解决能源危机，减缓全球变暖成为各国政府首要解决的社会、科学和环境问题。应对挑战，建设生物质资源的可持续利用和保护生态环境，已经成为世界各国高度关注的焦点和战略问题。毋庸置疑，21世纪是人类社会从化石能源走向可持续能源的时代，人类着重于节约、清洁、高效利用化石能源，同时还必须致力发展先进、安全、可靠、清洁的可再生能源。优化能源结构，合理利用生物质资源，不仅可以减少化石能源的消耗，保护资源，还能降低环境污染，减少环境压力。发展环境友好的生物质能源及其生物基产品产业技术已成为转变经济增长方式，是保障生态链良性循环，实现经济社会可持续发展的战略需求。
环境污染严重是我国所面临的严峻能源局势，长期以来，我国能源资源单一，供应不足，依靠现有的以化石燃料为主的能源结构难以满足经济发展的需要。以石油为例，我国的石油储量只有世界总储量的2%，2010年进口石油约2.39亿吨，比上年增长约17%．进口依存度已达55%，再次破50%的警戒线。估计到2020年需要进口的石油比重将高达60%以上。生物质能是分散的地域性资源，主要分布在农村地区。发展生物质能源有助于解决农村资源、环境、农业严业现代化建设和C02减排，还能促进新农村建设。“十二五”期间要将我国非化石能源占一次能源消费比重提高到11. 4%．因此，大力发展具有巨大资源潜力的生物质可再生能源，建立多种能源形式并存的可持续发展能源体系，缓解能源短缺的局面，对促进能源、经济与环境的协调发展具有重要的意义，已成为事关我国国民经济发展、国家安全和社会进步的重大课题，是国家能源战略的必然选择。《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》也明确提出，要“建设资源节约型、环境友好型社会”，并将“新能源产业作为战略性新兴产业创新发展工程”。
目前我国已初步形成了以沼气利用、生物质成型固体燃料（经
颗粒机、
秸秆压块机压制生产而成）、燃料乙醇和生物柴油等多种形式的生物质能源利用模式，这些技术模式对解决能源与环境问题，促进我国生物质能源发展发挥了积极的作用。本文通过对国内外典型生物质能源技术发展现状进行比较分析，提出我国生物质能源的阶段发展模式和区域发展特点。
1、不同生物质能源利用技术及发展现状
1.1 沼气利用技术及发展现状
1.1.1农村户用沼气技术
沼气在我国的发展已有较长历史。我国政府历来十分重视沼气建设，上世纪70年代起，就开始探索大规模的应用沼气，以农村户用沼气池为重点是这一时期沼气发展的主要特点。从2004年开始，中央连续四年的一号文件对加快农村沼气建设都提出了明确要求，并成功引用国债资金发展农村沼气建设，“十一五”以来，中央累计投入农村沼气建设资金达212亿元，有力地推动了我国沼气产业的快速发展。截止到2010年底，全国已建成户用沼气4000万户，乡村服务网点8万个，县级服务站700个，占全国适宜农户的33. 3%，受益人口达1.55亿人。近年来户用沼气技术研究与开发取得了重大进展，如在新材科使用开发出了玻璃钢沼气池、软体池等新池型；在发酵工艺上开发出了干发酵工艺、农作物秸秆发酵工艺等。沼气是目前我国农村可再生能源中技术最成熟、适应面最广、建设和运行成本最低、发展基础最好、农民最易接受的技术，在改善农村生活用能和环境建设做出了贡献。在国家政策引导和投资支持下，农村沼气建设快速发展，给农村生产生活方式和环境生态建设带来了积极而深远的影响。
1.1.2大中型沼气工程
