生物質(zhì)能是人類用火以來，zui早直接應(yīng)用的能源。隨著人類文明的發(fā)展，生物質(zhì)能的應(yīng)用研究開發(fā)幾經(jīng)波折，zui終人們深刻認(rèn)識(shí)到，石油、煤、天然氣等化石能源的有限性，同時(shí)無節(jié)制地使用化石能源，大量增加CO2、粉塵、SO2等廢棄物的排放，污染了環(huán)境，給人類賴以生存的星球，造成十分嚴(yán)重的后果。而使用大自然饋贈(zèng)的生物質(zhì)能源，幾乎不產(chǎn)生污染，資源可再生而不會(huì)枯竭，同時(shí)起著保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境的重要作用，是理想的可再生能源之一。生物質(zhì)能的應(yīng)用技術(shù)開發(fā)，旨在把森林砍伐和木材加工剩余物以及農(nóng)林剩余物如秸桿、麥草等原料通過物理或化學(xué)化工的加工方法，使之成為高品位的能源，提高使用熱效率，減少化石能源使用量，保護(hù)環(huán)境，走可持續(xù)發(fā)展的道路。

七十年代，由于中東戰(zhàn)爭引發(fā)的能源危機(jī)以來，生物質(zhì)的開發(fā)利用研究，進(jìn)一步引起了人們的重視。美國、瑞典、奧地利、加拿大、日本、英國、新西蘭等發(fā)達(dá)國家，以及印度、菲律賓巴西等發(fā)展國家都分別修定了各自的能源，投入大量的人力和資金從事生物質(zhì)能的研究開發(fā)。

我國生物質(zhì)能研究開發(fā)工作，起步較晚。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，開始重視生物質(zhì)能利用研究工作，從八十年代起，將生物質(zhì)能研究開發(fā)列入國家攻關(guān)計(jì)劃，并投入大量的財(cái)力和人力。已經(jīng)建立起一支專業(yè)研究開發(fā)隊(duì)伍，并取得了一批高水平的研究成果，初步形成了我國的生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)。

2、生物質(zhì)能應(yīng)用技術(shù)的研究開發(fā)現(xiàn)狀

2.1國外研究開發(fā)簡介

在發(fā)達(dá)國家中，生物質(zhì)能研究開發(fā)工作主要集中于氣化、液化、熱解、固化和直接燃燒等方面。

       生物質(zhì)能氣化是在高溫條件下，利用部份氧化法，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、民用爐灶等場合。氣化技術(shù)應(yīng)用在二戰(zhàn)期間達(dá)到高峰。隨著人們對(duì)生物質(zhì)能源開發(fā)利用的關(guān)注，對(duì)氣化技術(shù)應(yīng)用研究重又引起人們的重視。目前研究主要用途是利用氣化發(fā)電和合成甲醇以及產(chǎn)生蒸汽。奧地利成功地推行建立燃燒木材剩余物的區(qū)域供電計(jì)劃，目前已有容量為1000~2000kw的80~90個(gè)區(qū)域供熱站，年供應(yīng)10×109MJ能量。加拿大有12個(gè)實(shí)驗(yàn)室和大學(xué)開展了生物質(zhì)的氣化技術(shù)研究。1998年8月發(fā)布了由Freel, Barry A. 申請的生物質(zhì)循環(huán)流化床快速熱解技術(shù)和設(shè)備。瑞典和丹麥正在實(shí)行利用生物質(zhì)進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)的計(jì)劃，使生物質(zhì)能在提供高品位電能的同時(shí)滿足供熱的要求。1999年，瑞典地區(qū)供熱和熱電聯(lián)產(chǎn)所消耗的能源中，26%是生物質(zhì)。 

       美國在利用生物質(zhì)能方面，處于世界地位，據(jù)報(bào)道，目前美國有350多座生物質(zhì)發(fā)電站，主要分布在紙漿、紙產(chǎn)品加工廠和其它林產(chǎn)品加工廠，這些工廠大都位于郊區(qū)。裝機(jī)容量達(dá)7000MW，提供了大約66000個(gè)工作崗位，根據(jù)有關(guān)科學(xué)家預(yù)測，到2010年，生物質(zhì)發(fā)電將達(dá)到13000MW裝機(jī)容量，屆時(shí)有4000000英畝的能源農(nóng)作物和生物質(zhì)剩余物用作氣化發(fā)電的原料，同時(shí)，可按排170000個(gè)以上的就業(yè)人員，對(duì)繁榮鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)起到積極的推動(dòng)作用。

