能源問題是21世紀(jì)人類面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)之一。近年來，伴隨經(jīng)濟(jì)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(jì)2004年1-8月，原油進(jìn)口量比2003年增長39.3%，進(jìn)口量占總資源的比例達(dá)40.9%，比2003年同期提高了7.4個(gè)百分點(diǎn)。這說明我國能源進(jìn)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(duì)原油的需求將分別達(dá)到3.12億t和3.9億t，其中進(jìn)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(chǔ)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(yán)重污染了環(huán)境，導(dǎo)致溫室效應(yīng)、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(xué)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(huì)取代石化燃料。從長遠(yuǎn)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(gè)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(jī)廢棄物及利用邊際土地種植的能源植物為主要原料進(jìn)行能源生產(chǎn)的一種新興能源。按照生物質(zhì)的特點(diǎn)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?xì)?、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(jiǎng)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(yīng)的開發(fā)研究計(jì)劃，如巴西1975年實(shí)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(jì)劃;日本的新陽光計(jì)劃;印度的綠色能源工程;美國的能源農(nóng)場(chǎng)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(shí)施了自己的生物燃料開發(fā)計(jì)劃。我國擁有豐富的生物質(zhì)能源的資源，為能進(jìn)一步推動(dòng)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(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱要》和《國家中長期科學(xué)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(huì)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(duì)生物質(zhì)能源的發(fā)展進(jìn)行了規(guī)劃。這對(duì)我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展將起極大的推動(dòng)作用。就目前資料顯示，生物質(zhì)能源的轉(zhuǎn)化利用在整個(gè)新能源及可再生能源中已占據(jù)了相當(dāng)重要的地位。對(duì)生物質(zhì)能源在燃料生產(chǎn)及發(fā)電方面的應(yīng)用現(xiàn)狀作一綜述，以利于其研究工作進(jìn)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(yīng)用研究

　　20世紀(jì)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(yīng)的開發(fā)研究計(jì)劃，并投入大量的人力、物力、財(cái)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(gè)以甘蔗為主要原料大規(guī)模生產(chǎn)乙醇動(dòng)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(jì)80年代，就進(jìn)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(chǎng)”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(dá)國家，科研人員對(duì)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(jì)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(jì)，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(shí)每年以甘蔗渣為原料制取的乙醇量達(dá)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(duì)生產(chǎn)柴油的豆科植物進(jìn)行了品種選育和加工應(yīng)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(jì)劃在2020年使生物柴油的市場(chǎng)占有率達(dá)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(dá)25萬t，擁有300多個(gè)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(xué)家的這項(xiàng)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(chǎng)化的關(guān)鍵障礙，首次實(shí)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(yīng)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(dān)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(jì)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(jìn)技術(shù)處理當(dāng)?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(xué)家預(yù)測(cè)，到2010年，生物質(zhì)發(fā)電將達(dá)到13000MW裝機(jī)容量，屆時(shí)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(jì)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(yīng)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(bào)道，愛荷華州能源作物項(xiàng)目組對(duì)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(gè)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(gè)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(yīng)用研究

　　我國生物質(zhì)能源的應(yīng)用技術(shù)研究，從20世紀(jì)80年代以來一直受到政府和科技人員的重視。國家“六五”計(jì)劃開始設(shè)立了研究課題，并進(jìn)行重點(diǎn)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(yīng)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(jì)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(jì)劃和“863”計(jì)劃中立項(xiàng)，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(xué)院植物所的試驗(yàn)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(xué)、中國科學(xué)院植物所等許多科研院校對(duì)甜高粱的品種改良及栽培技術(shù)方面進(jìn)行了深入研究，并且培育出一些新品種。科技部將甜高粱莖稈制取乙醇產(chǎn)業(yè)化示范分別列入了“國家重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃”和“國家863計(jì)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(biāo)進(jìn)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(yīng)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(gè)，谷殼氣化發(fā)電設(shè)備100多臺(tái)(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(dá)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(jī)組300余臺(tái)，總裝機(jī)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(jì)劃(“863”計(jì)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(dá)到30%左右。

　　3生物質(zhì)能源的發(fā)展趨勢(shì)

　　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(jī)械化的結(jié)果，導(dǎo)致嚴(yán)重的土壤流失，造成對(duì)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(xué)家們認(rèn)為：普通植物對(duì)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(dāng)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(jì)世界能源消費(fèi)的40%將會(huì)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(shí)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(jìn)入到商業(yè)應(yīng)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(jìn)入到商業(yè)化示范和全面推廣階段。據(jù)初步測(cè)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(hù)林建設(shè)結(jié)合起來，至少可再發(fā)展2000萬hm2的能源植物?？萍疾繉⒏鶕?jù)《國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要》繼續(xù)加強(qiáng)生物質(zhì)能等可再生能源的研究開發(fā)，推動(dòng)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(yīng)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(jìn)行燃料生產(chǎn)與發(fā)電;我國生物質(zhì)能源起步相對(duì)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(jì)、生態(tài)經(jīng)濟(jì)為指導(dǎo)，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，從保護(hù)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(gè)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(duì)于我國這樣一個(gè)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(shí)現(xiàn)雙贏。利用科學(xué)的方法培育高產(chǎn)、抗逆性強(qiáng)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(qiáng)的能源植物，將會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。能源植物應(yīng)成為今后研究的重點(diǎn)方向，而這也將是草業(yè)發(fā)展的一個(gè)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(huì)被充分的利用，要實(shí)現(xiàn)雙贏指日可待。