生物質能在我國農村的發展和應用研究

【摘 要】我國農村生物質資源豐富，土地遼闊，如何利用廉價的生物質資源，因地制宜地依靠現有的科學技術，用清潔能源部分地替代化石能源或緩解化石能源在利用中的不足，減少農村因露地直接燃燒秸稈、禽類糞便對環境造成的污染，研究適合農村發展和利用的生物質能，使農民因廢物利用而獲利，并由此獲得一項新興的產業而長期經營下去，是這篇文章重點討論的問題。

【關鍵詞】生物質能；農村；發展

一、我國農村現有生物質能源利用的現狀

我國耕地面積為18.37億畝，鹽堿地約14.87億畝。農民是土地真正意義上的主人和耕種者，多年來我國農村多實行自由式耕種方法，種什么，種多少，都取決于農民。對于耕種非糧生物質能源的原材料如：蓖麻、甜高粱、木薯、麻瘋樹、棕櫚、蘇子等，缺乏統籌安排，農業產業化格局還沒有形成，一部分未耕土地還沒有得到合理的利用，在農村發展生物質能有很大的潛力；多年來我國政府大力倡導在滿足城鎮居民口糧的基礎上，挖掘閑散地，規模化種植非糧生物質可燃原料，針對農村具體情況，合理安排土地資源，走可持續發展的高效、低碳、環保之路，經過努力目前已經初見成效；我國從南到北建立了很多非糧生物質燃料的原材料生產示范基地，加快了農業結構調整的進度；我國農村傳統的能源轉換形式是直接燃燒秸稈類農作物，用于取暖、燒飯，這種極為落后的高污染、低熱量的能源利用方式，造成資源浪費和嚴重的環境污染。目前適合我國農村生物質能發展的非糧物質有很多，按照生物質的特點及轉化方式可分為固體燃料、液體燃料、氣體燃料三種。

二、固體生物質燃料

固體生物質燃料是指農作物秸稈、薪柴、喬木、谷殼等可燃性物質。我國農作物僅秸稈一項年產量就可達到7億噸，稻殼、蔗渣等農業加工殘余物0.84億噸，薪柴及林業加工廢料1.58億噸。在可開發的生物質資源中，能源作物的種植和開發潛力很大，農作物秸稈有40％作為飼料、肥料和工業原料，尚有60％可用于能源開發利用，約相當2.1億噸的標準煤；薪柴也是重要生物質資源，有40％林業剩余物可以利用，約相當0．3億噸的標準煤；大量的農業副產品的剩余物、廢棄物，蘊藏著巨大的生物質能源，為生物質能的利用開辟了一條重要途徑。

目前我們采取一種新技術，將秸稈、稻殼去濕、去雜土，在一定溫度和壓力下壓縮成塊狀、棒狀、顆粒狀等成型燃料。提高了其運輸和儲存能力，改善秸稈燃燒性能，提高利用效益。在我國農村，對生物質資源比較集中的地區，可以就地取材，減少成本。利用小型生物質發電設施，通過燃燒秸稈和灌木屑發電，既可做到廢物利用，又可以降低發電過程對環境的污染。另外，現有農村電廠利用木材屑和農作物的殘余物與煤的混合燃燒是比較現實的一項技術，這樣提高了農林廢棄物的利用率，也降低了純燃煤對大氣的污染，緩解人們對化石能源的依賴。我國在秸稈固體成型的生產和應用方面已經初步形成了一定的規模，主要以鋸末和秸稈、稻殼、灌木為原料，滿足農村居民的生活用能、農機具用能和發電用能等。近些年來國家出臺一系列政策，采取綜合性補助的方式，支持從事秸稈成型燃料的農村加工企業，尤其鼓勵農村小型生物質電廠的建設。目前開展的一般生物質直接燃燒發電，這項技術相對較為簡單很容易掌握，適合在農村發展。我國技術人員開發出適合村鎮使用的小型生物質發電設備，利用稻殼、秸稈作原料，因地制宜地走適合村鎮發展電力（village power plant）的道路，在農村節能減排中做出了貢獻。

