第一節(jié) 生物質(zhì)能概述
一、生物質(zhì)能的含義
生物質(zhì)能是蘊(yùn)藏在生物質(zhì)中的能量，是綠色植物通過葉綠素將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而儲(chǔ)存在生物質(zhì)內(nèi)的能量，通常包括木材、森林廢棄物、農(nóng)業(yè)廢棄物、水生植物、油料植物、城市和工業(yè)有機(jī)廢棄物、動(dòng)物糞便等。生物質(zhì)能具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)：一是用本地資源代替進(jìn)口能源，減少國(guó)家對(duì)進(jìn)口能源的依賴性；二是使本國(guó)燃料利用多樣化，減少對(duì)一種能源的依賴；三是一種相對(duì)清潔的能源，用生物質(zhì)代替礦物燃料是減少CO2排放的理想方式，因?yàn)橹参锏墓夂献饔眯枰钠涫褂眠^程釋放處的CO2；四是生物質(zhì)資源分布廣泛，到處可以獲得，是能源分散供給體系的一種極佳能源。
二、生物質(zhì)能的種類與形態(tài)
一是農(nóng)作物類，主要包括：產(chǎn)生淀粉的甘薯、玉米、番薯等；產(chǎn)生糖類的甘蔗、甜菜、果實(shí)和廢液等。
二是林作物類，主要包括：樹木類，指白楊、懸鈴木、赤楊、樅樹等；森林工業(yè)廢物；以及首蓿、象草、蘆葦?shù)炔菽绢悺?/p>
三是水生藻類，主要包括：海洋性的馬尾藻、巨藻、石莼、海帶等；淡水生的布袋草、浮萍等；微藻類的螺旋藻、小球藻等；藍(lán)藻、綠藻等。
四是石油類，主要包括：橡膠樹、藍(lán)珊瑚、桉樹、葡萄牙草等。
五是光合成微生物，主要包括：硫細(xì)菌、非硫細(xì)菌等。
六是未利用資源，主要包括：農(nóng)產(chǎn)品廢棄物（如稻秸、稻殼等）、城市垃圾（小枝、皮、葉、鋸末、低漿渣等）、林業(yè)廢棄物、畜業(yè)廢棄物等。
生物質(zhì)種類的相片
由于地球上生物數(shù)量巨大，由這些生命物質(zhì)排泄和代謝出許多有機(jī)質(zhì)，這些物質(zhì)所蘊(yùn)藏的能量是相當(dāng)驚人的。根據(jù)生物學(xué)家估算，地球上每年生長(zhǎng)的生物能總量約1400—1800億噸（干重），相當(dāng)于目前世界總能耗的10倍。我國(guó)的生物質(zhì)能也極為豐富，現(xiàn)在每年農(nóng)村中的秸稈量約6.5億噸，到2010年將達(dá)7.26億噸，相當(dāng)于5億噸標(biāo)煤。柴薪和林業(yè)廢棄物數(shù)量也很大，林業(yè)廢棄物（不包括炭薪林），每年約達(dá)3700m3，相當(dāng)于2000萬噸標(biāo)煤。如果考慮日益增多的城市垃圾和生活污水，禽蓄糞便等其他生物質(zhì)資源，我國(guó)每年的生物質(zhì)資源達(dá)6億噸標(biāo)煤以上，扣除了一部分做飼料和其他原料，可開發(fā)為能源的生物質(zhì)資源達(dá)3億多噸標(biāo)煤。
從生物質(zhì)能的資源總體構(gòu)成來看，目前我國(guó)農(nóng)村中生物質(zhì)能約占全部生物質(zhì)能的約70%以上，其他主要是城鎮(zhèn)生活垃圾、污水和林業(yè)廢棄物，而從先進(jìn)國(guó)家目前的生物質(zhì)資源和利用來看，其主要構(gòu)成均都是以林業(yè)廢棄物和薪炭林為主。我國(guó)隨著薪炭林技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)化水平的提高，這方面的比例也會(huì)越來越大，所以這方面的開發(fā)利用量也是不容忽視的。
三、生物質(zhì)能在能源系統(tǒng)中的地位
生物質(zhì)能一直是人類賴以生存的重要能源，它是僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源消費(fèi)總量第四位的能源，在整個(gè)能源系統(tǒng)中占有重要地位。有關(guān)專家估計(jì)，生物質(zhì)能極有可能成為未來可持續(xù)能源系統(tǒng)的組成部分，到下世紀(jì)中葉，采用新技術(shù)生產(chǎn)的各種生物質(zhì)替代燃料將占全球總能耗的40%以上。
目前，生物質(zhì)能技術(shù)的