       流化床氣化技術(shù)由于具有床內(nèi)氣固接觸均勻、反應(yīng)面積大、反應(yīng)溫度均勻、單位截面積氣化強(qiáng)度大。反應(yīng)溫度較固定床低等優(yōu)點(diǎn)，從1975年以來一直是科學(xué)家們關(guān)注的熱點(diǎn)。包括循環(huán)流化床、加壓流化床和常規(guī)流化床。印度Anna大學(xué)新能源和可再生能源中心zui近開發(fā)研究用流化床氣化農(nóng)業(yè)剩余物如稻殼、甘蔗渣等，建立了一個(gè)中試規(guī)模的流化床系統(tǒng)，氣體用于柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電。1995年美國Hawaii大學(xué)和Vermont大學(xué)在國家能源部的資助下開展了流化床氣化發(fā)電的工作。Hawaii大學(xué)建立了處理生物質(zhì)量為100T/d的工化壓力氣化系統(tǒng)，1997年已經(jīng)完成了設(shè)計(jì)，建造和試運(yùn)行達(dá)到預(yù)定生產(chǎn)能力。Vermont大學(xué)建立了氣化工業(yè)裝置，其生產(chǎn)能力達(dá)200T/d，發(fā)電能力為50MW。目前已進(jìn)入正常運(yùn)行階段。

       生物質(zhì)的直接燃燒和固化成型技術(shù)的研究開發(fā)，主要著重于燃燒設(shè)備的設(shè)計(jì)和生物質(zhì)成型物的應(yīng)用。目前，已開發(fā)的技術(shù)有：林產(chǎn)品加工廠的廢料（如造紙廠的樹皮、家具廠的邊角料等）的燃燒蒸汽鍋爐，國外造紙廠幾乎都有專門的設(shè)備，用來處理廢棄物。由于生物質(zhì)形狀各異，堆積密度小較松散，給運(yùn)輸和貯存以及使用帶來了較大困難，影響生物質(zhì)的使用。因此，從四十年代開始了生物質(zhì)的成型技術(shù)研究開發(fā)?，F(xiàn)已成功開發(fā)的成型技術(shù)按成型物形狀分主要有三大類：以日本為代表開發(fā)的螺旋擠壓生產(chǎn)棒狀成型物技術(shù)，歐洲各國開發(fā)的活塞式擠壓制得園柱塊狀成型技術(shù)，以及美國開發(fā)研究的內(nèi)壓滾筒顆粒狀成型技術(shù)和設(shè)備。 美國顆粒成型燃料年產(chǎn)量達(dá)80萬噸。

       成型燃料應(yīng)用于二個(gè)方面：其一：進(jìn)一步炭化加工制成木炭棒或木炭塊，作為民用燒栲木炭或工業(yè)用木炭原料；其次是作為燃料直接燃燒，用于家庭或曖房取曖用燃料。日本、美國、加拿大等國家，開發(fā)了爐灶。在北美有50萬戶以上家庭使用這種爐灶作為取曖爐。

將生物質(zhì)能進(jìn)行正?；瘜W(xué)加工，制取液體燃料如乙醇、甲醇、液化油等；是一個(gè)熱門的研究領(lǐng)域。利用生物發(fā)酵或酸水解技術(shù)，在一定條件下，將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化加工成乙醇，供汽車和其它工業(yè)使用。加拿大用木質(zhì)原料生產(chǎn)的乙醇上產(chǎn)量為17萬噸。比利時(shí)每年用甘蔗為原料，制取乙醇量達(dá)3.2萬噸以上，美國每年用農(nóng)林生物質(zhì)和玉米為原料大約生產(chǎn)450萬噸乙醇，計(jì)劃到2010年，可再生的生物質(zhì)可提供約5300萬噸乙醇。 

       生物質(zhì)能的另一種液化轉(zhuǎn)換技術(shù)，是將生物質(zhì)經(jīng)粉碎預(yù)處理后在反應(yīng)設(shè)備中，添加催化劑或無催化劑，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化成液化油。美國、新西蘭、日本、德國、加拿大國家都先后開展了研究開發(fā)工作，液化油的發(fā)熱量達(dá)3.5×104KJ/kg左右，用木質(zhì)原料液化的得率為絕干原料的50%以上。歐盟組織資助了三個(gè)項(xiàng)目，以生物質(zhì)為原料，利用快速熱解技術(shù)制取液化油，已經(jīng)完成100kg/hr的試驗(yàn)規(guī)模，并擬進(jìn)一步擴(kuò)大至生產(chǎn)應(yīng)用。該技術(shù)制得的液化油得率達(dá)70%，液化油低熱值為1.7×104KJ/kg。

