关键词：中国；生物质能源；发展现状；存在的问题；建议1、当前世界能源结构的新变化和新挑战
1.1全球化石能源供应面临严重危机据统计，目前世界总人口数量约为70亿人，比20世纪末期增加了2倍多，而能源消费却增加了16倍多，其中，化石能源约占全球能源使用总量的85%以上。截至2011年年底，全球石油探明储量为1.6526万亿桶，按照目前开采速度，仅可供开采45.7年；2011年，世界煤炭探明储量为8 609.38亿t，可以满足112年的全球生产需求；2011年，世界天然气储量为208.4万亿m3，可以保证全球63.6年的产需求。由此可见，目前全世界最为依赖的化石能源将日趋枯竭，人类正面临着严重的能源危机。
1.节能减排对全球整体能源结构带来重大影响能源开发和利用与自然环境息息相关，能源结构及燃料使用效率直接关系二氧化碳排放量的多与少。三大化石能源的使用造成了二氧化碳排放量呈几何数量的增长，致使全球大范围气候异常和局部气候失衡的情况频频发生。而生物质燃料的二氧化碳净排放量仅为化石燃料的5%，如果能够利用非粮食用地大量种植能源植物，逐步实现生物质燃料的规模化生产，按照年产1亿t计算，可以有效实现5.5%的二氧化碳减排目标。因此，大力推进生物质能源产业发展，优化世界能源结构势在必行。
1.3可持续发展的需求催生生物质能源产业
自20世纪70年代以来，可持续发展思想逐步成为国际社会共识。以生物质能源为代表的可再生能源，不仅能为人类提供能量和物质性生产所需原料，还是一种环境友好型能源。如果将生物质资源转化为洁净燃料和化工原料以部分替代石油等化石燃料，可使人类摆脱对有限化石资源的过度依赖。基于以上优势，生物质能源产业已经在世界范围内快速发展，尤其随着国际石油价格的波动以及碳排放硬约束的生效，生物质能源的利用和发展得到世界越来越多国家的关注。
2、国内外生物质能源技术开发的主要进展
2.1生物燃气德国、丹麦和瑞典是当前世界上生物燃气工程技术最发达的国家，其规模化沼气工程大都采用高浓度粪草混合原料，中温发酵、高效率工艺运行，已实现设计标准化、装备专业化和运行自动化，并能实现常年稳定运行；其应用领域业也逐渐从热电联产向沼气纯化提质压缩，用于车用燃气和并人天然气管网方向发展。近年来，我国沼气工程得到了全面发展，截至2008年全国大型沼气工程2761处，年产沼气约2.7亿m3。几乎所有常规的和高效的厌氧发酵工艺在我国都有示范应用，如完全混合式厌氧反应器( CSTR)、厌氧挡板反应器(ABR)、厌氧复合反应器(UBF)、上流式厌氧污泥床(UASB)、升流式固体床(USR)等。由于大部分沼气工程未实施热电联产，工程运行效果受环境温度影响较大，常年运行稳定性差。此外，中高温恒温发酵、高浓度发酵和干发酵等工艺在实际生产中应用较少。
2.2生物液体燃料
1)燃料乙醇。美国燃料乙醇主要以玉米为原料，在发酵、分离技术和综合利用方面尤为领先。2000—2005年，美国的燃料乙醇年产量从470万t增加到1100多万t，生物柴油产量超过100万t，产能则达到500万t。此外，国际上不少国家和企业正在探索利用纤维素原料生产燃料乙醇和生物质合成燃料技术。我国燃料乙醇发展较快，如吉林燃料乙醇公司扩建成为国内最大的乙醇生产企业，产能达50万t／年；广西也建立了年产20万t木薯乙醇的工业化装置；上海奉贤建立了以稀酸水解工艺为主，年产燃料乙醇600 t的示范工厂；河南天冠集团已将可发酵单糖的得率提高到44.5%，糖醇转化率提高到45 010以上。“十一五”期间，在国家科技计划支持下，我国的生物质高效降解专用微生物筛选与构建技术取得重要进展，缩短了半纤维素水解为木糖的时间，降低了酸浓度，微波辅助法可使传统纤维素的酸水解温度从225℃降低到80℃；研制了专用于高浓度纤维素酶解的膜反应器，酶解时间可从5天缩短到2天，纤维素转化率则从76010提高到86qo，提高了纤维素的酶解效率；木质纤维素生产功能糖产品及其综合利用成效显著，建成了年产10 000 t木糖（醇）生产线，实现了工业化生产。
