生物质能的开发利用步入新的发展阶段

　　生物质能是指太阳能通过光合作用以生物的形式储存的能量。用于产生能量的生物质资源范围很广，归纳起来有林业生物、农作物、水生植物、人畜粪便和城市有机废物等。生物质能的开发利用主要有三个方面：一是直接燃烧供热，二是气化供气或发电，三是生产液体燃料。目前，直接燃烧仍是生物质能利用的主要方式之一，目前全世界约有25亿人仍然采用这种方式，年利用量达13亿吨标准煤。生物质能的发展方向是优化利用，如生物质气化和供气、生物质发电和生物质制取液体燃料等。

生物质气化和供气

　　有三种途径可将生物质转变为气态燃料：一是气化炉气化，即使固体生物质在高温下与气化剂作用而得到气体燃料。每公斤生物质平均可产燃气2.2-2.5m3，热值4600-6300KJ/m3，转换可达75%；二是热解气化，即使生物质在缺乏空气条件下，加热到高温产生热分解而释放出可燃气体。每公斤物料产气0.5-0.8m3，热值9200-12500KJ/m3，转换效率一般低于60%；三是厌氧气发酵，即在缺氧条件下将畜禽排泄物等生物质分解为甲烷等可燃气体，俗称沼气。每公斤生物质产沼气0.2m3左右，热值16700-25000KJ/m3，转换效率较低。生物质气化和供气，主要用于中国农村，在国外应用还不多见。目前气化炉气化和供气在中国已兴建了近500处，年产气1.5亿m3，主要作为农民炊事燃料，尚属于试点示范性质；中国沼气技术较成熟，已经大规模推广应用。目前已有1110万农户和1300多处畜禽养殖场兴建了沼气工程，年产气47亿m3（中国能源研究会主办，“能源政策研究”，2003.6）。对改善农村卫生环境和能源供应起到了一定作用。

生物质发电

　　这是国外开发应用最多的一种技术。既可利用生物质直接燃烧发电，也可通过生物质的气化（包括生物转化和物化转化）产生燃气而驱动燃气轮机发电。从技术上来说，这都是一些比较成熟的技术，尤其是前者已广泛应用于实际工程之中，基本达到了商业化的水平。
　　在这方面，美国仍然是世界上装机最多的国家。目前美国有350多座生物质发电站。主要分布在纸浆、纸产品和林产品加工厂，装机容量达7000MW，提供了大约60000个工作岗位。据预测，到2010年生物质发电将达到13000MW装机容量。
　　在欧盟，生物质能发电主要是集中供热或热电联供。其工艺路线是：将聚集起来的农村及工业废弃物或有机垃圾，经焚烧炉燃烧，产生热水或高压蒸汽直接供居民使用或经过汽轮机发电供热。目前这类系统在奥地利共有16300多套，总功率达1663MW，其中＜100KW的14000多套，功率为618MW；100-1000KW的2000多套，功率为565MW，＞1000KW的系统近300套,总功率达482MW.这些系统的造价视其规模大小和技术标准高低而变化。一般在300-1700ECU/KW之间（ECU=欧洲货币单位）。据奥地利科学院技术评价所1995年的调查资料，在被调查的47个工厂中，投资成本较低廉的工厂有15个，平均投资为368ECU/KW；投资较高的17个，平均造价为944ECU/KW；介于两者之间的工厂15个，平均造价为589ECU/KW。
　　垃圾发电是生物质发电的又一个新兴领域。随着国民经济发展和城市人口的增加，垃圾处理日益成为城市环境中的一个重要课题。垃圾经过焚烧或填埋来发电，既可回收利用垃圾中的有用物质，又有利于城市环境的改善，是垃圾处理的重要方向。从发电装机来看，美国、德国和日本最多。目前美国有114座垃圾发电厂，总容量达2650MW；德国有50多座，总容量1000MW。日本垃圾发电厂数量最多，达149座，但装机容量只有557MW 。从发电效率来看，美国最高，达22%；德国次之，为17%；日本最低，只有9%。效率所以较低，并不说明它的技术水平低，而是反映了建设垃圾发电厂的不同出发点和不同的国情。从发展趋势来看，目前国际上主要是开发大型生物气化发电技术，即在推广应用直接燃烧发电的同时，发展可以进入商业应用的IGCC系统。比如美国，目前正在进行的6MW中热值IGCC项目的开发研究，要求10年内能完成，以便更早地进入工业性示范和更大规模的应用。

