２０１８年５月 第１０期 生物质能源产业发展现状与展望 普罗 （自治区林业调查规划研究院，拉萨８５００００） 摘要：指出了生物质能源是一种清洁可再生能源，在当前能源危机的背晋下，研究其发展现状具有迫切性。 对国内外生物质能源研究的重点进行了阐述，同时对于存在的问题进行了分析，对以后的发展趋势进行了 展望。 关键词：生物质能源；产业化；能源危机；能源作物；进展 中图分类号：ＴＫ６ 文献标识码：Ａ 文章编号：ｌ６７４ ９９４４（２０１８）１０—０１７２ Ｏ４ ２００８年，生物柴油全球产量达到７０２０万ｔ。美国、法 １ 引言 生物质是指通过光合作用产生的动植物、微生物及 其产生的废弃物。生物质能源就是利用生物质通过化 学转化生成的生物柴油、生物乙醇、生物天然气等形态 的能源 。随着石油价格的攀升、气候变暖、能源短缺 及《联合国气候变化框架公约》的约束，生物质能源越来 越受到许多国家的关注，也是科学研究的焦点之一。 国、意大利和巴西生产生物柴油的主要原料是菜籽油。 泰国、马来西亚和印度尼西亚生产生物柴油的主要原料 是棕榈油 。 ２．３国外沼气的研究 沼气是生物质在特定条件下，通过发酵而产生的可 燃烧气体。瑞典ＰＵＲＡＣ公司将动物粪便、食物废弃物 及动物加工剩余物作为原料生产沼气，沼气通过纯化措 施可供燃气汽车使用。目前，在瑞典已有５２０辆轿车、 ６４辆公交车使用沼气作为动力燃料。德国将生物质产 ２国外发展现状 为应对资源短缺，缓解对于化石燃料的依赖，各国 投入大量的人力、物力、财力发展新的可以循环的清洁 高效能源，随着水电、风力发电等的开发利用，各国将焦 点集中在生物质能源的研究和开发上。国际上已经产 业成熟化的生物质能源项目有欧盟的菜籽油生物质能 源项目、美国的大豆生物质能源项目、巴西的甘蔗生物 生的沼气用于发电，取得了良好的效果。１９９９年，德国 就有８５０家小型沼气发电站，１年后小型沼气发电站就 达到了２０００余家 。 ２．４ 国外生物制氢研究 生物制氢是当前生物质能源研究的热点之一，有广 阔的前景。随着对能源危机和温室效应的进一步认识 和科学技术的发展，生物制氢研究引起了人们的重视。 １９９９年，在南非金山大学的实验内，实现了实验室条件 质能源项目及马来西亚的棕榈油生物质能源项目 。 ２．１ 国外燃料乙醇的研究 燃料乙醇生产量较大的国有是美国和巴西，其产量 占据了全球的９Ｏ 以上。其生产燃料乙醇主要依赖于 下植物纤维素发酵制氢技术的突破。新加坡南洋理工 大学在生物制氢方面，研究聚焦于污泥厌氧产氢技术， 从理论上揭示了此种方法可放大的可行性 ］。 谷物淀粉、蔗糖和甜菜。其中，加拿大和美国主要使用 玉米，巴西主要使用甘蔗，欧盟主要使用质量差、变质的 小麦 。燃料乙醇的生产技术已经成熟，乙醇汽油混合 物替代纯粹汽油也在逐步的推广。 ２．２国外生物柴油的研究 ３ 中国发展现状 我国发展生物质能源产业具有大量的原材料资源。 生物质原材料包括：林木、灌草藤、陈化粮、林业生产下 脚料、植物秸秆、淀粉类、糖类、麦类、植物油等。根据国 情，生物质能源的原料来源应以有机废弃物和利用荒山 荒地栽植的能源植物为主。从农林两条线出发考虑，① 生物柴油主要的生产地是欧盟，其主要使用的原材 料是菜籽油。预计到２０２０年，生物柴油将占据欧盟使 用交通燃料的１０ 以上。生物柴油之所以在欧盟发展 迅速，离不开的支持。欧盟减免了生物柴油９Ｏ 的税收，还从立法、补贴原材料生产、促进销售等多方面 推动生物柴油产业的发展 。２００８年，欧盟生物柴油 的生产量达７７５．５万ｔ，并且保持年３５．７ 的增长率。 １９９１年，生物柴油研究才刚刚起步。到２０世纪 可充分利用农业生产剩余物，包括秸秆、藤蔓、根茎等， 将其转化为生物质能源；②充分利用田间地头、边角地、 低产田地等种植适应性好的能源作物，作为生物质能源 的原料；③森林抚育剩余物、林业生产剩余物、家具生产 剩余物等大量的林业木质边角料可以作为生物质能源 的原料；④充分依托商品林地、林业边际性土地发展生 物质积累迅速的能源林、薪炭林等，发林业生物质 产业 。 末，随着技术的成熟和能源短缺的加剧，生物柴油产业 得到了扩张式的发展。