在政府的大力支持下，大中型沼气工程向规模化、工业化、商业化方向发展，建设速度年平均增长达40%。截止到2010年，全国已建成小型沼气6.5万处，规模化养殖场大中型沼气工程3. 95万处，约为我国规模化养殖场总数的0.06%。根据我国《可再生能源中长期发展规划》，到2020年，将累计建成农村户用沼气8000万户，建成大型畜禽养殖场沼气工程10000座、工业有机废水沼气工程6000座，年产沼气约440亿立方米。规模化沼气产业能有效拉动相关产业发展，促进产业结构调整和经济增长方式转变，成为新的经济增长点。
现阶段我国大中型沼气工程技术取得了突破，如在畜禽发酵工艺上提出高浓度发酵工艺、固液分离理念等。在纯秸秆发酵工艺上，升发出“竖向推流式秸秆厌氧消化技术”等多种工艺。我国沼气发电工程占大中型沼气工程比例10%左右，到2010年沼气发电容量为80万kW，沼气发电单机容量在0.2～0.7 MW的沼气发电机组热效率达到29%～33%，比德国等发达国家同类型的沼气发电机组的热效率至少低5%；发电余热回收率在40%左右，比德国余热回收设备低5%～6%。纯燃沼气发电机组的单机容量较小、发电效率偏低，发电并网项目更为有限，目前仅有蒙牛澳亚牧场沼气发电项目（装机容量1.26 MW）、北京德清源沼气发电项目(装机容量2 MW)、山东民和牧业沼气发电项目（装机容量3 MW）等数十处大型沼气发电项目并网发电。沼气产业被列入国家产业结构调整鼓励类产业
《产业结构调整指导目录（2011年本）》，充分表明了国家重视沼气产业化发展。
在国外，德国、丹麦、瑞典等欧洲国家，以及亚洲的日本，都把发展大型沼气工程作为可再生能源重要战略措施之一和发展循环经济的重要组成部分，制定了一系列相关政策。到2010年，德国沼气发电总装机容量达1300 MW，年发电量为89亿度，据德国沼气协会估计，到2020年装机功率将达到9500兆瓦。丹麦20多冢沼气厂全部实施电、热、肥联产。2011年6月28日我国与德国政府磋商联合新闻公报：“在中德农业合作联委会框架下组建中德生物质能工作组及中德畜牧业创新技术中心，重点加强在沼气和畜牧业创新领域的技术合作”。必将推动中国沼气技术与西方沼气先进技术的融合，推动大中型沼气工程建设。
1.1.3沼气高值化利用技术
沼气高值化利用是提高沼气工程经济效益的有效途径。欧洲国家非常重视沼气的高附加值开发利用，其技术处于国际领先水平，例如车用燃料，即把沼气提纯净化成高热值气体能源，作为民用燃料或汽车燃料，该技术在欧洲已实现工业化生产，发展迅速。瑞典没有化石燃料资源，缺油少气，沼气已先于燃料乙醇进入了运输燃油系统，把净化沼气压缩至200 kg/cm作为汽车、火车燃料，在车用沼气生产和利用方面走在世界前列。在南部的Linkoping市76%的公交车、70%的出租车使用沼气燃料，使用沼气燃料的轿车已超过20000辆，还开通了使用沼气作为燃料的火车。梅赛德斯和大众汽车公司在今年向瑞典推出新型的沼气小汽车，进一步鼓励沼气燃料的销售。伦敦“新能源金融公司”的分析师伊姆加特·赫罗尔德说：“沼气作为一种汽车燃料，也适合于瑞士、法国、德国和奥地利使用。”瑞典政府发表的《迈向2020的无油国家》宣言中，还提出了将在2020年成为全球第一个不使用石油的国家。
沼气高值化利用在我国的发展相对滞后，不过也有一些技术申请了相关专利，如四川亚联高科技有限责任公司开发的利用变压吸附气体分离技术( PSA)，从沼气中回收浓缩甲烷，使得沼气作为新型能源的应用有了实质性的进展。中国首个车用沼气项目“海口沼气清洁公交新能源示范项目”已落户海南省澄迈县，项目占地2万公顷，2009年8月开工建设，将于2011年底建成投产。沼气产业将向高值化利用迈进。
