生物质能一直是人类赖以生存的重要能源，是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源，在整个能源系统中占有重要地位。有关专家估计，生物质能将成为未来可持续能源系统的重要组成部分，到本世纪中叶，采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40%以上。
我国是一个人口大国，又是一个经济迅速发展的国家，面临着经济增长和环境保护的双重压力，因此改变能源生产和消费结构，开发利用生物质能等可再生清洁能源资源对我国建立可持续的能源系统，促进国民经济发展和环境保护具有重大意义。
开发利用生物质能对我国农村更具特殊意义。我国80%人口生活在农村，秸秆和薪柴等生物质能是农村的主要生活燃料。广大农村地区拥有丰富的生物质能源资源，据估计，农业和林业每年可以提供的固体能源资源约有6亿—7亿吨，所含能量相当于3亿一3.5亿吨标准煤，即占2005年全国商品能源生产总量的15%一17, 4%。以北京地区为例，粗略统计，北京郊区、县，每年产生的可作为能源利用的农作物秸杆、果树剪枝和薪柴，以及市区产生的绿化废弃物（树枝、树叶等）大约有400万吨，其能量相当于200多万吨优质原煤。虽然有如此丰富的生物质能源，但是由于技术和经济方面的原因，目前即便是生活在广大农村的农民也以煤炭作为家庭生活的主要能源，这既造成了严重的能源浪费和环境污染，同时也增加了农民的经济负担。
由于我国地广人多，常规化石能源不可能完全满足广大农村日益增长的需求，而且由于国际上正在制定各种有关环境问题的公约，限制二氧化碳等温室气体排放，这对以煤炭为主的我国是很不利的。因此，立足于我国农村现有的生物质资源，研究新型转换技术，开发新型燃烧设备既是农村发展的迫切需要，又是减少二氧化碳等气体排放、保护环境、实施可持续发展战略的根本需要。在农村尽可能采用新技术，多用生物质能，减少煤炭等化石能源消耗，可以收到一举多得的效果：
首先，减轻农民经济负担，帮助农民就业增收。农民增加生物质能消费，可以减少商品煤的购买量，从而减少现金支出；生物质原材料的收集及供应可创造大量新的工作岗位并给农户带来直接收益。
其次，提高农民生活质量，改善农村环境条件。生物质燃料的含硫和含灰量远低于煤炭，燃烧温度较低，代替煤炭可以减排二氧化硫、氮氧化合物和灰渣，既能改善农户的室内卫生，又能减少村庄灰渣的堆放和运输量，利于改善村容村貌。
第三，利于保障能源供应，提高能源利用效率。从农村置换出来的部分煤炭可以用于大容量机组发电或其他用途，既可以缓解煤炭供应紧张的局面，也可以避免农村用煤的低效率造成的浪费。
第四，减排二氧化碳，洁净大气环境。在生物质生长——燃烧利用的循环周期中，大气中的二氧化碳净增长为零。
第五，有利于实现可持续发展。生物质能是可再生能源，其可持续性优于石油、天然气、煤炭等不可再生能源。
二、生物质颗粒燃料在我国农林废弃物利用中的作用
我国每年都产生大量的农林固体废弃物，如农作物秸秆、果树剪枝、薪材、林产品加工废料等。长期以来，由于缺少高效、适用、清洁的利用技术，我国的农林固体废弃物能源资源没有得到有效的利用。在我国农村地区，如今不少农户选择减少甚至放弃使用生物质固体燃料，而转为利用化石燃料一煤炭和液化石油气等作为家庭生活的主要能源。表1是清华大学去年针对北京市一郊区23个行政村（包括平原村、半山区和山区村）实地调查所统计出的当年户均生活能源消费和耗能结构，30码期期必中生产销售的秸秆颗粒机、木屑颗粒机专业压制生物质颗粒燃料
