能源問題是21世紀人類面臨的嚴峻挑戰(zhàn)之一。近年來，伴隨經(jīng)濟的飛速發(fā)展，我國的能源問題也日漸凸現(xiàn)。2004年煤炭、石油也紛紛告急。據(jù)國家海關(guān)總署統(tǒng)計2004年1-8月，原油進口量比2003年增長39.3%，進口量占總資源的比例達40.9%，比2003年同期提高了7.4個百分點。這說明我國能源進口依存度明顯提高，國內(nèi)能源安全存在隱患。另據(jù)資料顯示，我國在2010年和2015年對原油的需求將分別達到3.12億t和3.9億t，其中進口比例將逐步增加，分別為43.9%和51.2%。

　　能源問題成為世界各國共同面臨的難題，石化能源不僅不可再生，儲量有限，且燃燒后釋放出大量的二氧化碳、氮、硫的氧化物及其他一些有害氣體，嚴重污染了環(huán)境，導致溫室效應、全球氣候變暖、生物物種多樣性降低、荒漠化等諸多生態(tài)問題。礦物燃料的日趨枯竭和生態(tài)環(huán)境的日漸惡化，使研究、開發(fā)可再生作物能源成為各國的必然選擇。未來學家指出，在2010-2020年，全球的能源使用模式可能快速轉(zhuǎn)變，再生能源定會取代石化燃料。從長遠看生物質(zhì)能源將替代石油、煤炭和天然氣等傳統(tǒng)性能源，在整個能源系統(tǒng)中占據(jù)重要地位。

　　1生物質(zhì)能源的產(chǎn)生

　　生物質(zhì)能源是以農(nóng)林等有機廢棄物及利用邊際土地種植的能源植物為主要原料進行能源生產(chǎn)的一種新興能源。按照生物質(zhì)的特點及轉(zhuǎn)化方式可分為固體、液體、氣體3種生物質(zhì)燃料。我國生物質(zhì)能源的利用包括畜禽糞便發(fā)展沼氣、農(nóng)作物秸稈生產(chǎn)燃氣、糧食作物轉(zhuǎn)化能源作物以及油料作物轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)柴油這四大類。自美國諾貝爾獎獲得者卡爾文在加利福尼亞種植能源植物獲成功后，世界各地相繼發(fā)現(xiàn)了一些“柴油樹”、“酒精樹”和“蠟樹”，迅速在全球掀起了一股開發(fā)研究能源植物的浪潮，許多國家都制定了相應的開發(fā)研究計劃，如巴西1975年實施的以甘蔗Saccharum of ficinarum為原料大規(guī)模開發(fā)、生產(chǎn)乙醇燃料的宏偉計劃;日本的新陽光計劃;印度的綠色能源工程;美國的能源農(nóng)場等;此外，一些發(fā)展中國家，如菲律賓、印度尼西亞、泰國等也相繼制訂并實施了自己的生物燃料開發(fā)計劃。我國擁有豐富的生物質(zhì)能源的資源，為能進一步推動我國生物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，加快產(chǎn)業(yè)化步伐，根據(jù)《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃綱要》和《國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》的有關(guān)要求，國家發(fā)展與改革委員會編制了《生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十一五”規(guī)劃》，并在2007年4月25日正式公布，這其中也對生物質(zhì)能源的發(fā)展進行了規(guī)劃。這對我國經(jīng)濟的快速發(fā)展將起極大的推動作用。就目前資料顯示，生物質(zhì)能源的轉(zhuǎn)化利用在整個新能源及可再生能源中已占據(jù)了相當重要的地位。對生物質(zhì)能源在燃料生產(chǎn)及發(fā)電方面的應用現(xiàn)狀作一綜述，以利于其研究工作進一步開展。