1.2生物质固体成型燃料技术及发展现状
生物质固体成型燃料技术是生物质能主要利用技术之一，是以农林加工的废弃物如木屑、秸秆、稻壳、树皮等生物质为原料，通过预处理和加工，将其固化成形为高密度的颗粒燃料，以提高其运输和贮存能力，并改善生物质燃烧性能，从而提高利用效率，是替代燃煤的理想燃料。截至2009年底，我国有生物质固体成型燃料生产厂260余处，年生产能力约76.6万吨，主要用于农村居民炊事取暖用能、工业锅炉和发电厂的燃料等，年减少温室气体排放83万吨，为农民增收节支2.3亿元。根据我国《可再生能源中长期发展规划》：到2020年年利用量则达到5000万吨，发展潜力巨大。
国内外生物质能固体成型燃料技术及设备的研发已经趋于成熟，建立了比较完善的标准体系，形成了从原料收集、预处理到生物质固体成型燃料生产、配送、应用整个产业链的成熟体系和模式。我国生物质固体成型技术的研究开发已有二十多年的历史，进入2000年以来，在技术上取得了明显的进展，成型设备的生产和应用已初具规模，如秸秆固体成型的关键技术“模辊挤压式颗粒成型技术”，已经达到国际同类产品先进水平，有效地解决了功率大、生产效率低、成型部件磨损严重、寿命短等问题，并已初步实现商业化。各地因地制宜发展，初步形成了“农户+秸秆经纪人+企业”、“农户+企业+政府”等各具特色的秸秆收储运模式。不过与国外相比，还存在着设备能耗过高、磨损严重和使用寿命短等问题（见表1），其产能水平有待于进一步提高，设备对原料的含水率要求较高，缺乏成熟的可移动的成型设备等。这些存在的问题可通过政府扶持研发单位和新型生物质能用户进行补贴，加大科研投入，积极研发新工艺和新设备，引进国外先进设备，消化吸收，减少生产成本形成产业化生产等途径来解决。
1.3燃料乙醇技术及发展现状
燃料乙醇产业是当前可行性最高的液体燃料，自2000年我国推行“乙醇汽油政策”以来，已经有9个省全部或部分推广乙醇汽油，对我国农业、能源工业、汽车制造业以及国民经济产生了积极而深远的影响，形成了以非粮作物木薯、甘薯和甜高粱等为原料的燃料乙醇工业。到2010年，我国燃料乙醇产量已达541. 55百万加仑，位列美国及巴西之后，居世界第三位。据预测，到2020年，我国生产的纤维素乙醇将可以替代3100万吨汽油，每年可带来320亿元的收入。
未来将逐步向以木质纤维素为原料的趋势发展，欧盟国家和美国的中长期生物质能源发展路线图中均将其作为2010年后生物质燃料产业化的主要目标，我国的纤维素类生物质原料非常丰富，将其转化成燃料乙醇有很大的潜力。以木质纤维素为原料的第二代生物质燃料开发既是研发的热点也是难点，国内外已在木质纤维素转化燃料乙醇方面开展了大量研究，从资源评估、预处理技术、菌种改造和发酵工艺等取得了一些的进展，不过还有一些技术瓶颈问题亟待解决。目前整体水平尚处于中试阶段，距离产业化应用仍还有一定的距离。主要体现在：一是对原料的生物质能转化特性和转化机制尚缺乏充分的基础研究，尚未形成高效的组分分离技术（预处理技术）；二是缺乏能够同时高效利用纤维素类水解物（主要为葡萄糖和木糖混合物）的发酵菌株，这是制约纤维素乙醇生产的关键因素。三是生物炼制技术处于起步阶段，需要大量基础性实验和理论研究。高效和高胁迫适应性菌株的构建一直是制约纤维素乙醇的重要因素，尽管对纤维素发酵的菌种进行了大量的工作，得到了具有一定效率的重组菌株，但这些工作是基于单个基因或是某个代谢途径的几个基因的改造，只是改变了细胞的局部，部分了改变细胞的代谢平衡及探知其新的表型，这种改变是有限的，并没有解决纤维素乙醇发酵的复杂问题，致使构建得到的重组菌株未能实现商业化应用。要使纤维素燃料乙醇实现产业化，须有简捷高效的预处理技术、降低纤维素酶的成本和培育高效的乙醇发酵菌株。