从该表可看出，煤炭等商品能源在所调查农村地区的使用比例占据主导地位，从经济成本看，由于煤炭和液化石油气的价格不断上涨，大量使用煤炭等商品能源，使农民家庭用于能源消费的费用占家庭支出的比例越来越大，表2是被调查家庭年支出采暖费的分布情况。
我国目前农村地区的能源利用逐渐呈现出结构性的矛盾，即对商品能源的需求及使用比重渐长，而对大量可再生能源如农林废弃物的利用比例没有有效增加。为了改善能源结构，提高能源效率，提高农民的收入和生活水平，必须充分开发、利用广大农村地区的农林废弃物。
此外，我国农村地区用能问题还表现在能源资源利用效率的低下和落后。就生物质能而言，农村普遍采用粗放方式直接燃烧原生态秸秆和薪柴的热效率只有10%~15%，烧煤的效率也很低，家庭取暖用的燃煤小锅炉的效率只有40%~50%。北方农村冬季取暖年均能耗(25千克~40千克标煤／平方米)远高于城镇采暖平均能耗（20千克标煤／平方米），低能效导致耗能过高，不但浪费资源，而且污染环境。今年1月，清华大学、香港大学及农业部科技发展中心能源生态建设处等单位在辽宁、黑龙江、甘肃三省进行了农村能源调研，发现落后的燃烧方式和设备使农户室内的污染物（一氧化碳和可吸入颗粒物）浓度普遍偏高，尤其是可吸入颗粒物严重超标，危害着广大农民的身体健康。
因此，大力开发低成本的颗粒燃料的生产和燃烧技术，是利用我国农林废弃物的最佳选择。颗粒燃料含灰量、含硫量比煤低得多，燃烧产生的污染物少；颗粒燃料的形状规范，燃烧容易控制，燃烧效率高；颗粒燃料是可再生能源，二氧化碳零排放，其大量利用有利于我国农村地区的可持续发展。
三、生物质颗粒燃料常温压缩成型及燃烧技术概述
为了利用生物质能资源，学术研究领域致力于把生物质原料转换成气体、液体和固体燃料加以利用。从能量守恒、节约能源资源的角度考虑，固化成型直接燃烧技术是能量转化最高的能量转化利用方式。
生物质固体成型燃料有生物质颗粒、生物质压块（棒）和木炭。木炭必须以木材为原料，通过干馏制取，能耗大、成本高，还有二次污染问题。生物质压块（棒）的制造工艺是，或者在极高压力下(>100MPa)直接压制（螺旋挤压和柱塞冲压），或者在高压和加热条件下压制。这些工艺的共同缺点是成型部件磨损严重、寿命短，成型能耗大，对原料含水率要求较严，生产率偏低，工作稳定性差。由于生物质压块（棒）的体积较大，其应用的范围和便利性也受到了严重制约。我国不少研究机构和企业，多选择生物质压块（棒）的技术路线，但还未取得具有规模化产业开发价值的研究成果。经过国外和国内长期的研究开发实践，鉴于固体燃料的科学燃烧利用特性，生物质颗粒化成型逐渐变成了固化燃料的主流技术。
目前，将生物质原料压缩成颗粒燃料与颗粒燃烧的技术是生物质固化成型燃料技术中受到最普遍采用的一种，在欧、美、加、日等发达国家，已有30多年的发展历史。这种技术的开发和应用是20世纪70年代初第一次“能源危机”直接刺激的结果，后来又受到减排温室气体的强有力的推动。
在颗粒化成型方面，欧美国家采用的技术都是集中的工厂化生产，加工过程复杂，其流程是：原料储存一原料预处理一粉碎一千燥一加温一压缩一冷却—包装，因而设备多，体积大，一次性投资大，生产能耗和成本高，很难在发展中国家推广。
北京惠众实科技有限公司致力于生物质能的技术开发和应用研究，通过与清华大学密切合作发明了一种生物质颗粒成型技术（国外称其为“冷成型”技术），在国际上最先突破了热压缩工艺的限制，以比较简单的工艺和设备就能将农作物秸杆、林业废弃物加工成颗粒燃料。目前，惠众实公司与国家电网公司下属公司合资成立国能惠远生物质能发展有限公司简称国能惠远公司共同推进此项技术的产业化发展。