　　2生物質(zhì)能源的研究概況

　　2.1國外研究概況

　　2.1.1燃料生產(chǎn)方面的應用研究

　　20世紀70年代開始，生物質(zhì)能源的開發(fā)利用研究已成為世界性的熱門研究課題。許多國家都制定了相應的開發(fā)研究計劃，并投入大量的人力、物力、財力從事生物質(zhì)能源的研究和開發(fā)。巴西是世界上第1個以甘蔗為主要原料大規(guī)模生產(chǎn)乙醇動力汽車的國家，成為世界乙醇生產(chǎn)大國及先驅(qū)。美國在能源植物研究與開發(fā)方面也處于較領(lǐng)先地位，自20世紀80年代，就進行了能源植物的選擇，富油種的引種栽培、遺傳改良以及建立“柴油林林場”等方面的工作與研究。歐洲各國也開展了能源植物方面的研究工作，如法國以甜菜Brassica campestris為主生產(chǎn)燃料乙醇，在歐盟國家名列第一;德國以谷物(40%)和馬鈴薯So-lanumtu berosum(35%)為主生產(chǎn)乙醇，成為歐盟第二大乙醇生產(chǎn)國;馬來群島棕櫚油研究組成功的將棕櫚油轉(zhuǎn)化生產(chǎn)為生物柴油。在國外尤其是發(fā)達國家，科研人員對生物質(zhì)能源研究開發(fā)已作了大量工作。美國是世界上最大的以谷物(主要是玉米Zeamays)為原料生產(chǎn)燃料乙醇的國家。每年以農(nóng)村生物質(zhì)和玉米為原料生產(chǎn)乙醇約450萬t，計劃到2010年，可再生的生物質(zhì)可提供約5300萬t乙醇。據(jù)估計，如果將美國農(nóng)林廢棄物都利用起來，可替代美國國內(nèi)40%的汽油。歐洲各國的燃料乙醇消耗量也在逐年增加。加拿大用木質(zhì)原料生產(chǎn)的乙醇產(chǎn)量為每年17萬t。比利時每年以甘蔗渣為原料制取的乙醇量達3.2萬t以上。

　　利用大豆Glycinemax、油菜和食物殘(廢)油生產(chǎn)生物柴油也很有前途。美國Prine等對生產(chǎn)柴油的豆科植物進行了品種選育和加工應用的研究。目前美國生物柴油年生產(chǎn)能力為100萬t以上;歐盟2001年已超過100萬t，計劃在2020年使生物柴油的市場占有率達12%;意大利已擁有9家生物柴油的生產(chǎn)廠;德國2000年產(chǎn)量已達25萬t，擁有300多個生物柴油加油站。

　　美國能源署要求，到2010年，美國要將生物柴油產(chǎn)量提高到1200萬t。此外，在歐美各國作為能源植物來研究的柳枝稷Panicumvirgatum，可用于燃料乙醇的生產(chǎn)。美國科學家的這項最新研究，在生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為燃料能源上邁出了重要一步。他們找到了一種有效的方法，成功的讓柳枝稷、白楊樹Populusbonatii等植物的木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化為/綠色汽油0，該研究成果有助于掃清綠色汽油市場化的關(guān)鍵障礙，首次實現(xiàn)植物纖維素到汽油組分的直接轉(zhuǎn)變。