研究
與開發(fā)已成為世界重大熱門課題之一，受到世界各國(guó)政府與科學(xué)家的關(guān)注。許多國(guó)家都制定了相應(yīng)的開發(fā)
研究
計(jì)劃，如日本的陽(yáng)光計(jì)劃、印度的綠色能源工程、美國(guó)的能源農(nóng)場(chǎng)和巴西的酒精能源計(jì)劃等，其中生物質(zhì)能源的開發(fā)利用占有相當(dāng)?shù)谋戎?。目前，?guó)外的生物質(zhì)能技術(shù)和裝置多已達(dá)到商業(yè)化應(yīng)用程度，實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)業(yè)經(jīng)營(yíng)，以美國(guó)、瑞典和奧地利三國(guó)為例，生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品位能源利用已具有相當(dāng)可觀的規(guī)模，分別占該國(guó)一次能源消耗量的4%、16%和l0%。在美國(guó)，生物質(zhì)能發(fā)電的總裝機(jī)容量已超過10000兆瓦，單機(jī)容量達(dá)10—25兆瓦；美國(guó)紐約的斯塔藤垃圾處理站投資2OOO萬美元，采用濕法處理垃圾，回收沼氣，用于發(fā)電，同時(shí)生產(chǎn)肥料。巴西是乙醇燃料開發(fā)應(yīng)用最有特色的國(guó)家，實(shí)施了世界上規(guī)模最大的乙醇開發(fā)計(jì)劃，目前乙醇燃料已占該國(guó)汽車燃料消費(fèi)量的50%以上。美國(guó)開發(fā)出利用纖維素廢料生產(chǎn)酒精的技術(shù)，建立了l兆瓦的稻殼發(fā)電示范工程，年產(chǎn)酒精2500噸。
我國(guó)是一個(gè)人口大國(guó)，又是一個(gè)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的國(guó)家，21世紀(jì)將面臨著經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和環(huán)境保護(hù)的雙重壓力。因此改變能源生產(chǎn)和消費(fèi)方式，開發(fā)利用生物質(zhì)能等可再生的清潔能源資源對(duì)建立可持續(xù)的能源系統(tǒng)，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)具有重大意義。
開發(fā)利用生物質(zhì)能對(duì)中國(guó)農(nóng)村更具特殊意義。中國(guó)80%人口生活在農(nóng)村，秸稈和薪柴等生物質(zhì)能是農(nóng)村的主要生活燃料。盡管煤炭等商品能源在農(nóng)村的使用迅速增加，但生物質(zhì)能仍占有重要地位。1998年農(nóng)村生活用能總量3.65億噸標(biāo)煤，其中秸稈和薪柴為2.07億噸標(biāo)煤，占56.7%。因此發(fā)展生物質(zhì)能技術(shù)，為農(nóng)村地區(qū)提供生活和生產(chǎn)用能，是幫助這些地區(qū)脫貧致富，實(shí)現(xiàn)小康目標(biāo)的一項(xiàng)重要任務(wù)。
1991年至1998年，農(nóng)村能源消費(fèi)總量從5.68億噸標(biāo)準(zhǔn)煤發(fā)展到6.72億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，增加了18.3%，年均增長(zhǎng)2.4%。而同期農(nóng)村使用液化石油氣和電炊的農(nóng)戶由1578萬戶發(fā)展到4937萬戶，增加了2倍多，年增長(zhǎng)達(dá)17.7%，增長(zhǎng)率是總量增長(zhǎng)率的6倍多?？梢婋S著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)民生活水平的提高，農(nóng)村對(duì)于優(yōu)質(zhì)燃料的需求日益迫切。傳統(tǒng)能源利用方式已經(jīng)難以滿足農(nóng)村現(xiàn)代化需求，生物質(zhì)能優(yōu)質(zhì)化轉(zhuǎn)換利用勢(shì)在必行。
