關鍵詞：中國；生物質(zhì)能源；發(fā)展現(xiàn)狀；存在的問題；建議1、當前世界能源結構的新變化和新挑戰(zhàn)
1.1全球化石能源供應面臨嚴重危機據(jù)統(tǒng)計，目前世界總人口數(shù)量約為70億人，比20世紀末期增加了2倍多，而能源消費卻增加了16倍多，其中，化石能源約占全球能源使用總量的85%以上。截至2011年年底，全球石油探明儲量為1.6526萬億桶，按照目前開采速度，僅可供開采45.7年；2011年，世界煤炭探明儲量為8 609.38億t，可以滿足112年的全球生產(chǎn)需求；2011年，世界天然氣儲量為208.4萬億m3，可以保證全球63.6年的產(chǎn)需求。由此可見，目前全世界最為依賴的化石能源將日趨枯竭，人類正面臨著嚴重的能源危機。
1.節(jié)能減排對全球整體能源結構帶來重大影響能源開發(fā)和利用與自然環(huán)境息息相關，能源結構及燃料使用效率直接關系二氧化碳排放量的多與少。三大化石能源的使用造成了二氧化碳排放量呈幾何數(shù)量的增長，致使全球大范圍氣候異常和局部氣候失衡的情況頻頻發(fā)生。而生物質(zhì)燃料的二氧化碳凈排放量僅為化石燃料的5%，如果能夠利用非糧食用地大量種植能源植物，逐步實現(xiàn)生物質(zhì)燃料的規(guī)�；a(chǎn)，按照年產(chǎn)1億t計算，可以有效實現(xiàn)5.5%的二氧化碳減排目標。因此，大力推進生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，優(yōu)化世界能源結構勢在必行。
1.3可持續(xù)發(fā)展的需求催生生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)
自20世紀70年代以來，可持續(xù)發(fā)展思想逐步成為國際社會共識。以生物質(zhì)能源為代表的可再生能源，不僅能為人類提供能量和物質(zhì)性生產(chǎn)所需原料，還是一種環(huán)境友好型能源。如果將生物質(zhì)資源轉化為潔凈燃料和化工原料以部分替代石油等化石燃料，可使人類擺脫對有限化石資源的過度依賴�；谝陨蟽�(yōu)勢，生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)已經(jīng)在世界范圍內(nèi)快速發(fā)展，尤其隨著國際石油價格的波動以及碳排放硬約束的生效，生物質(zhì)能源的利用和發(fā)展得到世界越來越多國家的關注。
2、國內(nèi)外生物質(zhì)能源技術開發(fā)的主要進展
2.1生物燃氣德國、丹麥和瑞典是當前世界上生物燃氣工程技術最發(fā)達的國家，其規(guī)�；託夤こ檀蠖疾捎酶邼舛燃S草混合原料，中溫發(fā)酵、高效率工藝運行，已實現(xiàn)設計標準化、裝備專業(yè)化和運行自動化，并能實現(xiàn)常年穩(wěn)定運行；其應用領域業(yè)也逐漸從熱電聯(lián)產(chǎn)向沼氣純化提質(zhì)壓縮，用于車用燃氣和并人天然氣管網(wǎng)方向發(fā)展。近年來，我國沼氣工程得到了全面發(fā)展，截至2008年全國大型沼氣工程2761處，年產(chǎn)沼氣約2.7億m3。幾乎所有常規(guī)的和高效的厭氧發(fā)酵工藝在我國都有示范應用，如完全混合式厭氧反應器( CSTR)、厭氧擋板反應器(ABR)、厭氧復合反應器(UBF)、上流式厭氧污泥床(UASB)、升流式固體床(USR)等。由于大部分沼氣工程未實施熱電聯(lián)產(chǎn)，工程運行效果受環(huán)境溫度影響較大，常年運行穩(wěn)定性差。此外，中高溫恒溫發(fā)酵、高濃度發(fā)酵和干發(fā)酵等工藝在實際生產(chǎn)中應用較少。
2.2生物液體燃料