1.4生物柴油技术及发展现状
生物柴油技术按原料来源划分主要包括餐饮废油或地沟油制取生物柴油技术、植物（如麻疯树等）生物柴油技术、藻类生物柴油技术和产油微生物制取生物柴油技术（见表1）。经过多年的研究和发展，形成了热解法、微乳化法、酯交换法、超临界法和生物酶法等多种物理、化学和生物法制取生物柴油工艺，在技术上已不存在太多技术瓶颈。国外因高油价刺激了发展生物柴油新高潮，在一些欧美国家和日本已形成产业。我国生物柴油原料的特色是一方面利用野生含油树木种子，另一方面利用大量的废弃油脂（如地沟油、泔水油等），但开发利用还处于发展初期，面临诸多问题，不仅需要解决制约生物柴油发展的原料规模化供应和工艺优化问题，还需解决油料能源植物“与粮争地”的问题。
新的生物柴油来源成为全球的热门课题，生物柴油可持续发展最重要的因素是具有适当的区域原料，国内外均在加大研发力度。产油藻类由于含有大量的生物油脂，部分品种含油达70%，而且光合作用效率高，生长迅速，10天至两周就可以完成一个生长周期，占地少，产能效率高，因而被认为是很有发展前景的生产生物柴油的原料。如果能找到最适宜的品种，培育得当，藻类将是非常有潜力的生物柴油来源。澳大利亚、德国和美国等国专家以及美国能源部、英荷壳牌石油公司等对藻类减排产能进行了研究，并有研究报道说，微藻既能吸收大量二氧化碳，又能轻易转化成多种燃料，在控制全球气候变化和促进能源生产两方面都存在巨大潜能，因此，微藻作为一种新的生物能源资源和减排的技术手段，值得我们关注和重视。
近年来，微生物油脂资源也逐渐引起关注。某些微生物在一定条件下能将碳水化合物、碳氢化合物和普通油脂等碳源转化为菌体内大量贮存的油脂，称为微生物油脂，又称为单细胞油脂。细菌、酵母、霉菌、藻类中都有产油菌株，以酵母菌和霉菌类真核微生物居多，富含饱和和低度不饱和的长链脂肪酸，是生产生物柴油的潜在原料，具有广阔的研究发展空间。但目前该技术尚处于研究初期阶段，应充分利用现代分子生物学和生物化工技术的最新成果，加快对产油微生物菌种筛选、改良、代谢调控和发酵工程的斫究，降低获取成本，使微生物产油的研究领域取得更快的发展。
1.5生物质直燃发电技术及发展现状
生物质发电是目前世界范围内较成熟的生物质能利用技术，包括生物质燃烧发电和生物质气化发电。生物质发电自20世纪后期以来取得较快发展，总体上看技术已经成熟，并在欧美等国形成产业化应用，成为生物质能利用的重要领域，主要包括直接燃烧发电、生物质直接混合燃烧发电、生物质气化混合燃烧发电和沼气发电等技术。我国已建成投产的生物质发电项目，主要是沼气发电、垃圾焚烧发电和秸秆发电。在21项秸秆发电项目中，基本上采用生物质直燃发电技术。我国《可再生能源中长期发展规划》：到2020年生物质发电总装机容量达到30000 MW。截止到2010年上半年，我国陆续投产纯燃生物质的电站30个，总装机容量约750 MW。
