第三节 国内外生物质能利用现状及前景

生物质能源的开发利用早已引起世界各国政府和科学家的关注，许多国家都制订了相应的开发研究计划。对生物质能的合理利用经过多年的研究，使得生物质能产业化迅速发展。生物质能将成为新能源系统的支柱之一。

一、国内外生物质能源的应用进展

由于各国气候、土地利用情况不同，生物质能源生产及利用水平差别也很大。为了促进可再生能源的发展，许多国家制定了相应的发展战略和规划，明确了可再生能源发展目标。如美国、瑞典、丹麦、印度、巴西、欧洲等国已走在世界前列。

美国国会于2008年5月通过一项包括加速开发生物质能源的法案，要求到2018年后，把从石油中提炼出来的燃油消费量减少20%，代之以生物燃油。据《2010年美国能源展望》，到2035年，美国可用生物燃料满足液体燃料总体需求量增长，乙醇占石油消费量的17%，使美国对进口原油的依赖在未来25年内下降至45%。

瑞典是世界上道路交通最不依赖于化石燃料的国家之一，据报道，2009年瑞典政府批准了一项计划，到2020年将使可再生能源达到该国能源消费总量的50%。此外，该国旨在到2030年使其运输部门完全不依赖于进口化石燃料。

丹麦正准备在全国前5大城市逐步减少并淘汰燃煤发电站，要求发电站进行技术改造，使用生物燃料替代煤和燃油，作为城市生产和生活的主要能源来源。

印度于2004年开始了石油和农业领域的“无声革命”，制定了2011年全国运输燃料中必须添加10%乙醇的法令。巴西的所有汽油中都强制加入了25%的乙醇，2010年起所有普通柴油中生物柴油的比例也达到5%。凭借生物能源这张王牌，巴西政府表示有信心实现到2020年减排36%的目标。

在利用生物质能方面，欧洲取得了很多骄人的成绩。2000—2004年间，欧洲利用生物质能的发电量从40%增加到了68%。现在，一项针对欧洲水平的新政策正在筹划当中，将对生物质能的开发产生巨大影响。欧洲生物质能协会预计2020年生物质能的贡献将会从现在的7.2×107t增长到2.2×108t油当量，这是生物质能发热和发电的最大比例，相当于生物燃料的15%。只有改变现在的农业政策，调整热能供应系统，才能实现这些目标。热能市场非常重要，在欧洲50%的最终能源都流入了热能市场，而生物质能和生物燃料相比具有很强的竞争力。

我国政府及有关部门对生物质能源的利用极为重视，中央几位主要领导人曾多次批示和指示加强农作物秸秆的能源利用，国家科委已连续在三个国家五年计划中将生物质能技术的研究与应用列为重点研究项目。在此背景下，涌现出了一大批优秀的科研成果和成功的应用范例，如户用沼气池、禽畜粪便沼气技术、生物质气化发电和集中供气、生物压块燃料等，取得了较好的社会效益和经济效益。同时，中国组建起了一支高水平的科研队伍，拥有一批致力于生物质能源技术研究与开发的著名专家学者，具备一定的产业和技术基础。国内外对生物质能源的开发主要利用了生物质热裂解气化技术、生物质液体燃料技术等。

（一）热裂解气化技术

早在20世纪70年代，美国、日本、加拿大、欧共体等发达国家就开始了对生物质热裂解气化技术的研究与开发。到20世纪80年代，美国已有19家公司和研究机构从事生物质热裂解气化技术的研究与开发；加拿大12所大学的实验室在开展生物质热裂解气化技术的研究；菲律宾、马来西亚、印度、印尼等发展中国家也先后开展了这方面的研究。1996年，芬兰坦佩雷电力公司在瑞典建立了一座废木材气化发电厂，装机容量为60MW，产热65MW。瑞典能源中心在巴西建设了一座装机容量为20～30MW的发电厂，该发电厂利用生物质气化、联合循环发电等先进技术处理当地丰富的蔗渣资源，效益可观。

我国“八五”期间，国家科委安排了“生物质热解气化及热利用技术”的科技攻关课题，取得了丰硕成果：采用氧气气化工艺，研制成功生物质中热值的气化装置；以下吸式流化床工艺，研制成功100户生物质气化集中供气系统与装置；以下吸式固定床工艺，研制成功食品与经济作物生物质气化烘干系统与装置；以流化床干馏工艺，研制成功1000户生物质气化集中供气系统与装置。截止到2010年底，我国共建成秸秆热解气化供气站900处，运行数量为600处，供气户数为2.1×105户。“九五”期间，国家科委安排了“生物质热解气化及相关技术”的科技攻关专题，重点研究开发1MW大型生物质气化发电技术和农村秸秆气化集中供气技术。“十五”期间，中国在利用生物质能源方面硕果累累。由中国科学院广州能源研究所研发的“4MW生物质气化联合循环发电系统”以谷壳、木屑、稻草等多种生物质废弃物为原料，发电效率可达20%～28%，运行每度成本约0.35～0.45元，能满足农村处理农业废弃物的需要。目前，已开发出多种以木屑、稻壳、秸秆等生物质为原料的固定床和流化床气化炉，成功研制了从400kW到10MW的不同规格的气化发电装置，每度成本也降至0.2元左右。我国的生物质气化发电正在向产业规模化方向发展，在中国推广很快，而且出口到泰国、缅甸、老挝和中国台湾等地区。我国已发展成为国际上中小型生物质发电应用最多的国家之一。