自2004年研究成功第一台定型试验机以来，这一技术很快受到国外和国内的高度关注，并呈现出较快的积极发展态势。2004年1月，科技部支持国能惠远公司进行“生物质常温压缩对辊机型的研制”，将其列入“十五”国家科技攻关计划课题。到2005年6月，完成了对辊机型（卧式机）样机的研制，并投入试验运行。初步试验结果表明，该样机的主要性能达到了课题任务书中的考核指标，目前正在进行机型的进一步改进和长时间运行考验。
2004年5月8日—18日，欧盟生物质能标准起草单位、瑞典农业科学大学生物质技术与化学中心沃尔森的专家小组在清华大学对处在调试阶段的V型立式颗粒成型试验机进行了现场试验测试。同年9月20日，该中心出具了试验测试报告。在对试验测试结果的评论中，认为“试验表明了这种新的生物质颗粒燃料的‘冷成型’技术有很多有意义的结果，它在生物能源领域会有巨大的潜力。瑞典开发颗粒燃料新计划指导委员会( SLUP)判定：值得加强评估该项技术，特别是对于产自北欧的软木原料以及能源植物等新原料”。鉴于积极的测试结果，对方又提出在我方已有研究成果和知识产权的基础上，双方合作进行深入的后续研究开发，以推动这一技术进一步完善和成熟。2005年7月瑞典农业科学大学就此和清华大学签订了为期四年的合作协议，并从国能惠远公司购买了2台试验机运往该中心的实验室做试验平台。
从2005年初开始，国能惠远公司和清华大学合作研究开发生物质颗粒燃料炊事采暖两用炉，以适应北方农村家庭冬季用热水取暖、烧水做饭和热炕的需要。该炉的设计输出热功率为8. 4kW，供暖建筑面积100 ~120平方米。至2005年8月，研制出了第一台试验炉，炉子由一个料斗、两个燃烧室和灶台、一个热水换热器组成，运行采用自动给料、烟囱自然通风方式，试验运行基本正常，实现了预定的设计功能。
国能惠远公司在研究开发生物质颗粒燃料冷成型技术的过程中，十分重视对知识产权的保护，先后在国内和国外申请了有关的发明专利。国能惠远公司和清华大学通过密切合作进行自主创新研究，在生物质颗粒燃料冷成型技术方面取得了在国内外有开创性的、具有完全自主知识产权的成果，这些成果对我国及其他发展中国家的农林废弃物的开发利用有诱人的潜在应用价值，对发达国家也有很强的吸引力。
生物质能颗粒常温压缩成型及燃烧技术简化了国际上现行的生物质颗粒燃料成型工艺，使生物质原料在自然干燥含水率下经过粉碎就可以直接压缩成颗粒燃料，不需干燥、加热和冷却的过程，从而大大减小了设备的体积，降低了设备的造价、成型能耗和运行成本。更为重要的是，由于成型工艺简单，颗粒成型机体积小，可以方便地将成型设备从一个地方移动到另一地方，使之靠近原料产地，采取分布式生产方式，就地加工颗粒燃料，就地将颗粒燃料销售给用户。这样就可以显著降低生物质原料的运输成本和颗粒产品的配送成本。我国大约有65万个村庄，居住着约7.45亿人口，每个农民家庭平均只有0.49公顷可耕地，所产的农林废弃物不多，每户家庭的收入较低。在这样的国情条件下，作物秸秆的收集、运输都是分散进行的，规模很小。正是生物质颗粒燃料常温成型及燃烧技术的特点，使得颗粒燃料的加工可以采取逐村逐村流动的方式。通过这样的途径为我国农民提供高质量的生物质颗粒燃料，适合我国农村具体的社会和经济条件。
四、生物质颗粒燃料常温压缩成型及燃烧技术的示范应用
为了验证生物质颗粒燃料常温压缩成型及燃烧技术在我国农村地区应用的可行性，国家发改委资助国能惠远公司在北京怀柔区实施一小型示范项目。2005年10月至2006年3月，是该示范项目的第一阶段。在此阶段中，在怀柔区的一个乡村安装了两台试验成型机，利用农作物秸秆和木材锯末加工颗粒燃料；同时为村中的7户农家安装了专门设计燃烧颗粒燃料的炊事采暖两用装置，在冬季取代煤炭进行家庭供暖和炊事。第一阶段的示范结果是成功的。
（一）成型机的示范结果