2)生物柴油。总体来看，目前生物柴油生产的主要技术还是化学酯交换法，主要使用液体催化剂。其中，应用液体碱催化法必须严格脱除原料油中的游离酸和水分，避免催化剂失活而影响酯交换效率；应用液体酸催化法，虽可使少量水分和游离酸不影响产率，但甲醇和副产物丙三醇成乳化相很难分离，且酸易腐蚀设备。此外，液体酸碱催化工艺的环境友好性差，且液体酸碱法均需要工艺后分离过程，不利于生产的高效进行。由于生物柴油绿色转化工艺的要求，固体酸碱催化剂及连续化、干洗等先进生产工艺正成为生物柴油技术的发展趋势，国外正在开展大量的研究工作，并取得了一定突破。近年来，我国生物柴油技术取得多项突破。例如，中国农科院油料所研发了共沸蒸馏酯化一甲酯化生物柴油转化技术；卓越新能源公司研制了新型催化剂和管式连续甲酯化生产装置，实现油脂中脂肪酸三甘酯和脂肪酸的甲酯化反应连续进行，使98 010以上的废动植物油脂转化为生物柴油，并建设了年产12万t生物柴油生产基地；北京化工大学研发了酯化专用脂肪酶技术，酶活已达到8 000 IU/mL，超过了国际上脂肪酶的垄断企业丹麦NOVOZYMES公司，并研制了全球第一套年产200 t酶法生物柴油中试装置。
3)其他液体燃料。生物质快速热裂解液化技术是当今世界可再生能源发展领域中的前沿技术之一。20世纪80年代初期，加拿大研制出流化床反应器快速热裂解技术，随后，美国开发出涡动烧蚀热裂解反应器，对该技术起到了推动作用。近年来，加拿大Dynamotive公司在安大略省建立了较大规模的生物质快速热解制取生物油工厂，每年可处理6.6万t干生物质，年生产生物油约为3.5万t。我国于20世纪90年代开始该项研究，沈阳农业大学最先利用从荷兰引进的旋转锥式热解反应器，在国内较早开展了生物质裂解液化研究；浙江大学利用流化床反应器开展了稻秆和木屑裂解制取生物油的试验研究，并用GC-MS联用技术定量分析了生物燃油的主要成分；山东理工大学研制了陶瓷球热载体加热下降管生物质裂解液化装置，加工能力达到200 kg/h；中国科技大学利用裂解副产物炭粉和可燃气燃烧释放的热量为裂解提供热源，实现了自热式裂解液化，并于2007年在合肥建成了一套生物质裂解液化装置，2008年成功研发了第二代生物质裂解液化技术。
2.3微藻能源 目前，全世界有150多家能源微藻公司，仅美国就先后成立了50多家能源微藻公司进行能源微藻的研究开发工作。目前，微藻生物柴油的技术研发集中在三个方面：高效固碳的高含油量并能适应环境条件的微藻选育；规模化培养产油微藻光生物反应系统研制；微藻收集、油脂提取和微藻生物柴油生产工艺。但如何获得高细胞密度和高油脂含量的微藻细胞培养技术是国内外面临的共同难题，它代表着微藻生物能源产业和研发项目的核心力。我国微藻的研究是从利用微藻模拟石油形成开始的，为了解决微藻生长速率和油脂含量同步提高这一难题，清华大学创新了一种微藻异养发酵生产生物柴油的技术，使细胞中性油脂含量在达到50.3%的同时，细胞密度达到51.2 g/L，创造了中性油脂含量乘以细胞密度的世界最高产量指标，油脂产量的提高实际上也降低了细胞培养相应成本，提高了该技术工业化生产的经济性。在此基础上，还创新了一种微藻光合发酵新模型，通过代谢工程将上述两种技术路线的优势（固碳减排和吸收太阳能+高油脂产量和降低成本）合并起来，把世界最高微藻油脂产量纪录又提高了1倍多。
2.4固体成型颗粒燃料生物质固体成型颗粒燃料在欧美等国已经基本进入产业化、规模化发展阶段，在北欧地区应用较多。瑞典颗粒燃料年使用量为150万t，丹麦年消费成型颗粒燃料达70万t，泰国等亚洲国家也对这项技术相当重视，建成了不少生物质固化工厂。我国对此的研究始于20世纪80年代，截至2009年年底，我国已形成生物质成型颗粒燃料工厂200余家，年产量超过100万t。
2.5直燃发电在欧美发达国家，生物质直接燃烧发电占可再生能源发电量的70%，单机规模大多在20M～50 MW，系统发电效率在20%~30 010左右。美国在利用生物质能发电方面处于世界领先地位，目前发电装机容量已达10.5GW．70%为生物质一煤混合燃烧工艺，预计到2015年装机容量将达16.3 CW。欧洲等国的生物质直接燃烧发电技术比较成熟，丹麦BWE公司率先研发秸秆生物质燃烧发电技术，于1988年建立了世界上第一座秸秆燃烧发电厂，目前该技术在这一领域仍处于世界领先地位。我国目前