（二）液体燃料技术

生物质液体燃料开发是一项备受关注的技术，因为生物质液体燃料包括燃料乙醇、生物质液化油、生物柴油等，可以作为清洁燃料直接代替汽油等石油燃料。在液化油应用方面，美国、新西兰、日本、德国、加拿大国家都先后开展了研究开发工作，其发热量达3.5×104kJ/kg左右，用木质原料液化的油得率为绝干原料的50%以上。2006年欧盟组织资助了3个项目，以生物质为原料，利用快速热解技术制取液化油，完成了100kg/h的试验规模，该技术制得的液化油得率达70%，液化油低热值为1.7×104kJ/kg。

在燃料乙醇方面，巴西是开发应用最有特色的国家。20世纪70年代中期，巴西为了摆脱对进口石油的过度依赖，实施了世界上规模最大的乙醇开发计划。到1991年，乙醇产量达到130亿升，在980万辆汽车中，近400万辆为纯乙醇汽车，其余大部分汽车燃用的是20%的乙醇＋汽油混合燃料，乙醇燃料已占汽车燃料消费量的50%以上。在生物柴油方面，德国发展比较快，现有23家生物柴油生产企业，拥有1717个生物柴油加油站，2004年的生产能力已达到109.7万t。德国还将建成世界上最大的生物柴油装置。美国也很重视生物柴油的开发利用，2010年有4家生物柴油生产厂，总生产能力为0.30Mt/a。马来西亚利用自身的资源优势，自1980年起就开始研发棕油生物柴油，并计划发放9张许可证建立棕油生物柴油厂。巴西也是较早掌握生物柴油技术的国家。我国在“八五”期间开始了利用纤维素废弃物制取乙醇燃料技术的探索与研究，主要研究纤维素废弃物的稀酸水解及其发酵技术。此外，我国还重点对生物质压缩成型技术进行了科技攻关，引进国外先进机型，经消化、吸收，研制出各种类型的适合国情的生物质压缩成型机，用以生产棒状、块状或颗粒状生物质成型燃料。我国的生物质螺旋成型机螺杆使用寿命达500小时以上，属国际先进水平。“九五”期间，开展了野生油料植物分类调查及育种基地的建设。“十五”期间，中国对植物油和生物质裂解油等代用燃料进行了初步试验研究，包括植物油理化特性、酯化改性工艺和柴油机燃烧性能等。

（三）压缩技术

生物质压缩技术可将固体农林废弃物压缩成型，制成可代替煤炭的压块燃料。如美国曾开发了生物质颗粒成型燃料，泰国、菲律宾和马来西亚等第三世界国家发展了棒状成型燃料等。成型燃料主要应用于两个方面：一是进一步炭化加工制成木炭棒或木炭块，作为民用烧栲木炭或工业用木炭原料；二是作为燃料直接燃烧，用于家庭或暖房取暖用燃料。

二、目前国内外常见的生物质能源转化技术

目前国内外的生物质能源转换技术包括直接燃烧、热化学转换和生物化学转换3种，转换的方式有生物质气化、生物质液化、生物质固化、生物发酵等多种，相应地被转换成气、液或固不同形态的燃料。生物质能转化的技术路线可如图2-4所示。

（一）直接燃烧

生物质化学转换最简单的利用方法是直接燃烧。但是直接燃烧烟尘大、能量利用率低（仅为10%～30%）、浪费大，除农村外，一般在城镇不提倡采用直接燃烧的方法。生物质的缺点是热值低、体积大、不易运输，因此作为高效洁净燃料必须加工成型。将木质纤维素类生物质经压缩成型或炭化工艺能提高容重和热值，改善燃烧性能，这种技术叫作“压缩致密成型”或“致密固化成型”，压缩后的物质称为生物质颗粒（pellet briquette）。其主要过程是将农林产品加工剩余物进行粉碎烘干分级处理，放入成型挤压机，在一定的温度和压力下形成较高密度的固体燃料。通常密度在1.2～1.3g/cm3，热值在18～22MJ/kg，依质料分品级。该方法使用专用设备，在农村有很大的推广价值。利用生物质炭化炉可以将成型生物质块进一步炭化，生产高品质的民用燃料——生物炭。在欧美国家，生物质颗粒已实现商业化的生产和应用，其方便应用程度可与燃气、燃油相媲美，与之配套的高效清洁燃烧取暖炉灶已在居民社区得到普及。优质的生物炭还可以用于冶金工业。

