生物能源既不同于常規(guī)的礦物能源，又有別于其他新能源，兼有兩者的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，是人類最主要的可再生能源之一。

 解釋

簡(jiǎn)介

生物質(zhì)包括植物、動(dòng)物及其排泄物、垃圾及有機(jī)廢水等幾大類。從廣義上講，生物質(zhì)是植物通過光合作用生成的有機(jī)物，它的能量最初來源于太陽能，所以生物質(zhì)能是太陽能的一種，它的生成過程如下：

葉綠素

CO2+H2O+太陽能(CH2O)+O2

葉綠素

每個(gè)葉綠素都是一個(gè)神奇的化工廠，它以太陽光作動(dòng)力，把CO2和水合成有機(jī)物，它的合成機(jī)理目前人類仍未清楚。研究并揭示光合作用的機(jī)理，模仿葉綠素的結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)出人工合成的葉綠素，建成工業(yè)化的光合作用工廠，是人類的夢(mèng)想。如果這一夢(mèng)想能實(shí)現(xiàn)，它將根本上改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)活動(dòng)和生活方式，所以研究葉綠素的機(jī)理一直是激動(dòng)人心的科學(xué)活動(dòng)

生物質(zhì)能

生物質(zhì)是太陽能最主要的吸收器和儲(chǔ)存器。太陽能照射到地球后，一部分轉(zhuǎn)化為熱能，一部分被植物吸收，轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能;由于轉(zhuǎn)化為熱能的太陽能能量密度很低，不容易收集，只有少量能被人類所利用，其他大部分存于大氣和地球中的其他物質(zhì)中;生物質(zhì)通過光合作用，能夠把太陽能富集起來，儲(chǔ)存在有機(jī)物中，這些能量是人類發(fā)展所需能源的源泉和基礎(chǔ)?；谶@一獨(dú)特的形成過程，生物質(zhì)能既不同于常規(guī)的礦物能源，又有別于其他新能源，兼有兩者的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，是人類最主要的可再生能源之一。

生物質(zhì)能的分類

生物質(zhì)具體的種類很多，植物類中最主要也是我們經(jīng)常見到的有木材、農(nóng)作物(秸稈、稻草、麥稈、豆稈、棉花稈、谷殼等)、雜草、藻類等。非植物類中主要有動(dòng)物糞便、動(dòng)物尸體、廢水中的有機(jī)成分、垃圾中的有機(jī)成分等。

可觀的數(shù)目

由于地球上生物數(shù)量巨大，由這些生命物質(zhì)排泄和代謝出許多有機(jī)質(zhì)，這些物質(zhì)所蘊(yùn)藏的能量是相當(dāng)驚人的。根據(jù)生物學(xué)家估算，地球上每年生長(zhǎng)的生物能總量約1400—1800億噸(干重)，相當(dāng)于目前世界總能耗的10倍。我國(guó)的生物質(zhì)能也極為豐富，現(xiàn)在每年農(nóng)村中的秸稈量約6.5億噸，到2010年將達(dá)7.26億噸，相當(dāng)于5億噸標(biāo)煤。柴薪和林業(yè)廢棄物數(shù)量也很大，林業(yè)廢棄物(不包括炭薪林)，每年約達(dá)3700m3，相當(dāng)于2000萬噸標(biāo)煤。

地位

隨著人類大量使用礦物燃料帶來的環(huán)境問題日益嚴(yán)重，各國(guó)政府開始關(guān)心重視生物質(zhì)能源的開發(fā)利用。雖然各國(guó)的自然條件和技術(shù)水平差別很大，對(duì)生物質(zhì)能今后的利用情況將千差萬別，但總的來說，生物質(zhì)能今后的發(fā)展將不再像最近200多年來一樣日漸萎縮，而是重新發(fā)揮重要作用，并在整個(gè)一次能源體系中占據(jù)穩(wěn)定的比例和重要的地位。

影響生物質(zhì)能開發(fā)利用的因素

簡(jiǎn)述

影響生物質(zhì)能開發(fā)利用的因素很多，所以不同的預(yù)測(cè)方法結(jié)果差別很大，從100到300EJ，但不論哪種預(yù)測(cè)方法都說明了生物質(zhì)在未來的能源體系中有特別重要的意義，不論那個(gè)時(shí)間，生物質(zhì)能總是總能耗的10-30%之間。

