五颜六色的“珍宝”
现在已知世界上的生物多达25万多种，生物质能的种类也很繁多，目前人们可以利用的大致分为六大类：木质素，主要包括木块、木屑、树枝和根、叶等；农业废弃物，主要是秸秆、果核、玉米芯、蔗渣等；水生植物，如藻类、水葫芦等；油料作物，如棉籽、麻籽、乌桕、油桐等；加工废弃物，包括食品、屠宰、酒厂、纸厂的排泄物和垃圾等；粪便，人、畜、禽的粪便。这些东西看来都是很不起眼的，甚至是无用的废物，对环境也有污染，但从能源角度看，却能变废为宝。如果煤被称作“黑色的金子”，那么这些生物质就可叫做五颜六色的“珍宝”。
生物质能的开发利用
谈到生物质能的开发利用，首先要重视上述这些“珍宝”，要立足高科技基点着手规划。但是从运行操作的可行性来讲，特别是发展中国家，还必须考虑现实，从实际出发，逐步淘汰传统落后的技术，减少浪费生物质资源。在中国，生物质能主要在农村，供农村使用，然后兼顾城市的需要。现在的做法是，在解决农村能源紧缺的条件下，先发展薪炭林，推广节柴灶，兴办农村沼气，逐步开展生物质能的综合利用，加强大型厌氧发酵工程的研究，注意城乡环保卫生工作。在高技术研究中，开展生物质的气化、液化工作，创建能源农场，注意生态平衡，促进生物质能商品化，使新能源进入大能源循环系统，以确保社会的可持续发展。
从节约薪柴做起
海洋是蓝色，大地是绿色，本来地球应该是很美的！但是渐渐水变黄，地变黄，为什么地球会褪色？原来是地表的绿色植物覆盖遭到了破坏。现在全世界剩下的森林总面积只有34万亿平方米。据统计，世界森林面积正在以每年2000亿平方米的速度消失，这实在令人可怕。分析原因，主要是发展中国家燃料缺乏，发达国家滥用木材。20世纪90年代以来，全世界每年薪柴消耗量约为15.66亿立方米，占全球森林采伐总量的59％。有些富裕国家大量从非洲、拉美等地进口建筑木料。森林面积减少，带来干旱、水土流失、土地沙漠化和全球气候恶化，正严重地威胁着人类的生存。
中国人口众多，森林面积仅有1.2万亿平方米，按森林的木材生长量3.5亿立方米计算，现在已年年超采。因为我国的木材年消耗量为3.27亿立方米，薪炭林年耗1亿立方米。
生物质压块成型燃料生物质直接燃烧，不管如何改灶，它的热能利用率都不会太高，且使用不便，尤其是贮运困难。比较科学的办法是进行适当的加工处理，变成热值高、便于贮运的商品燃料。目前，在一些经济发达国家，烧薪柴的炉灶已很难找到，很多农林废弃物甚至成为包袱，于是开始了预处理工作，其中较为简便的方法是进行压块，使松散的生物质，压缩成密实的块状或棒状燃料，除代替煤作民用燃料外，还可用于发电和工业加热，其商品附加值大为提高。
生物质压块成型燃料需要压制机，它是利用植物细胞中含有大量的木质素，从化学结构看，为苯丙烷型的立体结构，属一种高分子化合物，在一定的压力和温度下能够软化，可把相邻的纤维素等黏结在一起，冷却后就成块状的固体燃料。这种压块过程不需要外加黏结剂和外加热，只是利用物体本身及其受压产生的热量，当然需要开动压制机的电力。压块燃料密度大，挥发物逸出慢，燃烧时间长，氧化过程平稳，实为优质燃料。近年来，我国已开始研制生物质压块燃料，生产各种适用的压制机。
有些生物质燃料，作为民用炉灶使用，很不方便，有的甚至不可能，如稻壳、锯末、有机垃圾等。若改变用途，就可找到合适出路。较好的办法是集中起来，用作发电的燃料。现在国内外已有生物质发电厂，包括焚烧垃圾的发电厂。
沼气是很好的燃料
我国采用人工方法制造沼气也比较早，大约在19世纪80年代，广东汕头一带就有利用垃圾发酵制取沼气的尝试。当时称为“人造瓦斯”。20世纪初，台湾新竹县的罗国瑞先生为了抵制“洋油”，曾利用沼气点灯，进而扩大到用沼气煮饭。1921年，罗先生在汕头开办了第一个人造瓦斯公司，专门生产沼气。20世纪30年代，罗先生又联合一些人在上海、江苏、福建、湖北、四川等地先后开办了“国瑞天然瓦斯（沼气）公司”，逐步扩大到南方14个省，后因抗日战争才停办。全国新中国成立后，1958年，这种沼气技术被发掘出来，并在武汉举办展览会，毛泽东主席曾参观过。可惜那时操之过急，一味求大，忽视技术，终告失败，未能推广。直至20世纪70年代，农村能源非常紧缺，中国再度出现沼气，经过总结经验，逐步摸索，不断改进，终于使中国式的小型户用沼气池在农村中发展起来了。截止到1996年底，据农业部统计，全国已有户用沼气池570多万个，实实在在地解决了部分农户的燃料问题，同时环境效益也不错，在国际上也受到重视。