还有一种方式叫作生物质直燃。生物质直燃（combustion）是通过高效率的锅炉技术燃烧木质纤维素原料进行大规模发电或供暖，欧美国家的热电联产技术已广泛得到应用。直燃发电包括生物质燃烧蒸汽发电、生物质混烧发电两种形式。生物质燃烧蒸汽发电是利用直接燃烧生物质所得到的蒸汽来进行发电的技术。生物质混烧发电是对煤炭发电进行改良的煤炭、生物质的混燃（co-firing）发电，从短期的角度看，是成本最低的生物质发电。欧美不少国家以木材加工的废弃物质为燃料，英国则以养鸡场的废弃物质为燃料，开始了商业化的发电。发达国家还以工厂所产生的甘蔗渣、黑液为燃料，开始蒸汽发电和热电联产。柳树、杨树和柳枝、稷等木质纤维素类能源植物也可成为直燃发电的原料，或利用压缩成型技术促进原材料的收集和运输。

（二）热化学转换

由于不同生物质资源在物理化学方面的差异，转化途径各不相同，除人畜粪便的厌氧处理以及油料与含糖作物的直接提取外，多数生物质能要经过热化学转换加以利用。通过热化学转换，可将固体生物质在高温下转换成可燃气体、焦油等高品位能源。它又分为生物质气化和生物质液化两种转换方式，其中生物质气化是热化学转化中最主要的一种方式。

1．生物质气化

在大于700～800℃的高温和适量氧气等气化剂存在时，木质纤维素类生物热裂解生成的气体的质量分数大于80%，远大于液体和固体产物。将这种生物质置于高温环境、通过热分解将其转化为合成气体燃料（synthesis gas）等气态物质的过程称为生物质气化（gasification），产生的气体称为“生物质燃气”或“燃气”，主要成分为CO、H2和CH4等。生物质气化技术的气化率可达70%以上，热效率也可达85%。气化的方法很多，主要有常压气化（0.1～0.12MPa）和加压气化（0.5～2.5MPa）。温度控制有低温（700℃以下）、高温（700℃以上）和灰分熔点以上的高温熔融。气化系统主要由气化炉（器）、燃气净化器、风机、储气柜、管路和燃烧器具（如锅炉、灶）等组成。目前，美国、日本、东南亚、欧洲等地区和国家都在大力发展利用谷壳、玉米芯、秸秆、纸厂和木材厂废料、畜粪等生物质的气化技术。我国从20世纪80年代开始推广应用生物质气化技术，中科院、山东省科学院等单位已研制出多种生物质气化炉。供发电用的综合生物质气化燃气轮机也已开发成功。三亚木材厂在2000年就已经建成大型1.2GWh生物质（木屑）循环流化床气化发电系统，通过气化炉将木材废料转化为可燃气，净化后送入气体内燃机发电，每天消纳木屑30t，年发电量665万kWh。同时，生物质燃料在自然状态下的热值为中等（15～20兆千瓦/m3），适用于驱动各种引擎和涡轮机。

生物质气化生成的可燃气经处理可用于合成、取暖、发电等不同用途（如用于合成需要除去CH4，调配H2/CO；用于取暖则需增加CH4，提高热值）。气化气中含有的有机酸、醇、醛、醚、酮及酯可通过冷凝的方法分离出去，焦油可用活性炭吸附器吸附掉。

2．生物质液化

生物质的液化依据液化条件不同，可分为慢速裂解、传统裂解、快速裂解、高压液化。

（1）慢速裂解

生物质在极低升温速率、温度约400℃下长时间（15分钟至几天）裂解，可得到最大限度35%的焦炭产率，这个过程也称为生物质的炭化。

（2）传统裂解

传统裂解也称为常规裂解。生物质在小于500℃、较低升温速率（10～100℃/min）、在反应器停留时间0.5～5s下裂解，可得到相等比例的气、液、固产量。由于气体、焦油等成分复杂，工业化处理有一定困难。

（3）快速裂解

生物质在常压、超高升温速率（103～104k/s）、超短接触时间（0.5～1s）、适中裂解温度（500℃左右）操作条件下瞬间气化，然后快速凝结成液体，可获得最大限度的液体产率（可达70%～80%），产物中只含有少量焦炭甚至不含焦炭。

（4）高压液化

生物质在高压（约10.13MPa）、250～400℃、停留时间20min～2h，通入CO/H2合成气，催化剂作用下热解，可获得35%产率、质量较好、热值较高的油品。该油品可采用不同溶剂萃取分离成燃油及各种化学品。