我國(guó)狀況

由于我國(guó)目前的生物質(zhì)能主要是在農(nóng)村經(jīng)濟(jì)中利用，所以農(nóng)村未來能源需求和消耗情況對(duì)生物質(zhì)能的開發(fā)利用量影響很大，有關(guān)資料對(duì)我國(guó)農(nóng)村今后能源使用情況作了預(yù)測(cè)，這個(gè)指標(biāo)可以較大程度上反映我國(guó)今后生物質(zhì)能消耗的趨勢(shì)。它的預(yù)測(cè)按兩種，第一種是常規(guī)方案預(yù)測(cè)，即建立在現(xiàn)時(shí)生物質(zhì)能發(fā)展情況的基礎(chǔ)之上的預(yù)測(cè)，其結(jié)果是各時(shí)段(2000、2010、2030、2050)的生物質(zhì)利用量的增長(zhǎng)速度分別為8.9%、7.7%、8.0%、3.6%;第二種是加強(qiáng)方案預(yù)測(cè)，即以突出強(qiáng)調(diào)生物質(zhì)能對(duì)化石能源的替代為依據(jù)的預(yù)測(cè)，其結(jié)果是各時(shí)段的發(fā)展速度分別為9.6%、8.0%、7.4%、4.5%。

展望未來

我國(guó)發(fā)展展望

由預(yù)測(cè)可知，隨著社會(huì)的發(fā)展，傳統(tǒng)利用生物質(zhì)能的比例將越來越少，到2050年，農(nóng)村生物質(zhì)能的利用中傳統(tǒng)利用方法不到1%，但是，生物質(zhì)能的現(xiàn)代化利用技術(shù)的比例將越來越高，到2050年可能達(dá)到農(nóng)村總能耗的13%。另外，從預(yù)測(cè)中可以看出天然生物質(zhì)能在農(nóng)村能源的比例隨時(shí)間推移將越來越少，從30%降到13.7%左右，但是不管那個(gè)時(shí)期，也不管那個(gè)方案，生物質(zhì)能在農(nóng)村能源中的比例都很大(高于14%)，而且是最主要的可再生能源(占可再生能源的50%以上)，這可以充分說明生物質(zhì)能在今后幾十年內(nèi)在我國(guó)農(nóng)村能源，甚至于我國(guó)能源體系的重要地位。

世界進(jìn)展

合成生物學(xué)的發(fā)展，通過基于系統(tǒng)生物學(xué)原理的計(jì)算機(jī)輔助人工設(shè)計(jì)與次生代謝鏈的酶系統(tǒng)基因合成、代謝工程技術(shù)將富油生物進(jìn)行基因工程改造成能夠使生物柴油高產(chǎn)量與分泌的轉(zhuǎn)基因生物，從而實(shí)現(xiàn)規(guī)模化利用太陽能的生物能源產(chǎn)業(yè)，美國(guó)著名的文特爾私立研究所已經(jīng)獲得幾億美元的投資，一旦成功產(chǎn)業(yè)化，將帶來石油與汽車工業(yè)的技術(shù)變革。

生物質(zhì)能與常規(guī)能源的相似性及可獲得性

生物質(zhì)能的獲得性

生物質(zhì)能的載體是有機(jī)物，所以這種能源是以實(shí)物的形式存在的，是唯一一種可儲(chǔ)存和可運(yùn)輸?shù)目稍偕茉础６宜植甲顝V, 不受天氣和自然條件的限制，只要有生命的地方即有生物質(zhì)存在。從利用方式上看，生物質(zhì)能與煤、石油內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特性相似，可以采用相同或相近的技術(shù)進(jìn)行處理和利用，利用技術(shù)的開發(fā)與推廣難度比較低。另外，生物質(zhì)可以通過一定的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，除了轉(zhuǎn)化為電力外，還可生成油料、燃?xì)饣蚬腆w燃料，直接應(yīng)用于汽車等運(yùn)輸機(jī)械或用于柴油機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)、鍋爐等常規(guī)熱力設(shè)備，幾乎可以應(yīng)用于目前人類工業(yè)生產(chǎn)或社會(huì)生活的各個(gè)方面，所以在所有新能源中，生物質(zhì)能與現(xiàn)代的工業(yè)化技術(shù)和目前的現(xiàn)代化生活有最大的兼容性，它在不必對(duì)已有的工業(yè)技術(shù)做任何改進(jìn)的前提下即可以替代常規(guī)能源，對(duì)常規(guī)能源有很大的替代能力，這些都是今后生物質(zhì)能發(fā)揮重要作用的依據(jù)。