示范用的2台示范成型机分别是V型立式机和VI型卧式机，二者的设计产能分别是200千克／时和300千克／时。使用了几种不同的原料，表5是VI型卧式机的颗粒成型报告。
表4是在VI型l#机上对两种原料在不同含水率和给料量条件下的造粒试验结果。两种原料的成型性能差别较大。玉米秸的成品率较高，但混合料的颗粒产量较大。混合料中的木质成分多，成型能耗较高，但都低于设计成型能耗指标60度／吨。通过第一阶段的颗粒成型示范运行，证明了该项冷成型技术从实验室过渡到试生产获得了成功，其实用性得到了生产实践的考验。
（二）炊事采暖两用炉示范情况，
在我国北方农村，农户在冬季一般采用三种方式来满足家庭的炊事和取暖需要：(1)用液化石油气或蜂窝煤或秸秆、薪材做饭；(2)用烧块状烟煤的小锅炉取暖；(3)用烧秸秆或薪材灶的热烟气加热炕，一种用砖和砂浆砌成的床铺，它具有蓄热功能。这既浪费能源，又造成农户的室内污染，并且加大了农民的劳动量。为了让示范农民使用颗粒燃料，专门设计制造了一种颗粒燃料炊事采暖两用装置。该装置由一个料斗、两个燃烧炉和一个热水换热器组成。燃烧炉可以做饭，热烟气从燃烧炉进入换热器加热采暖的热水，离开换热器的烟气可以流过火炕里的烟道而加热火炕。燃烧室的给料是自动连续的，给料量可以人工调节；炉篦子上的积灰被自动定时地清除。设计的炉子输出热功率为8,4千瓦，可以供100～120平米的房子冬季取暖。这一套装置可以代替北方农村的三种燃烧方式，同时实现前述三种功能。
示范村庄的7家农户在第一阶段的121天采暖期内，使用上述炊事采暖两用装置，实现了燃料置换的示范。据统计，在采暖期内平均每户消耗的颗粒量是6 438千克，平均日消耗53千克。采暖期内7户农民的平均室内温度在14度以上，有火炕的卧室温度达到18度。两用装置的总热效率可达到80%。由于颗粒的燃烧效率和两用装置的热效率远高于燃煤炉和秸秆／柴灶，采暖期内每户可替代5~ 5.5吨优质煤。7家农户对示范效果很满意，认为使用颗粒燃料，家里干净了，冬天室内温度提高了，减少了劳动量，也使农作物秸秆和柴禾得到了充分利用，节省了购买煤炭的费用支出。
（三）示范点使用颗粒燃料的经济性分析
从怀柔区的示范结果看，使用生物质颗粒燃料常温压缩成型及燃烧技术提供的生物质颗粒在经济上较之传统能源更为节省，得到了示范农户的认可和接受，主要体现在：一是生物质颗粒可以实现自动给料，持续燃烧时间为24小时，暖气给水温度稳定在70度以上，冬季室内平均温度为16度，比传统烧煤更清洁、方便，无污染；二是使用更经济、成本相对低，具体情况见下表5：
由示范点的上表可看出，使用生物质颗粒燃料在相同温度条件下比常规能源更经济，更节省成本。除了使用的经济性之外，生物质颗粒燃料也便于存放，可以较好地解决农村柴草堆放问题，利于环境建设，此燃料的零污染排放，也特别有利于农村环境保护，减少废气排放量。根据燃煤排放系数，专家测算出，每使用100万吨生物质颗粒燃料，可替代原煤75万吨，相应地可减少对大气造成污染的二氧化碳排量达161万吨，烟尘排量1.5万吨，一氧化碳0.75万吨。
需要说明的是，表5的颗粒燃料价格仅是基于目前示范点。我们生物质能颗粒燃料的市场成本将主要取决于资源条件和成型系统造价。资源条件主要体现在原材料的收集和运输成本；成型系统造价包括设备部件价格、安装和配套维护费以及能耗等费用，它的造价取决于工业化规模和工艺流程等，还有政策影响，如财政补贴、所得税和增值税等。 +
五、生物质颗粒燃料常温压缩成型及燃料技术在我国农村的大规模推广
由于第一阶段的示范收到了令人鼓舞的结果，北京市政府决定加快该技术的示范速度，扩大示范规模，要求今年冬季实现颗粒燃料替代的农户达到1000户以上，颗粒燃料年产量要达到10000吨以上，北京市还要求在2008年完成“百村万户”工程，即有上万户农民家庭使用该技术生产的生物质颗粒燃料，以有序推进生物质能源在北京市郊区农村的普及使用。