１９９１年，生物柴油全球产量为 ０．９１万ｔ；２０００年，生物柴油全球产量达到了７３万ｔ； 收稿日期：２Ｏ１８—０３—２２ 作者简介：普１７２ 罗（１９８卜），男，工程师，主要从事林业调查、规划、设汁工作。 普 罗：生物质能源产业发展现状与展望 ３．１ 中国燃料乙醇的研究 燃料乙醇在我国已经实现了工厂化万吨级的生产， 技术已经成熟。其主要使用的原料有陈化粮（小麦、玉 米）、能源作物（甘薯、马铃薯）、含糖作物（甜菜、甘蔗）。 纤维素类（纤维能源植物、农业剩余物、林业剩余物等） 受技术的，还未实现规模化生产。。］。 ２００５年，随着技术的发展，结合消化陈化粮的实 际，国家批准筹建了河南天冠燃料乙醇、吉林燃料乙醇、 安徽丰原燃料乙醇、黑龙江华润乙醇４家企业规模化生 产燃料乙醇。投产后，年生产燃料乙醇达１３０万ｔ，成为 燃料乙醇生产大国。随着生产的持续，陈华粮迅速的被 消化，再加上小麦、玉米价格的上涨，利用粮食作为原料 的生物乙醇生产项目遇到了发展瓶颈。国家层面更愿 意企业利用非粮原料开发和生产燃料乙醇 。２００９ 年，广西科学院成了我国首个国家非粮生物质能源工程 技术研究中心，标志着我国非粮生物质能源研究进入了 新阶段 ” 。 能源作物薯类也是我国发展燃料乙醇优良原材料 之一，其含糖、淀粉量高，可种植面积广，适应性较强，单 位产量高，转化公益与玉米、小麦类似。现阶段，我国甘 薯种植面积已达７００万ｈａ，产量约１．５亿ｔ＿ｌ 。由中粮 集团投资建设的以木薯为原料年产２０万ｔ燃料乙醇示 范项目以投产，取得了良好的效益。 ３．２ 中国生物沼气的研究 生产沼气的主要原料有人畜粪便、作物秸秆、残羹 剩饭、杂草杂灌、水草等等。沼气是种植业、养殖业剩余 物、废弃物下游净化的完美链条，成为重视，支 持，农民欢迎的优质项目，是建设美丽乡村的重要手段 之一。农业部门不完全统计数据显示，我国沼气年产量 已达８０×１ｏ 万ｒＤ＿。，大中型沼气工程达３５５６处，城市 污水净化沼气池工程４９３００余项。沼气池项目是民生 项目，是农民增收项目，也是环保项目。种植业（饲 料）～养殖业（粪便、下脚料）一沼气工程（沼液、沼渣） 种植业（饲料、农产品）一养殖业农业循环经济发展 的模式在我国部分地区发展十分良好 。我国沼气工 程技术成熟，所需零部件可标准化生产，基建队伍完备， 沼气技术服务成熟，已经具备了规模化发展的条件 。 ３．３中国生物柴油的研究 生物柴油是可再生能源之一，其主要原料有油菜籽 油类油料作物、地沟油、动物油脂、工程微藻类水生油料 植物、木本油料植物等。发展生物柴油，可缓解化石燃 料的压力，同时有利于保护环境 。 相比西方国家，我国生物柴油的研究和产业化相对 落后。１９８１年，我国科学家初次尝试棉籽油、菜籽油生 产生物柴油的研究。此时，国外公司已在山东省和黑龙 江省建设了２５万ｔ和２０万ｔ级产业化工厂。随着我国 技术研究的深入，现阶段，我国在海南省、福建省建设了 万吨级生产示范项目 。相比油料为原料生产生物柴 油，利用植物纤维生产生物柴油还处于研究示范阶段， 转化成本高，油品不易控制成为了其发展的瓶颈，有待 科技投入研究。 能源及节能 ３．４中国生物质发电研究 生物质能源发电相比燃料乙醇、生物沼气、生物柴 油，其具有原料更广泛，产业化技术相对成熟的特点。 当前生物质发电项目以直燃发电为主。２００６年，我国 在山东省建设了第一座生物质直燃发电厂，并顺利投产 发电。接下来的２年间，又有１８个生物质直燃发电厂 投产发电，总装机容量４５万ｋｗ［１ 。 生物质能源发电项目被国家列为《新兴能源产业发 展规划》中，预计到２０２０年，我国非化石燃料占能源消 费比重将达到１５ 以上，其中，生物质发电项目的贡献 将达到２．４亿ｔ标准煤以上＿ｌ 。 ３．５ 中国生物制氢研究 生物制氢具有环境友好、排放物无污染的特点。 １９９０年，哈尔滨工业大学研究小组以有机废水为研究 对象，研究了发酵法生物制氢技术，在理论方面取得了 一定的突破，并首次完成了生物制氢中试。