生物質能源產業發展現狀與展望

普羅

摘要：指出了生物質能源是一種清潔可再生能源，在當前能源危機的背景下，研究其發展現狀具有迫切性。對國內外生物質能源研究的重點進行了闡述，同時對于存在的問題進行了分析，對以后的發展趨勢進行了展望。

關鍵詞：生物質能源;產業化;能源危機;能源作物;進展

中圖分類號：TK6

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）10-0172-04

1引言

生物質是指通過光合作用產生的動植物、微生物及其產生的廢棄物。生物質能源就是利用生物質通過化學轉化生成的生物柴油、生物乙醇、生物天然氣等形態的能源。隨著石油價格的攀升、氣候變暖、能源短缺及《聯合國氣候變化框架公約》的約束，生物質能源越來越受到許多國家的關注，也是科學研究的焦點之一。

2國外發展現狀

為應對資源短缺，緩解對于化石燃料的依賴，各國投入大量的人力、物力、財力發展新的可以循環的清潔高效能源，隨著水電、風力發電等的開發利用，各國將焦點集中在生物質能源的研究和開發上。國際上已經產業成熟化的生物質能源項目有歐盟的菜籽油生物質能源項目、美國的大豆生物質能源項目、巴西的甘蔗生物質能源項目及馬來西亞的棕櫚油生物質能源項。

2.1國外燃料乙醇的研究

燃料乙醇生產量較大的國有是美國和巴西，其產量占據了全球的90%以上。其生產燃料乙醇主要依賴于谷物淀粉、蔗糖和甜菜。其中，加拿大和美國主要使用玉米，巴西主要使用甘蔗，歐盟主要使用質量差、變質的小麥。燃料乙醇的生產技術已經成熟，乙醇汽油混合物替代純粹汽油也在逐步的推廣。

2.2國外生物柴油的研究

生物柴油主要的生產地是歐盟，其主要使用的原材料是菜籽油。預計到2020年，生物柴油將占據歐盟使用交通燃料的10%以上。生物柴油之所以在歐盟發展迅速，離不開政策的支持。歐盟減免了生物柴油90%的稅收，還從立法、補貼原材料生產、促進銷售等多方面推動生物柴油產業的發展。2008年，歐盟生物柴油的生產量達775.5萬t，并且保持年35.7%的增長率。

1991年，生物柴油研究才剛剛起步。到20世紀末，隨著技術的成熟和能源短缺的加劇，生物柴油產業得到了擴張式的發展。1991年，生物柴油全球產量為0.91萬t;2000年，生物柴油全球產量達到了73萬t;2008年，生物柴油全球產量達到7020萬t。美國、法國、意大利和巴西生產生物柴油的主要原料是菜籽油。泰國、馬來西亞和印度尼西亞生產生物柴油的主要原料是棕櫚油。

2.3國外沼氣的研究

沼氣是生物質在特定條件下，通過發酵而產生的可燃燒氣體。瑞典PURAC公司將動物糞便、食物廢棄物及動物加工剩余物作為原料生產沼氣，沼氣通過純化措施可供燃氣汽車使用。目前，在瑞典已有520輛轎車、64輛公交車使用沼氣作為動力燃料。德國將生物質產生的沼氣用于發電，取得了良好的效果。1999年，德國就有850家小型沼氣發電站，1年后小型沼氣發電站就達到了2000余家‘陽。

2.4國外生物制氫研究

生物制氫是當前生物質能源研究的熱點之一，有廣闊的前景。隨著對能源危機和溫室效應的進一步認識和科學技術的發展，生物制氫研究引起了人們的重視。1999年，在南非金山大學的實驗內，實現了實驗室條件下植物纖維素發酵制氫技術的突破。新加坡南洋理工大學在生物制氫方面，研究聚焦于污泥厭氧產氫技術，從理論上揭示了此種方法可放大的可行性。

3中國發展現狀

我國發展生物質能源產業具有大量的原材料資源。生物質原材料包括：林木、灌草藤、陳化糧、林業生產下腳料、植物秸稈、淀粉類、糖類、麥類、植物油等。根據國情，生物質能源的原料來源應以有機廢棄物和利用荒山荒地栽植的能源植物為主，從農林兩條線出發考慮，①可充分利用農業生產剩余物，包括秸稈、藤蔓、根莖等，將其轉化為生物質能源;②充分利用田間地頭、邊角地、低產田地等種植適應性好的能源作物，作為生物質能源的原料;③森林撫育剩余物、林業生產剩余物、家具生產剩余物等大量的林業木質邊角料可以作為生物質能源的原料;④充分依托商品林地、林業邊際性土地發展生物質積累迅速的能源林、薪炭林等，發林業生物質產業。

