传统能源，如煤、石油等的有限储存量已无法满足人类发展的需求，同时燃烧时排放大量有害气体，严重危害着人们的健康。面对这种严峻的形势，人类迫切要求寻找新型能源，既能充分供给工业发展所需的能源，同时减少对环境破坏的影响，这便是生物质能一蕴藏在大自然中的取之不尽、用之不竭的可再生能源。生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物质体内的一种能量形式，它以生物质为载体，直接或间接地来源于植物的光合作用。通过对生物质的加工，可获得固态、液态或气态燃料，在燃烧燃料过程中几乎没有S02的排放。我国地大物博，农林生物质资源数量巨大，来源广泛，为生物质能开发利用提供了丰富资源。
1、农林生物质的来源
1.1农业生物质的来源
农业生物质主要包括农作物秸秆、畜禽粪便、农产品加工业副产品和能源作物等。稻谷是世界上主要的农作物之一，而稻谷中稻壳的重量就占整体质量的25%,而种植面积较小的花生中45%是花生壳。经计算，干的农产品中至少其自身25%的物质将变为废弃物，因此农业废弃物是一个不可忽视的重要问题。中国是一个农业生产大国，也是世界上农业废弃物产出量最大的国家，其中农作物秸秆年产量达5.9x108t（干质量），畜禽粪便超过4x109t，是工业有机污染物的4.1倍。随着工农业的发展以及人口的不断增加，农业生物质每年以5%～10%的速度递增，如没有对大量的农业生物质进行处理，即直接丢弃或者排放到环境中，所造成的可利用资源的浪费和对生态环境的污染影响巨大。
1.2林业生物质的来源
林业生物质资源主要是森林生长和林业生产过程提供的生物质能源，包括薪炭林，在森林抚育和间伐作业中的零散木材，残留树枝、树叶和木屑等；木材采运和加工过程中的枝丫、锯末、木屑等；林业副产品的废弃物，如果壳和果核等。
我国林业生物质资源丰富，森林面积列世界第5位。据2008年开展的第七次全国森林资源清查结果显示：我国现有用材林面积1.283x108hm2，蓄积8.454x109m3：薪炭林面积3.4946x106hm2，蓄积7.82406x107m3；竹林面积1.07620x107hm2。林业生物质品种丰富，具有很大发展潜力。加速林业发展，不仅可以吸收CO2，缓解气候变化，促进减排作用，而且发展林业生物质能不与粮争地，不与人争粮，可有效增加农民收入，促进新农村建设。
2、国内外农林生物质利用研究现状
自21世纪以来国际能源价格持续维持在高价位．世界各国均开始大力开展生物质能源开发．多个国家已发布相关法规，为生物质能源的开发提供支持。
美国从1979年开始采用生物质燃料直接燃烧发电，到2010年美国生物质能电量约为4.80x1010kWh;1980年美国明确提出以生物柴油代替化石柴油战略．并出台相关法案：2005年美国成为世界第一燃料乙醇生产大国．大量乙醇燃料的生产不仅带动本国经济，也减少石油进口量，减少支出外汇。
长期以来．巴西将推广乙醇燃料作为国家重要能源政策之一。巴西具有辽阔的疆土，优越的自然条件，使巴西成为甘蔗产量最多的国家。2002年，由甘蔗加工、提炼获得的燃料乙醇已替代接近50%的石油，而巴西80%的石油是通过进口而来。同时巴西蓖麻年产量可达2x106t．能生产生物柴油1.12x108L，并可为巴西民众提供10万个就业机会。
德国是欧盟国家中生物燃料产量最多的国家，为大力发展生物质利用德国政府发布了对生物柴油生产企业实行全额免税等政策，同时企业也对生物质液化燃料生产技术进行投资．共同推动德国生物柴油发展。德国戴姆勒一克莱斯勒公司为开发生物质液化燃料生产技术投资数千万欧元，同时还开发相应汽车发动机改装技术等。
中国在生物质能利用开发起步较晚，但国家对生物质能源利用的重视以及国家相关政策的推出，使得生物质能源利用技术开发得到飞速发展。至2010年底，全国农村户用沼气总数达到4000万户，年生产沼气1.55x1010m3：结合解决农村基本能源需要和改变农村用能方式，全国建成400个左右秸秆固化成型颗粒燃料应用示范点．秸秆固化成型颗粒燃料年利用量达到106t左右：燃料乙醇的生产达1.9x106t，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成型颗粒燃料，秸秆颗粒机如下图所示：
3、生物质能源的综合利用技术
我国最广泛的生物质利用技术有沼气技术、固化成型技术、秸秆气化技术及液化技术。3.1固化成型技术
