我國生物質經濟發展戰略研究

田宜水，單明，孔庚，麻林巍，邵思

（1. 農業農村部規劃設計研究院農村能源與環保研究所，北京 100125；2. 清華大學建筑學院，北京 100084；3. 清華大學能源與動力工程系，北京 100084）

一、前言

生物質經濟（biomass economy）指以農林剩余物、畜禽糞便、城市固體廢物等可再生或可循環的生物質資源為原料，發展生產生物質能和生物基產品，實現綠色、低碳和可持續發展的經濟形態 [1]。我國是一個農業大國，生物質資源豐富，《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標的建議》中明確提出，推動能源清潔低碳安全高效利用。習近平總書記在2020 年9月22日召開的聯合國大會上表示：中國將提高國家自主貢獻力度，CO2排放力爭于2030 年前達到峰值，爭取在2060年前實現碳中和。發展生物質經濟，有利于促進農村經濟增長、農民增收，減少化石能源的消耗和溫室氣體排放，發展潛力巨大。

二、我國生物質資源總量分析

我國生物質資源種類繁多，根據來源不同，可以分為農業生物質資源、林業生物質資源、城市固體廢物、廢棄食用油脂等。

（一）農業生物質資源

1. 農作物秸稈

秸稈是成熟農作物莖葉（穗）部分的總稱。我國秸稈資源豐富，2017年我國秸稈產生量為8.05×108t，秸稈可收集資源量為 6.74×108t，秸稈利用量為5.85×108t。其中，可能源化利用的秸稈資源量約為 1.45×108t，折合約為 7.25×107tce（折標系數為 0.5 kgce/kg） [2]。

2. 農產品初加工剩余物

農作物收獲后進行初級加工時，如在糧食加工廠、食品加工廠、制糖廠等進行加工時，會產生廢棄物，主要包括稻殼、玉米芯、花生殼和甘蔗渣等，產量大且容易收集，可作為燃料使用。2019年，我國農產品初加工剩余物約為1.24×108t，可供能源化利用的約為6.2×107t，折合約為3.1×107tce（折標系數為0.5 kgce/kg）[3]。

3. 畜禽養殖剩余物

2019年，全國豬牛羊肉禽產量為7.65×107t，禽蛋產量為3.31×107t，牛奶產量為3.20×107t [4]。可以測算，我國豬牛雞等畜禽糞便排放量為 2.61×109t，可轉化沼氣資源量為 1.30×1012m3，折合約為 9.30×107tce（折標系數為 0.714 kgce/m3） [5]。

4. 適合種植能源作物的土地資源

根據土地利用現狀調查 [6]，我國鹽堿地約為1.02×107hm2，主要分布在西北、華北的干旱和半干旱地區；糧改飼面積為1.67×106hm2，壓采地下水耕地面積為7.26×106hm2，適合種植耐鹽堿、耐干旱的甜高粱、菊芋等含糖作物，可用于生產液體生物燃料和生物化工產品。另外，農業農村部已將甜高粱納入《糧改飼工作實施方案》和《2017年推進北方農牧交錯帶農業結構調整工作方案》中。

（二）林業生物質資源

第九次全國森林資源清查結果表明 [7]，全國森林面積為2.2×108hm2，其中可利用的林業撫育和木材采伐剩余物生物質資源年產量約為1.95×108t，折合約為9.75×107tce（折標系數為 0.5 kgce/kg）。

（三）城市固體廢物

2019年，全國城市生活垃圾清運量約為 2.42×108t，無害化處理量為 2.40×108t，生活垃圾處理率為99.2% [8]。其中，全國已建立垃圾焚燒廠389座，并網裝機容量為9.16×106kW，年垃圾處理量1.21×108t，折合約為2.76×107tce（折標系數為 0.271 4 kgce/kg）。