三、液體生物質燃料

生物液體燃料是指生物乙醇、生物柴油，它作為化石能源石油的替代品，是液體燃料中理想的選擇。液體生物燃料來源于可再生能源，溫室氣體凈排放幾乎是零，是理想的朝陽產業。我們研制的以玉米、甘蔗、甜菜、豆類、食用油為第一代生物燃料原料的生產技術已經被淘汰。以秸稈類、谷殼類、甘薯、蓖麻等為原料的非糧生物燃料生產技術已經形成，而這類原料取于農村、用于農村，成本低廉，可以形成規模化生產。產品如有剩余還可以作為商品燃油的形式賣給城市居民，增加農民收入。以秸稈、谷殼、麻瘋樹、甘薯、蘇子、亞麻等農業廢棄物、非糧植物為原料的第二代生物燃料被公認為具有巨大的替代石油的潛力，據有廣闊的市場發展前景。

我國農村因地制宜發展生物質能源經濟。目前開發的非糧農作物中，甜高粱是首選之一，我國北方各省已經種植439萬公頃。甜高粱耐旱、耐鹽堿，是高能作物，每畝甜高粱能收獲糧食0.3噸，富含糖份的莖稈5噸，秸稈榨糖460～660斤，秸稈粉渣還可以造紙，是高產、多用的農作物。我國北方18個省份約5億畝鹽堿地適合種植甜高粱，具有生產2000萬噸甜高粱燃料乙醇的潛力。目前用甜高粱制造乙醇，多采用固體發酵法，即把高粱秸稈粉碎，僅用40小時即可發酵成乙醇，我國農村實現甜高粱燃料乙醇的商業化生產指日可待；福建大面積種植的油料植物山蒼子、油莎草、油茶油桐、烏桕等，是生物質燃料的重要供給地。這些作物都朝著矮、密、豐、早、無公害栽培的方向發展；湖北省將在十一五末建成木本油料基地200萬畝，種植油茶、油桐等示范園；海南的油橄欖、油椰子示范園也已建成，僅椰子一項就種植68.6萬畝，年產椰子2.26億個，占全國椰子產量99％；廣西是我國木薯生產的第一大省，每年木薯產量為800萬噸，種植面積400多萬畝，種植面積和產量均占全國60％以上。廣西有旱地、坡地3000萬畝適合種植木薯，相當于生產燃料乙醇541萬噸。北方各省農村種植的甜菜、菊芋、甘蔗、薯類等糖科、淀粉類作物也是我國農村生產燃料乙醇的原料，同樣有廣闊的發展前景。

我國目前正在研制并陸續投入生產的木質纖維素類生物質，是世界上唯一可預測的能為人類提供物質和燃料的可持續資源。我國每年的農林廢棄物約15億噸，如果按照四噸產一噸乙醇的計算方法，我國農村具有生產3.75億噸乙醇的資源潛力。正在開發的還有高能量密度的丁醇生物燃料，這是農村發展生物質能的又一個新的亮點。生物丁醇是擁有四個碳原子的高能燃料，主要以甘蔗、甜菜、木薯及速生能源植物纖維素做生產原料的。生產工藝與乙醇相似，是重要的化工原料，用途極為廣泛。另外，生物柴油是除燃料乙醇、丁醇之外的另一種液體生物燃料，它的原料來自動物的脂肪、餐飲業廢油、農作物、植物等。為生產生物柴油，我國農村在不與糧油爭地，不影響食用油供給的前提下，大面積栽培喬本油料、木本油料作物，如北方種植的棉籽、亞麻、胡麻、油菜籽，南方種植的油葉子、棕櫚樹、麻瘋樹等。生物柴油的生產目前已經規模化，由于需要大量的原料供給，這項產業也給很多農民帶來了新的產業和收益機會。