河北省农林 科学院引进南非金山大学的发酵法生物制氢技术，以植 物纤维素为研究材料，实现了纤维素发酵制氢效果，成 本有所降低，产氢速率有所提高，转化效果没有得到较 大改善，研究结果对产业化生物制氢具有一定的理论指 导意义。河北省农林科学院还尝试将甜高粱作为生物 制氢原料，提高了生物制氢的生产率和安全性能，为生 物制氢产业化提供了理论依据和新路径 。 ４存在问题 ４．１ 粮食危机下的第一代生物质能源艰难抉择 现阶段，各国生物质能源产业化项目以第一代生物 质能源为主。其生产原料的来源主要小麦、玉米油料作 物等粮食。随着农业技术的发展，国际粮食产量和供给 能力在不断提高。但粮食工厂化消化，势必引起与人争 食的境遇，造成社会问题。以美国为例，其是世界上最 大的粮食出口国。随着本国燃料乙醇的产业的发展， ２００３～２００６年，粮食出口量降低了４ ，这不仅仅影响 了全球粮食供给，也直接导致国际粮食价格波动性增 长。预计到２０２０年，美国燃料乙醇的生产量会进一步 扩大，将达到３６０亿加仑，大约要消耗ｌ４４２．９１万ｔ玉 米（相当于２００７年美国玉米产量的４１．２ ），消耗量 及其惊人。 耕地资源和生产力是有限的，第一代生物质能源生 产导致的用途竞争，必然会导致国际粮食安全，从而会 导致人口安全。若不能够全球各国参与制定第一代生 物质能源产业发展规划，合理利用粮食生产生物质能源 产品，必将会导致无法估量的后果 。 ４．２ 能源植物规模化扩张带来的问题 由于生物质能源利益的驱使，能源植物（包括能源 作物）的种植将不会按照荒山荒地、边角地种植模式，而 是会产生规模化种植。过度消耗土地资源，并迅速移 除，从而很有可能会导致土壤结构破坏＿、资源承载力降 低、生态环境破坏、土壤沙化、生物多样性降低等严重的 生态问题。 生物质能源产业作为新兴产业，能提供可再生能 源，是值得提倡的，但原料的来源需以不破坏生态环境 １７３ ２０１８年５月 绿 色 科 技 第１Ｏ期 为前提。能源植物（包括能源作物）的种植应充分考虑 土地的承载力和休养生息。在实施能源植物（包括能源 作物）种植前，应有农业、环保、能源等相关部门作出充 分的环境评价，制定详细的种植方案，避免造成“二次污 染”问题的出现。 ４．３制约产业化的瓶颈 生物质能源的持续发展，需要廉价的原材料，成本 相对适宜的生产工艺，及优质的市场接受能力。但现阶 段，除巴西的甘蔗生物乙醇项目能够达到自身盈利外， 其余项目均需要国家补贴、税收优惠等措施才得以正常 运转。盈利效果不理想的主要原因就是生产工艺成本 还无法较好的降低到市场可以接受的范围。 制约我国生物质能源产业化的瓶颈是原材料和技 术。从粮食安全的角度考虑，我国不可能将大量的粮食 作为生物质能源的原材料。纤维素类生物质能源开发 还很不成熟，无法实现产业化生产。我国生物质能源产 业化生产面临生物柴油的发酵、纤维素生物质制酒精、 生物质能源的液化技术、提炼技术研究、转基因技术在 能源农业上的应用等诸多技术问题，有待科研攻关 。 ５ 发展趋势 在能源危机的大背景下，生物质能源作为可再生、 无污染（或污染小）的能源，受到国际社会的高度重视， 也是科学家研究的焦点。开发利用生物质能源具有深 远的战略意义。美国已制定了能源农场计划，印度计划 实施绿色能源工程。日本制定了阳光计划，诸多国家正 在为破解生物质能源技术瓶颈，实现能源替代不断努力 和投入＿２ 。 ５．１方面 生物质能源产业发展较好的国家美国、巴西、欧盟 各国均制定了生物质能源规划。其中，欧盟计划到 ２０２０年，可再生能源替代率达到２Ｏ ，在交通燃料中的 替代率达到１０ 以上。各国为支持生物质能源产业发 展，出台了一系列税收优惠、补贴、用户补助等激励 。此外，还通过法律和确保生物质能源健康持 续发展 。 《可再生能源法》的颁布，为我国生物质能源产业发 展提供了法律保障。但行业规章、细则并没有及时的跟 进，扶持没有具体化。我国应制定操作性较强的生 物质能源发展规划、，设立专门领导小组，统筹各部 门为生物质能源生产企业提供服务，缩短审批时间，实 现快速发展＿２ 。 ５．２技术方面 国际上技术相对成熟的生物质能源产业项目有玉 米制燃料乙醇、甘蔗制燃料乙醇、大豆制生物柴油、菜籽 油制生物柴油等。