0、引言
傳統能源，如煤、石油等的有限儲存量已無法滿足人類發展的需求，同時燃燒時排放大量有害氣體，嚴重危害著人們的健康。面對這種嚴峻的形勢，人類迫切要求尋找新型能源，既能充分供給工業發展所需的能源，同時減少對環境破壞的影響，這便是生物質能一蘊藏在大自然中的取之不盡、用之不竭的可再生能源。生物質能是太陽能以化學能形式貯存在生物質體內的一種能量形式，它以生物質為載體，直接或間接地來源于植物的光合作用。通過對生物質的加工，可獲得固態、液態或氣態燃料，在燃燒燃料過程中幾乎沒有S02的排放。我國地大物博，農林生物質資源數量巨大，來源廣泛，為生物質能開發利用提供了豐富資源。
1、農林生物質的來源
1.1農業生物質的來源
農業生物質主要包括農作物秸稈、畜禽糞便、農產品加工業副產品和能源作物等。稻谷是世界上主要的農作物之一，而稻谷中稻殼的重量就占整體質量的25%,而種植面積較小的花生中45%是花生殼。經計算，干的農產品中至少其自身25%的物質將變為廢棄物，因此農業廢棄物是一個不可忽視的重要問題。中國是一個農業生產大國，也是世界上農業廢棄物產出量最大的國家，其中農作物秸稈年產量達5.9x10
8t（干質量），畜禽糞便超過4x10
9t，是工業有機污染物的4.1倍。隨著工農業的發展以及人口的不斷增加，農業生物質每年以5%～10%的速度遞增，如沒有對大量的農業生物質進行處理，即直接丟棄或者排放到環境中，所造成的可利用資源的浪費和對生態環境的污染影響巨大。
1.2林業生物質的來源
林業生物質資源主要是森林生長和林業生產過程提供的生物質能源，包括薪炭林，在森林撫育和間伐作業中的零散木材，殘留樹枝、樹葉和木屑等；木材采運和加工過程中的枝丫、鋸末、木屑等；林業副產品的廢棄物，如果殼和果核等。
我國林業生物質資源豐富，森林面積列世界第5位。據2008年開展的第七次全國森林資源清查結果顯示：我國現有用材林面積1.283x10
8hm2，蓄積8.454x10
9m3：薪炭林面積3.4946x10
6hm2，蓄積7.82406x10
7m3；竹林面積1.07620x10
7hm2。林業生物質品種豐富，具有很大發展潛力。加速林業發展，不僅可以吸收CO2，緩解氣候變化，促進減排作用，而且發展林業生物質能不與糧爭地，不與人爭糧，可有效增加農民收入，促進新農村建設。
2、國內外農林生物質利用研究現狀
自21世紀以來國際能源價格持續維持在高價位．世界各國均開始大力開展生物質能源開發．多個國家已發布相關法規，為生物質能源的開發提供支持。
美國從1979年開始采用生物質燃料直接燃燒發電，到2010年美國生物質能電量約為4.80x10
10kWh;1980年美國明確提出以生物柴油代替化石柴油戰略．并出臺相關法案：2005年美國成為世界第一燃料乙醇生產大國．大量乙醇燃料的生產不僅帶動本國經濟，也減少石油進口量，減少支出外匯。
長期以來．巴西將推廣乙醇燃料作為國家重要能源政策之一。巴西具有遼闊的疆土，優越的自然條件，使巴西成為甘蔗產量最多的國家。2002年，由甘蔗加工、提煉獲得的燃料乙醇已替代接近50%的石油，而巴西80%的石油是通過進口而來。同時巴西蓖麻年產量可達2x10
6t．能生產生物柴油1.12x10
8L，并可為巴西民眾提供10萬個就業機會。
