第一章 绪论

第一节 生物质资源发展及特点

生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而形成的各种有机体，即一切有生命的、可以生长的有机物质统称为生物质。它包括所有的植物、动物和微生物。广义上讲，生物质包括所有的植物、微生物和以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物（如粪便、废水等）。人们可通过物理、化学、微生物方法对生物质进行加工，将其转化为饲料、肥料、能源和生物基工业等多种产品，从而将其资源化利用，所以说生物质是一种资源。

一、生物质资源概念的提出及发展

一万多年前，人类开始驯养野生动植物和发展从事生物质生产的农业，使人类离开洞穴，放弃渔猎采集，到丰美的平原上，过上耕耘养殖、丰衣足食的田园生活，开创了辉煌的农业文明。动植物为人类生存繁衍提供了所需的营养，以及生产、生活所需要的燃料，生物质生产是最古老和全面意义上的“能源产业”。

随着社会的发展，到工业社会时，传统的生物质燃料已不能满足大量和集中供能的需要。19世纪的煤炭和20世纪的石油、天然气成为人类社会生产和生活的主要能量来源，支撑了辉煌的工业文明。但一二百年的高强度开采与消费，使这些非再生的化石能源资源渐趋枯竭。同时，全球变暖和环境恶化引起国际社会的极大忧虑。自20世纪90年代，“登博斯宣言”“21世纪议程”“京都议定书”等相继面世，“可持续发展”成为时代的最强音。当人们将目光聚焦到可再生的清洁能源时，生物质能源重新受到关注，成为可再生能源中烁烁闪光的亮点，当然不只是简单地燃烧，而是基于现代技术的高效利用。20世纪30年代，美国就开始了对剩余农产品，如用玉米生产变性淀粉、大豆生产印刷油墨等的工业性开发；70年代的石油危机才唤起了人们对生物燃料代替石油的研究。美国和巴西用玉米和甘蔗生产燃料乙醇，欧洲以油菜为原料生产生物柴油，将林业废弃物固化成型燃烧，以及沼气发电等都取得了成功，为古老的生物质产业打开了一个新的替代性能源窗口，窥视到一片生机盎然的绚丽前景。

直到20世纪末，生物质才作为一个专门概念被提出和开始进行系统的产业化开发，因而在提出的角度、概念和内涵上不尽一致。一般认为，生物质（biomass）主要是指可再生或循环的有机物质，包括农作物、树木和其他植物及其残渣（residues）；也有从资源的高效利用和循环经济效益考虑，对农林废弃生物质资源给予更多重视，提出生物质以非食用木质纤维素类物质（non-food plant）为主；还有“生物基工业”（bio-based industry）的提法，除生物能源、生物燃料外涵盖了整个生物化工产品，以及基因工程制药。狭义性的生物质产业概念是指利用可再生或循环的有机物质，包括农作物、林木和其他植物及其残体、畜禽粪便、有机废弃物，以及利用边际性土地和水面种植能源植物为原料，通过工业性加工转化，进行生物基产品（bio-based products）、生物燃料（bio-fuels）和生物能源（bio-energy）生产的一种新兴产业。

随着人口的增长和经济的发展，我国的能源问题已经变得越来越突出。21世纪初到2020年，我国能源可持续发展的目标为力争达到利用能源消费翻一番实现国民经济翻两番。具体为到2020年一次能源消费总量30×108tce（ton of standard coal equivalent，即1吨标准煤当量），而2010年约为21×108tce。然而根据国家统计局数据，2009年全国一次能源消费总量已经超过30×108tce，比预期时间提前了21年。纵观我国的经济发展势头，对能源的需求依然会保持强劲的增长。更为严峻的是化石能源并不是可再生资源，中国已探明的石油、天然气、煤炭储量分别只够使用14年、32年和100年，全世界石油也只够用40年。另外，我国主要的一次性能源消费主要来自煤炭，2007年煤炭占一次能源消费比例69.5%、烟尘和CO2排放量的70%、SO2的90%、氮氧化物的67%。此外，机动车快速增长所带来的污染不断加剧。中国已经是能源消费第一大国和CO2排放第二大国，要求中国限排温室气体的国际压力也越来越大，2020年以后中国将难以回避温室气体排放限制的承诺。作为一种洁净而又可再生的能源，生物质是唯一可替代化石能源转化成气态、液态和固态燃料以及其他化工原料或者产品的碳资源。

二、生物质资源的特点

生物质能一直是人类赖以生存的重要能源，仅次于煤炭、石油和天然气，居于世界能源消费总量的第四位，在整个能源系统中占有重要的地位。生物质能具有以下特点。

（1）丰富性及广泛分布性

只要有阳光照射，植物就会进行光合作用，生物质能就会不断积累。生物质能就是太阳能以化学能形式储存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。根据生物学家估算，植物界每年由光合作用携带来的有机质大约为1.73×1011t，相当于3×1021J的能量。另外，全世界每天产生的垃圾和排放的废水中都蕴藏了很多能量，据统计，全世界每天的垃圾为2.7×108t，所有的这些有机物和无机物都是潜在的生物质资源。生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量，相当于目前世界总能耗的10倍，而作为能源的利用量还不到总量的1%，开发潜力巨大。同时，只要有绿色植物的地方就有生物质能，分布非常广泛。从生物质能资源中提取或转化得到的能源载体很广泛，涵盖气、液、固3种形态。

（2）可再生性

生物质能与风能、太阳能等同属可再生能源，资源丰富，可保证能源的永续利用，符合当前可持续发展的要求和循环经济的理念，更符合科学发展观的要求。中国工程院副院长杜祥琬院士就曾指出“生物质能源是最具产业化、规模化前景的可再生性能源，将在我国能源中占举足轻重的作用”。

（3）易获取性

生物质能源具有普遍性、易获取性。几乎不分国家和地区，它到处存在，而且价格低廉、容易获取，生产过程极为简单。

（4）低污染性

生物质资源替代化石燃料可以减少SO2、CO2等污染物的排放，改善环境质量。在使用过程中几乎没有SO2产生，生物质能源燃料燃烧所释放出的CO2大体上相当于其生长时通过光合作用所吸收的CO2，所以应用生物质能源时CO2的排放可被认为是零。

（5）储运便利

在可再生能源中，生物质能是唯一可以储存和运输的能源，这对其加工与连续使用带来一定的方便。

（6）技术难题少，便于开发利用

传统化石能源的开采和利用技术往往比较复杂，需要一定阶段的研究才能转化利用。而在新能源中，例如风能、太阳能、地热能、潮汐能等，生物质能因其开发更具有层次性，无论是初级产品还是高级产品，都与人类的生产生活密切相关，所以开发利用也更为广泛。正是基于此原因，生物质资源开发技术上的难度相对较小。人们既可以利用生物质能的热能效应，例如生物质直接燃烧；又能将其简单的热能转化为化学能、电能等高层次能源，如生物质做成液体燃料，气化生产沼气，用于发电等。