水压式沼气池是把发酵间和贮气间结合为一体，出料管和水压箱连在一起，另一侧为进料管，沼气由设在上部活动盖板上的导气管输出。在运行中，随着发酵间不断产生沼气，贮气间的沼气密度增大、气压上升，并把发酵间的料液通过出料管挤向水压箱。于是水压箱的液面与发酵间的液面形成一个位差。这位差就造成贮气间沼气的压力，沼气即靠这种压力由导气管输送出去。当使用沼气后，贮气间的压力下降，发酵料液又从水压箱流回发酵间，继续发酵产生沼气。如此依靠沼气池中料液来回的压力，保持运行中的动平衡，实际是水的压力起作用，所以叫“水压式”。我国农村建造的这种沼气池，一般为10立方米左右，每天产沼气约1立方米，产气率10％不算高，但是沼气中甲烷的含量约占60％，每立方米沼气的热值可高达23000千焦左右，相当于1千克原煤完全燃烧产生的热量，所以对于一个4—5口人之家来说，尚可保证每天的炊事用燃料。有的地方稍注意技术，产气率还可提高，华南气温较高的地区，有的沼气池容积只有6—8立方米。
农村沼气池的填料主要是猪粪、秸秆、污泥、水等。当然，人的粪便、牛粪、鸡粪等都是很好的发酵料。由于沼气菌在生长和代谢过程中需要各种养分，除水之外，碳和氮及无机盐的比例关系很重要，碳元素是微生物产生甲烷的主要物质，氮元素则是构成微生物细胞的重要来源。因此，碳氮比在沼气发酵料中值得注意。
表农村沼气池的配料比（千克）
项目猪粪秸秆污泥水
入池计量13383655124185
总固体量24231584
挥发性固体量13323528
20世纪90年代以来，为了规范化推广农村沼气，我国农业部陆续制定了关于农村沼气建设的各项标准，并绘有标准图样。各地农村能源办公室及有关专门研究单位和沼气建设公司负责技术指导，大大方便了农村建设沼气池，并保证了建池质量。有些地方还从实际出发设计了多种结合的沼气池，如猪圈、厕所与沼气池结合的，温室养鸡与沼气池结合的。更有在建池材料上下工夫的，除一般水泥沼气池外，还有红泥塑料沼气池、塑料袋式分体沼气池和浮动罩式沼气池等等。
大型沼气技术
随着农村沼气使用的日益推广和国际大型厌氧工程的进步，20世纪90年代以来，我国工业化的大型沼气工程有了迅速发展。在农村，有不少经济发展较快的地区，对小型户用沼气池已不满足，不仅对其产出的能量感到不够，更在管理上觉得费工，尤其是家庭养猪被大型猪场替代，发酵原料成问题，小型沼气池难以维持；另一方面，乡镇企业发展，城镇工业的废水废渣成灾，迫切需要处理。加之国外厌氧发酵工程的引进，形成内外夹攻之势，大型沼气迅速兴起。
大型沼气工程（或称厌氧发酵工程）主要有几种工艺流程，如厌氧接触发酵池、厌氧生物滤池、上流式厌氧污泥床等。
厌氧接触发酵池是一种中温发酵沼气生产装置，池内装有搅拌器，外面设有污泥沉淀池，当池中发酵的污水被排出时，随水而出的污泥甲烷菌能循环地打回发酵池，以减少菌种流失，增加发酵效率，提高沼气产量。多余的污泥则从池底排放，用作肥料。沼气从发酵池的上部引出。此种工艺流程较适合酒厂废液生产沼气，其进料即带有一定的温度，由回流污泥的口加入。新建装置应从原有发酵池引种污泥，即接种，在运行过程中使微生物量达到平衡。目前国内大型酒厂、屠宰场、制革厂等的有机污水处理，多采用厌氧接触发酵池。
厌氧生物滤池它是用钢板卷制的圆柱状沼气反应塔类似一般化工厂的设备。塔内装满填料，以便微生物可以附着，慢慢形成一种生物膜。生产沼气的甲烷菌即生存在这种生物膜中间。当有机污水从塔底流进时，甲烷菌和其他微生物就从污水中吸取有机质养料，并制造出甲烷和二氧化碳等气体，即沼气。同时有机污水也被降解处理了。产生的沼气和处理后的水从塔顶排出，经气水分离，各走其道。这种装置的自身能耗低，没有搅拌器，可在25℃左右的温度下进行操作，产气率较高。关键技术是选择合适的填料和控制污水流量，不能让生物膜生长过厚，导致水流堵塞，又不能流量过大，造成生物膜大量流失。用作填料的有特别制造的硬质塑料环、炉渣、焦炭或卵石等，要求表面积大，易形成生物膜，又便于污水流通。
上流式厌氧污泥床是目前国际上较先进的沼气生产装置，它的运行温度较宽，高、中、低温均可。对于处理带溶解性的有机污水尤为有效，如糖厂、柠檬酸厂、化工医药厂等的污水。一般负荷率为4—10千克COD（化学耗氧量）/米3·日，产沼气率为3—5米3/米3污水·日。这种装置可以大型化，目前最大装置的体积已达5000立方米。我国刚建立几套试验装置，但是自动化程度与国际先进水平差距较大。此种设备也同厌氧生物滤池类似，外形为圆柱状塔，但塔内不装填料，而是预先灌进适量的驯化污泥，形成一种污泥床。有机污水从塔底进入，通过污泥成悬浮状。当污泥中的微生物吸取有机质养料产生沼气，即成气泡向上浮，就靠这种鼓泡推动固液相互翻动，使微生物与污水有较好的接触，所以产气率高，也不用任何搅拌，自身能耗低。塔的顶部装有固、液、气三相分离器，使沼气和污泥可以较好地分离， 大部分污泥仍沉降留在塔底，一部分处理后的水从塔内流出。
