生物能源现状与发展前景

生物能源现状与发展前景

黄华兵

绿色植物是生物圈中最大的生产者，绿色植物通过光合作用等各种生命活动将太阳能转化为化学能，在生物体能储存，从而成为生物能源，生物能源广泛存在于我们身边，并为我们所利用，随着近代工业的兴起，生物能源逐渐被矿物质能源所取代而被人们忽视。近年来，全球性的能源危机，世环境急剧恶化（酸雨、温室效应等），全球化经济衰退等重大问题都与能源息息相关。生物能源则以其污染小、资源丰富、方便安全、可再生、多样化等优点得到了世界范围的高度重视。

生物能源不仅分布广泛而且数量巨大。据不完全统计，全世界每年产生生物能源的量是全世界耗能量的10倍之多。生物能源不同于矿物能源，它具有再生性，不会消耗殆尽。生物能源取材广泛，可以大大减少了对少数矿物质能源的依赖，使能源利用的多样性发展。目前，世界上生物能源的使用量排在第4位，虽然在煤炭、石油、天然气之后，但它具有很大的应用前景。尤其在20世纪70年代后，生物能源领域得到子快速的发展。生物能源通常包括：农业生物能源（农业作物、农业废弃物等），林业生物能源（木炭、薪材、林业废弃物）微生物能源（主要为藻类、细菌），城市及工业废物残渣，动物粪便等。

1、农业生物能源

农业生物能源来源极为广泛，主要有农业废弃物和农业作物两大类。农业作物的种类很丰富，如甜高粱、稻米、木薯、甘薯、油菜籽、玉米、花生等；农业废弃物如桔秆、枝条、谷壳等。

（1）农业作物中有许多物种都可以用于转化为生物能源。农业作物具有很多品质上的优良性状，如产量高，成熟快，抗病能力强，光合作用效率高等优点。农业作物适合于大面积的田地种植，因此便于撒种、施肥、施药、采集，可以进行现代化大规模种植和采收，利于进行机械化管理。在农业作物中，有一类富含糖、淀粉、纤维的植物，如木薯、甘蔗、甜菜、玉米、高粱等，这一类作物经过发酵等化学手段可以获得醇类，并且产率很高，而另一类农作物，如大豆、花生、油菜籽等中，则可以通过物理，化学手段，直接取得生物柴油。

a、醇类燃料。农作物中所含的多糖类物质（淀粉、纤维素）经过微生物发酵可以产生乙醇。燃料醇类可以以10%的比例加入汽油中，称为汽油醇。汽油醇不仅可以减少汽油的消耗，还可以减少铅、硫的污染，从而起到环境的净化作用。

甘蔗的生物能源利用。在巴西，人们利用甘蔗发酵产生酒精，相当于每天生产117万桶石油，实现了国家不进口石油的目标。这不仅节省了大量外汇，还创造了大量的就业岗位和相关产业，具有重大的经济效益和社会效益。在环境方面，燃料酒精燃烧充分，可以减少了对空气的污染，大大提高了空气质量。

甜高粱的生物能源利用。甜高粱源产于非洲，于20世纪70年代引入我国，得到大面积种植。甜高粱的光合效率很高，是一般粮食作物的数倍。它的茎富含糖分，易经过发酵转化为燃料。使用甜高制造酒精的原料，成本仅为粮食的一半。用甜高粱制造了酒精不仅降低了成本，而且扩大了燃料酒精发酵原料的来源。

甘薯的生物能源利用。甘薯的块根富含淀粉，经过发酵、蒸馏可产生燃料酒精。

甘薯的单位面积产量很高，我国甘薯种植面积很广，因此甘薯作为生物能源潜力很大。

b、生物柴油。植物油脂和动物油脂通过脂化及应形成硬脂及生物柴油。目前，发达国家使用油菜籽或大豆作为原料进行了生物柴油的生产。生产柴油燃烧后的尾气中，有毒气体，颗粒物含量仅为普通柴油的10%左右。目前，生物柴油有国外已经得到了广泛的使用。随着能源们的紧缺，生物柴油在将来会成为一个重要的能源产量。

（2）、农业废弃物

在农业物产过程中，人们将植物可以利用的部分取走后，还剩下了很大一部分不能利用或者利用价值低的物质，称为农业废弃物。

秸杆是主要的农业废弃物，我国是农业大国，每年的秸杆多达7×108t。a、利用秸杆可以生产沼气，沼气的热植比煤大。我国农村有沼气池地数百万个，但都属于小型沼气池。b、利用秸杆燃烧也可以发电，1988年第一个利用秸杆发电的发电站在丹麦建成。利用秸杆发电，成本低，污染小。c、利用秸杆可生产生物柴油。在催化剂的作用下，秸杆可以转化为汽油和柴油等有机物。总的来说，秸杆作为生物能源污染很小，成本较低，已经逐渐得到了人们的青睐。

2、林业生物能源

林业生物能源和农业生物能源一样在能源利用中同样起着十分重要的作用。林业生物能源在未来能源利用领域中存在着巨大的开发潜力和广泛的市场前景。林业生物能源主要来自森林生态系统，它对太阳光的利用率远高于农业生态系统。据报道，森林生

量为 3.28×1010t，实际每年吸收量达到 3.28×态每年通过植物光合作用吸收的CO

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1010t。由此可见，林业生物能源存在着巨大潜力。

林业能源的主要组成部分里木柴能源，包括薪柴、木炭，林业废弃物和作为燃料用的其他木质产品，薪柴指的是圆木段、块、枝成梱类似形状的木柴。它主要来源于林业用地，所以大规模的砍伐森林会造成薪柴的短缺。木炭是上好的木柴经过拱制等工序加工而成，它也来源于木柴。林业废弃物指的是利用价值低的木条，据木等。目前，木柴燃料一般利用3种加工方法：薪柴燃烧，木质压缩成型，木浊复合。薪柴燃烧是最普通的方法，也是传统的手段，木质压缩成型燃料和木油复合燃料是新型的木柴燃料。

（1）薪柴燃烧

我国传统的木质柴料通常采用薪柴燃烧的方法，但是存在很多弊端，如污染大、利用率低、资源浪费成本高等。有人认为这种方法不适合未来的普及应用，原因如下：a、木质柴料源自林业资源大规模砍伐会造成生态系统的破坏，b、木质燃料利用率低，污染大逐渐被新型的燃料所取代。C、使用木柴架燃料会释放出大量的CO2，从而导致全球气暖。但是结合我国实情来看，我国是个农业大国、农业、林业资源十分丰富，如果能充分利用这些资源，改进技术，提高利用率，减少污染，那么未来能源供应的前景就极为乐观。

（2）木质压缩成型燃料

木质压缩成型技术是将木质化柴料如树皮、木片等物质，经粉碎、筛选、干燥、高压成型制成各种不同形状的固体燃料。木柴能源中的薪柴，木片等木质柴料均可采用这种方法。木质压成型燃料起源于第一世界大战和20世纪30年代的经济萧条时期，我国起步较晚，至今还没有得到推广。但我国的市场很大，有巨大的开发潜力。木质压缩成型燃料将会是未来最有竞争力的能源燃料中的一种。

（3）木油复合燃料