德國是歐盟國家中生物燃料產量最多的國家，為大力發展生物質利用德國政府發布了對生物柴油生產企業實行全額免稅等政策，同時企業也對生物質液化燃料生產技術進行投資．共同推動德國生物柴油發展。德國戴姆勒一克萊斯勒公司為開發生物質液化燃料生產技術投資數千萬歐元，同時還開發相應汽車發動機改裝技術等。
中國在生物質能利用開發起步較晚，但國家對生物質能源利用的重視以及國家相關政策的推出，使得生物質能源利用技術開發得到飛速發展。至2010年底，全國農村戶用沼氣總數達到4000萬戶，年生產沼氣1.55x10
10m3：結合解決農村基本能源需要和改變農村用能方式，全國建成400個左右秸稈固化成型顆粒燃料應用示范點．秸稈固化成型顆粒燃料年利用量達到10
6t左右：燃料乙醇的生產達1.9x10
6t，富通新能源生產銷售的
秸稈顆粒機、
木屑顆粒機專業壓制生物質成型顆粒燃料，秸稈顆粒機如下圖所示：
3、生物質能源的綜合利用技術
我國最廣泛的生物質利用技術有沼氣技術、固化成型技術、秸稈氣化技術及液化技術。
3.1固化成型技術
我國最早對農林生物質的利用主要體現在農村里直接燃燒農作物秸稈、木頭來燒飯或者加熱房間等。但直接燃燒過程中，其燃燒效率極低，能量利用率只能達到約15%左右．極大浪費資源且對環境污染嚴重。為提高農作物秸稈及農林廢棄物利用率，將松散的秸稈、籽殼和農林廢棄物經粉碎、擠壓成為固體成型顆粒燃料。固體成型顆粒燃料具有密實度高、體積減小、熱值提高及便于儲存和運輸等優點，且可以代替煤炭燃燒，實現清潔燃燒，對C02減排有很大現實意義。
我國固化成型技術起步較晚，由于固化成型設備零部件使用壽命短．生產成本高等問題，發展速度緩慢。進入21世紀后．國家設立相關研究機構加大研究力度，出臺一系列鼓勵支持產業發展的政策法規，制定相關農業行業標準形成標準體系．加快發展固體成型技術，使成型設備日趨完善，形成成熟產業鏈陰。我國自主研發的成型設備有效地解決了功耗大、生產效率低、成型部件磨損嚴重和壽命短的問題，達到了國際先進水平。據“2009年生物質成型顆粒燃料設備與應用技術國際研討會”，截止2008年底．我國農村地區已累計推廣生物質成型顆粒燃料示范點102處，成型顆粒燃料年產量約2x10
5t。2013年5月．江蘇新能源技術有限公司將3.3x10
7t固體成型顆粒燃料出口至日本．這標志著我國固體成型顆粒燃料已形成規模化生產，并成功打開國際市場。
3.2沼氣技術
沼氣為可再生清潔能源．既可以代替秸稈或薪柴等生物質能源．也可以代替石油和煤等商品能源，而且其能源效率高于秸稈、薪柴和煤炭等。目前我國生產沼氣主要以畜禽和人類糞便、生活污水和農作物秸稈為原料，在厭氧條件下，經微生物發酵作用而產生可燃性混合氣體。我國沼氣的發展始于20世紀70年代，在農村設立小型沼氣池來獲得沼氣．解決農村地區秸稈焚燒與燃料供應不足的問題。目前，我國沼氣產業基本形成，農村地區戶用沼氣池應用廣泛，同時設立大中型沼氣工程和生活污水凈化沼氣池。在農村，沼氣可以用于日常生活中燒飯菜，節約煤氣等燃料費用：可以使用沼氣發電，供照明、電氣的使用，節約電費；沼渣可以澆肥田，節省化肥和農藥的指出：沼液可以當飼料添加劑等等，從而減少農村地區日常生活開支，也可滿足偏遠地區生活能源的需求。沼氣利用不僅是對廢棄物的再利用、環境保護，同時也是提供農村地區生活能源的一種有效途徑。除戶用沼氣外，沼氣發電工程也受重視。沼氣發電是將厭氧發酵處理產生的沼氣用于發動機上。并裝有綜合發電裝置，以產生電能和熱能技術。沼氣發電具有創效、節能、安全和環保等特點，是一種分布廣泛且價廉的分布式能源。