       生物質(zhì)能催化氣化研究，旨在降低氣化反應(yīng)活化能，改變生物質(zhì)熱處理過程，分解氣化副產(chǎn)物焦油成為小分子的可燃?xì)怏w，增加煤氣產(chǎn)量，提高氣體熱解；同時(shí)降低氣化溫度，提高氣化速度和調(diào)整生物質(zhì)氣體組成，以便進(jìn)一步加工制取甲醇或合成氨。歐美等發(fā)達(dá)國家科研人員在催化氣化方面已經(jīng)作了大量的研究開發(fā)，研究范圍涉及到催化劑的選擇，氣化條件的優(yōu)化和氣化反應(yīng)裝置的適應(yīng)性等方面，并且已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)裝置中得到了應(yīng)用。

2.2 國內(nèi)研究開發(fā)

      我國生物質(zhì)能的應(yīng)用技術(shù)研究，從八十年代以來一直受到政府和科技人員的重視。主要在氣化、固化、熱解和液化開展研究開發(fā)工作。

      生物質(zhì)氣化技術(shù)的研究在我國發(fā)展較快，應(yīng)用于集中供氣、供熱、發(fā)電方面。中國林科院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所，從八十年代開始研究開發(fā)了集中供熱、供氣的上吸式氣化爐，并且先后在黑龍江、福建得到工業(yè)化應(yīng)用，氣化爐的zui大生產(chǎn)能力達(dá)6.3×106kJ/hr。建成了用枝椏材削片處理，氣化制取民用煤氣，供居民使用的氣化系統(tǒng)。zui近在江蘇省又研究開發(fā)以稻草、麥草為原料，應(yīng)用內(nèi)循環(huán)流化床氣化系統(tǒng)，產(chǎn)生接近中熱值的煤氣，供鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民使用的集中供氣系統(tǒng)，氣體熱值約8000KJ/NM3。氣化熱效率達(dá)70/%以上。山東省能源研究所研究開發(fā)了下吸式氣化爐。主要用于秸桿等農(nóng)業(yè)廢棄物的氣化。在農(nóng)村居民集中居住地區(qū)得到較好的推廣應(yīng)用，并已形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。廣州能源所開發(fā)的以木屑和木粉為原料，應(yīng)用外循環(huán)流化床氣化技術(shù)，制取木煤氣作為干燥熱源和發(fā)電，并已完成發(fā)電能力為180KW的氣化發(fā)電系統(tǒng)。另外北京農(nóng)機(jī)院、浙江大學(xué)等單位也先后開展了生物質(zhì)氣化技術(shù)的研究開發(fā)工作。 

     我國生物質(zhì)的固化技術(shù)在八十年代中期開始，現(xiàn)已達(dá)到工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。目前國內(nèi)有數(shù) 十家工廠，用木屑為原料生產(chǎn)棒狀成型物木炭。螺旋擠壓成型機(jī)有單頭和雙頭二種，單頭機(jī)生產(chǎn)能力為120Kg/hr，雙頭機(jī)生產(chǎn)能力達(dá)200Kg/hr。1990年中國林科院林化所與江蘇省東海糧機(jī)廠合作，研究開發(fā)生產(chǎn)了單頭和雙頭二種型號(hào)的棒狀成型機(jī)，1998年又與江蘇正昌集團(tuán)合作，共同開發(fā)了內(nèi)壓滾筒式顆粒成型機(jī)，機(jī)器生產(chǎn)能力為250~300kg/hr，生產(chǎn)的顆粒成型燃料尤其適用于家庭或暖房取暖使用。南京市平亞取暖器材有限公司，從美國引進(jìn)適用于家庭使用的取暖爐，通過國內(nèi)消化吸收，現(xiàn)已形成生產(chǎn)規(guī)模。

     生物發(fā)酵制氣技術(shù)，在我國已經(jīng)形成工業(yè)化，技術(shù)亦趨成熟，利用的原料主要是動(dòng)物糞便和高濃度的有機(jī)廢水。在上海亦已建成沼氣集中供氣系統(tǒng)。

沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)從國外引進(jìn)一套流化床快速熱解試驗(yàn)裝置，研究開發(fā)液化油的技術(shù)，和利用發(fā)酵技術(shù)制取乙醇試驗(yàn)。另外，中國林科院林化所進(jìn)行了生物質(zhì)催化氣化技術(shù)研究。華東理工大學(xué)還開展了生物質(zhì)酸水解制取乙醇的試驗(yàn)研究，但尚未達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)。

3、我國生物質(zhì)能應(yīng)用技術(shù)的展望

      生物質(zhì)能是一個(gè)重要的能源，預(yù)計(jì)到下世紀(jì)，世界能源消費(fèi)的40%來自生物質(zhì)能，我國農(nóng)村能源的70%是生物質(zhì)，我國有豐富的生物質(zhì)能資源，僅農(nóng)村秸桿每年總量達(dá)6億多噸。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)的加強(qiáng)，對(duì)生物質(zhì)能的合理、開發(fā)利用，必然愈來愈受到人們的重視。因此，科學(xué)地利用生物質(zhì)能，加強(qiáng)其應(yīng)用技術(shù)的研究，具有十分重要的意義。

目前，我國已有一批長期從事生物質(zhì)轉(zhuǎn)換技術(shù)研究開發(fā)的科技人員，已經(jīng)初步形成具有中國特色的生物質(zhì)能研究開發(fā)體系，對(duì)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化利用技術(shù)從理論上和實(shí)踐上進(jìn)行了廣泛的研究，完成一批具有較高水平的研究成果，部分技術(shù)已形成產(chǎn)業(yè)化，為今后進(jìn)一步研究開發(fā)，打下了良好的基礎(chǔ)。

      從國外生物質(zhì)能利用技術(shù)的研究開發(fā)現(xiàn)狀結(jié)合我國現(xiàn)有技術(shù)水平和實(shí)際情況來看，本人認(rèn)為我國生物質(zhì)能應(yīng)用技術(shù)將主要在以下幾方面發(fā)展。

3.1直接燃燒技術(shù)和設(shè)備

      我國有12億多人口，絕大多數(shù)居住在廣大的鄉(xiāng)村和小城鎮(zhèn)。其生活用能的主要方式仍然是直接燃燒。剩余物秸桿、稻草松散型物料，是農(nóng)村居民的主要能源，開發(fā)研究的燃燒爐，提高使用熱效率，仍將是應(yīng)予解決的重要問題。鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的快速興起，不僅帶動(dòng)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，而且加速化石能源，尤其是煤的消費(fèi)，因此開發(fā)改造鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)用煤設(shè)備（如鍋爐等），用生物質(zhì)替代燃煤在今后的研究開發(fā)中應(yīng)占有一席之地。 把松散的農(nóng)林剩余物進(jìn)行粉碎分級(jí)處理后，加工成型為定型的燃料，結(jié)合技術(shù)和設(shè)備的開發(fā)，在我國將會(huì)有較大的市場前景，家庭和曖房取曖用的顆粒成型燃料，推廣應(yīng)用工作，將會(huì)是生物質(zhì)成型燃料的研究開發(fā)之熱點(diǎn)。

3.2集約化綜合開發(fā)利用

      生物質(zhì)能尤其是薪材不僅是很好的能源，而且可以用來制造出木炭、活性炭、木醋液等化工原料。大量速生薪炭材基地的建設(shè)，為工業(yè)化綜合開發(fā)利用木質(zhì)能源提供了豐富的原料。由于我國經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，促進(jìn)了農(nóng)村分散居民逐步向城鎮(zhèn)集中，為集中供氣，提高用能效率提供了現(xiàn)實(shí)的可能性。將來應(yīng)根據(jù)集中居住人口的多少，建立能源工廠，把生物質(zhì)能進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生的氣體收集凈化后，輸送到居民家中作燃料，提高使用熱效率和居民生活水平。這種生物質(zhì)能的集約化綜合開發(fā)利用，既可以解決居民用能問題，又可通過工廠的化工產(chǎn)品生產(chǎn)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益，也為農(nóng)村剩余勞動(dòng)力提供就業(yè)機(jī)會(huì)。因此，從生態(tài)環(huán)境和能源利用角度出發(fā)，建立能源材基地，實(shí)施“林能”結(jié)合工程，是切實(shí)可行的發(fā)展方向。