3.1中國燃料乙醇的研究

燃料乙醇在我國已經實現了工廠化萬噸級的生產，技術已經成熟。其主要使用的原料有陳化糧（小麥、玉米）、能源作物（甘薯、馬鈴薯）、含糖作物（甜菜、甘蔗）。纖維素類（纖維能源植物、農業剩余物、林業剩余物等）受技術的限制，還未實現規模化生產。

2005年，隨著技術的發展，結合消化陳化糧的實際，國家批準籌建了河南天冠燃料乙醇、吉林燃料乙醇、安徽豐原燃料乙醇、黑龍江華潤乙醇4家企業規模化生產燃料乙醇。投產后，年生產燃料乙醇達130萬t，成為燃料乙醇生產大國。隨著生產的持續，陳華糧迅速的被消化，再加上小麥、玉米價格的上漲，利用糧食作為原料的生物乙醇生產項目遇到了發展瓶頸。國家層面更愿意企業利用非糧原料開發和生產燃料乙醇。2009年，廣西科學院成了我國首個國家非糧生物質能源工程技術研究中心，標志著我國非糧生物質能源研究進入了新階段。

能源作物薯類也是我國發展燃料乙醇優良原材料之一，其含糖、淀粉量高，可種植面積廣，適應性較強，單位產量高，轉化公益與玉米、小麥類似。現階段，我國甘薯種植面積已達700萬ha，產量約1.5億t。由中糧集團投資建設的以木薯為原料年產20萬t燃料乙醇示范項目以投產，取得了良好的效益。

3.2中國生物沼氣的研究

生產沼氣的主要原料有人畜糞便、作物秸稈、殘羹剩飯、雜草雜灌、水草等等。沼氣是種植業、養殖業剩余物、廢棄物下游凈化的完美鏈條，成為政府重視，政府支持，農民歡迎的優質項目，是建設美麗鄉村的重要手段之一。農業部門不完全統計數據顯示，我國沼氣年產量已達80×104萬m3，大中型沼氣工程達3556處，城市污水凈化沼氣池工程49300余項。沼氣池項目是民生項目，是農民增收項目，也是環保項目。種植業（飼料）養殖業（糞便、下腳料）沼氣工程（沼液、沼渣）種植業（飼料、農產品）養殖業農業循環經濟發展的模式在我國部分地區發展十分良好。我國沼氣工程技術成熟，所需零部件可標準化生產，基建隊伍完備，沼氣技術服務成熟，已經具備了規模化發展的條件。

3.3中國生物柴油的研究

生物柴油是可再生能源之一，其主要原料有油菜籽油類油料作物、地溝油、動物油脂、工程微藻類水生油料植物、木本油料植物等。發展生物柴油，可緩解化石燃料的壓力，同時有利于保護環境。

相比西方國家，我國生物柴油的研究和產業化相對落后。1981年，我國科學家初次嘗試棉籽油、菜籽油生產生物柴油的研究。此時，國外公司已在山東省和黑龍江省建設了25萬t和20萬t級產業化工廠。隨著我國技術研究的深入，現階段，我國在海南省、福建省建設了萬噸級生產示范項。相比油料為原料生產生物柴油，利用植物纖維生產生物柴油還處于研究示范階段，轉化成本高，油品不易控制成為了其發展的瓶頸，有待科技投入研究。

3.4中國生物質發電研究

生物質能源發電相比燃料乙醇、生物沼氣、生物柴油，其具有原料更廣泛，產業化技術相對成熟的特點。當前生物質發電項目以直燃發電為主。2006年，我國在山東省建設了第一座生物質直燃發電廠，并順利投產發電。接下來的2年間，又有18個生物質直燃發電廠投產發電，總裝機容量45萬kW。

生物質能源發電項目被國家列為《新興能源產業發展規劃》中，預計到2020年，我國非化石燃料占能源消費比重將達到15%以上，其中，生物質發電項目的貢獻將達到2.4億t標準煤以上。