生物质制取液体燃料

　　生物质是唯一可以直接转换为液体燃料的可再生能源。由于生物质的多样性和转换技术的多样性，生物液体燃料种类也各种各样。目前技术较成熟、开发利用达到一定规模的生物液体燃料主要是燃料乙醇和生物油。
　　燃料乙醇的应用由来已久，早在1908年，美国福特公司就研制出既能烧油气，又能烧纯乙醇的汽车。但随着廉价石油的大量开采和应用，这些车辆逐渐消失了。上世纪70年代石油危机后，很多国家重新加强了乙醇燃料的开发和利用。
　　巴西是世界上最早实施乙醇燃料计划的国家。巴西乙醇燃料的生产以甘蔗、糖蜜、砂糖为原料。巴西发展乙醇燃料主要基于国家能源安全和经济发展考虑，因为第一次石油危机沉重打击了巴西的国民经济；其次是为了促进农业、种植业的发展和保护农民利益(巴西是世界甘蔗种植区)；第三是为了发展本国的可再生能源和保护环境。目前巴西年产乙醇燃料近800万吨，约占汽油总耗量的1/3，使用乙醇燃料的车辆达370多万辆，成为世界上最大的乙醇燃料消费国。同时巴西也是世界唯一不供应纯汽油的国家。20多年来，实施乙醇燃料计划给巴西带来了三大收益：一是形成了独立的经济能源运行系统：二是刺激了农业、乙醇相关行业的发展，收益270亿美元，增加就业人数达1.5倍；三是促进了生态环境和人民生活质量的改善，温室气体排放减少了20%。
　　美国是世界上另一个大量生产使用乙醇燃料的国家。与巴西不同的是，美国主要用玉米为原料生产乙醇，所耗玉米占全国玉米总产量的7-8%。1990.年全美乙醇燃料销售量为265万吨，到2000年达到559万吨，年均增产率达近8%。1999年，美国环保局与国会合作，针对汽油增氧剂(MTBE)对水资源的污染，研究了2002-2011年期间新的国家清洁燃料替代计划，一些州已明令禁止使用MTBE。如果美国在全国范围内全面禁止使用MTBE，将极大地刺激车用乙醇汽油的需求增产。
　　美国乙醇燃料的推广应用，得到政府的大力支持。一是投资优惠，即在开始阶段政府向乙醇生产企业提供10%的能源投资抵扣，对年产量小于3000吨的乙醇工厂，提供90%的信用贷款；二是减免税收，对用作燃料的乙醇，联邦政府给予税收减免达45美分/加仑(合人民币1498元/吨)；对生产规模为0.3-9万吨小型企业，政府还增加10美分/加仑(合227元/吨)的补贴。除联邦政府补贴外，对玉米产品州政府还提供10-20美分/加仑(合227-454元/吨)的补贴；三是环保立法，1990年颁布的洁净空气法修正案，要求CO排放和臭氧含量超标地区使用含氧燃料。增氧剂主要包括乙醇、MTBE等。近年由于发现MTBE污染地下水，美国国会已限制使用。
　　除此之外，欧共体和日本等国家也有开发利用乙醇燃料的计划。1993年欧共体建议提高燃料级乙醇生产量，要求汽油掺混乙醇燃料不低于5%，并将生物乙醇燃料的税率降低到相当于矿物燃料税率的水平。日本从1983年开始实施燃料乙醇开发计划，重点开发以农村废弃物为原料直接生产乙醇的技术。90年代，用可再生资源替代石油资源，并用生物技术取代化工制备生物燃料已成为世界各大化学公司发展战略的热点。
　　中国政府一直重视乙醇燃料的研究与开发，特别是利用非粮食原料生产乙醇燃料的战略储备性研究与开发，一直被科技部列为国家重点科技攻关课题和863计划。上世纪80年代以来，“甜高粱”的育种技术和乙醇燃料的生产技术得到一定发展，到2001年其试产规模达到5000吨/年。
　　近几年，随着石油进口压力的增加，以粮食（主要是玉米）为原料的乙醇燃料生产也提到了日程。经国务院批准，投资29亿元在吉林省新建60万吨燃料乙醇项目，河南年产20万吨、黑龙江年产10万吨两个变性燃料乙醇项目也相继投产。
　　生物油是典型的“绿色能源”。其制备过程本身就是一种净化环境的过程，每消耗一个单位的化石能源就能获得3.2个单位的能量；在使用过程中，由于基本不含硫和灰分，辛烷值高(达52.9)，对环境无害，与传统柴油相比，使用生物柴油可使空气毒性降低90%，患癌率减少94%。因此，生物柴油的开发受到许多国家的重视。
　　早在上世纪70-80年代，美国、德国等国即成立专门的研究机构，并投入大量人力和物力开始研究。到90年代，随着石油资源和环境压力的增加，各国进一步加强了对生物油开发应用的支持。目前，美、法、意等国已相继建成生物油生产装置数十座，规模最大的生产量达57万吨/年：德国也于2001年在海德地区投资5000万马克，兴建年产10万吨油的生产厂。2000年德国生物油的产量已达45万吨。
　　国外生物油的发展得益于政府的重视与支持。美国在可再生能源发展战略中，把生物油列为主要发展目标之一，联邦政府率先垂范，首先成为生物油的最大用户。为了扩大使用，美国还制定了专门的技术标准，以促进其产业化的发展，并从价格上给予一定的补贴。德国农民种植生物油原料作物(油菜籽)可获得1000马克/公顷的补贴，生产制造生物油的企业还可得到税收减免的优惠。