　　2.1.2發(fā)電方面的應用研究

　　很多國家開展了以生物質(zhì)熱裂解氣化技術(shù)的研究與開發(fā)。芬蘭擔佩雷電力公司開始在瑞典建立了一座廢木材氣化發(fā)電廠。瑞典能源中心計劃在巴西建發(fā)電廠，利用生物質(zhì)氣化、聯(lián)介循環(huán)發(fā)電等先進技術(shù)處理當?shù)刎S富的蔗渣資源。美國擁有350多座生物質(zhì)發(fā)電站。據(jù)有關(guān)科學家預測，到2010年，生物質(zhì)發(fā)電將達到13000MW裝機容量，屆時有16.2萬hm2的能源農(nóng)作物和生物質(zhì)剩余物作為氣化發(fā)電的原料。20世紀70年代研究開發(fā)的顆粒成型燃料，在美國、加拿大、日本等國也得到了推廣應用，并研究開發(fā)了專門使用顆粒成型燃料的爐灶，用于家庭或暖房取暖。另據(jù)報道，愛荷華州能源作物項目組對柳枝稷的研究結(jié)果顯示，在煤炭中摻入5%的柳枝稷，能產(chǎn)生35MW的電力(總電力為725MW)，約需柳枝稷181400t。Jensen和Menard研究了田納西州一家煤草混燃火力發(fā)電廠，這家工廠共用10個焚燒爐，產(chǎn)電量為7.7×107MW·h。研究結(jié)果顯示，如摻入10%的柳枝稷，一個焚燒爐需50.3萬t左右的柳枝稷。

　　2.2國內(nèi)研究概況

　　2.2.1燃料生產(chǎn)方面的應用研究

　　我國生物質(zhì)能源的應用技術(shù)研究，從20世紀80年代以來一直受到政府和科技人員的重視。國家“六五”計劃開始設(shè)立了研究課題，并進行重點攻關(guān)。在黑龍江、吉林、河南和安徽4省建設(shè)了陳化糧生產(chǎn)燃料乙醇工程，并在全國10余城市開展了添加10%乙醇的汽油燃料應用示范工作。利用數(shù)量巨大的農(nóng)作物秸稈和林產(chǎn)下腳料(含木質(zhì)纖維素)制取燃料乙醇是解決原料來源和降低成本的主要途徑之一，已經(jīng)列入我國的“十五”、“十一五”科技發(fā)展計劃中。此外，利用大豆、油菜和食物殘(廢)油生產(chǎn)生物柴油在我國也受到了廣泛的重視?！笆濉逼陂g，我國已在攻關(guān)計劃和“863”計劃中立項，開展野生植物油，如綠玉樹Euphorbiatirucalli和廢食用油生產(chǎn)生物柴油的研究。中國科學院植物所的試驗表明，甜高粱Sorgumdochna是生產(chǎn)乙醇的最佳原料。近年來，沈陽農(nóng)業(yè)大學、中國科學院植物所等許多科研院校對甜高粱的品種改良及栽培技術(shù)方面進行了深入研究，并且培育出一些新品種?？萍疾繉⑻鸶吡磺o稈制取乙醇產(chǎn)業(yè)化示范分別列入了“國家重點科技攻關(guān)計劃”和“國家863計劃”。在“十一五”期間，國家高粱改良中心將圍繞“超高產(chǎn)、高糖分、高轉(zhuǎn)化率、高效栽培技術(shù)”的“四高”目標進行攻關(guān)，選育出超高產(chǎn)甜高粱雜交種。

　　2.2.2發(fā)電方面的應用研究

　　我國的生物質(zhì)熱解氣化及熱利用技術(shù)近年來也有長足的發(fā)展。目前全國已建成農(nóng)村氣化站200多個，谷殼氣化發(fā)電設(shè)備100多臺(套)。由中科院廣州能源研究所研發(fā)的“4MW生物質(zhì)氣化聯(lián)介循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)”以谷殼、木屑、稻草等多種生物質(zhì)廢棄物為原料，發(fā)電效率可達20%~28%，能滿足農(nóng)村處理農(nóng)業(yè)廢棄物的需要。中國生物質(zhì)燃料發(fā)電已具有了一定的規(guī)模，主要集中在南方地區(qū)的許多糖廠利用甘蔗渣發(fā)電。廣東和廣西2省(區(qū))共有小型發(fā)電機組300余臺，總裝機容量800MW，云南也有一些甘蔗渣電廠。中國第一批農(nóng)作物秸稈燃燒發(fā)電廠在河北石家莊晉州市和山東菏澤市單縣建設(shè)。國家高科技發(fā)展計劃(“863”計劃)已建設(shè)4MW規(guī)模生物質(zhì)(秸稈)氣化發(fā)電的示范工程，系統(tǒng)發(fā)電效率可達到30%左右。