目前我国生物质发电存在的问题，原材料价格波动起伏，供应量较大，难以保证原料的均衡供应；一些关键发电设备需要引进，导致投资增大；此外还缺乏对该技术的适宜度研究分析。国内学者侯刚等运用层次分析法和多目标线性加权函数法从耕地资源潜力、秸秆原料供应、市场需求状况和产业发展成本四个层面共选取了耕地资源总量、耕地资源量波动水平、秸秆资源总量、秸秆产量波动水平、用电量、用电量增长率、秸秆资源密度和人均CDP等8个指标建立了中国秸秆发电区域适宜度评价指标体系和评价模型，结果显示我国各省区秸秆发电适宜度存在较大差异，综合适宜度较高的是河南、山东、安徽、江苏、河北、黑龙江、吉林等我国中部和东北粮食主产区；综合适宜度较低的是北京、上海、天津、浙江等东部经济发达区和青海、宁夏、甘肃、陕西等西北农牧区；其余区域秸秆生物质发电的适宜程度一般。沼气发电可作为在不适宜秸秆发电项目地区的重要组成部分。
1.6 生物质气化技术及发展现状
生物质气化是通过热化学的方法，将生物质转化为含有CO，H2，CH。等气体的过程。生物质通常含有70%～90%的挥发分，且含氧量高，比煤具有更高活性，因此，生物质中的C，H，O在相对较低的温度下就可以转化为挥发分，包括燃气和液体产物，并可获得生物质炭。生物质热解气化可获得燃气、生物油和生物质炭3种产物，其中高品位的燃气既可以作为工业或民用燃料，供生产、生活直接燃用，也可以通过内燃机或燃气轮机发电，进行热电联供，或者进一步合成生产液体燃料、有机化工产品；生物油可通过进一步的分离或提取制成燃料油、化工原料等；生物质炭则可用作活性炭原料或者进一步气化生成气体燃料、作为流化床锅炉燃料生产蒸汽热能，从而实现生物质能的高效清洁利用。在该领域具有领先水平的国家有瑞典、美国、意大利、德国等。我国已经开展了20多年的生物质气化技术的研究和开发，在集中供气、供热和发电技术的发展很快，并进行了示范推广。同时，还探索了生物质气化合成液体燃料、制氢的技术工艺，但是在生物质气化技术和设备的先进性、装置规模等与国外相比，还有差距，而生物质燃气焦油裂解、生物质气化制氢、合成液体燃料领域方面研究也仅仅处于起步阶段。关键技术的研究需进一步提高或深入展开，如低成本燃气净化技术、焦油二次污染和能耗较高等问题（见表1）。
1.7生物质热裂解制油技术与产业
生物质裂解制油计术是将生物质原料通过高温加热或高压等分饵为挥发性气体，再经冷却后提炼出生物油。但由于生物油成分较为复杂，难以直接应用，但经过进一步加工处理，可用作锅炉和其他加热设备的燃料，或经精炼用作生物燃料。生物质热解液体燃料油替代石油的前景早巳引起国际社会的普遍重视，许多发达国家和发展中国家纷纷将其列入国家能源可持续发展战略的重要组成部分和21世纪能源发展战略的基本选择之一。生物质热解制油技术主要有高压液化技术和快速热解液化技术等，一般均需要消耗大量的热量，能耗过高，另外生物质热解液化产生的生物油具有高度的氧化性、不稳定性、黏稠、腐蚀性、强吸湿性和化学组成复杂等特点，因此直接用它来取代传统的石油燃料受到了很大限制，需要对生物油进行精制，提高品质，达到燃料油使用的要求。精制技术是生物质热裂解技术的关键技术，主要有物理精制法（包括脱水、添加溶剂、乳化等）和化学精制法（包括催化加氢、催化裂解、催化酯化、水蒸气重整等）[30)。目前精制技术尚需要进一步研究和发展，以解决生物油含水量过高和精制成本过高等问题，因此生物质裂解尚未达到工业化应用的水平（见表1）。
2几种典型生物质技术比较分析
从上述7种生物质能源利用技术及发展现状情分况分析，有以下特点：
(1)从原料来源来看，沼气及其高值化利用技术其原料来源范围更为广阔，除可采用秸秆等废弃物资源外，畜禽养殖废弃物、生活垃圾及能源植物等均可作为发酵原料；而其他生物质能源利用模式则大多采用秸秆和木屑等作为原料，其原料适用范围较小，同时采用秸秆等为原料还面临收集、运输成本逐渐加大的问题，难以保证原料的均衡供应。