我国最早对农林生物质的利用主要体现在农村里直接燃烧农作物秸秆、木头来烧饭或者加热房间等。但直接燃烧过程中，其燃烧效率极低，能量利用率只能达到约15%左右．极大浪费资源且对环境污染严重。为提高农作物秸秆及农林废弃物利用率，将松散的秸秆、籽壳和农林废弃物经粉碎、挤压成为固体成型颗粒燃料。固体成型颗粒燃料具有密实度高、体积减小、热值提高及便于储存和运输等优点，且可以代替煤炭燃烧，实现清洁燃烧，对C02减排有很大现实意义。
我国固化成型技术起步较晚，由于固化成型设备零部件使用寿命短．生产成本高等问题，发展速度缓慢。进入21世纪后．国家设立相关研究机构加大研究力度，出台一系列鼓励支持产业发展的政策法规，制定相关农业行业标准形成标准体系．加快发展固体成型技术，使成型设备日趋完善，形成成熟产业链阴。我国自主研发的成型设备有效地解决了功耗大、生产效率低、成型部件磨损严重和寿命短的问题，达到了国际先进水平。据“2009年生物质成型颗粒燃料设备与应用技术国际研讨会”，截止2008年底．我国农村地区已累计推广生物质成型颗粒燃料示范点102处，成型颗粒燃料年产量约2x105t。2013年5月．江苏新能源技术有限公司将3.3x107t固体成型颗粒燃料出口至日本．这标志着我国固体成型颗粒燃料已形成规模化生产，并成功打开国际市场。
3.2沼气技术
沼气为可再生清洁能源．既可以代替秸秆或薪柴等生物质能源．也可以代替石油和煤等商品能源，而且其能源效率高于秸秆、薪柴和煤炭等。目前我国生产沼气主要以畜禽和人类粪便、生活污水和农作物秸秆为原料，在厌氧条件下，经微生物发酵作用而产生可燃性混合气体。我国沼气的发展始于20世纪70年代，在农村设立小型沼气池来获得沼气．解决农村地区秸秆焚烧与燃料供应不足的问题。目前，我国沼气产业基本形成，农村地区户用沼气池应用广泛，同时设立大中型沼气工程和生活污水净化沼气池。在农村，沼气可以用于日常生活中烧饭菜，节约煤气等燃料费用：可以使用沼气发电，供照明、电气的使用，节约电费；沼渣可以浇肥田，节省化肥和农药的指出：沼液可以当饲料添加剂等等，从而减少农村地区日常生活开支，也可满足偏远地区生活能源的需求。沼气利用不仅是对废弃物的再利用、环境保护，同时也是提供农村地区生活能源的一种有效途径。除户用沼气外，沼气发电工程也受重视。沼气发电是将厌氧发酵处理产生的沼气用于发动机上。并装有综合发电装置，以产生电能和热能技术。沼气发电具有创效、节能、安全和环保等特点，是一种分布广泛且价廉的分布式能源。
3.3秸秆气化
我国农田面积广阔．2012年我国农作物秸秆产能规模达到109t，秸秆资源量非常丰富。而对数量庞大的秸秆，传统处理方法是直接堆积焚烧。随着能源危机的出现以及环境污染的恶化，农作物秸秆利用日趋受到人们的重视。秸秆中含有丰富的能源．加以其数量之大，发展秸秆利用技术，不仅为人类提供新型可再生、清洁能源，同时可以减少因焚烧引起的环境污染，还可提高农民经济收入。秸秆气化技术是秸秆利用技术之一，是在厌氧或缺氧条件下．经过热化学反应将原先固体秸秆转化为效率更高、便于使用的气体燃料，实现能源高效清洁利用。
从20世纪70年代开始，我国政府及科技人员对生物质气化技术一直倍加关注，通过引进、吸收国外先进设备及技术，我国生物质气化技术发展也较快速。我国现应用广泛的气化炉是以空气为气化剂的流化床气化炉，直至2007年我国建设秸秆气化集中供应站约为886处。
我国通过引进、消化和吸收国外先进技术加以创新并举，研制出多种气化发电设备，但与发达国外相比，我国生物质气化技术始终处于相对落后水平。因此如何利用我国现有技术，开发经济上可行、效率较高的系统是目前我国发展生物质气化发电的关键。
3.4燃料乙醇技术
燃料乙醇是添加变性剂进行变性处理后，可以混入汽油用作车用点燃式内燃机燃料的无水乙醇．其乙醇体积含量不小于92.10%。在国际油价居高不下和日趋严重的环境污染背景下，燃料乙醇的生产与应用受到广泛重视。