为了有效完成上述目标，我们正积极与相关政府部门密切合作，加紧进行以下几方面的工作：一是对颗粒成型机继续进行优化设计，改进其制造工艺，提高其运行可靠性和易损部件的使用寿命；二是对颗粒燃料的燃烧设备继续进行优化设计，以提高其热效率和使用的可靠性，进一步降低烟气中浓度，降低燃烧设备的造价，同时，还要设计新的专门为农户做饭用的简便的颗粒燃料炉；另外，为适应规模化批量生产的要求，现在起就需要设计批量生产颗粒成型机和颗粒燃料燃烧设备工厂的工艺流程，为相关的设备制造厂的建设作好前期准备。
目前看来，生物质颗粒燃料常温压缩成型及燃烧技术能较好地契合我国农村地区的实际情况，在我国农村地区进行大规模推广基本可行。通过政府、企业及社会各方资源的共同努力，可以建设起一全新的可再生能源产业领域，即集生物质能原料收集、生产、加工与转化、能源产品与应用等为一体的完整的产业链和技术服务体系。该产业体系的建设可以在我国农村发展起能源农业，从而建设起一批生物质能生产、加工与转化、产品与应用的工业企业，进而为转移农村剩余劳动力提供出路。
为了有效地推进生物质颗粒燃料成型及燃烧技术在我国农村地区的大规模应用和推广，有必要逐步建立起比较完善的生物质能产业管理和技术推广服务体系。该体系应在政府主管部门的领导及支持下运作，可结合多方资源逐渐建立起由国家、省、地（市）、县四级组成的管理和推广体系；同时，政府部门可投资建立按区域划分的农村生物质能技术培训中心，重点支持生物质能资源丰富的省份建立省级技术推广服务站，并建立起生物质能产品和设备的质量监督检验测试中心。总之，从中央到地方逐渐形成比较完善的生物质能产业管理、推广、科研、培训和监测体系，并制定出相应的法规、标准和管理制度，为该产业的健康有序发展奠定良好的工作基础。
此外，在生物质能颗粒燃料成型及燃烧技术的推广过程中，还有必要逐步建立起相应的产业扶持政策和法规。有关生物质能发展的政策法规工作目前仍处于起步阶段，地方投资力度也远未激发口国家主管部门对发展生物质能有必要出台系统性的指导性意见和具体的产业扶持政策，各级领导和主管部门对提高对农村生物质能能源建设的重视程度仍需提升。
六、结论
发展生物颗粒燃料成型及燃烧技术是我国大规模利用农林废弃物的重要途径，对我国农村的可持续发展极其重要，也特别符合我国新农村建设的现实需要。该技术对生物质颗粒燃料成型技术有重要的革新，其突出特点是不加任何粘结剂，在常温下以低能耗把粉碎的生物质原料加工成颗粒。由于成型工艺简单，颗粒成型机体积小，可以方便地将成型设备从一个地方移动到另一地方，使之靠近原料产地，采取分布式生产方式，就地加工颗粒燃料，就地将颗粒燃料销售给用户，这样就可以显著降低生物质原料的运输成本和颗粒产品的配送成本，这就为该技术在我国农村地区的大规模推广和应用创造了可能。从目前小规模示范的初步结果看，该技术符合我国农村特定的环境条件，受到了农户的欢迎和积极评价，适宜在我国农村推广应用。
同时，我们也应认识到，生物质能技术的开发和利用直接关系到国计民生，关系到国家发展战略的实施，生物质颗粒燃料成型及燃烧技术的发展和推广离不开相关政府主管部门的管理指导和扶持，这也是当前国际上生物质能产业发展较为先进国家的通用做法和成功经验。为此建议，在生物质颗粒燃料常温成型及燃烧技术进行大规模推广应用的过程中，相关政府主管部门能逐步出台具体的产业发展支持政策和措施，以有效有序地推进此产业的发展壮大，30码期期必中不但生产销售秸秆颗粒机、木屑颗粒机等生物质燃料成型机械设备，而且还大量销售生物质颗粒燃料。