(2)从技术瓶颈比较分析，沼气技术经过多年发展，户用沼气在我国得到了广泛的应用，而大中型沼气工程近年来也得到了快速发展，已初步实现规模化应用，技术也较为成熟；而其他生物质能源利用模式尚存在较多的技术瓶颈需要解决，特别是纤维素乙醇和生物柴油等技术，尚需要进一步发展，方可满足产业化要求（见表1）；而生物质气化和生物质热裂解能耗过高，经济效率较低，需要进一步发展。
(3)从发展地域来看，沼气适宜范围更广，而其他采用秸秆等为资源的生物质能利用技术，则需要考虑耕地资源总量、耕地资源量波动水平、秸秆资沥总量和秸秆产量波动水平等对秸秆资源均衡供应的影响，因此其主要适宜于我国中部和东北粮食主产区，而其他地方则受到较大的限制。
(4)从产业发展阶段来看，沼气技术最为成熟，其次为生物质固体成型燃料，生物质发电和生物柴油，而纤维素乙醇、生物质气化和生物质热裂解技术仍需在关键技术有较大突破方可实现商业化应用。
(5)从环境效益来看，在农村生产生活废弃物处理上，沼气具有明显的实用生态效益。
3、小结
经过数十年发展，生物质能开发利用技术日趋多元化，为资源综合利用和增加清洁能源供应提供了丰富的途径。总体看来，目前我国生物质能开发利用水平还较低，各种技术的成熟度和商业化水平不均衡。少数生物质能利用技术已经比较成熟，具有一定的经济竞争力，初步实现了商业化、规模化应用，如沼气技术、生物质发电、生物质固体成型燃料、以淀粉质为原料的液体燃料等，其特点主要是通过补贴等经济激励政策促进商业化发展；而纤维素乙醇、藻类生物柴油等则尚处于中试和研究阶段。在新的历史条件下，节能减排、低碳经济等成为促进可持续发展的战略性热点问题，发展具有我国特色的生物质能源体系显得尤为重要。我国生物质能源技术和产业的发展模式既要学习国外先进经验，又要强调国情和特色；既要坚持原始创新，也要加强集成创新和引进创新。根据我国的气候、农作方式和经济发展水平，兼顾户用循环利用型、分布式能源型和商品化产品型等发展模式，应优先发展利用农业废弃物原料的生物质能转化技术，采取先易后难的发展战略，通过不断加大科研投入促进技术创新、引进消化再创新，解决关键技术问题，全面提升我国的生物质能技术水平。
通过比较不同生物质能源利用技术及其发展现状，针对我国国情和农村经济发展特点，统筹兼顾资源和环境的承载力，提出我国应完善政策法规，大力发展以沼气（生物燃气）、生物质发电、纤维索乙醇和生物柴油等为主的生物能源体系，兼顾其它生物能源技术，并积极拓展生物能源新原料来源，将废弃物生物质资源的循环利用、有机污染物治理与生物质能源等产品生产相结合，变废为宝。为解决我国面临的资源、能源与环境危机提供一条切实可行的技术创新路线，切实建立具有中国特色的生物能源体系。因此，一方面要继续加大对沼气建设的支持，巩固现有建设成果，积极推进CDM方法建设，促进沼气技术向规模化和高值化利用方向发展，把可再生能源技术和高效生态农业技术结合起来，促进农业结构调整和农民增收节支，改善农村生产生活条件；另一方面要多管齐下发展生物质能源。农村能源建设是一项跨系统、跨行业、跨学科的系统工程，要加强科技投入和研究，分阶段选择技术上成熟的生物质能源利用模式，因地制宜建立不同的生物质能源发展模式。
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秸秆压块机、饲料颗粒机等生物质燃料饲料成型机械设备。
