脂（如地溝油、泔水油等），但開發利用還處于發展初期，面臨諸多問題，不僅需要解決制約生物柴油發展的原料規模化供應和工藝優化問題，還需解決油料能源植物“與糧爭地”的問題。
新的生物柴油來源成為全球的熱門課題，生物柴油可持續發展最重要的因素是具有適當的區域原料，國內外均在加大研發力度。產油藻類由于含有大量的生物油脂，部分品種含油達70%，而且光合作用效率高，生長迅速，10天至兩周就可以完成一個生長周期，占地少，產能效率高，因而被認為是很有發展前景的生產生物柴油的原料。如果能找到最適宜的品種，培育得當，藻類將是非常有潛力的生物柴油來源。澳大利亞、德國和美國等國專家以及美國能源部、英荷殼牌石油公司等對藻類減排產能進行了研究，并有研究報道說，微藻既能吸收大量二氧化碳，又能輕易轉化成多種燃料，在控制全球氣候變化和促進能源生產兩方面都存在巨大潛能，因此，微藻作為一種新的生物能源資源和減排的技術手段，值得我們關注和重視。
近年來，微生物油脂資源也逐漸引起關注。某些微生物在一定條件下能將碳水化合物、碳氫化合物和普通油脂等碳源轉化為菌體內大量貯存的油脂，稱為微生物油脂，又稱為單細胞油脂。細菌、酵母、霉菌、藻類中都有產油菌株，以酵母菌和霉菌類真核微生物居多，富含飽和和低度不飽和的長鏈脂肪酸，是生產生物柴油的潛在原料，具有廣闊的研究發展空間。但目前該技術尚處于研究初期階段，應充分利用現代分子生物學和生物化工技術的最新成果，加快對產油微生物菌種篩選、改良、代謝調控和發酵工程的斫究，降低獲取成本，使微生物產油的研究領域取得更快的發展。
1.5生物質直燃發電技術及發展現狀
生物質發電是目前世界范圍內較成熟的生物質能利用技術，包括生物質燃燒發電和生物質氣化發電。生物質發電自20世紀后期以來取得較快發展，總體上看技術已經成熟，并在歐美等國形成產業化應用，成為生物質能利用的重要領域，主要包括直接燃燒發電、生物質直接混合燃燒發電、生物質氣化混合燃燒發電和沼氣發電等技術。我國已建成投產的生物質發電項目，主要是沼氣發電、垃圾焚燒發電和秸稈發電。在21項秸稈發電項目中，基本上采用生物質直燃發電技術。我國《可再生能源中長期發展規劃》：到2020年生物質發電總裝機容量達到30000 MW。截止到2010年上半年，我國陸續投產純燃生物質的電站30個，總裝機容量約750 MW。
目前我國生物質發電存在的問題，原材料價格波動起伏，供應量較大，難以保證原料的均衡供應；一些關鍵發電設備需要引進，導致投資增大；此外還缺乏對該技術的適宜度研究分析。國內學者侯剛等運用層次分析法和多目標線性加權函數法從耕地資源潛力、秸稈原料供應、市場需求狀況和產業發展成本四個層面共選取了耕地資源總量、耕地資源量波動水平、秸稈資源總量、秸稈產量波動水平、用電量、用電量增長率、秸稈資源密度和人均CDP等8個指標建立了中國秸稈發電區域適宜度評價指標體系和評價模型，結果顯示我國各省區秸稈發電適宜度存在較大差異，綜合適宜度較高的是河南、山東、安徽、江蘇、河北、黑龍江、吉林等我國中部和東北糧食主產區；綜合適宜度較低的是北京、上海、天津、浙江等東部經濟發達區和青海、寧夏、甘肅、陜西等西北農牧區；其余區域秸稈生物質發電的適宜程度一般。沼氣發電可作為在不適宜秸稈發電項目地區的重要組成部分。
1.6 生物質氣化技術及發展現狀
生物質氣化是通過熱化學的方法，將生物質轉化為含有CO，H2，CH。等氣體的過程。生物質通常含有70%～90%的揮發分，且含氧量高，比煤具有更高活性，因此，生物質中的C，H，O在相對較低的溫度下就可以轉化為揮發分，包括燃氣和液體產物，并可獲得生物質炭。生物質熱解氣化可獲得燃氣、生物油和生物質炭3種產物，其中高品位的燃氣既可以作為工業或民用燃料，供生產、生活直接燃用，也可以通過內燃機或燃氣輪機發電，進行熱電聯供，或者進一步合成生產液體燃料、有機化工產品；生物油可通過進一步的分離或提取制成燃料油、化工原料等；生物質炭則可用作活性炭原料或者進一步氣化生成氣體燃料、作為流化床鍋爐燃料生產蒸汽熱能，從而實現生物質能的高效清潔利用。在該領域具有領先水平的國家有瑞典、美國、意大利、德國等。我國已經開展了20多年的生物質氣化技術的研究和開發，在集中供氣、供熱和發電技術的發展很快，并進行了示范推廣。同時，還探索了生物質氣化合成液體燃料、制氫的技術工藝，但是在生物質氣化技術和設備的先進性、裝置規模等與國外相比，還有差距，而生物質燃氣焦油裂解、生物質氣化制氫、合成液體燃料領域方面研究也僅僅處于起步階段。關鍵技術的研究需進一步提高或深入展開，如低成本燃氣凈化技術、焦油二次污染和能耗較高等問題（見表1）。
1.7生物質熱裂解制油技術與產業