3.3秸稈氣化
我國農田面積廣闊．2012年我國農作物秸稈產能規模達到10
9t，秸稈資源量非常豐富。而對數量龐大的秸稈，傳統處理方法是直接堆積焚燒。隨著能源危機的出現以及環境污染的惡化，農作物秸稈利用日趨受到人們的重視。秸稈中含有豐富的能源．加以其數量之大，發展秸稈利用技術，不僅為人類提供新型可再生、清潔能源，同時可以減少因焚燒引起的環境污染，還可提高農民經濟收入。秸稈氣化技術是秸稈利用技術之一，是在厭氧或缺氧條件下．經過熱化學反應將原先固體秸稈轉化為效率更高、便于使用的氣體燃料，實現能源高效清潔利用。
從20世紀70年代開始，我國政府及科技人員對生物質氣化技術一直倍加關注，通過引進、吸收國外先進設備及技術，我國生物質氣化技術發展也較快速。我國現應用廣泛的氣化爐是以空氣為氣化劑的流化床氣化爐，直至2007年我國建設秸稈氣化集中供應站約為886處。
我國通過引進、消化和吸收國外先進技術加以創新并舉，研制出多種氣化發電設備，但與發達國外相比，我國生物質氣化技術始終處于相對落后水平。因此如何利用我國現有技術，開發經濟上可行、效率較高的系統是目前我國發展生物質氣化發電的關鍵。
3.4燃料乙醇技術
燃料乙醇是添加變性劑進行變性處理后，可以混入汽油用作車用點燃式內燃機燃料的無水乙醇．其乙醇體積含量不小于92.10%。在國際油價居高不下和日趨嚴重的環境污染背景下，燃料乙醇的生產與應用受到廣泛重視。
中國燃料乙醇發展始于20世紀90年代，但在短短幾年時間里中國燃料乙醇生產能力已躍居世界第三，僅次于美國和巴西。與美國和巴西相比，中國的燃料乙醇主要以玉米為原料．其主要原因是20世紀末我國出現玉米過剩、糧食倉儲壓力大、農民收入降低現象，為此，國家大力支持以玉米為原料生產的燃料乙醇的發展。之后促進燃料乙醇發展的國家政策及補貼政策發布，加快了我國燃料乙醇發展步伐．2006年燃料乙醇產量達到3xl06t左右．乙醇汽油已占汽油消費量的20%左右，每年節省106t汽油。但隨著燃料乙醇迅速發展，對玉米大量需求導致玉米價格上漲，糧食安全受到威脅。面臨燃料乙醇行業“與人爭糧”的問題，2006年政府又緊急發布文件抑制以糧食為原料的燃料乙醇的超速發展．提出“非糧為主”的乙醇生產方案。在“非糧為主”的乙醇生產要求下，以農林廢棄物等木質纖維素為原料的第二代燃料乙醇技術成為研發重點。纖維素酶是降解纖維素成為葡萄糖單體所需的一組酶的總稱．纖維素酶具有水解的條件溫和、能量消耗小、糖轉化率高、無腐蝕環境污染等優點，但也存在著反應速率慢、生產周期長、成本高等缺點。因此，今后的研究工作中如何降低纖維素酶的生產成本是纖維素乙醇工業化發展所需克服的最大技術難點。
3.5生物柴油
生物柴油是由油料作物、野生油料植物和I程微藻等水生植物油質以及動物油脂、餐飲垃圾油等為原料油通過酶交換工藝制成的可代替石化柴油的可再生性柴油燃料。生物柴油在潤滑性能、安全性能、燃料性能、發動機啟動性能等方面具有明顯的優勢，且可單獨或與石化柴油調配使用，從而減少油耗，增強動力性能，減少尾氣污染等。作為最典型的“綠色能源”，生物柴油產業受到廣泛重視。