中国燃料乙醇发展始于20世纪90年代，但在短短几年时间里中国燃料乙醇生产能力已跃居世界第三，仅次于美国和巴西。与美国和巴西相比，中国的燃料乙醇主要以玉米为原料．其主要原因是20世纪末我国出现玉米过剩、粮食仓储压力大、农民收入降低现象，为此，国家大力支持以玉米为原料生产的燃料乙醇的发展。之后促进燃料乙醇发展的国家政策及补贴政策发布，加快了我国燃料乙醇发展步伐．2006年燃料乙醇产量达到3xl06t左右．乙醇汽油已占汽油消费量的20%左右，每年节省106t汽油。但随着燃料乙醇迅速发展，对玉米大量需求导致玉米价格上涨，粮食安全受到威胁。面临燃料乙醇行业“与人争粮”的问题，2006年政府又紧急发布文件抑制以粮食为原料的燃料乙醇的超速发展．提出“非粮为主”的乙醇生产方案。在“非粮为主”的乙醇生产要求下，以农林废弃物等木质纤维素为原料的第二代燃料乙醇技术成为研发重点。纤维素酶是降解纤维素成为葡萄糖单体所需的一组酶的总称．纤维素酶具有水解的条件温和、能量消耗小、糖转化率高、无腐蚀环境污染等优点，但也存在着反应速率慢、生产周期长、成本高等缺点。因此，今后的研究工作中如何降低纤维素酶的生产成本是纤维素乙醇工业化发展所需克服的最大技术难点。
3.5生物柴油
生物柴油是由油料作物、野生油料植物和I程微藻等水生植物油质以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料油通过酶交换工艺制成的可代替石化柴油的可再生性柴油燃料。生物柴油在润滑性能、安全性能、燃料性能、发动机启动性能等方面具有明显的优势，且可单独或与石化柴油调配使用，从而减少油耗，增强动力性能，减少尾气污染等。作为最典型的“绿色能源”，生物柴油产业受到广泛重视。
早在“八五”期间，我国就对生物柴油的生产进行相关实验与研究，但长期处于初级研究阶段，并未获得实质性成果。自2003年石油价格的猛涨以及我国石油净进口量达到108t的局面促使我国加快生物柴油发展步伐。在借鉴发达国家生物柴油产业的技术、装备、政策等基础上，我国生物柴油技术已获得重大成果。目前，我国生物柴油生产主要以大豆、菜籽、工业级餐饮废油脂等为原料，通过酯交换反应获得生物柴油。除此之外，以小桐子、黄连木等油料作物为原料生产生物柴油符合我国提倡可再生能源中长期发展规划思想。酯交换反应过程中往往存在一些难以解决的问题，如工艺复杂、难以去除产品中含有的甘油、产生二次污染等问题。为解决以上问题，提出一种新型的、具有经济和生态意义的生物柴油技术，即工程微藻法。工程微藻中使用的微藻生产能力高，是陆生植物单产油脂的几十倍．采用海水作为其天然培养基可节约农业资源，而且生产的生物柴油不含硫，燃烧时不排放有毒气体，对环境无污染。在众多生物质能源中，微藻生物柴油具有不与人争粮、不与粮争地、不与畜争料、不与农争利的无可比拟的独特优势，因此工程微藻法是今后生产生物柴油的发展趋势。
4、存在问题
农林生物质能源的利用不仅可以减少对传统石化能源的依赖以及燃烧引起的硫化物、一氧化碳等危害气体对生态环境及人类健康的危害，同时可减少农林废弃物的堆放导致的生态污染等问题。但在发展农林生物质能源过程中，存在一些不可忽视的问题：
1)农林生物质资源非常丰富，但具有能量密度低、分布分散等问题，因此将农林生物质转化为固体、液体或气体燃料之前均需做好前期工作，即秸秆、林业废弃物等生物质的集中回收及运输等。由于回收及运输成本相当高，导致生物质能源的生产成本普遍较高，使生物质能源的发展受到很大限制。
2)我国在生物质利用方面起步较晚，现处于发展阶段．投入新能源生产的设备及核心技术等大部分依赖进口，国产化程度不高。同时，我国缺乏从事生物质能源研究的专业人才及专业机构，导致我国生物质能源开发技术发展缓慢。
3)随着生物质能受到人们关注．越来越多的企业将加入开发生物质能源行列．同时生物质能源产量将在未来大幅增长，对生物质资源的需求也大幅增长，包括提炼生物燃料所需大量玉米、甘蔗等农产品及林业资源，如木材等。随着生物质资源的不断发展，“与人争粮”及与工业争资源的现象将越来越明显，将产生粮食短缺或粮食价格猛涨。同时，全世界水源在逐渐减少，随着大量生物质资源的种植将使缺水现象更明显、突出。
5、结论
我国是一个农业大国．具有丰富的农林生物质资源，如何有效利用农林生物质，将“废”变“宝”具有重要意义。生物质能源的开发不仅减少对传统石化燃料的依赖及消耗，也可以减少生物质资源的能源浪费以及堆放、废弃而导致的环境污染，是一项公益项目。由于生物质能源具有可再生性、燃烧时排放少量毒害气体等优点．发展生物质能源在保护环境的前提下，可以促进经济发展和保护国家能源及安全。因此，在我国发展生物质能源是非常必要的，但发展生物质能源过程中.应充分考虑伴随生物质能源发展产生的多重因素，客观、全面分析好本国现状，根据国情制定政策，更合理有效地开发和利用生物质能源，从而确保可持续发展。
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