生物質裂解制油計術是將生物質原料通過高溫加熱或高壓等分餌為揮發性氣體，再經冷卻后提煉出生物油。但由于生物油成分較為復雜，難以直接應用，但經過進一步加工處理，可用作鍋爐和其他加熱設備的燃料，或經精煉用作生物燃料。生物質熱解液體燃料油替代石油的前景早巳引起國際社會的普遍重視，許多發達國家和發展中國家紛紛將其列入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。生物質熱解制油技術主要有高壓液化技術和快速熱解液化技術等，一般均需要消耗大量的熱量，能耗過高，另外生物質熱解液化產生的生物油具有高度的氧化性、不穩定性、黏稠、腐蝕性、強吸濕性和化學組成復雜等特點，因此直接用它來取代傳統的石油燃料受到了很大限制，需要對生物油進行精制，提高品質，達到燃料油使用的要求。精制技術是生物質熱裂解技術的關鍵技術，主要有物理精制法（包括脫水、添加溶劑、乳化等）和化學精制法（包括催化加氫、催化裂解、催化酯化、水蒸氣重整等）[30)。目前精制技術尚需要進一步研究和發展，以解決生物油含水量過高和精制成本過高等問題，因此生物質裂解尚未達到工業化應用的水平（見表1）。
2幾種典型生物質技術比較分析
從上述7種生物質能源利用技術及發展現狀情分況分析，有以下特點：
(1)從原料來源來看，沼氣及其高值化利用技術其原料來源范圍更為廣闊，除可采用秸稈等廢棄物資源外，畜禽養殖廢棄物、生活垃圾及能源植物等均可作為發酵原料；而其他生物質能源利用模式則大多采用秸稈和木屑等作為原料，其原料適用范圍較小，同時采用秸稈等為原料還面臨收集、運輸成本逐漸加大的問題，難以保證原料的均衡供應。
(2)從技術瓶頸比較分析，沼氣技術經過多年發展，戶用沼氣在我國得到了廣泛的應用，而大中型沼氣工程近年來也得到了快速發展，已初步實現規模化應用，技術也較為成熟；而其他生物質能源利用模式尚存在較多的技術瓶頸需要解決，特別是纖維素乙醇和生物柴油等技術，尚需要進一步發展，方可滿足產業化要求（見表1）；而生物質氣化和生物質熱裂解能耗過高，經濟效率較低，需要進一步發展。
(3)從發展地域來看，沼氣適宜范圍更廣，而其他采用秸稈等為資源的生物質能利用技術，則需要考慮耕地資源總量、耕地資源量波動水平、秸稈資瀝總量和秸稈產量波動水平等對秸稈資源均衡供應的影響，因此其主要適宜于我國中部和東北糧食主產區，而其他地方則受到較大的限制。
(4)從產業發展階段來看，沼氣技術最為成熟，其次為生物質固體成型燃料，生物質發電和生物柴油，而纖維素乙醇、生物質氣化和生物質熱裂解技術仍需在關鍵技術有較大突破方可實現商業化應用。
(5)從環境效益來看，在農村生產生活廢棄物處理上，沼氣具有明顯的實用生態效益。
3、小結
經過數十年發展，生物質能開發利用技術日趨多元化，為資源綜合利用和增加清潔能源供應提供了豐富的途徑。總體看來，目前我國生物質能開發利用水平還較低，各種技術的成熟度和商業化水平不均衡。少數生物質能利用技術已經比較成熟，具有一定的經濟競爭力，初步實現了商業化、規模化應用，如沼氣技術、生物質發電、生物質固體成型燃料、以淀粉質為原料的液體燃料等，其特點主要是通過補貼等經濟激勵政策促進商業化發展；而纖維素乙醇、藻類生物柴油等則尚處于中試和研究階段。在新的歷史條件下，節能減排、低碳經濟等成為促進可持續發展的戰略性熱點問題，發展具有我國特色的生物質能源體系顯得尤為重要。我國生物質能源技術和產業的發展模式既要學習國外先進經驗，又要強調國情和特色；既要堅持原始創新，也要加強集成創新和引進創新。根據我國的氣候、農作方式和經濟發展水平，兼顧戶用循環利用型、分布式能源型和商品化產品型等發展模式，應優先發展利用農業廢棄物原料的生物質能轉化技術，采取先易后難的發展戰略，通過不斷加大科研投入促進技術創新、引進消化再創新，解決關鍵技術問題，全面提升我國的生物質能技術水平。
通過比較不同生物質能源利用技術及其發展現狀，針對我國國情和農村經濟發展特點，統籌兼顧資源和環境的承載力，提出我國應完善政策法規，大力發展以沼氣（生物燃氣）、生物質發電、纖維索乙醇和生物柴油等為主的生物能源體系，兼顧其它生物能源技術，并積極拓展生物能源新原料來源，將廢棄物生物質資源的循環利用、有機污染物治理與生物質能源等產品生產相結合，變廢為寶。為解決我國面臨的資源、能源與環境危機提供一條切實可行的技術創新路線，切實建立具有中國特色的生物能源體系。因此，一方面要繼續加大對沼氣建設的支持，鞏固現有建設成果，積極推進CDM方法建設，促進沼氣技術向規模化和高值化利用方向發展，把可再生能源技術和高效生態農業技術結合起來，促進農業結構調整和農民增收節支，改善農村生產生活條件；另一方面要多管齊下發展生物質能源。農村能源建設是一項跨系統、跨行業、跨學科的系統工程，要加強科技投入和研究，分階段選擇技術上成熟的生物質能源利用模式，因地制宜建立不同的生物質能源發展模式。
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顆粒機、
秸稈壓塊機、飼料顆粒機等生物質燃料飼料成型機械設備。