3.5中國生物制氫研究

生物制氫具有環境友好、排放物無污染的特點。1990年，哈爾濱工業大學研究小組以有機廢水為研究對象，研究了發酵法生物制氫技術，在理論方面取得了一定的突破，并首次完成了生物制氫中試。河北省農林科學院引進南非金山大學的發酵法生物制氫技術，以植物纖維素為研究材料，實現了纖維素發酵制氫效果，成本有所降低，產氫速率有所提高，轉化效果沒有得到較大改善，研究結果對產業化生物制氫具有一定的理論指導意義。河北省農林科學院還嘗試將甜高梁作為生物制氫原料，提高了生物制氫的生產率和安全性能，為生物制氫產業化提供了理論依據和新路徑。

4存在問題

4.1糧食危機下的第一代生物質能源艱難抉擇

現階段，各國生物質能源產業化項目以第一代生物質能源為主。其生產原料的來源主要小麥、玉米油料作物等糧食。隨著農業技術的發展，國際糧食產量和供給能力在不斷提高。但糧食工廠化消化，勢必引起與人爭食的境遇，造成社會問題。以美國為例，其是世界上最大的糧食出口國。隨著本國燃料乙醇的產業的發展，2003～2006年，糧食出口量降低了4%，這不僅僅影響了全球糧食供給，也直接導致國際糧食價格波動性增長。預計到2020年，美國燃料乙醇的生產量會進一步擴大，將達到360億加侖，大約要消耗1442.91萬t玉米（相當于2007年美國玉米產量的41.2%），消耗量及其驚人。

耕地資源和生產力是有限的，第一代生物質能源生產導致的用途競爭，必然會導致國際糧食安全，從而會導致人口安全。若不能夠全球各國參與制定第一代生物質能源產業發展規劃，合理利用糧食生產生物質能源產品，必將會導致無法估量的后果。

4.2能源植物規模化擴張帶來的問題

由于生物質能源利益的驅使，能源植物（包括能源作物）的種植將不會按照荒山荒地、邊角地種植模式，而是會產生規模化種植。過度消耗土地資源，并迅速移除，從而很有可能會導致土壤結構破壞、資源承載力降低、生態環境破壞、土壤沙化、生物多樣性降低等嚴重的生態問題。

生物質能源產業作為新興產業，能提供可再生能源，是值得提倡的，但原料的來源需以不破壞生態環境為前提。能源植物（包括能源作物）的種植應充分考慮土地的承載力和休養生息。在實施能源植物（包括能源作物）種植前，應有農業、環保、能源等相關部門作出充分的環境評價，制定詳細的種植方案，避免造成“二次污染”問題的出現。

4.3制約產業化的瓶頸

生物質能源的持續發展，需要廉價的原材料，成本相對適宜的生產工藝，及優質的市場接受能力。但現階段，除巴西的甘蔗生物乙醇項目能夠達到自身盈利外，其余項目均需要國家補貼、稅收優惠等措施才得以正常運轉。盈利效果不理想的主要原因就是生產工藝成本還無法較好的降低到市場可以接受的范圍。

制約我國生物質能源產業化的瓶頸是原材料和技術。從糧食安全的角度考慮，我國不可能將大量的糧食作為生物質能源的原材料。纖維素類生物質能源開發還很不成熟，無法實現產業化生產。我國生物質能源產業化生產面臨生物柴油的發酵、纖維素生物質制酒精、生物質能源的液化技術、提煉技術研究、轉基因技術在能源農業上的應用等諸多技術問題，有待科研攻關。

5發展趨勢

在能源危機的大背景下，生物質能源作為可再生、無污染（或污染小）的能源，受到國際社會的高度重視，也是科學家研究的焦點。開發利用生物質能源具有深遠的戰略意義。美國已制定了能源農場計劃，印度計劃實施綠色能源工程。日本制定了陽光計劃，諸多國家正在為破解生物質能源技術瓶頸，實現能源替代不斷努力和投入。

5.1政策方面

生物質能源產業發展較好的國家美國、巴西、歐盟各國均制定了生物質能源規劃。其中，歐盟計劃到2020年，可再生能源替代率達到20%，在交通燃料中的替代率達到10%以上。各國為支持生物質能源產業發展，出臺了一系列稅收優惠、政府補貼、用戶補助等激勵政策。此外，還通過法律和政府確保生物質能源健康持續發展。

