生物质能产业现状及发展前景

生物质是指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；生物质能则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。生物质能源作为一种洁净而又可再生的能源，是惟一可替代化石能源转化成气态、液态和固态燃料以及其它化工原料或者产品的碳资源。据估计，全世界每年由光合作用而固定的碳达2×1011吨，含能量达3×1018千焦，可开发的能源约相当于全世界每年耗能量的10倍；生成的可利用干生物质约为1700亿吨，而目前将其作为能源来利用的仅为13亿吨，约占其总产量的0.76％[1－2]，资源开发利用潜力巨大。由于生物能源所具有的优势，世界各国已经将其作为发展新型能源的重要选择。近年来，燃料乙醇、生物柴油、生物质发电及沼气等生物质能产业在世界范围内得到了快速的发展，尤其进入21世纪后，随着国际石油价格的不断攀升及《京都议定书》的生效，生物质能更是成为国际可再生能源领域的焦点。许多国家纷纷制定了开发生物质能源、促进生物质产业发展的研究计划和相关政策，如美国的《生物质技术路线图》、《生物质计划》，欧盟委员会提出的到2020年运输燃料的20％将用生物柴油和燃料乙醇等生物燃料替代计划，日本的“阳光计划”，印度的“绿色能源工程计划”以及巴西实施的酒精能源计划等。中国政府对生物质能的开发利用也极为重视，自20世纪70年代以来，连续在4个“五年计划”中将生物质能利用技术的研究与应用列为重点科技攻关项目，开展和实施了一系列生物质能利用研究项目和示范工程，推动了我国生物质能产业的发展。本文对生物质能资源现状及发展潜力、产业发展现状和政策环境进行了综合评价，分析了未来生物质能产业发展前景，并对生物质能产业发展提出建议。
1国内资源现状及潜力
生物质能资源，按原料的化学性质分，主要为糖类、淀粉和木质纤维素类。按原料来源分，则主要包括以下几类：①农业生产废弃物，主要为作物秸秆；②薪柴、枝桠柴和柴草；③农林加工废弃物，木屑、谷壳和果壳；④人畜粪便和生活有机垃圾等；⑤工业有机废弃物，有机废水和废渣等；⑥能源植物，包括所有可作为能源用途的农作物、林木和水生植物资源等[3]。我国拥有丰富的生物质能资源，据测算，我国理论生物质能资源50亿吨左右，是我国目前总能耗的4倍左右[4]。
目前可供利用开发的资源主要为生物质废弃物，包括农作物秸秆、禽畜粪便、工业有机废弃物和城市固体有机垃圾、林业生物质、能源作物等。全国农作物秸秆年产量约6亿吨，除部分作为造纸原料和畜牧饲料外，约3亿吨可作为燃料使用，折合约1.5亿吨标准煤。其它农业废弃物约1.3亿吨[5]。
预计2010年农作物秸秆的产量约为7.8亿吨，2015年的产量将达到9亿吨；畜禽粪便和农产品加工业废水经过沼气化处理后，理论上可以生产沼气约750亿m3，预计到2010年规模化畜禽养殖场的粪便资源实物量将达到25亿吨；城市固体废弃物年产生量约1.5亿吨，2010年，我国城市垃圾总量将达到2.3亿吨；每年可提供林业资源约9亿吨，其中可作能源用途的资源约3亿吨，包括林加工剩余物约2000万吨，薪炭林约2270万吨，用材林约11790万吨，灌木林约3390万吨，疏林约720万吨以及其它林木废弃物等；甜高粱、小桐子、黄连木、油桐等能源作物（植物）的种植面积达2000多万公顷，可满足年产量约为5000万吨生物液体燃料的原料需求[6－8]。据预测在2020年前后全国生物能源原料总量达到约21吨，约折合l5亿吨标准煤。超过届时全国能源消费需求预计总量28.69亿吨标煤的一半。可见，我国生物质能资源量巨大，具有广阔的发展空间。
2国外生物质能概况
2.1美国
美国在开发利用生物质能方面处于世界领先地位，生物质能利用占一次能源消耗总量的4％左右。从1979年就开始采用生物质燃料直接燃烧发电，生物质能发电总装机容量超过10000MW，单机容量达10～25MW[9]。乙醇产量自2001年以来已翻了一番，已成为仅次于巴西的燃料乙醇大国。2006年，乙醇约占美国汽油消费总量的5％，乙醇掺烧比例通常为10％，添加乙醇的混合汽油占全国汽油供应总量的46％。2007年乙醇的产量是64亿加仑，比2000年增加了4倍。根据美国可再生燃料协会统计，截至2008年底，美国共有189个乙醇生产厂，生产能力为3300万吨。美国商业性生产生物柴油始于20世纪90年代初。2006年，生物柴油生产能力为260万吨，实际产量为125万吨，截止到2007年底，现有生物柴油生产企业171家，生物柴油产量4.5亿加仑，比2006年提高80％。根据美国国家生物柴油委员会的计划，到2015年，生物柴油产量将占全国运输柴油消费总量的5％，达到610万吨。为帮助降低生产先进生物燃料的成本，并使相关技术达到商业化，2007年美国将其能源部生物质能研究经费增加65％，总数达1.5亿美元[10]。2.2欧洲