　　3生物質(zhì)能源的發(fā)展趨勢

　　現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的高度生產(chǎn)、單一作物的種植以及過度機械化的結(jié)果，導致嚴重的土壤流失，造成對環(huán)境的不良影響。種植能源作物，不僅可阻止土壤的流失，還可幫助土壤建立新土壤層。科學家們認為：普通植物對于陽光的利用效率不到4%，如果通過研究使新型能源作物的陽光利用率提高到5%，那么只要世界農(nóng)田面積的10%，就可提供相當于目前人類使用的全部化石燃料的能源?？稍偕木G色能源的開發(fā)，成為解決未來能源的有效新途徑之一。生物質(zhì)能源作為重要的可再生資源，21世紀世界能源消費的40%將會來自生物質(zhì)能源。我國未來生物質(zhì)利用技術(shù)主要在能源作物的開發(fā)、沼氣技術(shù)、生物質(zhì)熱轉(zhuǎn)化與生物質(zhì)材料的利用上實現(xiàn)突破。2005-2020年，為我國生物質(zhì)技術(shù)的開發(fā)和發(fā)展階段，部分技術(shù)進入到商業(yè)應用，2020-2050年，隨著生物質(zhì)技術(shù)成熟和生物質(zhì)能源體系的完善，生物質(zhì)將成為主要的能源，進入到商業(yè)化示范和全面推廣階段。據(jù)初步測算，如果在全國建設(shè)3000萬hm2能源植物生產(chǎn)基地，每年可產(chǎn)生12億t生物質(zhì)，包括柳枝稷、芒草Miscanthussinensis、木薯Manilot escu-lenta、甘蔗、甜高粱。此外，與西部大開發(fā)、沙漠治理、退耕還林、“三北”防護林建設(shè)結(jié)合起來，至少可再發(fā)展2000萬hm2的能源植物。科技部將根據(jù)《國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要》繼續(xù)加強生物質(zhì)能等可再生能源的研究開發(fā)，推動中國可再生能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大。

　　4結(jié)語

　　國外生物質(zhì)能源在燃料生產(chǎn)與發(fā)電方面的應用起步較早，主要利用農(nóng)作物、農(nóng)林廢棄物及加工廠廢棄物來進行燃料生產(chǎn)與發(fā)電;我國生物質(zhì)能源起步相對較晚，存在局限性。面臨能源短缺問題，全世界都在謀求以循環(huán)經(jīng)濟、生態(tài)經(jīng)濟為指導，堅持可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，從保護人類自然資源、生態(tài)環(huán)境出發(fā)，充分有效地利用可再生的、巨大的生物質(zhì)能源。而能源開發(fā)的一個很有潛力的方向便是充分利用生物質(zhì)能源。這是解決全世界面臨的能源短缺問題的有效途徑。尤其對于我國這樣一個國土資源豐富，但存在大量貧瘠土地，鹽堿地也未能被合理利用的國家，如果這些土地可以用來種植生物質(zhì)能源作物，不僅可以改善生態(tài)環(huán)境，也可以充分利用這些能源作物來生產(chǎn)燃料及發(fā)電，實現(xiàn)雙贏。利用科學的方法培育高產(chǎn)、抗逆性強的能源植物是發(fā)展生物質(zhì)能源的根本保障。但目前的關(guān)鍵問題是，我國在生物質(zhì)能源植物種的選(培)育方面還處于起步階段，若能合理地利用這些土地來種植高產(chǎn)、抗逆性強的能源植物，將會帶來巨大的經(jīng)濟效益。能源植物應成為今后研究的重點方向，而這也將是草業(yè)發(fā)展的一個非常重要的方向。隨著草業(yè)的發(fā)展，這些未能得到利用的土地將會被充分的利用，要實現(xiàn)雙贏指日可待。