在以上应用技术中，最引人瞩目的是生物质快速裂解液化。

生物质快速热裂解生成的液体燃料称为生物质裂解油，也称为生物油（bio-oil）或裂解油（pyrolysis oil）。裂解或称热裂解（pyrolysis）是在无氧条件下对含碳物质的热降解（thermal degradation），即切断大分子中的化学键而形成小分子物质。主要原料为木质纤维素类，其反应产物为气体、液体和固体物质（木炭），各成分的含量受反应温度和时间影响而不同。为获得最大量的不同目标产品，需要精确控制反应条件。生物质快速热解是高效率的生物质转化过程，其液体收率可高达70%～80%，燃料收率也很高。在隔绝空气的干镏釜中给生物质加热，制取醋酸、甲醇、木焦油抗聚剂、木镏油和木炭等产品的方法也叫作干镏。根据温度不同，干馏可分为低温干馏（500～580℃）、中温干馏（660～750℃）和高温干馏（900～1100℃）。相对于气化和直燃，由生物质形成裂解油，易于运输，而且中温反应条件下不易形成灰熔，碱金属容易存留在木炭中，有利于利用一年生能源植物和农作物秸秆。但它的高含水量、高含氧量、高黏度和低热值等性质大大阻碍了其作为碳氢燃料的广泛使用。

生物质裂解油的深度加工是国际上的研究热点，已开发的技术主要有通过催化加氢、沸石分子筛催化裂解、催化处理等手段来获得汽油、柴油以及一些重要的化工产品。通过催化剂来改变裂解产物分布，提取高价值的化合物。在这方面已报道的产品有苯酚、左旋葡萄糖、乙醇醛、呋喃、甲烷、乙二醛等多种化合物，具有广阔的化工利用前景。

（三）生物化学转换

该技术主要是利用生物质发酵或微生物作用制取沼气、氢、乙醇、丁醇和生物柴油等能源产品。

1．沼气

沼气（biogas）是有机物质在一定温度、湿度、酸碱度和厌氧条件下，经过沼气菌群发酵而获得的。沼气是多种气体的混合物，一般含甲烷50～70%，其余为CO2和少量的氮、氢和硫化氢等。其特性与天然气相似。空气中如含有8.6～20.8%（按体积计）的沼气，就会形成爆炸性的混合气体。沼气除直接燃烧用于炊事、烘干农副产品、供暖、照明和气焊等外，还可作内燃机的燃料以及生产甲醇、福尔马林、四氯化碳等化工原料。经沼气装置发酵后排出的料液和沉渣，含有较丰富的营养物质，可用作肥料和饲料。由于其生产原料主要是人、畜、禽粪便和农作物秸秆，沼气在我国广大的农村废弃物再利用、提供清洁可再生能源方面有重要作用。其他原料如水葫芦、水花生等水域污染性的水草，由于具有繁殖速度快、产量高、组织鲜嫩、能被沼气菌群分解利用等特点，也逐步成为生产沼气的原料。而且，沼气发酵技术作为能源回收途径，通常也用来处理工业有机废弃物。当前沼气纯化技术和应用发展很快，高纯度的沼气就相当于天然气，已用于驱动车辆，也可以进入天然气管网。同时，研究开发和利用沼气作为燃料电池的燃料也有了一定的进展。随着沼气用途的不断扩展，社会对沼气的需求量越来越大，促进了沼气大规模的工业生产。在这个过程中，沼气原料已不再以废弃物为主，专门用于生产沼气的能源作物得到了惊人的发展。目前应用于沼气发酵的能源作物主要有玉米、小麦、甜菜、小黑麦、黑麦、甜高粱、向日葵和柳枝稷等。在籽粒成熟前，这些作物整株收获后被直接利用或进行青贮，然后通过厌氧发酵形成沼气。其栽培和贮藏的方式与饲料作物基本相似，但是工厂化的沼气生产可降解约80%的纤维素，远高于动物降解纤维素的比例（40%～59%）。在澳大利亚对5种作物共16个品种及6个草类植物的沼气产量进行了比较，结果发现蜡熟期收获的整株玉米沼气产量最大（在自然状态下7500～10200m3/hm2）。

制沼气的原料也可以是有机废水（如酒精废醪、制药厂废水、人畜粪便等）。将有机废水置于厌氧发酵罐（或称反应器、沼气池）内，先经由发酵细菌将复杂的有机物水解并发酵为有机酸、醇、H2/CO2等产物，然后由产氢、产乙酸菌将发酵产物——有机酸和醇类代谢为乙酸和氢，最后由产CH4菌利用产生的乙酸和H2/CO2等形成CH4。发酵罐是微生物厌氧发酵的主要场所。依据有机废水的性质、排放量和地域条件等，科技人员设计了多种形式的厌氧发酵罐。例如，农村可广泛采用普通的消化池，因为它制作简单，造价低廉，适用有机废水量少且居住分散的农户使用；工厂（酒精厂、糖厂、药厂等）由于连续排放的高浓度有机废水会对环境造成严重危害，所以要采用大型的上流式厌氧污泥床发酵罐或IC反应器。