（四）廢棄食用油脂

廢食用油脂主要來源于家庭烹飪、餐飲服務業和食品加工工業（如油炸工序）。根據國家糧油信息中心數據顯示，2018—2019年，我國食用油市場的總供給量為3.91×107t [9]。按照每消耗1 kg食用油脂產生0.175 kg廢食用油脂，廢食用油脂的回收率按50%計算 [10]，2019年我國可回收廢食用油脂為3.42×106t，可生產生物柴油為2.91×106t，折合約為 4.15×106tce（折標系數為1.426 kgce/kg）。

綜上所述，我國生物質資源總量約為3.26×108tce/a（見表1）。我國農作物秸稈、農產品初加工剩余物、林業剩余物等資源總量豐富，是未來開發利用的重點。但是，我國農業生產以家庭承包為主，戶均種植面積小，秸稈分布分散，農業生產季節性強，收集困難且成本高。林業資源主要分布在東北、西南幾大林區，尚未形成規模化、規范化、集約化的專用能源林基地；林業資源密度低、單位面積產出低、林區交通條件差，在一定程度上影響了林業生物質資源的應用。另外，限于我國土地、水資源等的發展現狀，可利用的后備土地資源緊缺，利用木薯、甘薯和甜高粱莖稈等非糧能源作物發展燃料乙醇的空間有限。

三、生物質技術產業的發展現狀與趨勢

近年來，我國生物質資源呈現多元化利用態勢，規模化沼氣工程、生物質供熱、生物質發電/耦合發電等各種利用方式并舉，技術不斷進步，規模化發展取得較大進展。

（一）規模化沼氣工程

在“十二五”期間，我國用于農村沼氣建設的投資累計約為1.42×1010元，在政策的激勵下，農村沼氣事業持續快速發展，逐步由以戶用沼氣為主轉化為供氣、發電等多元化發展的格局。截至2017 年年底，全國建設的沼氣工程達1.13×105處，總池容為2.07×107m3，年產沼氣為2.61×109m3，供氣戶數達到 1.98×107戶，年發電量為 7.6×108kW·h [11]。另外，出現了一批規模超過1×104m3的特大型沼氣工程，大型生物天然氣工程也開始建設試點。

發展生物天然氣等規模化沼氣工程 [12]，有利于構建分布式清潔燃氣生產消費體系，對有效治理縣域生態環境污染，增加國內天然氣供應，提高能源安全保障程度具有重要意義。未來，沼氣工程將朝規模化、專業化、標準化和市場化方向發展。

（二）生物質成型燃料供熱

我國生物質供熱產業的規模化發展始于2006 年，發展態勢迅猛，但受高污染燃料爭議的影響，近年發展受到了一定限制。生物質成型燃料成型設備解決了功率大、生產效率低、成型部件磨損嚴重和壽命短等問題，秸稈成型燃料專用供熱鍋爐、燃料燃燒等技術日益成熟，具備規模化、產業化發展基礎。山東省陽信縣等地也積極探索，開展生物質清潔取暖改造試點，初步構建了集投資、建設、運營和綜合服務于一體的商業化生物質供暖模式 [13]。目前，生物質成型燃料年利用量約為8.0×106t，主要用于農村居民炊事取暖用能、工業鍋爐、發電廠燃料等。

當前，國家高度重視北方地區冬季清潔取暖，相繼出臺了一系列文件，明確提出生物質能清潔供暖就地加工轉換、就近消費、分布式開發利用，以用于北方生物質資源豐富地區的縣城及農村取暖。總之，生物質能供熱可利用本地生物質資源，構建城鎮分布式清潔能源供熱體系，對減少農村秸稈露天焚燒、替代燃煤具有重要意義。我國中小型燃煤供熱鍋爐數量較多，生物質能供熱今后有較大發展空間。

（三）生物質發電/耦合發電

我國生物質發電主要包括農林生物質發電、垃圾焚燒發電和沼氣發電。近年來，生物質發電保持持續增長，截至2019年年底，我國已投產生物質發電項目共計1094處，裝機容量為2.25×107kW，年發電量達1.11×1010kW·h，其中，農林生物質發電并網裝機容量達9.73×106kW [14]。2020年1月，財政部、國家發展和改革委員會、國家能源局印發了《關于促進非水可再生能源發電健康發展的若干意見》和《可再生能源電價附加資金管理辦法》，明確提出以收定支，合理確定新增補貼項目規模，穩步推進新增農林廢棄物發電項目建設。