生物質(zhì)能高新轉(zhuǎn)換技術(shù)不僅能夠大大加快村鎮(zhèn)居民實(shí)現(xiàn)能源現(xiàn)代化進(jìn)程，滿足農(nóng)民富裕后對(duì)優(yōu)質(zhì)能源的迫切需求，同時(shí)也可在鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)等生產(chǎn)領(lǐng)域中得到應(yīng)用。由于我國(guó)地廣人多，常規(guī)能源不可能完全滿足廣大農(nóng)村日益增長(zhǎng)的需求，而且由于國(guó)際上正在制定各種有關(guān)環(huán)境問題的公約，限制CO2等溫室氣體排放，這對(duì)以煤炭為主的我國(guó)是很不利的。因此，立足于農(nóng)村現(xiàn)有的生物質(zhì)資源， 研究 新型轉(zhuǎn)換技術(shù)，開發(fā)新型裝備既是農(nóng)村發(fā)展的迫切需要，又是減少排放、保護(hù)環(huán)境、實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需要。
四、我國(guó)生物質(zhì)能資源情況
（一）農(nóng)作物秸稈
我國(guó)的農(nóng)作物秸稈主要分布在河北、內(nèi)蒙古、遼寧、吉林、黑龍江、江蘇、河南、山東、湖北、湖南、江西、安徽、四川、云南等糧食主產(chǎn)區(qū)，單位國(guó)土面積秸稈資源量高的省份依次為山東、河南、江蘇、安徽、河北、上海、吉林、湖北等省。
2005年，全國(guó)主要農(nóng)作物產(chǎn)量約為5.1億噸，按草谷比計(jì)算秸稈產(chǎn)量約6億噸，除用于肥料、飼料、基料以及造紙等工業(yè)原料外，約有3億噸農(nóng)作物秸稈可作為能源使用，折合1.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。依據(jù)《全國(guó)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展第十一個(gè)五年 規(guī)劃 》提出的主要農(nóng)產(chǎn)品發(fā)展目標(biāo)測(cè)算，預(yù)計(jì)到2010年我國(guó)主要農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量將達(dá)到7.8億噸，其中約4億噸可作為農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能的原料。以“十一五”期間的發(fā)展速度測(cè)算，預(yù)計(jì)到2015年我國(guó)主要農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量將達(dá)到9億噸左右，其中約一半可作為農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能的原料。
第二節(jié) 生物質(zhì)能的特征
一、生物質(zhì)資源的特點(diǎn)
（一）生物質(zhì)的重要性
隨著人類大量使用礦物燃料帶來的環(huán)境問題日益嚴(yán)重，各國(guó)政府開始關(guān)心重視生物質(zhì)能源的開發(fā)利用。雖然各國(guó)的自然條件和技術(shù)水平差別很大，對(duì)生物質(zhì)能今后的利用情況將千差萬別，但總的來說，生物質(zhì)能今后的發(fā)展將不再像最近200多年來一樣日漸萎縮，而是重新發(fā)揮重要作用，并在整個(gè)一次能源體系中占據(jù)穩(wěn)定的比例和重要的地位。
影響生物質(zhì)能開發(fā)利用的因素很多，所以不同的預(yù)測(cè)方法結(jié)果差別很大，從100到300EJ，但不論哪種預(yù)測(cè)方法都說明了生物質(zhì)在未來的能源體系中有特別重要的意義，不論那個(gè)時(shí)間，生物質(zhì)能總是總能耗的10-30%之間。