均属于第一类生物质能源的范畴，存 在与粮争地，占用耕地的问题。因此，需要技术上突破， 走非粮生物质能源之路。 第二代生物质能源的原来以纤维类秸秆、木质边角 料、灌藤草为主，需实现生物纤维转化为生物乙醇、生物 柴油、合成燃料、生物制氢及化学衍生产品等。第二代 生物质能源生产工艺成本高、转化率低成为了其发展的 １７４ 直接瓶颈，尚未实现大规模商业化，有待技术突破。 ６ 中国生物质能源产业发展之路 ６．１第一类生物质能源 生物乙醇、生物柴油依靠粮食作物的现状暂时无法 改变，因为第二代生物燃料目前的问题在于用来分解纤 维素的酶成本太高，用不可食用的纤维素生产酒精也需 要先把它们变成糖类。而第三代生物燃料的油脂很难 提炼，从海藻中提炼生物燃料的研究正处于实验室阶 段，距离实现商业化阶段还比较远。此外，就单纯第一 类生物质能源而言，成本依然很高。没有国家的扶持， 大多数企业依然无法实现产业化和自我盈利。 ６．２纤维素生物质 第二代纤维生物质精炼技术是以纤维素生物质为 原材料替代当前以粮食、糖、动植物油脂作为原材料的 技术，其生产工艺路线和第一代生物炼制生产工艺路线 基本相同区别在于首先要设法将纤维素生物质中的碳 水化合物（主要是纤维素）水解为单糖产品，然后以单糖 为原材料进行发酵及后处理。 针对第二代生物质精炼技术存在的难以克服的盈 利难题，淮北中润生物能源技术开发有限公司利用纤维 素水解酶，使得成本可能下降到原来的１／３０。公司同 时还拥有独家常温常压预处理技术以及产出纤维素乙 醇和接近纤维素乙醇量的汽油技术。然而，启动并于年 初完成整条中试线运转后发现，即使在同时产出等量纤 维素乙醇和汽油的情况下，生产成本仍然远高于市场销 售价格 。 就现代生物质能源而言，无论是第一类、第二类、第 三类，都面临一些技术难题，虽然第一类依靠粮食的生 物乙醇、生物柴油、生物发电有了一定的突破，但是依然 成本高，没有真正形成产业化。科学研究需要加大投 入、期许技术在不久的将来有较大突破。 ６．３能源林建设 在化石能源日益枯竭的情况下，发展森林生物质能 源已成为世界各国能源替代战略的重要选择。按照林 业局编制的《全国能源林建设规划》，我国要建设能源林 示范基地６７万ｈｍ 。到２０２０年能源林达到１３３３万 ｈｍ ，可以提供６００多万ｔ生物柴油，满足１１Ｏ０多万ｋｗ 装机容量发电厂的燃料需求。森林生物质能源是一种 高度清洁的能源，是减少温室气体排放，防止全球环境 恶化的一种科学选择，其显著特点在于资源和环境的双 赢，以及生态、经济、社会效益的协调统一。因此发展林 木生物质能源林具有重大意义 。 ６．４藻类生物质能源发展前景 藻类生物质的研究还处在初期阶段，但是发展前景 很好。藻类在产油、制造乙醇方面都有着无法比拟的优 势。同时海域面积广阔，也不存在与人类争夺土地，争 夺粮食的危机，所以中国需要抓住机遇，攻坚克难，努力 实现突破，实现产业化。 ６．５支撑 发展生物质能源产业涉及国家能源安全问题，从产 （下转第１７９页） ２０１８年５月 绿 色科技 第１０期 ５．１２ ｄＢ。 ［７］Ｘｕ Ｚ，Ｈｕａｎｇ Ｙ，Ｙａｎｇ Ｙ，ｅｔ ａ１．Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｏｆ ｉｒｏｎ ｎａｎｏ——ｐａｒｔｉ— ｃｌｅｓ ｏｎ ｅｘｐａｎｄｅｄ ｇｒａｐｈｉｔｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｒａｄｉ— （５）ＢａＦｅ Ｏ 。／ＥＧ复合胶合板具有较好的ＳＥ和一 定的电磁波吸收能力，但电磁波吸收能力尚有待于通过 ａｔｉｏｎ Ｉ－ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ ａｎｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２０ １ ０， ３２２（２０）：３０８４～３０８７． 多层设计改善。 参考文献： ［１］Ｉ ｉｕ Ｈ，Ｌｉ Ｊ，Ｗａｎｇ Ｉ ．Ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ ｎｉｃｋｅｌ ｐｌａｔｉｎｇ ｏｎ ＡＰＴＨＳ ｍｏｄｉ ｌｆｅｄ ｗｏｏｄ ｖｅｎｅｅｒ ｆｏｒ ＥＭＩ ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ［Ｊ］．Ａｐｐｌ Ｓｕｒｆ Ｓｃｉ，２０１０ （２５７）：１３２５～１３３０． ［８］黄玉安，杨［９］许健，刘伟，等．ＦｅｘＮ一膨胀石墨复合材料的制备 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，Ｚｅｎｇ Ｍ，ｅｔ ａ１．Ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｏｆ ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ ｎａｎｏｒｏｄｓ ａｒｒａｙｓ ｏｎ ｇｒａｐｈｉｔｉｃ ｃａｒｂｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ ｓｈｅｅｔｓ ［５］Ｃｈｅｎ Ｙ，Ｓｕ Ｃ Ｗ，Ｙｕａｎ Ｑ，ｅｔ ａ１．Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ Ｐｅｒ ｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ｎｉｃｋｅｌ Ｐｌａｔｅｄ Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｇｒａｐｈｉｔｅ／Ｗｏｏｄ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍ— ｗｉｔｈ ｓｙｎｅｒｇｉｓｔｉｃ ｅｆｆｅｃｔ ｆｏｒ ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．Ｃａｔａｌｙｓｉｓ Ｔｏｄａｙ， ２０１４（２２４）：１１４～１２１． ｐｏｓｉｔｅ［Ｊ］．ＢｉｏＲｅｓｏｕｒｅｅｓ，２０１６，１１（２）：５０８３～５０９９． ［６３Ｓｕ Ｃ Ｗ，Ｙｕａｎ Ｑ Ｐ，Ｇａｎ Ｗ Ｘ，ｅｔ ａ１．Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ａ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｆｉｂｅｒ ｂｏａｒｄ ｗｉｔｈ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ［Ｊ］． Ｔｈｅ（）ｐｅｎ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｊｏｕｒｎａｌ，２０１２，（６）：４４～４９． ［１６］张玉富，邢宏龙，疏瑞文，等．聚１一萘胺／ＢａＦｅ ２０１。铁氧体复合 材料的制备及磁性能研究口］．化工新型材料，２０１６（５）：１００ ～１ Ｏ２． （上接第１７４页） 会科学版），２００９，３１（３１）：２３３～２３４． ［１０］孙智谋，周旭，刘丽萍．生物质能源的研究与发展［Ｊ］．粮食与饲 业起步到产业形成都需要给予大力扶持。国外的 经验也证明了支持对该产业的发展具有至关重要 的作用。总结各国对生物质能源产业的扶持可供 料工业，２００９（２）：１～３． ［１１］李莉芳．国内首个非粮生物质能源工程研究中心挂牌［Ｊ］．北京农 业，２００９（８）：４４． 国内借鉴。①对生物质能源采取研究开发投资补贴、建 设投资补贴、产出补贴、消费补贴措施；②采购生物 ［１２］张文彬，蔡葆，徐艳丽．我国生物燃料乙醇产业的发展［Ｊ］．中国 糖料，２０１０（３）：５８～６７． 质能源产品，以促进该产业的发展；③给予一定的税收 优惠，提高企业投资和生产积极性；④设立生物质能源 发展的补偿机制或基金，完善生物质能源企业的认证 机制。 参考文献： 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