表1 我國生物質資源量匯總表

2017年11月，國家能源局、生態環境部印發《關于開展燃煤耦合生物質發電技改試點工作的通知》，提出依托現役燃煤高效發電系統，重點在13 個糧食主產省份，消納農林生物質、生活垃圾和污泥等，對存在秸稈消納困難、田間直燃致霾嚴重等情況的地區進行重點布局，并確定了84個技改試點項目。廣東、寧夏、湖北等地也相繼啟動了一批煤炭與農林生物質、污泥等耦合發電試點項目。目前，生物質發電/耦合發電領域仍存在難以計量、補貼政策不明確等問題，在一定程度上制約了產業的發展。

（四）生物液體燃料

1. 燃料乙醇

在“十五”期間，我國糧食產量相對過剩，在河南、安徽、吉林和黑龍江等地分別建設了以陳化糧（玉米、小麥）為原料的燃料乙醇生產企業，年產燃料乙醇約為1.34×106t，并在9個省開展車用乙醇汽油銷售。在“十三五”期間，燃料乙醇已在全國范圍內進行推廣和應用。2017年9月13日，國家發展和改革委員會、國家能源局等十五部門聯合印發《關于擴大生物燃料乙醇生產和推廣使用車用乙醇汽油的實施方案》，提出到2020年，在全國范圍內基本實現車用乙醇汽油全覆蓋的目標。國投生物能源（海倫）有限公司年產3.0×105t燃料乙醇項目等相繼開工建設。我國在連續固體發酵甜高粱生產乙醇技術方面也取得了突破，生產乙醇后的酒糟可做牛羊飼料 [15]。2018年12月，山東東營市弘力生物科技有限責任公司利用耐鹽堿甜高粱稈連續固體發酵年產3.0×104t變性燃料乙醇項目獲得核準。

我國人口基數大，耕地資源緊缺，糧食供需處于緊平衡狀態，未來以糧食為原料的燃料乙醇產業發展存在極大的不確定性。近年來，纖維素乙醇逐步成為研究的熱點 [16]。但是，受國際原油價格下跌以及技術不成熟等因素影響，大部分正式運營的已具商業規模的纖維素生物燃料設施已關閉 [17]。

2. 生物柴油

2019年，我國生物柴油的產量約為1.2×106t，主要以廢棄的食用油脂為原料 [18]。2018年，上海印發《上海市支持餐廚廢棄油脂制生物柴油推廣應用暫行管理辦法》的通知，在全市21個加油站試點B5生物柴油，年消納地溝油約為3.0×104t。目前，我國生物柴油的發展仍處于初級階段，與國外相比還有一定差距。具體來看，我國生物柴油的生產多以民營企業為主，存在裝置規模小、技術水平低、原料供應不足、質量標準不一、市場流通不規范、綜合利用和深加工水平偏低等問題。

（五）生物基產品

生物基產品指以可再生生物質為原料制造的新型材料和化學品等 [19]。生物基產品在天然環境下易分解，屬于環保型產品，對降低化石資源依賴、改善生態環境、促進綠色經濟增長具有重大意義 [20]。2017年，國家發展和改革委員會印發的《“十三五”生物產業發展規劃》中提出，提高生物基產品的經濟性和市場競爭力。我國相關企業建成了一批生物基塑料、生物基乳酸等生產線，如2015 年12月，浙江建成了萬噸級聚乳酸生產線，可生產聚乳酸樹脂及改性產品30余種。2020年7 月，安徽豐原集團有限公司自主研發的從乳酸菌種、發酵、提純、丙交酯合成到聚合的年產5.0×104t聚乳酸生產線成功投產，聚乳酸纖維成本已低于棉花、天絲、莫代爾等，可廣泛應用于服裝、床上用品等領域，替代石油基一次性塑料和化學纖維。