化學(xué)角度看

從化學(xué)的角度上看，生物質(zhì)的組成是C-H化合物，它與常規(guī)的礦物燃料，如石油、煤等是同類。由于煤和石油都是生物質(zhì)經(jīng)過長(zhǎng)期轉(zhuǎn)換而來的，所以生物質(zhì)是礦物燃料的始祖，被喻為即時(shí)利用的綠色煤炭。正因?yàn)檫@樣，生物質(zhì)的特性和利用方式與礦物燃料有很大的相似性，可以充分利用已經(jīng)發(fā)展起來的常規(guī)能源技術(shù)開發(fā)利用生物質(zhì)能。但與礦物燃料相比，它的揮發(fā)組分高，炭活性高，含硫量和灰分都比煤低，因此，生物質(zhì)利用過程中SO2、NOx的排放較少，造成空氣污染和酸雨現(xiàn)象會(huì)明顯降低;這也是開發(fā)利用生物質(zhì)能的主要優(yōu)勢(shì)之一。

生物質(zhì)能源之美

生物質(zhì)能的“美”

生物質(zhì)能源的“至美”之處在于其既是保障能源安全的重要途徑之一，又兼具減輕環(huán)境污染的特點(diǎn)。在這一點(diǎn)上，作為生物質(zhì)能源家族一員的能源作物更是表現(xiàn)得淋漓盡致。如甜高粱，不僅可以通過能量轉(zhuǎn)換替代化石液體燃料，保障能源安全，同時(shí)還能保障糧食安全，而且還能吸收二氧化碳，加工過程中無污染，原料得以物盡其用。

生物質(zhì)能源的“美”還在于它是可再生能源領(lǐng)域唯一可以轉(zhuǎn)化為液體燃料的能源。它不僅具有資源再生、技術(shù)可靠的特點(diǎn)，而且還具有對(duì)環(huán)境無害、經(jīng)濟(jì)可行、利國(guó)利農(nóng)的發(fā)展優(yōu)勢(shì)。

生物質(zhì)能源的“美”還在于它可以有效促進(jìn)能源農(nóng)業(yè)的發(fā)展，能夠助推社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)的發(fā)展。能源作物的大面積種植可以開發(fā)利用閑置的荒漠地、鹽堿地，有利于這些質(zhì)地差的土壤逐漸改良，更有利于農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，還可以培育出致力于可再生能源利用領(lǐng)域的新型農(nóng)民。不僅如此，它還可以吸納農(nóng)村剩余勞動(dòng)力，增加農(nóng)民收入，農(nóng)民的收入來源也變得更加多元化。

綠色能源

生物能源又稱綠色能源,是指從生物質(zhì)得到的能源,它是人類最早利用的能源.古人鉆木取火,伐薪燒炭,實(shí)際上就是在使用生物能源.

“萬物生長(zhǎng)靠太陽”，生物能源是從太陽能轉(zhuǎn)化而來的，只要太陽不熄滅，生物能源就取之不盡。其轉(zhuǎn)化的過程是通過綠色植物的光合作用將二氧化碳和水合成生物質(zhì)，生物能的使用過程又生成二氧化碳和水，形成一個(gè)物質(zhì)的循環(huán)，理論上二氧化碳的凈排放為零。生物能源是一種可再生的清潔能源，開發(fā)和使用生物能源，符合可持續(xù)的科學(xué)發(fā)展觀和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念。因此，利用高新技術(shù)手段開發(fā)生物能源，已成為當(dāng)今世界發(fā)達(dá)國(guó)家能源戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。

但是通過生物質(zhì)直接燃燒獲得的能量是低效而不經(jīng)濟(jì)的.隨著工業(yè)革命的進(jìn)程,化石能源的大規(guī)模使用,使生物能源逐步被煤和石油天然氣為代表的化石能源所替代.但是,工業(yè)化的飛速發(fā)展,化石能源也被大規(guī)模利用,產(chǎn)生了大量的污染物,破壞了自然界的生態(tài)平衡,為了進(jìn)行可持續(xù)發(fā)展,以及化石能源的弊端日益顯現(xiàn),生物能源的開發(fā)和利用又被人們所側(cè)重.

哪些生物質(zhì)能

因此,人類走向以生物能源開發(fā)利用為標(biāo)志的可再生能源時(shí)代,意義十分重大:能大量利用農(nóng)村的土地,提高農(nóng)民收入.直接增加能源供給,改善大氣環(huán)境,使二氧化碳的排放與吸收形成良性循環(huán),緩解二氧化碳排放的壓力.當(dāng)前生物能源的主要形式有沼氣,生物制氫,生物柴油和燃料乙醇.