由于我國(guó)目前的生物質(zhì)能主要是在農(nóng)村經(jīng)濟(jì)中利用，所以農(nóng)村未來能源需求和消耗情況對(duì)生物質(zhì)能的開發(fā)利用量影響很大，有關(guān)資料對(duì)我國(guó)農(nóng)村今后能源使用情況作了預(yù)測(cè)，這個(gè)指標(biāo)可以較大程度上反映我國(guó)今后生物質(zhì)能消耗的趨勢(shì)。它的預(yù)測(cè)按兩種，第一種是常規(guī)方案預(yù)測(cè)，即建立在現(xiàn)時(shí)生物質(zhì)能發(fā)展情況的基礎(chǔ)之上的預(yù)測(cè)，其結(jié)果是各時(shí)段（2000、2010、2030、2050）的生物質(zhì)利用量的增長(zhǎng)速度分別為8.9%、7.7%、8.0%、3.6%；第二種是加強(qiáng)方案預(yù)測(cè)，即以突出強(qiáng)調(diào)生物質(zhì)能對(duì)化石能源的替代為依據(jù)的預(yù)測(cè)，其結(jié)果是各時(shí)段的發(fā)展速度分別為9.6%、8.0%、7.4%、4.5%。
表1-1到表1-4給出了未來農(nóng)村能源需要的預(yù)測(cè)和對(duì)各種可再生能源需求的變化。由預(yù)測(cè)可知，隨著社會(huì)的發(fā)展，傳統(tǒng)利用生物質(zhì)能的比例將越來越少，到2050年，農(nóng)村生物質(zhì)能的利用中傳統(tǒng)利用方法不到1%，但是，生物質(zhì)能的現(xiàn)代化利用技術(shù)的比例將越來越高，到2050年可能達(dá)到農(nóng)村總能耗的13%。另外，從預(yù)測(cè)中可以看出天然生物質(zhì)能在農(nóng)村能源的比例隨時(shí)間推移將越來越少，從30%降到13.7%左右，但是不管那個(gè)時(shí)期，也不管那個(gè)方案，生物質(zhì)能在農(nóng)村能源中的比例都很大（高于14%），而且是最主要的可再生能源（占可再生能源的50%以上），這可以充分說明生物質(zhì)能在今后幾十年內(nèi)在我國(guó)農(nóng)村能源，甚至于我國(guó)能源體系的重要地位。
（二）生物質(zhì)能與常規(guī)能源的相似性及可獲得性
生物質(zhì)能的載體是有機(jī)物，所以這種能源是以實(shí)物的形式存在的，是唯一一種可儲(chǔ)存和可運(yùn)輸?shù)目稍偕茉础６宜植甲顝V，不受天氣和自然條件的限制，只要有生命的地方即有生物質(zhì)存在。從利用方式上看，生物質(zhì)能與煤、石油內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特性相似，可以采用相同或相近的技術(shù)進(jìn)行處理和利用，利用技術(shù)的開發(fā)與推廣難度比較低。另外，生物質(zhì)可以通過一定的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，除了轉(zhuǎn)化為電力外，還可生成油料、燃?xì)饣蚬腆w燃料，直接應(yīng)用于汽車等運(yùn)輸機(jī)械或用于柴油機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)、鍋爐等常規(guī)熱力設(shè)備，幾乎可以應(yīng)用于目前人類工業(yè)生產(chǎn)或社會(huì)生活的各個(gè)方面，所以在所有新能源中，生物質(zhì)能與現(xiàn)代的工業(yè)化技術(shù)和目前的現(xiàn)代化生活有最大的兼容性，它在不必對(duì)已有的工業(yè)技術(shù)做任何改進(jìn)的前提下即可以替代常規(guī)能源，對(duì)常規(guī)能源有很大的替代能力，這些都是今后生物質(zhì)能發(fā)揮重要作用的依據(jù)。
從化學(xué)的角度上看，生物質(zhì)的組成是C-H化合物，它與常規(guī)的礦物燃料，如石油、煤等是同類。由于煤和石油都是生物質(zhì)經(jīng)過長(zhǎng)期轉(zhuǎn)換而來的，所以生物質(zhì)是礦物燃料的始祖，被喻為即時(shí)利用的綠色煤炭。正因?yàn)檫@樣，生物質(zhì)的特性和利用方式與礦物燃料有很大的相似性，可以充分利用已經(jīng)發(fā)展起來的常規(guī)能源技術(shù)開發(fā)利用生物質(zhì)能。但與礦物燃料相比，它的揮發(fā)組分高，炭活性高，含硫量和灰分都比煤低，因此，生物質(zhì)利用過程中SO2、NOx的排放較少，造成空氣污染和酸雨現(xiàn)象會(huì)明顯降低；這也是開發(fā)利用生物質(zhì)能的主要優(yōu)勢(shì)之一。