生物质能简介
生物质是讨论能源时常用的一个术语，是指由光合作用而产生的各种有机体。光合作用即利用空气中的二氧化碳和土壤中的水，将吸收的太阳能转换为碳水化合物和氧气的过程，光合作用是生命活动中的关键过程，植物光合作用的简单过程如下：
水+二氧化碳植物太阳能有机体+氧
生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式，一种以生物质为载体的能量，它直接或间接地来源于植物的光合作用，在各种可再生能源中，生物质是独特的，它是贮存的太阳能，更是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料。生物质所含能量的多少与下列诸因素有密切的关系：品种、生长周期、繁殖与种植方法、收获方法、抗病抗灾性能、日照的时间与强度、环境的温度与湿度、雨量、土壤条件等，在太阳能直接转换的各种过程中，光合作用是效率最低的，光合作用的转化率约为0.5％～5％，据估计温带地区植物光合作用的转化率按全年平均计算约为太阳全部辐射能的0.5％～2.5％，整个生物圈的平均转化率可达3％～5％。生物质能潜力很大，世界上约有250000种生物，在提供理想的环境与条件下，光合作用的最高效率可达8%～15%，一般情况下平均效率为0.5%左右。
据估计地球上每年植物光合作用固定的碳达2×1011t，含能量达3×1021J，因此每年通过光合作用贮存在植物的枝、茎、叶中的太阳能，相当于全世界每年耗能量的10倍。生物质遍布世界各地，其蕴藏量极大，仅地球上的植物，每年生产量就像当于目前人类消耗矿物能的20倍，或相当于世界现有人口食物能量的160倍。虽然不同国家单位面积生物质的产量差异很大，但地球上每个国家都有某种形式的生物质，生物质能是热能的来源，为人类提供了基本燃料。
生物质能具备下列优点：
提供低硫燃料；提供廉价能源（于某些条件下）；将有机物转化成燃料可减少环境公害（例如，垃圾燃料）；与其他非传统性能源相比较，技术上的难题较少。
至于其缺点有：小规模利用；植物仅能将极少量的太阳能转化成有机物；单位土地面的有机物能量偏低；缺乏适合栽种植物的土地；有机物的水分偏多（50%～95%）。
生物质能大致可以分为两类——传统的和现代的。现代生物质能是指那些可以大规模用于代替常规能源亦即矿物类固体、液体和气体燃料的各种生物质能。巴西、瑞典、美国的生物质能计划便是这类生物质能的例子。现代生物质包括：①木质废弃物（工业性的）；②甘蔗渣（工业性的）；③城市废物；④生物燃料（包括沼气和能源型作物）。传统生物质能主要限于发展中国家、广义来说它包括所有小规模使用的生物质能，但它们也并不总是置于市场之外。第三世界农村烧饭用的薪柴便是其中的典型例子。传统生物质包括：①家庭使用的薪柴和木炭；②稻草，也包括稻壳；③其他的植物性废弃物；④动物的粪便。
世界上生物质资源数量庞大，形式繁多，其中包括薪柴，农林作物，尤其是为了生产能源而种植的能源作物，农业和林业残剩物，食品加工和林产品加工的下脚料，城市固体废弃物，生活污水和水生植物等等（中国生物质资源主要是农业废弃物及农林产品加工业废弃物、薪柴、人畜粪便、城镇生活垃圾等四个方面），下面举一些例子说明：
薪柴：至今仍为许多发展中国家的重要能源，仍需依赖柴薪来满足大部分能量需求，不过由于日益增加薪柴的需求，将导致林地日减，需适当规划与植林方可解決这一问题。
农作物残渣：农作物残渣遗留于耕地上也有水土保持与土壤肥力固化的功能，因此，农作物残渣不可毫无限制地供作能源转换。
牲畜粪便：牲畜的粪便，经干燥可直接燃烧供应热能。若将粪便经过厌氧处理，会产生甲烷和可供肥料使用之于渣。若用小型厌氧消化糟，仅需三至四头牲畜之的粪便即能满足发展中国家中小家庭每天能量的需要。
制糖作物：对具有广大未利用土地的国家而言，如将制糖作物转化成乙醇将可成为一种极富潛力的生物质能。制糖作物最大的优点，在于可直接发酵变成乙醇。
水生植物：如一些水生藻类，主要包括海洋生的马尾藻、巨藻、海带等，淡水生的布袋草、浮萍、小球藻等。利用水生植物化成燃料也为增加能源供应方法之一。
光合成微生物：如硫细菌、非硫细菌等等。
城市垃圾：将城市垃圾直接燃烧可产生热能，或是经过热解体处理而制成燃料使用。
城市污水：一般城市污水约含有0.02%～0.03%固体与99%以上的水分。下水道污泥有望成为厌氧消化槽的主要原料。