1)燃料乙醇。美國燃料乙醇主要以玉米為原料，在發(fā)酵、分離技術和綜合利用方面尤為領先。2000—2005年，美國的燃料乙醇年產(chǎn)量從470萬t增加到1100多萬t，生物柴油產(chǎn)量超過100萬t，產(chǎn)能則達到500萬t。此外，國際上不少國家和企業(yè)正在探索利用纖維素原料生產(chǎn)燃料乙醇和生物質(zhì)合成燃料技術。我國燃料乙醇發(fā)展較快，如吉林燃料乙醇公司擴建成為國內(nèi)最大的乙醇生產(chǎn)企業(yè)，產(chǎn)能達50萬t／年；廣西也建立了年產(chǎn)20萬t木薯乙醇的工業(yè)化裝置；上海奉賢建立了以稀酸水解工藝為主，年產(chǎn)燃料乙醇600 t的示范工廠；河南天冠集團已將可發(fā)酵單糖的得率提高到44.5%，糖醇轉化率提高到45 010以上。“十一五”期間，在國家科技計劃支持下，我國的生物質(zhì)高效降解專用微生物篩選與構建技術取得重要進展，縮短了半纖維素水解為木糖的時間，降低了酸濃度，微波輔助法可使傳統(tǒng)纖維素的酸水解溫度從225℃降低到80℃；研制了專用于高濃度纖維素酶解的膜反應器，酶解時間可從5天縮短到2天，纖維素轉化率則從76010提高到86qo，提高了纖維素的酶解效率；木質(zhì)纖維素生產(chǎn)功能糖產(chǎn)品及其綜合利用成效顯著，建成了年產(chǎn)10 000 t木糖（醇）生產(chǎn)線，實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。
2)生物柴油。總體來看，目前生物柴油生產(chǎn)的主要技術還是化學酯交換法，主要使用液體催化劑。其中，應用液體堿催化法必須嚴格脫除原料油中的游離酸和水分，避免催化劑失活而影響酯交換效率；應用液體酸催化法，雖可使少量水分和游離酸不影響產(chǎn)率，但甲醇和副產(chǎn)物丙三醇成乳化相很難分離，且酸易腐蝕設備。此外，液體酸堿催化工藝的環(huán)境友好性差，且液體酸堿法均需要工藝后分離過程，不利于生產(chǎn)的高效進行。由于生物柴油綠色轉化工藝的要求，固體酸堿催化劑及連續(xù)化、干洗等先進生產(chǎn)工藝正成為生物柴油技術的發(fā)展趨勢，國外正在開展大量的研究工作，并取得了一定突破。近年來，我國生物柴油技術取得多項突破。例如，中國農(nóng)科院油料所研發(fā)了共沸蒸餾酯化一甲酯化生物柴油轉化技術；卓越新能源公司研制了新型催化劑和管式連續(xù)甲酯化生產(chǎn)裝置，實現(xiàn)油脂中脂肪酸三甘酯和脂肪酸的甲酯化反應連續(xù)進行，使98 010以上的廢動植物油脂轉化為生物柴油，并建設了年產(chǎn)12萬t生物柴油生產(chǎn)基地；北京化工大學研發(fā)了酯化專用脂肪酶技術，酶活已達到8 000 IU/mL，超過了國際上脂肪酶的壟斷企業(yè)丹麥NOVOZYMES公司，并研制了全球第一套年產(chǎn)200 t酶法生物柴油中試裝置。
3)其他液體燃料。生物質(zhì)快速熱裂解液化技術是當今世界可再生能源發(fā)展領域中的前沿技術之一。20世紀80年代初期，加拿大研制出流化床反應器快速熱裂解技術，隨后，美國開發(fā)出渦動燒蝕熱裂解反應器，對該技術起到了推動作用。近年來，加拿大Dynamotive公司在安大略省建立了較大規(guī)模的生物質(zhì)快速熱解制取生物油工廠，每年可處理6.6萬t干生物質(zhì)，年生產(chǎn)生物油約為3.5萬t。我國于20世紀90年代開始該項研究，沈陽農(nóng)業(yè)大學最先利用從荷蘭引進的旋轉錐式熱解反應器，在國內(nèi)較早開展了生物質(zhì)裂解液化研究；浙江大學利用流化床反應器開展了稻稈和木屑裂解制取生物油的試驗研究，并用GC-MS聯(lián)用技術定量分析了生物燃油的主要成分；山東理工大學研制了陶瓷球熱載體加熱下降管生物質(zhì)裂解液化裝置，加工能力達到200 kg/h；中國科技大學利用裂解副產(chǎn)物炭粉和可燃氣燃燒釋放的熱量為裂解提供熱源，實現(xiàn)了自熱式裂解液化，并于2007年在合肥建成了一套生物質(zhì)裂解液化裝置，2008年成功研發(fā)了第二代生物質(zhì)裂解液化技術。