沼氣是微生物發(fā)酵秸稈,禽畜糞便等有機(jī)物產(chǎn)生的混合氣體,主要成分是可燃的甲烷.生物氫可以通過微生物發(fā)酵得到,由于燃燒生成水,因此氫氣是最潔凈的能源.生物柴油是利用生物酶將植物油或其他油脂分解后得到的液體燃料,作為柴油的替代品更加環(huán)保.燃料乙醇是植物發(fā)酵時(shí)產(chǎn)生的酒精,能以一定比例摻入汽油,使排放的尾氣更清潔.雖然現(xiàn)在的主要能源還是化石能源,但是生物能源的前途無量.雖然生物能源的開發(fā)利用處于起步階段,生物能源在整個(gè)能源結(jié)構(gòu)中所占的比例還很小,但是其發(fā)展?jié)摿Σ豢晒懒?以我國(guó)為例,目前全國(guó)農(nóng)村每年有7億噸秸稈,可傳化為1億噸的酒精.南方有大量沼澤地,可以種植油料作物,發(fā)展生物柴油產(chǎn)業(yè).加上禽畜糞便,森林加工剩余物等.我國(guó)現(xiàn)有可供開發(fā)用于生物能源的生物質(zhì)資源至少達(dá)到4.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,相當(dāng)于我國(guó)2000年全部一次能源消費(fèi)的40%.

循環(huán)經(jīng)濟(jì)

生物能源的開發(fā)利用,可帶來以可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)的循環(huán)經(jīng)濟(jì).以巴西以例,垃圾正在變成有價(jià)值的能源.根據(jù)巴西有關(guān)行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì),2004年巴西回收鋁易拉罐90億個(gè),回收率達(dá)到96%,居世界第一.其他各類垃圾的回收率也居世界前列,創(chuàng)造了循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式.回收的垃圾,根據(jù)分類,被用于不同的方面,其中大部分非金屬類的垃圾均可以轉(zhuǎn)化為能源.生物能源作為綠色能源,具有可再生的特點(diǎn),而化石能源卻是不可再生能源,這是生物能源的一大優(yōu)勢(shì).根據(jù)估算,地球的石油枯竭期最多可延長(zhǎng)到百年,而對(duì)于中國(guó)這個(gè)石油資源相對(duì)貧乏的國(guó)家來說,石油穩(wěn)定供給不會(huì)超過20年.而生物能源主要利用淀粉質(zhì)生物如植物,薯類,作物秸稈等加工成其他燃料,從大范圍來看具有大量的來源.據(jù)專家估計(jì),全球每年產(chǎn)生的生物質(zhì)能的儲(chǔ)量為1800億噸,是取之不盡,用之不竭的資源.因此,生物能源在將來大有可為,尤其是在石油供應(yīng)緊張的時(shí)候,生物能源將大顯身手.

面對(duì)如此數(shù)量巨大的生物質(zhì)資源,如何提高生物能源的開發(fā)利用水平也是一個(gè)科學(xué)性的問題.在化石能源仍為主要能源的時(shí)代,生物能源的開發(fā)技術(shù)也異常重要,因?yàn)榛茉词遣豢稍偕茉?以我國(guó)為例,國(guó)內(nèi)大約有20億畝荒山荒地可用于發(fā)展能源農(nóng)業(yè)和能源林業(yè),而且我國(guó)的產(chǎn)能微生物研究,生物轉(zhuǎn)化研究,過程與設(shè)備研究等已趨成熟,石油替代產(chǎn)品的開發(fā)技術(shù)也具備進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的條件.因此,政府應(yīng)適應(yīng)形勢(shì)發(fā)展的需要,制定生物能源的發(fā)展政策焉規(guī)劃,合理利用各種手段來支持和推進(jìn)生物能源的開發(fā)利用.應(yīng)借鑒國(guó)外的成功經(jīng)驗(yàn),與我國(guó)的實(shí)際相結(jié)合,極大地推動(dòng)生物能源的開發(fā)利用.

21世紀(jì)是生物的世紀(jì)

21世紀(jì)是生物的世紀(jì),是科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的新世紀(jì),可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展的趨勢(shì)所在.面對(duì)化石能源的枯竭和環(huán)境的污染,生物能源的開發(fā)利用為經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展帶來了曙光.生物能源作為可再生,污染極小的能源,具有無可比擬的優(yōu)越性,必將為21世紀(jì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)注入強(qiáng)大的推動(dòng)力.