目前对厌氧发酵过程的研究主要有：规模的大型化、厌氧菌种的筛选和诱变等。沼气发酵系统与农村结合十分密切，能有效促进农村经济的发展，有利于保护农村生态环境，使农业走可持续发展之路。我国已有许多地方的农村和畜牧场使用了沼气，已建设大中型沼气3万多个，年产沼气5500万m3。“九五”攻关重点项目——应用于处理高浓度有机废水和城市垃圾的高效厌氧技术，已取得预期的进展。

2．生物制氢

生物制氢是生物质通过气化和微生物催化脱氢方法制氢，在生理代谢过程中产生分子氢过程的统称。生物制氢的思路是1966年提出来的，20世纪90年代受到空前重视。德、日、美等发达国家都成立了专门机构，制订生物制氢发展计划。现在主要的制氢方法有光解水制氢（微藻及蓝细菌以太阳能为能源，以水为原料，通过光合作用及其特有的产氢酶系，将水分解为氢气和氧气）、光发酵制氢（光合细菌利用有机物通过光发酵作用产生氢气）、暗发酵制氢（异养型厌氧细菌利用碳水化合物等有机物，通过暗发酵作用产生氢气）和光发酵和暗发酵耦合制氢等4种。生物制氢技术尚未完全成熟，在大规模应用之前尚需深入研究。研究大多集中在纯细菌和细胞固定化技术上，如产氢菌种的筛选及包埋剂的选择等。在上述生物制氢方法中，发酵细菌的产氢速率最高，而且对条件要求最低，具有直接应用前景；而光合细菌产氢的速率比藻类快，能量利用率比发酵细菌高，且能将产氢与光能利用、有机物的去除有机地耦合在一起，因而相关研究也最多，也是具有潜在应用前景的一种方法。非光合生物可降解大分子物质产氢，光合细菌可利用多种低分子有机物光合产氢，而蓝细菌和绿藻可光裂解水产氢，依据生态学规律将之有机结合的共产氢技术已引起人们的研究兴趣。混合培养技术和新生物技术的应用，将使生物制氢技术更具有开发潜力。

生物制氢的原料是工农业有机废弃物和工业污水，以牛粪堆肥为天然厌氧产氢微生物来源，经简单处理后，将处理过的玉米秸秆在厌氧条件下反应，也可成功制得氢气。随着技术的不断发展，木质纤维素类能源作物将成为生物制氢的主要原料。

3．生物燃料

由生物质制成的液体燃料叫作生物燃料。生物燃料主要包括：生物乙醇、生物柴油、生物丁醇等。虽然由生物质制液体燃料起步较早，但是由于原油价格较低，而影响了该方面的研究，甚至是一度停止。但由于原油价格的再次上扬，以及人们对环境和健康问题的关注，人类再次把目光转向清洁的可再生生物燃料开发上。应用生物燃料除具有普通生物质利用的优点以外，还能应用废弃物生产燃料油，变废为宝。另外，还可减少对国外进口化石燃料的依赖，并促进农村经济发展。

（1）生物乙醇

许多农作物，如薯类、甜菜、高粱、秸杆、玉米芯等农副产品和废料，经发酵和蒸馏可以制成生物乙醇。由于制取酒精的原料广泛，技术易于掌握，美国专家把酒精称为解决能源危机的“钥匙”。2007年1月，美国总统布什在《国情咨文》中宣称，美国2017年燃料乙醇的年使用量将达到1.3×1011L，是2007年使用量的7倍。2007年3月，欧盟27国出台了新的共同能源政策，计划到2020年实现生物燃料乙醇使用量占车用燃料的10%。

巴西最早将乙醇引入汽车燃料领域。因乙醇燃料不含铅，燃烧后没有二氧化硫排放，未燃烧的烃和氮化物排放也得到大幅降低，给当地带来可观的环保效益。另外，由于汽油的使用成本倾向于增加，对许多国家来说，乙醇燃料正逐步成为经济合理的选择。生物质经液化、糖化、发酵和蒸馏得到乙醇溶液，进一步脱水使乙醇含量（体积分数φ）大于99.5%，再加上适量变性剂（无铅汽油）即为燃料乙醇。车用乙醇汽油是把变性的燃料乙醇和汽油以一定的比例混配形成的一种新型汽车燃料。乙醇是一种具有较高辛烷值的含氧化合物，按合适的比例调入汽油中，会提高汽油的辛烷值，降低汽车尾气中CO和碳氢化合物的排放，改善汽油的防爆性能。乙醇是世界上使用量最大的替代石油的生物燃料，已有很多国家将乙醇作为汽油的调合组分，其中巴西和美国乙醇用量最大。我国是世界上第三大燃料乙醇生产和消费国，已在部分地区应用了E-10汽油，其中乙醇体积分数为10%。

