什么是生物质能源呢?首先生物质是什么呢?生物质是指有机物中除化石燃料外的所有来源于动、植物可再生的物质。生物质资源主要包括农作物秸杆、薪柴、禽畜粪便、工业有机废水废渣、城市垃圾、蔗渣、水生生物和油料作物等,而其中农作物秸杆、薪柴和农林加工剩余物等分布较广、资源量大、便于加工利用。它们都属于通过光合作用而形成的各种有机体,包括所有的动植物和微生物。所以所谓生物质能(biomassenergy),顾名思义就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式,即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用,可转化为常规的固态、液态和气态燃料,取之不尽、用之不竭,是一种可再生能源,同时也是唯一一种可再生的碳源。生物质能的原始能量来源于太阳,所以从广义上讲,生物质能是太阳能的一种表现形式。
我们使用各种方法转化出来得到的各种各样生物能,可以简单的分三类:
一类是固体的,固体的是最容易被理解,生物质发电本身就是很多物质产料,甚至很多是废弃物,拿去发电。
一类是液体的,液态里面,一个是乙醇,一个是生物柴油。当然还有其他形式,比如说还有一种生物油的,通过热反应的办法,把生物制裂解,变成生物油的混合物,我们再把它拿去进行分馏,可以提取出各种各样的物质,其中包括燃料,这是液体部分。讲得更远一点,美国人、欧洲人都在做将来从海藻里面、藻类里面直接提取油变成生物柴油。
一类是气体的。气态的生物能源就比较多了,跟大家相对熟悉一点的就是沼气,沼气在我们国家用了一百多年的历史。大家对沼气有一个认识,就是农民拿去做做饭、点点灯,实际上沼气不只是农民做饭点灯,沼气的有效成分是甲烷。现在天天使用的天然气的有效成分也是甲烷,只是两者之间含量不一样,沼气的甲烷含量只有50%到70%。而天然气的甲烷含量要求达到96%以上,或者更高。另外,一些气体的做法,秸秆、气化,在村子里面搞气化站,农民拿秸秆换气,这种气的成分跟天然气的差别会大一些。不管怎么样,它也是一种气体能源。还有一种是通过热化学的办法也能够产生一些生物气。
生物质能源的“至美”之处在于其既是保障能源安全的重要途径之一,又兼具减轻环境污染的特点。
生物质能源的“美”还在于它是可再生能源领域唯一可以转化为液体燃料的能源。它不仅具有资源再生、技术可靠的特点,而且还具有对环境无害、经济可行、利国利农的发展优势。
生物质能源的“美”还在于它可以有效促进能源农业的发展,能够助推社会主义新农村建设的发展。能源作物的大面积种植可以开发利用闲置的荒漠地、盐碱地,有利于这些质地差的土壤逐渐改良,更有利于农业产业结构调整。
总结来说,生物质能源的优点在于来源广泛、成本低廉,目前主要用于发电、供热、制气、制油、制生物质碳等,可以满足工业时代对所有能源商品的需求。在全球可再生能源利用结构中,生物质能终端使用占比超过了一半。在欧洲,生物质能在新能源中的占比远高于风能、太阳能,超过了60%。
同时生物质能源中的有害物质含量很低,清洁、低碳,属于清洁能源。生物质能具有很强的替代优势。利用现代技术,我们可以将生物质能源转化成可替代化石燃料的生物质成型燃料、生物质可燃气、生物质液体燃料等。国际自然基金会2011年2月发布的《能源报告》认为,到2050年,将有60%的工业燃料和工业供热都采用生物质能源。
生物质能原料丰富,分布广泛。根据我国《可再生能源中长期发展规划》统计,我国生物质资源可转换为能源的潜力约5亿吨标准煤,随着造林面积的扩大和经济社会的发展,我国生物质资源转换为能源的潜力可达10亿吨标准煤。在传统能源日渐枯竭的背景下,生物质能越来越成为理想的替代能源。
燃料乙醇总体生产状况及变化趋势
1975-2012年,世界燃料乙醇产量总体上呈现一种持续增长的态势,尤其在2000年以后,世界燃料乙醇产量增长速度迅速加快,2000-2010年世界乙醇产量增长了4倍,但在2000-2012年,则基本稳定在1001亿L以上。1975-2012年,世界燃料乙醇平均产量为291.47亿L,其中最低产量发生在1975年,仅为6.69亿L,最高产量则发生在2010年,达到了1044.11亿L(图1)。
生物柴油总体生产状况及变化趋势
1991-2012年,世界生物柴油产量呈现一种持续增长态势,1991-2000年世界生物柴油产量增长缓慢,但是自2000年以后,增长速度明显加快,2000-2012年世界生物柴油产量增长了25倍。1991-2012年,世界生物柴油平均产量为69.07亿L,其中最低产量发生在1991年,仅为1365万L,而最高产量则发生在2012年,达到了257.99亿L(图2)。
目前,生物质能源产业发展已经被多国提上日程,究其原因就在于其对解决能源安全问题、生态污染问题具有重要意义。第一,我国人口众多,且随着社会的不断发展,国内能源的需求量逐年递增,使我国石油进口量逐年攀升,石油进口的对外依存度大大提高。在此情况下,我国能源安全问题面临严峻形势。而生物质能源的研究、开发与发展能够逐步以生物质燃料替代石油燃料,以生物基化学品替代石油化学品,从而构建起我国多种能源形式并存的能源结构体系,化解当前石油能源对外高度依存的风险,保障我国的能源安全。第二,我国经济的飞速发展带来了生态环境的严重破坏,我国CO2和SO2气体排放量已经跃居世界首位,国内多地空气质量连年降低,雾霾问题影响人们的生命健康。在此情况下,生物质能源的可再生性、清洁性能够有效减少国内的CO2和SO2气体排放量,从而加快改善我国的环境状况,解决生态环境污染问题。
当然,现如今我国也面临许多问题:
首先,生物质能源转化成本较高。从当前的发展现状看,我国多种生物质能源在原料上遭遇瓶颈,其原因就在于原料成本较高。如生物质发电中原料成本占比超70%,生物柴油中原料成本占比更高。加之农作物等原材料价格不断上涨,更使得生物质能源转化成本居高不下,其价格优势也逐渐丧失。
其次,生物质能源转化技术仍待提高。虽然我国对生物质能源一直给予了高度重视,但其技术上的研究主要集中在热化学转化、微生物转化上,其他更为高效的技术如水解酶技术等仍处在研究阶段。同时生物质能源技术系统集成度、自动化程度仍不高,这都导致其产业化道路受阻。
最后,尚未形成完善的产业模式。我国当前生物质能源产业发展中面临着诸多市场问题,如生产无法满足市场用户需求、产品价格缺少竞争优势等。这就使我国生物质能源难以形成完善的产业模式,其产业化规模难以得到有效提升。
所以,科学认识生物质能,明晰生物质能的优点及问题,对于我们开发利用这一清洁能源具有一定积极意义,随着清洁能源利用技术水平不断提高,在未来,生物质能可能越来越成为可持续能源系统的重要组成部分,推动生物质能的合理利用。