《可再生能源法》的頒布，為我國生物質能源產業發展提供了法律保障。但行業規章、細則并沒有及時的跟進，扶持政策沒有具體化。我國應制定操作性較強的生物質能源發展規劃、政策，設立專門領導小組，統籌各部門為生物質能源生產企業提供服務，縮短審批時間，實現快速發展。

5.2技術方面

國際上技術相對成熟的生物質能源產業項目有玉米制燃料乙醇、甘蔗制燃料乙醇、大豆制生物柴油、菜籽油制生物柴油等。均屬于第一類生物質能源的范疇，存在與糧爭地，占用耕地的問題。因此，需要技術上突破，走非糧生物質能源之路。

第二代生物質能源的原來以纖維類秸稈、木質邊角料、灌藤草為主，需實現生物纖維轉化為生物乙醇、生物柴油、合成燃料、生物制氫及化學衍生產品等。第二代生物質能源生產工藝成本高、轉化率低成為了其發展的直接瓶頸，尚未實現大規模商業化，有待技術突破。

6中國生物質能源產業發展之路

6.1第一類生物質能源

生物乙醇、生物柴油依靠糧食作物的現狀暫時無法改變，因為第二代生物燃料目前的問題在于用來分解纖維素的酶成本太高，用不可食用的纖維素生產酒精也需要先把它們變成糖類。而第三代生物燃料的油脂很難提煉，從海藻中提煉生物燃料的研究正處于實驗室階段，距離實現商業化階段還比較遠。此外，就單純第一類生物質能源而言，成本依然很高。沒有國家的扶持，大多數企業依然無法實現產業化和自我盈利。

6.2纖維素生物質

第二代纖維生物質精煉技術是以纖維素生物質為原材料替代當前以糧食、糖、動植物油脂作為原材料的技術，其生產工藝路線和第一代生物煉制生產工藝路線基本相同區別在于首先要設法將纖維素生物質中的碳水化合物（主要是纖維素）水解為單糖產品，然后以單糖為原材料進行發酵及后處理。

針對第二代生物質精煉技術存在的難以克服的盈利難題，淮北中潤生物能源技術開發有限公司利用纖維素水解酶，使得成本可能下降到原來的1/30。公司同時還擁有獨家常溫常壓預處理技術以及產出纖維素乙醇和接近纖維素乙醇量的汽油技術。然而，啟動并于年初完成整條中試線運轉后發現，即使在同時產出等量纖維素乙醇和汽油的情況下，生產成本仍然遠高于市場銷售價格。

就現代生物質能源而言，無論是第一類、第二類、第三類，都面臨一些技術難題，雖然第一類依靠糧食的生物乙醇、生物柴油、生物發電有了一定的突破，但是依然成本高，沒有真正形成產業化。科學研究需要加大投入、期許技術在不久的將來有較大突破。

6.3能源林建設

在化石能源日益枯竭的情況下，發展森林生物質能源已成為世界各國能源替代戰略的重要選擇。按照林業局編制的《全國能源林建設規劃》，我國要建設能源林示范基地67萬hm2。到2020年能源林達到1333萬hm2，可以提供600多萬t生物柴油，滿足1100多萬kW裝機容量發電廠的燃料需求。森林生物質能源是一種高度清潔的能源，是減少溫室氣體排放，防止全球環境惡化的一種科學選擇，其顯著特點在于資源和環境的雙贏，以及生態、經濟、社會效益的協調統一。因此發展林木生物質能源林具有重大意義。

6.4藻類生物質能源發展前景

藻類生物質的研究還處在初期階段，但是發展前景很好。藻類在產油、制造乙醇方面都有著無法比擬的優勢。同時海域面積廣闊，也不存在與人類爭奪土地，爭奪糧食的危機，所以中國需要抓住機遇，攻堅克難，努力實現突破，實現產業化。

6.5政策支撐

發展生物質能源產業涉及國家能源安全問題，從產業起步到產業形成都需要政府給予大力扶持。國外的經驗也證明了政策支持對該產業的發展具有至關重要的作用。總結各國對生物質能源產業的扶持政策可供國內借鑒。①對生物質能源采取研究開發投資補貼、建設投資補貼、產出補貼、消費補貼措施;②政府采購生物質能源產品，以促進該產業的發展;③給予一定的稅收優惠，提高企業投資和生產積極性;④設立生物質能源發展的補償機制或基金，完善生物質能源企業的認證機制。