（2）生物柴油

生物柴油作为车用燃油已有较长的历史，并在当前成为迅速增长的运输用替代燃油之一。生物柴油是指以油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料油，通过酯交换工艺制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。与传统的石化能源相比，其硫及芳烃含量低、闪点高、十六烷值高，具有良好的润滑性，可部分添加到石化柴油中。

欧盟生物柴油80%的原料为双低菜籽油（低硫甙、低芥酸）。美国、巴西主要是大豆，我国主要是以菜籽油、大豆油、米糠油脚料、工业猪油、牛油及野生植物小桐籽油等作原料，经预酯化、再酯化等工艺生产生物柴油。高品质的原料是生产高品质生物柴油和取得高收入率的基本保证。由于双低菜籽油生产的生物柴油含硫量低，从而使该菜籽油生物柴油具有良好的排放标准，因此目前在欧洲普遍栽种双低菜籽。每公顷土地可生产约30t菜籽（含油量约40%）。1t油菜籽可制取约160kg生物柴油，同时可副产16kg甘油。

随着生物柴油生产工艺的改进，使用生物柴油的发动机即可使用普通柴油的发动机（对有些机型仅需换密封圈和滤芯），无须作任何改动，生物柴油可与普通柴油在油箱中以任何比例相混，并对驾驶动力无任何影响，驾驶者根本无法区分两者的驾驶动力差别。加之柴油替代燃料所用原料随着规模种植价格日趋低廉，使柴油替代燃料的生产成本逐步下降，与常规柴油的价格差距正在缩小，如美国生物柴油的价格已从每升1.06美元降到0.33～0.59美元，这个价格与普通柴油的价格差不多。

（3）生物丁醇

生物丁醇是与生物乙醇相似的生物燃料。其原料和生产工艺与生物乙醇相似，但生物丁醇的蒸汽压力低，与汽油混合时对杂质水的宽容度大，而且腐蚀性较小，与现有的生物燃料相比，能够与汽油达到更高的混合比（混合燃料中可混入20%的丁醇），而无须对车辆进行改造。丁醇还是一种高能量生物燃料，与传统燃料相比，每加仑可支持汽车多走10%的路程，与乙醇相比可多走30%的路程。

2008年2月中旬，在德国汉堡举行的生物燃料研讨会上，美国杜邦公司和英国石油公司联合宣布，经过12个月的测试，生物丁醇已被证明具有优越的性能，比乙醇有着更好的应用前景。杜邦公司此前宣布，已经开发出生产丁醇-1、丁醇-2和丁醇异构体所需的生物催化剂。和乙醇相比，生物丁醇在燃料性能和经济方面具有明显的优势。首先，丁醇与汽油的配伍性更好，能够与汽油达到更高的混合比。在不对汽车发动机进行改造的情况下，乙醇与汽油混合比的极限为10%，而汽油中允许调入的丁醇可以达到20%。其次，丁醇具有较高的能量密度。丁醇分子结构中含有的碳原子数比乙醇多，单位体积能储存更多的能量。测试表明，丁醇能量密度接近汽油，而乙醇的能量密度比汽油低35%。再次，丁醇的蒸汽压力低，能通过管道流动，并且在与汽油混合时对水作为杂质的宽容度大，这使其比乙醇更适合在现有的汽油供应和分销系统中应用。

丁醇可采用与乙醇相似的发酵流程制取。不过，与乙醇相比，丁醇生产的成本要高得多，也就是说，生产丁醇需用较大的蒸发、加热、冷却等设施，投资费用较高。因此，实现生物丁醇商业化的关键是提高原料加工成丁醇的转化率，加快转化过程。这取决于高效生物催化剂的开发以及生产工艺设计的优化。同乙醇一样，生物丁醇传统生产方法也会消耗大量农产品，为此，科学家正在研究利用多种生物基废料生产丁醇的新技术，解决与人争粮的问题。专家表示，以非粮作物为原材料生产生物丁醇是未来发展的方向，将来能源行业可望使用作物纤维素（如谷物秸秆）来生产生物丁醇。

三、我国生物质资源开发利用的发展展望

生物质能作为一种重要的可再生能源，其发展前景非常广阔。它能够优化能源结构、缓解能源压力、改善环境、促进经济社会可持续发展。如果能合理地开发利用，将在我国经济发展中起到重要的作用。

（一）生物质资源的合理利用将有利于解决我国的“三农”问题

生物质能利用同时具有能源替代、改善生活环境和发展农村经济的三大功能，但世界各国因国情和发展背景的不同而分别有所侧重。美国重点发展生物乙醇产业，旨在替代车用燃料和缓解石油需求与进口的压力。欧盟生物质产品多元化，战略重点为保护环境与替代化石能源并重。巴西甘蔗乙醇产业相对发达，战略重点逐渐从缓解石油进口压力演变为发展本国乙醇经济，扩大对外出口。在我国，能源、环境和“三农”问题都十分严峻，对生物质能源产业都有迫切需求，具有战略意义。