欧洲主要国家的生物质能源开发利用均以丰富的森林资源为基础，具有政府重视、起步较早、以市场运作和龙头企业带动为主等特点，主要利用形式有供暖、发电和生物柴油等3种，其中以供暖为主[11]。
芬兰生物质能源提供方式以建立燃烧站为主，较小规模的燃烧站仅提供暖气，大型燃烧站则同时提供暖气和电力，全国年能源总消耗4000亿kW•h，其中810亿kW•h由生物质能源提供，占20％。瑞典利用无工业价值的木材采用热电联合装置产热和供电，其联合汽化（BIG-CC）工艺处于世界领先地位。生物质能源达1100亿kW•h。其中，330亿kW•h以区域供暖的形式提供，530亿kW•h供给工业，130亿kW•h供给居民及服务部门，110亿kW•h供应交通部门。瑞典的生物质能源利用主要实行市场化，其中颗粒燃料市场在近几年增长了100％，总需求量达150万吨，总价值达2.5亿欧元[11]。丹麦在生物质直燃发电方面成绩显著。丹麦的BWE公司率先研究开发了秸秆生物燃烧发电技术，迄今在这一领域仍是世界最高水平的保持者。目前，丹麦已建立了130家秸秆发电厂，使生物质成为丹麦重要的能源。德国是生物质柴油的最大生产国，德国对生物柴油的生产企业全额免除税收；自2004年起，无需标明即可在石化柴油中最多加入5％的生物柴油，2007年生物柴油产量达到了289万吨；然而由于德国政府取消生物柴油企业免税优惠，2008年产量出现下滑，生物柴油行业产能利用率仅为55%[12]。在发电方面，德国使用生物质能源发电占22％，其中58％以木材为燃料发电，41％为沼气发电，3％通过液体生物质（如生物柴油）发电等。目前，德国生物质能源发电站1兆瓦以上的有350家，有超过7万户家庭使用以木材颗粒燃料为原料的供暖机、发电机[13]。据预计，到2030年，德国生物质能源占年能源总消耗量的比例将达到17.4％。
2.3巴西
巴西目前已经成为世界上最大的乙醇生产和消费国。巴西生产乙醇的原料主要是甘蔗，2005/2006年度，甘蔗产量为4.23亿吨，其中49.77％用于生产乙醇；乙醇产量约为128.12亿公斤，其中50.5％是用于混入汽油的无水乙醇，其余则是独自作为替代汽油的含水乙醇。2008/2009年度，巴西乙醇产量达到210.9亿公斤。巴西法律规定，汽油中必须添加25％的乙醇燃料，巴西国内生产的82％的汽车都采用了混合燃料发动机，可以使用普通汽油也可以使用乙醇，或者两种燃料的混合物。
巴西是世界上最大的乙醇出口国，其乙醇生产总量的15％用于出口，主要销往美国、印度、韩国、日本、牙买加等国。2008年乙醇出口量为51.6亿公升，比2007年增长46%，主要出口市场为美国。
此外，巴西还大力利用可再生资源进行发电，其中80％以上的电力都是来自可持续技术，主要是水力发电（占77％）。来自生物质和水力发电厂的能源总量占巴西能源生产总量的45％[14]。
2.4印度
印度是沼气使用历史悠久的国家，在l975年启动国家沼气开发计划（NPBO），到2008年已建沼气池450万个，为农村无电区的数十万家庭提供了炊事和照明。近期生物质压缩成型、技术气化等进展显著。气化发电主要用于水泵、磨谷机和其它小型电气设备；气化产出燃气则主要用于烟草、茶叶、食品等加工生产过程中[15]。
3我国生物质能产业现状
目前中国的生物质能产业发展初具规模，积累了一些成熟的经验，但不同的应用领域技术的成熟程度不尽相同。少数生物质能转化利用技术初步实现了产业化应用，如农村户用沼气、养殖场沼气工程和秸秆发电技术；生物质发电、生物质致密成型燃料、生物质液体燃料等正进入商业化早期发展阶段；还有许多新兴生物质能技术尚处于研究阶段。
3.1沼气产业
我国沼气产业始于70年代，经历了两落三起，现在处于第三个高峰发展期。至2007，我国新增农村户用沼气用户482.35万户，全国已累计推广户用沼气池2650万口，年产沼气达102亿m3。比2000年增加了1802万口，年均增长速度为17.7％。建设养殖场沼气工程2.66万处，总池容285万m3，年产沼气达3.56亿m3[16]。已有大中型沼气工程3764处（见表1）[17]，已累计建成秸秆集中供气站734处；沼气灶具及其配套产品年生产能力已达到500万套，沼气产品基本实现了标准化生产。同时，在综合利用方面，以沼气为纽带，建立了物质多层次利用、能量合理流动的高效农业生产模式。在北方推广的“四位一体”沼气生态农业模式，以及南方建立的以养殖业为龙头，以沼气为纽带，带动农作物和经济作物发展的现代农业技术——“猪-沼-果”模式，对沼气、沼液、沼渣的多层次综合利用的生态农业模式，己成为农村经济的新增长点，成为了我国生物质能利用的特色。