      農(nóng)村有著豐富的秸桿資源，大量秸桿被廢棄和田間直接燃燒，既造成大量的生物質(zhì)能的浪費(fèi)，也給大氣帶來了嚴(yán)重的污染。因此，用可再生的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化在將來會(huì)有較好的發(fā)展前景。

3.3生物質(zhì)能的創(chuàng)新開發(fā)利用

      隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，生物質(zhì)能的發(fā)展將依賴創(chuàng)新技術(shù)來實(shí)現(xiàn)更大的發(fā)展。生物質(zhì)能新技術(shù)的研究開發(fā)如生物技術(shù)低成本轉(zhuǎn)化應(yīng)用研究，常壓快速液化制取液化油，催化化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)的研究，以及生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化設(shè)備如流化床技術(shù)等是研究熱點(diǎn)，一旦獲得突破性進(jìn)展，將會(huì)大大促進(jìn)生物質(zhì)能開發(fā)應(yīng)用。

3.4城市生活垃圾的開發(fā)利用

生活垃圾數(shù)量以每年8%~10%的快速遞增，工業(yè)化開發(fā)利用垃圾來發(fā)電，焚燒集中供熱或氣化產(chǎn)生煤氣供居民使用，有很大的發(fā)展?jié)摿Α?

3.5能源植物的開發(fā)

大力發(fā)展能生產(chǎn)“綠色石油”的各類植物，如油棕櫚、木戟科植物等，為生物質(zhì)能利用提供豐富的資源。

4、建議

4.1生物質(zhì)能應(yīng)用技術(shù)的研究開發(fā)，在現(xiàn)階段主要是從生態(tài)環(huán)境、環(huán)境保護(hù)的角度出發(fā)，從中長期來看，將要彌補(bǔ)資源有限性的不足。因此，生物質(zhì)能源的開發(fā)利用，其社會(huì)效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于經(jīng)濟(jì)效益。在目前發(fā)展階段，需要國家的政策扶持和財(cái)力支撐。應(yīng)制訂相關(guān)政策，鼓勵(lì)和支持，企業(yè)投資生物質(zhì)能源開發(fā)項(xiàng)目。

4.2我國有豐富的生物質(zhì)資源，但我國的國情是人口眾多，人均資源相對(duì)偏少，因此，在生物質(zhì)的應(yīng)用技術(shù)發(fā)展方向上，應(yīng)結(jié)合我國分散的能源系統(tǒng)，以滿足農(nóng)村鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、村不斷增長的能量需求，重點(diǎn)解決居民生活用能，減少對(duì)化石能源尤其是煤炭的使用。在經(jīng)濟(jì)條件較發(fā)達(dá)的鄉(xiāng)村地區(qū)，大力推廣木煤氣氣化系統(tǒng)。在城市推廣顆粒成型燃料及取曖爐，取代煤爐取曖和小型鍋爐。

4.3加強(qiáng)基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。在生物質(zhì)能化學(xué)轉(zhuǎn)換中催化降解、直接和間接液化機(jī)理，高產(chǎn)生物能基因及其變異性規(guī)律，生物轉(zhuǎn)化微生物“雜交”等基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究。國家在科研項(xiàng)目的安排方面，要注重給生物質(zhì)能應(yīng)用研究的發(fā)展方面留有一定的空間。

4.4我國已發(fā)展薪炭林540萬公頃，年生長量約達(dá)1.8億噸，計(jì)劃到2010年，薪炭林達(dá)到860萬公頃。同時(shí)，山區(qū)大量發(fā)展的經(jīng)濟(jì)林果殼。利用這些林業(yè)資源，建立能源工廠，將這些生物質(zhì)熱解處理，氣體作為民用煤氣，熱解的固體木炭進(jìn)一步加工成活性炭作為化工產(chǎn)品，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。既解決部分農(nóng)村缺少能源的矛盾，又為農(nóng)村勞動(dòng)力創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會(huì)，促進(jìn)山區(qū)農(nóng)村的發(fā)展。前期選擇合適的地區(qū)，建立生物質(zhì)綜合利用“林能結(jié)合”示范能源工廠系統(tǒng)，然后推廣應(yīng)用。

4.5加強(qiáng)生物質(zhì)的交流合作，引進(jìn)*的生物質(zhì)應(yīng)用技術(shù)和設(shè)備，加快我國生物質(zhì)開發(fā)應(yīng)用的步伐，建立符合中國國情的生物質(zhì)能開發(fā)利用結(jié)構(gòu)體系。