綜上，從我國生物質能資源稟賦和技術發展水平來看（見圖1），生物質成型燃料供熱技術已趨于成熟，可替代煤炭為農村和城鎮提供熱源。規模化沼氣工程技術成熟，可替代天然氣進入管網，或作為車用燃料。生物質發電和熱電聯產仍是今后一段時期規模化利用的重要方式之一，生物質能梯級綜合利用將是主要發展方向。隨著科學技術的進步，纖維素類、微藻等生物質能資源將不斷發展；聚乳酸、非糧燃料乙醇在技術上取得突破。今后，生物質能研究的重點和難點將主要圍繞第二代生物液體燃料技術、微藻的第三代生物液體燃料技術、生物基產品等 [21]。

四、生物質經濟發展面臨的挑戰

圖1 生物質技術的成熟度和市場潛力

生物質經濟通過處理農林廢棄物，可直接改善生態環境，是發展循環經濟的重要載體，綜合效益明顯，但其發展仍面臨諸多問題和挑戰。

（一）認識不到位

對農業生物質能利用的認識不夠，尚未將農業生物質能作為國家能源戰略的重要組成部分。一些地方甚至出臺限制生物質成型燃料應用的政策措施，在一定程度上影響了生物質經濟和產業的發展、應用和推廣。

（二）收儲運體系不健全

農作物秸稈量大、分散、體積蓬松、收獲季節性強，存在運輸難、堆存難、經濟性差等問題，再加上農忙時勞動力缺乏、儲存場地少，以及收集、運輸等環節經濟實用的技術裝備不足，使秸稈收儲運體系建設嚴重滯后。林業撫育和采伐剩余物大多分布在山地和沙丘，相對分散，主要以人工收集、運輸為主，存在效率低、成本高等問題。

（三）技術有待突破

部分生物質經濟技術仍處于發展初期，專業化程度不高，市場體系不完善。如亟需開發高效混合原料發酵裝置、大型低排放生物質鍋爐等現代化專用設備，提高生物天然氣和成型燃料工程化水平。另外，纖維素乙醇關鍵技術及工程化尚未實現突破。

（四）政策體系不完善

生物質經濟涉及原料收集、加工轉化、能源產品消費、伴生品處理等諸多環節，目前相關政策分散，難以形成合力。另外，尚未建立生物質能產品優先利用機制，缺乏對生物天然氣和成型燃料的終端補貼政策支持。

五、我國生物質經濟發展的戰略思路

（一）總體要求

堅持因地制宜、綜合利用、就地消納、多能互補、城鄉互助的原則，以縣級區域為單元，立足區域資源稟賦、經濟發展水平和產業發展需求，以農林剩余物能源化利用為重點，實行政府規劃、市場為主、農民參與，鼓勵試點先行、創新機制、創設政策，努力建立起政府補助與市場經營相結合、企業與農民利益相統一、縣鄉城鎮與農村供能相統籌的長效運行機制，為實現農業強、農民富、農村美作出重要貢獻。

我國生物質經濟發展的技術路線，如表2所示。

（二）戰略目標和發展重點

1. 近期（2020—2025 年）

生物質經濟發展進入技術和產業成熟階段。全面實現生物質供熱、規模化沼氣工程等技術的商業化應用。生物質燃氣的年利用量達2.3×1010m3，生物質成型燃料年利用量達1.0×107t。

（1）積極推進生物質成型燃料產業化。完善原料收集、儲存、運輸、預處理到成型燃料生產、配送和應用的整個產業鏈；結合大氣環境治理和北方地區冬季清潔取暖需求，大力推動城鎮燃煤鍋爐改造為生物質成型燃料鍋爐；在人口居住分散的農村地區，推廣戶用生物質成型燃料爐具，為農戶提供炊事及采暖用能。

（2）積極發展沼氣工程。在農林生物質資源豐富，農民經濟條件較好，具備鋪設燃氣管網條件的鄉鎮或村莊，推廣沼氣集中供氣工程；在鄉鎮設置沼氣能源服務站點，為周邊居民提供罐裝沼氣，加快構建與新型農村社區配套的分布式生物能源體系。建設大型生物天然氣工程，將經凈化提純的沼氣輸入城市天然氣管網或作為交通車輛的燃料。