生物质不同的用途使生物质有不同的价值，因此如要统一确定生物质的经济性是十分困难，大规模商业化应用生物质会对其他市场，如食品市场和造纸市场产生重大影响。在评价生物质的经济性时，必须考虑生产生物质的成本和能源投资，所需的水和肥料以及开发利用生物质对土地利用和人口分布形式的总体影响等。生物质常常最适于分散应用，如在人口密度低的地区使用。典型的生物质能开发利用设备均比较小。生物质是到2020年唯一能极大地影响运输行业（不包括电车）燃料利用状况的可再生能源，然而，若大规模开发利用生物质资源，必须注意保护生物多样性，保护自然风景区和环境敏感区，同时还要注意控制废水和废气。
生物质能的开发和利用具有巨大的潜力。下面的技术手段目前看来是最有前途：
直接燃烧生物质来产生热能、蒸汽或电能。
利用能源作物生产液体燃料。目前具有发展潜力的能源作物，包括：快速成长作物树木、糖与淀粉作物（供制造乙醇）、含有碳氧化的合作物、草本作物、水生植物。
生产木炭和炭。
生物质（热解）气化后用于电力生产，如集成式生物质气化器和喷气式蒸汽燃气轮机（BIG/STIG）联合发电装置。
对农业废弃物、粪便、污水或城市固体废物等进行厌氧消化，以生产沼气和避免用错误的方法处置这些物质，以免引起环境危害。
而根据生物质能的作用和我国的现状，目前重点发展的项目如下：
1.近期优先发展项目
生物质气化供气
生物质气化发电
大型沼气工程
生物质直接燃烧供热
2.中长期化发展项目
生物质高度气化发电项目（BIG/CC）
生物质制氢等优质燃气
生物质热解液化制油
生物质能在能源环境系统中的地位
生物质能是世界第四大能源，作为能源，在人类历史上曾起过巨大的作用，在现实生产生活中，特别是在农村地区，仍然占有重要的地位。目前亚洲、非洲的大多数发展中国家，生物质能的消费量占全国能源消费总量的40％以上。1996年中国薪柴、秸秆的消耗量已达2.2亿吨标准煤，约占全国能源消费量的14％，占农村地区能源消耗量的34％，占农村生活用能的59％。其中约有1.2亿吨标准煤的秸秆和0.8亿吨标准煤的薪柴供农村居民及部分小城镇居民烧柴之用，另外的0.2亿吨标准煤的生物质能则主要用于农副产品加工和用作小砖窑、石灰窑、陶瓷厂、溶胶厂的燃料。由此可见，生物质能源仍是中国农村能源消费中的主要组成部分。
生物质能是来源于太阳能的一种可再生能源，具有资源丰富、合碳量低的特点；加之在其生长过程中吸收大气中的CO。因而用新技术开发利用生物质能不仅有助于减轻温室效应和生态良性循环，而且可替代部分石油、煤炭等化石燃料，成为解决能源与环境问题的重要途径之一。
目前，生物质能技术的研究与开发已成为世界重大热门课题之一，受到世界各国政府与科学家的关注。许多国家都制定了相应开发研究计划，如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等，其中生物质能源的开发利用占有相当的比重。目前，国外的生物质能技术和装置多已达到商业化应用程度，实现了规模化产业经营，以美国、瑞典和奥地利三国为例，生物质转化为高品位能源利用已具有相当可观的规模，分别占该国一次能源消耗量的4％、16％和10％。在美国，生物质能发电的总装机容量已超过10000兆瓦，单机容量达10～25兆瓦；美国纽约的斯塔藤垃圾处理站投资2000万美元，采用湿法处理垃圾，回收沼气，用于发电，同时生产肥料。巴西是乙醇燃料开发应用最有特色的国家，实施了世界上规模最大的乙醇开发计划，目前乙醇燃料已占该国汽车燃料消费量的50％以上。美国开发出利用纤维素废料生产酒精的技术，建立了1兆瓦的稻壳发电示范工程，年产酒精2500吨。
中国政府也十分重视生物质能源的开发和利用。自70年代以来，先后实施了一大批生物质能利用研究项目和示范工程，涌现了一大批优秀的科研成果和应用范例，并在推广应用中取得了可观的社会效益和经济效益。到1996年底，推广省柴节煤炉灶1.7亿户，每年减少了数千万吨标准煤的消耗；全国已建农村户用沼气池600多万个，年产沼气16亿立方米；兴建大中型沼气工程近600处（含工业有机废弃物沼气工程），使8.4万户居民用上了优质气体燃料；建成薪炭林540万公顷，年产薪柴约4000万吨。进入80年代，政府又将生物质能利用技术的研究与应用列为重点科技攻关项目，开展了生物质能利用新技术的研究和开发，使生物质能技术有了进一步提高，其中尤以大中型畜禽场沼气工程技术、秸秆气化集中供气技术和垃圾填埋发电技术等的进展引人注目。