四、氣體生物燃料

氣體生物燃料包括沼氣、生物質氣化、生物質制氫等技術。我國農村普遍使用沼氣這種燃料作為能量轉換的方式。沼氣能是作物秸稈、雜草、人畜糞便、垃圾、污泥、廢水在厭氧條件下，通過各類微生物的代謝，最終產生的以甲烷為主要成分的氣體，沼氣得到合理的使用是農村綠色能源革命的象征。我國農村沼氣開發歷史悠久，目前利用沼氣的高端技術水平表現在給農機具充當燃料。如用化學手段凈化沼氣得到高濃度的甲烷，凈化后的甲烷再經過壓縮得到車用甲烷，供甲烷汽車、拖拉機、聯合收割機等農機具用油，與化石燃料相比，甲烷燃料可減少90％的二氧化碳排放量。是我國農村大力推廣的能源利用形式。生物質能生產過程簡單、對設備要求不高，方便農民掌握。隨著科學技術的發展，農村生物質能氣化朝著合成氣的方向發展，對新能源的利用會更加經濟合理。秸稈氣化是農村能源供應的新方向。將農作物秸稈分解氣化，制成可燃氣體用管道送到農戶供炊事和取暖使用，是一種運輸方便、操作簡單、沒有市場壓力、不造成二次污染的好辦法。利用秸稈氣化集中供氣的好處：一是可以有效地替代燃煤、燃油的使用，減少石化能源的消耗，符合我國的能源發展戰略；二是可有效避免秸稈隨地焚燒對空氣的污染，有利于環保；三是有利于提高農民收入水平，平時丟棄或焚燒的秸稈成為商品能源，給農民帶來直接收益。秸稈氣化工程不但利用了大量廢棄的秸稈資源，而且滿足了農村居民生活對優質能源的需求，是農村能源供應的一種新趨勢和秸稈資源利用的新方向。此外還有一種優質氣體能源就是氫。氫是一種可再生、高熱值的清潔能源。它在燃燒時只產生水，不產生有害氣體，對環境沒有污染。人們試圖通過生物質能轉化提取氫，但因氫在提取過程中不論是水電離法還是水煤氣轉化法，都需要消耗大量能源，造成氫氣成本較高、技術要求也較高，而且氫氣在生產利用過程中存在安全隱患，氫氣的泄漏會破壞臭氧、對大氣造成污染等。氫氣的利用目前在農村還沒有形成規模化生產。但氫氣的制造和利用是一個綠色產業，隨著科學技術的進步，或許在未來的農村能夠得到合理的利用。

五、我國農村生物質能發展前景

生物能是可再生利用的綠色能源，我們把生物質能轉化為電力、氣體燃料、液體燃料、固型燃料等，從根本上解決了農村燃料能源不足和對化石能源的依賴，改變了能源結構、實現可持續發展。我國人多地少，人均約1.5畝，發展生物質能源必須避免與農林作物生產爭地問題，開發能夠在貧瘠地、鹽堿地、荒地上生長的生物質資源和休耕期農田合理套種。改變廣大農民長期以來的靠直接燃燒薪柴獲得能量的生活方式。在農村大力倡導清潔能源的使用，改善農村居民生活水平，滿足農村發展用能的需要。我國農村發展生物質能，應根據生物質資源的稟賦和自然分布情況，因地制宜地發展各類生物質能的生產與利用，確保原料的供給和分布的經濟性。在這方面，各省都有自己的特色生物質產業。相對于傳統的煤炭、石油等能源，生物質能是清潔的“綠色能源”。生物質能還是一種可再生的能源，在農村開發和使用生物質能，符合中國的國情，也符合可持續的科學發展觀、循環經濟的理念。生物質能的可再生和循環利用的特征，使能源農業具有重要環保和可持續發展意義。

目前我國農村的生物質可再生能源的生產和利用，也還存在一些不足。生物質節能產品有很多，缺乏國家級質量標準和質量監督系統，產品規模化的發展與產品品質不相匹配，在農村加強知識產權體系、在加快人才培養、設立生物質能開發風險基金等方面還比較滯后。另外，由于植物的生長特點，導致農村生物質能的開采有間歇性和不連續性，加上存儲成本較高，這些因素可能會導致某些可再生能源在成本上高于化石能源。對于購買和使用成本較高的節能產品的企業，國家應給與鼓勵，并在稅收、價格優惠、投資補貼上給與政策性傾斜。

從長遠來看，能源農業、能源林業是未來我國農村發展生物質能源的基礎。這些能源植物通常包括速生薪炭林、能榨油或能產油的植物、可供厭氧發酵的藻類和其他植物等。我國政府有意識地引導農民，合理使用有限的土地資源，因地制宜地發展生物質能源原料的生產，以科學的方法鼓勵農民種植高產、抗逆性強的能源植物，并形成產業規模，對提高農民收入，改變農民多年來閑散種植習慣、保障農村經濟可持續發展有著重要的意義。

參 考 文 獻

[1]嚴陸光．中國能源可持續發展若干重大問題研究[M]．北京：科學出版社，2007

[2]穆獻中．新能源和可再生能源發展與產業化研究[M]．北京：石油工業出版社，2009

[3]中國科學院能源戰略研究組．中國能源可持續發展戰略專題研究[M]．北京：科學出版社，2006