2.3微藻能源 目前，全世界有150多家能源微藻公司，僅美國就先后成立了50多家能源微藻公司進行能源微藻的研究開發(fā)工作。目前，微藻生物柴油的技術研發(fā)集中在三個方面：高效固碳的高含油量并能適應環(huán)境條件的微藻選育；規(guī)�；囵B(yǎng)產(chǎn)油微藻光生物反應系統(tǒng)研制；微藻收集、油脂提取和微藻生物柴油生產(chǎn)工藝。但如何獲得高細胞密度和高油脂含量的微藻細胞培養(yǎng)技術是國內(nèi)外面臨的共同難題，它代表著微藻生物能源產(chǎn)業(yè)和研發(fā)項目的核心力。我國微藻的研究是從利用微藻模擬石油形成開始的，為了解決微藻生長速率和油脂含量同步提高這一難題，清華大學創(chuàng)新了一種微藻異養(yǎng)發(fā)酵生產(chǎn)生物柴油的技術，使細胞中性油脂含量在達到50.3%的同時，細胞密度達到51.2 g/L，創(chuàng)造了中性油脂含量乘以細胞密度的世界最高產(chǎn)量指標，油脂產(chǎn)量的提高實際上也降低了細胞培養(yǎng)相應成本，提高了該技術工業(yè)化生產(chǎn)的經(jīng)濟性。在此基礎上，還創(chuàng)新了一種微藻光合發(fā)酵新模型，通過代謝工程將上述兩種技術路線的優(yōu)勢（固碳減排和吸收太陽能+高油脂產(chǎn)量和降低成本）合并起來，把世界最高微藻油脂產(chǎn)量紀錄又提高了1倍多。
2.4固體成型顆粒燃料生物質(zhì)固體成型顆粒燃料在歐美等國已經(jīng)基本進入產(chǎn)業(yè)化、規(guī)�；l(fā)展階段，在北歐地區(qū)應用較多。瑞典顆粒燃料年使用量為150萬t，丹麥年消費成型顆粒燃料達70萬t，泰國等亞洲國家也對這項技術相當重視，建成了不少生物質(zhì)固化工廠。我國對此的研究始于20世紀80年代，截至2009年年底，我國已形成生物質(zhì)成型顆粒燃料工廠200余家，年產(chǎn)量超過100萬t。
2.5直燃發(fā)電在歐美發(fā)達國家，生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電占可再生能源發(fā)電量的70%，單機規(guī)模大多在20M～50 MW，系統(tǒng)發(fā)電效率在20%~30 010左右。美國在利用生物質(zhì)能發(fā)電方面處于世界領先地位，目前發(fā)電裝機容量已達10.5GW．70%為生物質(zhì)一煤混合燃燒工藝，預計到2015年裝機容量將達16.3 CW。歐洲等國的生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電技術比較成熟，丹麥BWE公司率先研發(fā)秸稈生物質(zhì)燃燒發(fā)電技術，于1988年建立了世界上第一座秸稈燃燒發(fā)電廠，目前該技術在這一領域仍處于世界領先地位。我國目前
已建和在建的生物質(zhì)直燃電廠主要靠引進國外技術缺乏自主知識產(chǎn)權的先進技術和設備，導致投資成本高。鑒于此，我國也開展了生物質(zhì)直燃發(fā)電設備的自主研發(fā)，并取得了明顯進展，江蘇宿遷市建成投產(chǎn)的秸稈直燃發(fā)電項目為我國首臺采用完全自主知識產(chǎn)權技術設備的生物質(zhì)直燃發(fā)電項目。此外，部分鍋爐生產(chǎn)企業(yè)研制開發(fā)了一些小型的木柴（木屑）鍋爐、甘蔗渣鍋爐等，這些鍋爐可應用于生物質(zhì)燃燒，但應用于大型的直燃發(fā)電鍋爐仍有待進一步深入研究。
3、制約我國生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要問題
3.1資源“瓶頸”目前，我國生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)面臨著極大的原料供應問題。例如，發(fā)酵原料來源單一，限制了沼氣工程的規(guī)�；�；非糧原料無法全年供應，影響了非糧乙醇生產(chǎn)全年均衡生產(chǎn)；而陳化糧等糖類原料產(chǎn)量有限，難以支撐龐大的乙醇燃料工業(yè)體系；生物柴油也面臨缺乏適宜非糧邊際土地及相適應植物新品種，尚無提供大量原料能力的尷尬境地。要根據(jù)技術發(fā)展分階段、分等級實現(xiàn)生物質(zhì)資源的多元化利用，近期以廢棄物綜合利用為主，中期以廢棄物和能源作物為主，遠期以能源植物或藻類資源為主，使其開發(fā)利用達到最大化。