（3）有序推進生物燃料乙醇。利用鹽堿地、干旱地等邊際土地種植甜高粱，生產燃料乙醇和飼料，帶動畜牧業發展。

2. 中期（2026—2035 年）

生物質經濟進入機制和體系創新階段。到2030 年，生物質能要成為國家能源供應體系中的主流能源，生物質燃氣的年利用量達3.8×1010m3，生物質成型燃料年利用量達5.0×107t。開展纖維素乙醇、航空生物燃料、微藻能源等先進生物燃料技術示范。

（1）加快非糧生物液體燃料技術研發。突破關鍵設備和工藝，降低纖維素乙醇生產成本，提高經濟性，建設一批規模化纖維素乙醇示范工程，配套建成纖維素酶生產基地，纖維乙醇生產能力達到?5.0×105t/a；積極推進以廢棄動植物油脂、木本油料作物為原料的生物柴油和航空生物燃料示范工程及應用，航空生物燃料產量達到2.0×105t/a。

（2）鼓勵微藻能源產業化示范。利用工業廢水和CO2廢氣，建設含油微藻規模化養殖場，開展微藻生物燃料的多聯產示范，在生產微藻生物燃油的同時生產高附加值的功能性食品等。

3. 長期（2036—2050 年）

生物質經濟發展進入規模替代階段。生物質能大規模替代化石能源，實現能源生產消費結構的基本性改變。生物質燃氣的年利用量達1.0×1011m3，生物質成型燃料年利用量達1.0×108t。

六、對策建議

（一）加強技術研發

建議整合現有資源，組建技術研發平臺，集中力量對生物質經濟共性技術開展科研攻關，攻克能源植物的篩選與高效培育、成型燃料高效清潔燃燒技術、纖維素酶等技術難點；加大對生物質能裝備制造體系的發展力度，重點支持規模化生物質原料收集設備、甜高粱莖稈乙醇規模化裝備和規模化沼氣生物凈化與提純、沼氣發電及其余熱利用等裝備的發展，以農林剩余物、畜禽糞便、有機廢水和生活垃圾等為原料，發展電力、供暖和燃氣的多聯供技術，發展以沼氣為紐帶的生態循環農業，推進生物質能利用技術產業化進程。

表2 我國生物質經濟發展技術路線

（二）完善激勵政策

當前，我國生物質經濟尚處于初級階段，面臨投入高、生產成本高、市場競爭力差等挑戰，亟需國家完善相關支持政策。建議對生物質清潔爐具的生產出臺相應的產品補貼政策，對農戶購買爐具和成型燃料給予一定補貼。采用政府和社會資本合作（PPP）、特許經營權等模式，引導社會資本進入規模化沼氣、生物質供熱等領域，對生物天然氣入網、沼肥、沼氣產品給予補貼等。另外，落實生物質經濟稅收優惠政策，建立農村碳減排和碳交易市場，增加使用生物質能技術的農民收入。

（三）強化市場培育

與化石燃料相比，生物質能源和生物基產品的成本偏高，特別是在國際油價處于低位的背景下，經濟性和市場競爭力尚未展現，且存在一定的市場壁壘。建議研究電網、燃氣和成品油的基礎設施和管理體系，采取配額制或建立碳交易市場，推動生物質發電、生物天然氣和生物液體燃料的商品化、規模化、市場化應用；完善生物質原料收集、運輸，以及生物質燃料配送、沼氣管網、加氣站等服務體系，增加就業機會，全面提高生物質能產業服務水平；研究將符合條件的生物質產品列入節能產品政府采購品目清單。

（四）加大資金投入力度

建議國家將可再生能源發展基金支持范圍從電力擴展到生物質成型燃料、生物天然氣、生物液體燃料和可生物降解塑料等，并設立專戶，專項用于支持生物能源和生物化工產品的開發利用活動，同時，吸引社會參與，拓寬融資渠道。各級地方政府要按照《可再生能源法》和有關政策的要求，安排專項資金支持生物質能和生物基產品的開發和利用。