但是，这些技术的进步同世界先进水平相比仍有较大的差距，特别是在技术设备的产业化和商业化生产方面的差距更为明显。目前国外这些技术基本上都实现了工业化生产，有的如大中型沼气工程和垃圾填埋发电技术等已达到商业化水平；而中国一般都处于商业化的前期，有的还停留在示范阶段。世界科学技术的发展历史证明，产业化和商业化是加速科学技术发展的动力，也是科技研究成果转化为生产力的根本措施。
开发生物质能对中国的重要意义
生物质是仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源，在整个能源系统占有重要地位。生物质能一直是人类赖以生存的重要能源之一，就其能源当量而言，是仅次于煤、油、天然气而列第四位的能源，在世界能源消耗中，生物质能占总能耗的14％，但在发展中国家占40％以上。广义的生物质能包括一切以生物质为载体的能量，具有可再生性。据估计，全球每年水、陆生物质产量的热当量为3×1012焦左右，是全球目前总能耗量的10倍；据有关专家预测，生物质能在未来能源结构中具有举足轻重的地位，采用新技术生产的各种生物质替代燃料，主要用于生活、供热和发电等方面。我国生物质能资源相当丰富，仅各类农业废弃物（如秸秆等）的资源量每年即有3.08亿吨标煤，薪柴资源量为1.3亿吨标煤，加上粪便、城市垃圾等，资源总量估计可达6.5亿吨标煤以上，约相当于1995年全国能源消费总量的一半。今天，人类面临着经济增长和环境保护的双重压力，因而改变能源的生产方式和消费方式，用现代技术开发利用包括生物质能在内的可再生能源资源，对于建立持续发展的能源系统，促进社会经济的发展和生态环境的改善具有重大意义。
中国近9亿人口生活在农村，1亿人口没有电力供应，1.7亿人口面临着沙漠化的威胁我国农村地区，传统的耗能方式仍然是以炊事为基本要求，作物秸秆和柴草为主要资源，大部分是炕灶直接燃烧，转换效率低。随着农村经济的发展和生活水平的提高，传统的用能方式已发生了很大的变化（见表），1995年农村商品能源占全部能源消费的70％，其余是生物质能和其他可再生能源，尽管如此，农村地区仍有1.1亿人没有电力供应，还有7000万人口面临炊事用柴严重缺乏的状态，1.7亿人面临沙漠化威胁。此外，环境代价亦不容忽视，一是生态环境破坏严重，水土流失面积从50年代的150万平方公里扩展到367万平方公里，二是由于对生物质资源的无序和浪费使用导致大气污染加剧，三是伴随乡镇企业的迅速发展加剧了环境质量恶化。
生物质能属于低碳能源，对于逐步改变我国以化石燃料为主的能源结构具有重要作用。我国的能源生产及消费结构的共同特点是：煤炭在能源结构中长期占绝对主导地位，一般占70％以上；石油、天然气、水电等优质能源在一次能源中的比重一直在25％左右，而且随着能源供应量的增长优质能源比重近年来还有所下降；从不同地区的能源消费结构来看，由于沿海与内地经济发展水平的差异，且受运输和环境保护的制约，其能源结构也在不断优化，以广东省为例，1995年一次能源消费中石油和电力占43.6％，而煤炭只占56.4％；从不同能源品种消费情况来看，电力与液化石油气的增长很快，1995年与1990年相比，分别增长了2倍和9.3倍，而煤炭消费只增长了1.4倍，但是这种能源结构仍是以化石燃料为主。能源危机以后，工业发达国家曾研究发展能源林来替代矿物燃料的技术。因为，生物质资源量丰富且可以再生，其含硫量和灰分都比煤低，而含氢量较高，因此比煤清洁。若把它变成气体或液体燃料，使用起来清洁、方便。此外，矿物燃料在燃烧过程中，排放出CO2气体，在大气层中不断积累，工业化前期大气中CO2浓度按体积比在空气中占0.028％，到1980年已增加到0.034％，温室气体在大气中的浓度不断增加，导致气候变暖，而生物质既是低碳燃料，又由于其生产过程中吸收CO2成为温室气体的汇（Sink），因此，随着国际社会对温室气体减排联合行动付诸实施，大力开发生物质能源资源，对于改善我国以化石燃料为主的能源结构，特别是为农村地区因地制宜地提供清洁方便能源，具有十分重要的意义。
中国生物质能开发利用与战略思考
光合作用为控制太阳能提供了一个方法，它有效地解决了阳光的两个不宜处理的难点，即：收集的高成本和间断性。在光合作用中收集器就是植物的叶子，这与用于光伏反应和太阳能集热发电的收集器相比，成本大大降低。而且能量的转化与储存也很方便，是由生长的植物体或生物质来完成，生物质能是无穷尽的。
一、生物质能资源