3.2技術障礙 國內(nèi)沼氣工程技術和裝備水平相對落后，基本采用濕發(fā)酵工藝，沼氣高值化利用發(fā)展緩慢；非糧乙醇技術“瓶頸”還沒有突破，一是乙醇濃度低、發(fā)酵時間長、發(fā)酵效率低，二是原料綜合利用有待提高；纖維素制燃料乙醇均未達到商業(yè)化水平。其原因在于工藝過程復雜，濃酸水解所需酸濃度高、反應時間長、成本高；稀酸水解對設備要求高，反應副產(chǎn)物多，對發(fā)酵有抑制作用。酶水解缺乏高效的預處理技術和合適的纖維素酶。缺乏高效發(fā)酵半纖維素水解產(chǎn)物—五碳糖菌種；生物酶法制備生物柴油目前也存在著一些亟待解決的問題，脂肪酶對短鏈脂肪醇轉化率低，一般僅為40%～60%；甲醇和乙醇對酶有一定的毒性，容易使酶失活；副產(chǎn)物甘油和水難以回收。短鏈脂肪醇和甘油的存在都影響酶的反應活性及穩(wěn)定性，使固化酶的使用壽命大大縮短。同時，生物柴油產(chǎn)品耐低溫抗氧化使用性能差，本身和其副產(chǎn)物高附加值利用開發(fā)精細化學品技術落后，導致產(chǎn)品經(jīng)濟性不高，市場接受能力弱。
3.3產(chǎn)業(yè)模式是管理模式存在缺陷，缺乏科學的原料評價體系以及技術規(guī)范，生物柴油無法進入運輸燃料系統(tǒng)；二是項目模式有待改進，對小型項目配套政策沒有跟上，使其操作成本高，立項過程復雜；三是經(jīng)營模式不夠完善，民間資本難以進入，投資風險比較高。
4、推動我國生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策建議
4.1將生物質(zhì)能源置于保障國家能源安全的高度給予支持 生物質(zhì)對我國能源和資源供應戰(zhàn)略安全有著重要意義，應將其放在保障國家安全的戰(zhàn)略高度給予支持，并在政策上給予一定的傾斜。此外，建議根據(jù)生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，對相關激勵政策進行完善和修改，把與能源生產(chǎn)有關的環(huán)境成本和社會成本全部考慮進去，實行全成本定價辦法，制定合理的生物質(zhì)能源產(chǎn)品價格補貼政策、強制性生物質(zhì)液體燃料收購政策、鼓勵生物質(zhì)液體燃料消費的政策；同時，根據(jù)生物質(zhì)能適合于分散利用的主要特點，制定全面合理的鼓勵政策，制定鼓勵終端用戶和分散并網(wǎng)電價，以及制定支持中小型生物質(zhì)能源項目的CDM操作辦法。
4.2著力于加強生物質(zhì)能源科技創(chuàng)新生物質(zhì)能是我國未來可持續(xù)發(fā)展的重要可再生能源之一，其產(chǎn)業(yè)化過程是長期持久的，因此，擁有相關自主知識產(chǎn)權的核心技術是穩(wěn)步可持續(xù)發(fā)展的關鍵。政府應鼓勵國產(chǎn)化技術的推廣，對采用國產(chǎn)化技術的單位進行補助，調(diào)動其自主技術研發(fā)和應用的積極性，建議設立專項資金支持生物質(zhì)能源的技術創(chuàng)新，從根本上奠定生物質(zhì)能源大規(guī)模替代的基礎工作；建立專項資金為中小型生物質(zhì)能企業(yè)提供政策性擔保，支持生物質(zhì)能源的產(chǎn)業(yè)化進程，推動分散式生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)體系的形成。
4.3充分利用邊際土地，積極發(fā)展非糧生物質(zhì)能源隨著世界生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，糧食類原料作物的用量以及價格與日俱增，原料的功能與產(chǎn)量成為制約生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)進一步發(fā)展的“瓶頸”。因此，要積極利用邊際土地，發(fā)展非糧生物質(zhì)能源，建議建設一批以木薯（華南）、甘薯（華中、西南）、甘薯與甜高梁（華北、華東）、能源草（華南）為原料的非糧生物質(zhì)氣體燃料、液體燃料生產(chǎn)基地。
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