已建和在建的生物质直燃电厂主要靠引进国外技术缺乏自主知识产权的先进技术和设备，导致投资成本高。鉴于此，我国也开展了生物质直燃发电设备的自主研发，并取得了明显进展，江苏宿迁市建成投产的秸秆直燃发电项目为我国首台采用完全自主知识产权技术设备的生物质直燃发电项目。此外，部分锅炉生产企业研制开发了一些小型的木柴（木屑）锅炉、甘蔗渣锅炉等，这些锅炉可应用于生物质燃烧，但应用于大型的直燃发电锅炉仍有待进一步深入研究。
3、制约我国生物质能源产业发展的主要问题
3.1资源“瓶颈”目前，我国生物质能源产业面临着极大的原料供应问题。例如，发酵原料来源单一，限制了沼气工程的规模化；非粮原料无法全年供应，影响了非粮乙醇生产全年均衡生产；而陈化粮等糖类原料产量有限，难以支撑庞大的乙醇燃料工业体系；生物柴油也面临缺乏适宜非粮边际土地及相适应植物新品种，尚无提供大量原料能力的尴尬境地。要根据技术发展分阶段、分等级实现生物质资源的多元化利用，近期以废弃物综合利用为主，中期以废弃物和能源作物为主，远期以能源植物或藻类资源为主，使其开发利用达到最大化。
3.2技术障碍 国内沼气工程技术和装备水平相对落后，基本采用湿发酵工艺，沼气高值化利用发展缓慢；非粮乙醇技术“瓶颈”还没有突破，一是乙醇浓度低、发酵时间长、发酵效率低，二是原料综合利用有待提高；纤维素制燃料乙醇均未达到商业化水平。其原因在于工艺过程复杂，浓酸水解所需酸浓度高、反应时间长、成本高；稀酸水解对设备要求高，反应副产物多，对发酵有抑制作用。酶水解缺乏高效的预处理技术和合适的纤维素酶。缺乏高效发酵半纤维素水解产物—五碳糖菌种；生物酶法制备生物柴油目前也存在着一些亟待解决的问题，脂肪酶对短链脂肪醇转化率低，一般仅为40%～60%；甲醇和乙醇对酶有一定的毒性，容易使酶失活；副产物甘油和水难以回收。短链脂肪醇和甘油的存在都影响酶的反应活性及稳定性，使固化酶的使用寿命大大缩短。同时，生物柴油产品耐低温抗氧化使用性能差，本身和其副产物高附加值利用开发精细化学品技术落后，导致产品经济性不高，市场接受能力弱。
3.3产业模式是管理模式存在缺陷，缺乏科学的原料评价体系以及技术规范，生物柴油无法进入运输燃料系统；二是项目模式有待改进，对小型项目配套政策没有跟上，使其操作成本高，立项过程复杂；三是经营模式不够完善，民间资本难以进入，投资风险比较高。
4、推动我国生物质能源产业发展的政策建议
4.1将生物质能源置于保障国家能源安全的高度给予支持 生物质对我国能源和资源供应战略安全有着重要意义，应将其放在保障国家安全的战略高度给予支持，并在政策上给予一定的倾斜。此外，建议根据生物质能源产业发展的需要，对相关激励政策进行完善和修改，把与能源生产有关的环境成本和社会成本全部考虑进去，实行全成本定价办法，制定合理的生物质能源产品价格补贴政策、强制性生物质液体燃料收购政策、鼓励生物质液体燃料消费的政策；同时，根据生物质能适合于分散利用的主要特点，制定全面合理的鼓励政策，制定鼓励终端用户和分散并网电价，以及制定支持中小型生物质能源项目的CDM操作办法。
4.2着力于加强生物质能源科技创新生物质能是我国未来可持续发展的重要可再生能源之一，其产业化过程是长期持久的，因此，拥有相关自主知识产权的核心技术是稳步可持续发展的关键。政府应鼓励国产化技术的推广，对采用国产化技术的单位进行补助，调动其自主技术研发和应用的积极性，建议设立专项资金支持生物质能源的技术创新，从根本上奠定生物质能源大规模替代的基础工作；建立专项资金为中小型生物质能企业提供政策性担保，支持生物质能源的产业化进程，推动分散式生物质能源产业体系的形成。
4.3充分利用边际土地，积极发展非粮生物质能源随着世界生物质能源产业的快速发展，粮食类原料作物的用量以及价格与日俱增，原料的功能与产量成为制约生物质能源产业进一步发展的“瓶颈”。因此，要积极利用边际土地，发展非粮生物质能源，建议建设一批以木薯（华南）、甘薯（华中、西南）、甘薯与甜高梁（华北、华东）、能源草（华南）为原料的非粮生物质气体燃料、液体燃料生产基地。
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