早在“八五”期間，我國就對生物柴油的生產進行相關實驗與研究，但長期處于初級研究階段，并未獲得實質性成果。自2003年石油價格的猛漲以及我國石油凈進口量達到10
8t的局面促使我國加快生物柴油發展步伐。在借鑒發達國家生物柴油產業的技術、裝備、政策等基礎上，我國生物柴油技術已獲得重大成果。目前，我國生物柴油生產主要以大豆、菜籽、工業級餐飲廢油脂等為原料，通過酯交換反應獲得生物柴油。除此之外，以小桐子、黃連木等油料作物為原料生產生物柴油符合我國提倡可再生能源中長期發展規劃思想。酯交換反應過程中往往存在一些難以解決的問題，如工藝復雜、難以去除產品中含有的甘油、產生二次污染等問題。為解決以上問題，提出一種新型的、具有經濟和生態意義的生物柴油技術，即工程微藻法。工程微藻中使用的微藻生產能力高，是陸生植物單產油脂的幾十倍．采用海水作為其天然培養基可節約農業資源，而且生產的生物柴油不含硫，燃燒時不排放有毒氣體，對環境無污染。在眾多生物質能源中，微藻生物柴油具有不與人爭糧、不與糧爭地、不與畜爭料、不與農爭利的無可比擬的獨特優勢，因此工程微藻法是今后生產生物柴油的發展趨勢。
4、存在問題
農林生物質能源的利用不僅可以減少對傳統石化能源的依賴以及燃燒引起的硫化物、一氧化碳等危害氣體對生態環境及人類健康的危害，同時可減少農林廢棄物的堆放導致的生態污染等問題。但在發展農林生物質能源過程中，存在一些不可忽視的問題：
1)農林生物質資源非常豐富，但具有能量密度低、分布分散等問題，因此將農林生物質轉化為固體、液體或氣體燃料之前均需做好前期工作，即秸稈、林業廢棄物等生物質的集中回收及運輸等。由于回收及運輸成本相當高，導致生物質能源的生產成本普遍較高，使生物質能源的發展受到很大限制。
2)我國在生物質利用方面起步較晚，現處于發展階段．投入新能源生產的設備及核心技術等大部分依賴進口，國產化程度不高。同時，我國缺乏從事生物質能源研究的專業人才及專業機構，導致我國生物質能源開發技術發展緩慢。
3)隨著生物質能受到人們關注．越來越多的企業將加入開發生物質能源行列．同時生物質能源產量將在未來大幅增長，對生物質資源的需求也大幅增長，包括提煉生物燃料所需大量玉米、甘蔗等農產品及林業資源，如木材等。隨著生物質資源的不斷發展，“與人爭糧”及與工業爭資源的現象將越來越明顯，將產生糧食短缺或糧食價格猛漲。同時，全世界水源在逐漸減少，隨著大量生物質資源的種植將使缺水現象更明顯、突出。
5、結論
我國是一個農業大國．具有豐富的農林生物質資源，如何有效利用農林生物質，將“廢”變“寶”具有重要意義。生物質能源的開發不僅減少對傳統石化燃料的依賴及消耗，也可以減少生物質資源的能源浪費以及堆放、廢棄而導致的環境污染，是一項公益項目。由于生物質能源具有可再生性、燃燒時排放少量毒害氣體等優點．發展生物質能源在保護環境的前提下，可以促進經濟發展和保護國家能源及安全。因此，在我國發展生物質能源是非常必要的，但發展生物質能源過程中.應充分考慮伴隨生物質能源發展產生的多重因素，客觀、全面分析好本國現狀，根據國情制定政策，更合理有效地開發和利用生物質能源，從而確保可持續發展。
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