生物質(zhì)發(fā)電能源林效益簡(jiǎn)單分析

近5年來，瑞典柳樹無性系能源林的種植面積不斷增大，主要與瑞典農(nóng)民貿(mào)易協(xié)會(huì)及其他各種機(jī)構(gòu)把柳樹作為一種農(nóng)作物來推廣有關(guān)。同時(shí)政府的補(bǔ)助金制度也為柳樹能源林的大面積推廣提供了必要條件。目前，瑞典南部及中部柳樹能源林約有11 000hm，其中2 000hm是1994年種植的，1995年計(jì)劃種植5 000hm。這些能源林每年每公頃平均的生物量生產(chǎn)為10～12t，相當(dāng)于25～30m木材或4～5m燃油，約合25-30桶原油。如將所產(chǎn)的生物量用來發(fā)電，按照我國(guó)國(guó)產(chǎn)直燃發(fā)電機(jī)組發(fā)電效率單位電量原料消耗量1.37kg/kwh計(jì)算，這些能源林每年每公頃可供發(fā)電7300-8760kwh;若按照進(jìn)口直燃發(fā)電機(jī)組發(fā)電效率單位電量原料消耗量1.05kg/kwh計(jì)算，則每年每公頃可供發(fā)電9500-11430kwh。如果以竹柳作為分析對(duì)象，在超高密度(150000-20000萬株/hm)、超短期輪伐(輪伐期1～2年)的情況下，其每年每公頃平均的生物量生產(chǎn)可達(dá)37.8t以上，相當(dāng)于94.5m木材或15.12m燃油，約合94桶原油。受目前全球金融風(fēng)暴影響，國(guó)際原油價(jià)格暴跌，按照當(dāng)前跌后價(jià)格平均43美元/桶計(jì)算，每年每公頃產(chǎn)值4042美元，折合人民幣約27500元(匯率6.8)。如將所產(chǎn)的生物量用來發(fā)電，按照我國(guó)國(guó)產(chǎn)直燃發(fā)電機(jī)組發(fā)電效率單位電量原料消耗量1.37kg/kwh計(jì)算，這些能源林每年每公頃可供發(fā)電27560kwh;若按照進(jìn)口直燃發(fā)電機(jī)組發(fā)電效率單位電量原料消耗量1.05kg/kwh計(jì)算，則每年每公頃可供發(fā)電36000kwh。電價(jià)按照0.5元/kwh計(jì)算，每年每公頃產(chǎn)值為13780-18000元。

中國(guó)生物能源利用現(xiàn)狀

中國(guó)已經(jīng)開發(fā)出多種固定床和流化床氣化爐，以秸稈、木屑、稻殼、樹枝為原料生產(chǎn)燃?xì)狻?006年用于木材和農(nóng)副產(chǎn)品烘干的有800多臺(tái)，村鎮(zhèn)級(jí)秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)近600處，年生產(chǎn)生物質(zhì)燃?xì)?,000萬立方米。

中國(guó)政府及有關(guān)部門對(duì)生物質(zhì)能源利用也極為重視，己連續(xù)在四個(gè)國(guó)家五年計(jì)劃將生物質(zhì)能利用技術(shù)的研究與應(yīng)用列為重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，開展了生物質(zhì)能利用技術(shù)的研究與開發(fā)，如戶用沼氣池、節(jié)柴炕灶、薪炭林、大中型沼氣工程、生物質(zhì)壓塊成型、氣化與氣化發(fā)電、生物質(zhì)液體燃料等，取得了多項(xiàng)優(yōu)秀成果。政策方面，2005年2月28日，第十屆全國(guó)人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)第十四次會(huì)議通過了《可再生能源法》，2006年1月1日起已經(jīng)正式實(shí)施，并于2006年陸續(xù)出臺(tái)了相應(yīng)的配套措施。這表明中國(guó)政府已在法律上明確了可再生能源包括生物質(zhì)能在現(xiàn)代能源中的地位，并在政策上給予了巨大優(yōu)惠支持，因此，中國(guó)生物質(zhì)能發(fā)展前景和投資前景極為廣闊。

中國(guó)在生物質(zhì)能源方面，目前主要是雅津甜高粱秸稈和籽粒加工乙醇，渣加工顆粒燃料作為替代煤炭的可再生能源。

在光能應(yīng)用方面，中國(guó)的光能農(nóng)業(yè)發(fā)展處于國(guó)際領(lǐng)先地位，太陽能和農(nóng)作物種子的直接結(jié)合，促使太陽能深層次的發(fā)展和利用。