我国虽是世界第二大经济体，但作为发展中国家，除了面临能源短缺、环境恶化等问题以外，“三农”问题一直是困扰我国经济发展的难点与重点。而生物质能开发利用对于“三农”均具有重要积极作用，例如，促使农村种植业由“粮经饲”三元结构向“粮经饲能”四元结构升级；促进农业经营管理模式由“产品”管理模式向“流程”管理模式升级，提高农业资源的利用效率；推动林业经济的发展；创造就业机会，增加农民收入；发展绿色能源，促进农村工业的发展；优化农村能源结构，改善生活环境，提高农民生活质量。因此，开发利用生物质能将大大推进现代农业和社会主义新农村建设，是“工业反哺农业”“以工促农，以城带乡”的一条有效和可操作的途径。

（二）生物质资源的合理种植将有利于解决我国的生态问题和粮食安全问题

基于能源和环境安全等综合考虑，目前开发利用可再生能源已成为大多数国家的战略选择。一些国家先后制订并实施了可再生能源发展计划，以燃料乙醇、生物柴油为主的生物液体燃料产业在全球范围内迅速发展。2009年，全球乙醇产量约为7.37×1010L，生物柴油产量约为1.64×1010L。然而，随着世界粮食价格的快速上涨，生物质能源产业的快速扩张引起了人们对世界粮食安全问题的普遍担忧。尤其是在我国，耕地仅占世界10%，人口却占世界的22%，十几亿人的粮食问题始终是头等大事。但迫于经济发展、能源短缺、环境危机的压力，政府又不可能对生物质能产业进行打压和要求其彻底“刹车”，因此，需要充分协调好粮食作物与能源作物竞争性资源配置问题上的关系。

国外的发展经验对我国生物质能产业的发展极具诱惑和误导。例如，美国2006年动用了16%的玉米生产乙醇；在农产品过剩和部分土地轮休的欧洲，曾以58%的油菜加工生产生物柴油；德国用8.6%的耕地种植能源植物；瑞典用46%的耕地种植油菜等能源作物。但随着生物质能源生产规模与原料需求的不断增长，传统耕地与农作物将面临巨大压力。

我国是耕地和粮食十分紧缺的国家，人均耕地不到世界平均值的一半，人均粮食也低于世界平均水平，粮食安全和守住1.8×109亩的耕地红线将是国家的长期战略。这个基本国情决定了我国发展生物质产业不能与农业争粮争地。因此，从当前和长远考虑，原料应主要来自农林有机废弃物和利用边际性土地种植能源植物。

在我国近代农业的发展中，由于粗放和掠夺式经营，导致大面积土地沙化和水土流失，生态失衡，耕地更是面临着严重的酸化、盐渍化、养分非均衡化和污染化等问题。生态修复和抑制继续恶化的任务很重。因此，在生物质生产中，必须坚持生态先行的原则，特别是在开发利用边际性土地种植能源植物时，应以防止水土流失和生态恶化为前提和条件，做到生态与生产双赢。

（三）因地制宜、多元化发展将是我国生物质资源发展的必然选择

生物质能源是包括沼气、农作物秸秆及林木产品固化、气化、炭化和液态生物质燃料等组成的结构系统，其中生物质液态燃料又可分为玉米、油菜籽、薯类、甜高粱、木本油料等。总之，生物质原料多元化，产品多样化，且我国自然条件复杂，要实现与农村经济发展相结合，我国生物质能产业发展就必须走原料与产品多元化和因地制宜的道路。例如，南方以木薯和废糖蜜、北方以甜高粱和薯类生产燃料乙醇；丘陵山地的木本油料、棉区的棉籽、冬闲地的油菜等生产生物柴油；作物秸秆富集区和林木剩余物富集区发展成型燃料及热电联产；规模化养殖区和工业有机废气物集中排放区规模化生产沼气及纯化压缩加工；粮食加工区进行淀粉和生物塑料生产；北方半干旱四大沙地规模化种植旱生灌木，生态恢复与能源基地共建双赢。只有这样，我国的生物质资源才会得到更好的发展。

（四）重视生物质资源特点，合理发展相关产业

一个地区的生物质能源产业在考虑因地制宜和多元化发展的同时，需要突出主原料与主产品，作为发展的重点，并做好产业内部及与相关产业间的综合平衡。基于原料来源多样、较为分散的特点以及产品需求的多元性，在综合考虑合理的原料收集半径以及减少原料与产品进入市场的运输成本的情况下，生物质能加工生产企业应以中小型为主，紧靠原料基地，并尽可能接近产品市场。只有这样，生物质资源产业才能做到降低成本，实现产业利润的最大化，同时也有利于产业后期的发展。

（五）坚持资源的循环利用和对环境的保护

资源的循环利用与保护环境是相辅相成和相融一体的。积极开发利用农林加工及城市的有机废弃物，既促进资源循环利用，又有利于减少污染，保护环境。例如，沼气、秸秆气化、炭化在某种程度上就体现了循环经济的再利用、资源化、少排放的特征。特别是对于沼气在我国广大农牧区的开发利用，创造出了一系列牧、沼、能、农相结合的模式，充分利用了人畜粪便和农作物废弃物，为农牧民提供了清洁方便的新能源，缓解了农村能源供给的矛盾，防止了污染，为社会主义新农村建设创造了良好的环境和条件。

在生物质产品的生产和加工过程中，也要做到资源循环利用与保护环境相结合。例如生物质产业产生的有机废水废渣既是污染物，又是资源。研究表明，每生产1t木薯乙醇要排放12t COD值达20～30g/L的废水，而处理这些废水、使之达标排放，需要消耗大量设备、能量和资金。但如果利用其中的有机污染物生产沼气，每生产1t木薯乙醇可联产0.2～0.3tce的热量，不仅能替代加工过程中的燃煤需要，而且可以降低废水的污染程度。

（六）进一步制定和完善相关政策法规，使生物质产业健康有序发展

为了促进生物质原料生产和有效利用，扩大生物质产品推广使用，使生物质能产业健康有序地发展，应制定和完善相应的法律法规。目前，我国制定颁发的有关生物质能开发利用的政策法规有：《中华人民共和国可再生能源法》《国务院关于加强节能工作的决定》《可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法》《可再生能源发电有关的管理规定》《可再生能源发展专项资金管理暂行办法》《国家发改委关于可再生能源产业发展指导目录》《电网企业全额收购可再生能源电量监管办法》《中华人民共和国节约能源法》以及地方政府颁发的生物质能源开发利用配套政策等。未来还将有更多的、更有针对性的法律性文件来填补生物质能源利用、生物质产业发展过程中的法律空白，使生物质能源产业真正做到有法可依，步入良性发展的正轨。

我国生物质资源丰富，生物质产品及附加的化工产品多样，生物质产业类型也多样。因此，有必要对生物质能源发展进行全面整体的规划，一方面为了更有效、更有序地对生物质能进行开发利用，使政府能够加大政策支持力度，使全社会能够形成合力，全面推进生物质能的开发利用工作；另一方面为了使有限的政策、资金等资源要素更集中地支持生物质能产业发展的关键环节和领域，在技术创新、产业化、商品化等环节也有所突破并获得更好的效果。

（七）加快生物能源技术研发、转化及人才培养，尽早与国际接轨

生物质能作为可再生的新能源重新登上历史舞台，源于经济快速发展下能源危机的爆发。发达国家由于工业化较早，经济发展快，能源供给的压力要早于和大于我国和一切发展中国家，因而开发利用生物质能的时间也较早，很多技术的发展已经成熟并实现了商业化。美国总统奥巴马提出：谁掌握清洁和可再生能源，谁将主导21世纪；谁在新能源领域拔得头筹，谁将成为后石油经济时代的佼佼者。在全球金融危机背景下，欧美各国很想通过发展新能源带来的经济转型和产业升级促使经济复苏，所以近年内更加注重新能源的研发和利用。

我国生物质能利用技术、生物质产品生产技术经过几十年的发展，虽然有了初步的基础和市场，但总体来说，这些技术还处在发展的初期阶段，商品化程度不高，规模较小，多数未形成市场规范和价格体系，不具备市场获利能力以及对化石能源的有效替代。因此，需要进一步加强对生物质能源的技术研发，加快生物质能利用、生物质产品生产向新一代技术转化。这些技术开发与选择应立足于提高生物质能转换效率，增加有效供给，使更多的农村土地、废弃物等自然资源得到优化利用，改善生态环境，促进农村经济发展，实现对化石能源的规模化替代。国家应增加在生物质能技术领域的投入，加强自主创新，充分整合科技资源，发挥地方、企业、高校院所多方面的积极性，在生物质能利用技术与生物质产品生产技术的关键领域进行联合攻关，开发新技术，实施技术集成，形成一系列具有自主知识产权的集成化成果，并逐步推广应用到农村生活能源消费与能源产业领域。在技术论证与经济分析的基础上，利用现有可获得的资源和技术优势，加快建设规模化生物质能源利用技术、生物质产品生产技术试点示范项目。同时，国家应加强生物质可再生能源领域各类专门人才的培养和引进力度，建立产、学、研相结合的人才培养新机制，加速造就一支比肩世界先进水平的生物质技术研发应用队伍。生物质能源的开发利用需要加强对外合作，要在坚持自主开发与引进消化相结合的技术路线的基础上，掌握核心技术，有目的、有选择地引进先进的技术工艺和部分设备，站在高起点上发展我国的生物质能源产业。