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2009-2013年中国生物质能利用前景分析
科技动态 加入时间:2011-11-26 21:42:03 来源:admin  访问量:1828

一、中国生物质能利用具有巨大发展空间
   近年来,在能源危机、保护环境和可持续发展的呼声中,可再生的清洁能源以及能源的多元化备受关注。其中生物质能正日益引起能源专家和政府相关部门的高度关注。
  生物质能成为可再生能源的新亮点  
  生物质能是可再生能源,通常包括以下几个方面:一是木材及森林工业废弃物;二是农业废弃物;三是水生植物;四是油料植物;五是城市和工业有机废弃物;六是动物粪便。在世界能耗中,生物质能约占14%,在不发达地区占60%以上。全世界约25亿人的生活能源的90%以上是生物质能,直接燃烧生物质的热效率仅为10%-30%。生物质能的优点是燃烧容易,污染少,灰分较低;缺点是热值及热效率低,体积大而不易运输。生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的重要组成部分,到下世纪中叶,采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40%以上。

  为了缓解中国能源短缺问题,保证能源安全,治理有机废弃污染物,保护生态环境,建议国家应大力开发生物质能,实施能源农业的重大工程。今后15年,中国在生物质能源方面将重点发展农林生物质发电、生物液体燃料、沼气及沼气发电、生物固体成型燃料技术四大领域,开拓农村发展新型产业,为农村提供高效清洁的生活燃料,并为替代石油开辟新的渠道。
   全世界每年通过光合作用生成的生物质能约50亿吨,相当于世界主要燃料消耗的10倍,而作为能源的利用量还不到其总量的1%,中国的利用量更是远远低于世界平均水平。2005年,中国可再生能源开发利用总量约1.5亿吨标准煤,为当年全国一次能源消费总量的7%(其中非水电可再生能源利用占1%),根据政府的规划目标,到2010年和2020年可再生能源利用总量将分别达到2.7亿和5亿吨标准煤,占届时能源消费总量的11%和16%(其中非水电可再生能源利用占2%和5%)。因此,中国生物质能的发展利用空间很大。
   中国拥有充足的可发展能源作物,如农作物秸秆年产6亿吨,畜禽粪便年产21.5亿吨,农产品加工业如稻壳、玉米芯、花生壳、甘蔗渣等副产品的年产量超过1亿吨、边际土地4.2亿公顷,同时还包括各种荒地、荒草地、盐碱地、沼泽地等。据中国科学院石元春院士估计,如果能利用现有农作物秸秆资源的一半,生物质产业的产值就可达近万亿元人民币。截至2005年底,中国生物质发电量2GW,距离2010年的5.5GW和2020年的30GW还有很大的发展空间。作为唯一可运输并储存的可再生能源,凭其优越的先天条件,中国生物质能发电产业具备广阔的发展空间,拥有巨大的投资价值。
   根据《可再生能源中长期发展规划》确定的主要发展目标,到2010
  年,中国生物质发电达到5.5GW,生物液体燃料达到200万吨,沼气年利用量达到190亿立方米,生物固体成型燃料达到100万吨,生物质能源年利用量占到一次能源消费量的1%;到2020年,生物质发电装机达到30GW,生物液体燃料达到1000万吨,沼气年利用量达到400亿立方米,生物固体成型燃料达到5000万吨,生物质年利用量占到一次能源消费量的4%。
   中国生物质能产业化发展途径
  一是生物质固体燃料的发展模式。生物质固体成型燃料是农业部今后的重点发展领域之一。农业部将重点示范推广农作物秸秆固体成型燃料,重点在东北、黄淮海和长江中下游粮食主产区进行试点示范建设和推广,发展颗粒、棒状和块状固体成型燃料,并同步开发推广配套炉具,为农户提供炊事燃料和取暖用能。除去饲养牲畜、工业用和秸秆还田,中国每年还具有4亿吨制作成型燃料的资源可以生产1.5亿吨成型燃料,可替代1亿吨原煤,相当于4个平顶山煤矿的年产量。 
  二是油菜籽——生物柴油模式。中国农科院油料作物研究所所长王汉中研究员呼吁:国家应大力推广“油菜生物柴油”。生物柴油相对于矿物柴油而言,是通过植物油脂脱甘油后再经过甲脂化而获得。发展油菜生物柴油具备三大优点:一是可再生;二是优良的环保特性:生物柴油中不含硫和芳香族烷烃,使得二氧化硫、硫化物等废气的排放量显著降低,可降解性还明显高于矿物柴油;三是可被现有的柴油机和柴油配送系统直接利用。因此,生物柴油在石油能源的替代战略中具有核心地位。目前,发展生物柴油的瓶颈是原料。木本油料的规模有限,大豆、花生等草本油料作物与水稻、玉米等主要粮食作物争地,扩大面积的潜力不大。而作为生物柴油的理想原料,油菜具有其独特的优势。首先,适应范围广,发展潜力大:长江、黄淮流域、西北、东北等广大地区都适宜于油菜生长;其次,油菜的化学组成与柴油很相近:低芥酸菜油的脂肪酸碳链组成与柴油很相近,是生物柴油的理想原料;第三,可较好地协调中国粮食安全与能源安全的矛盾:长江流域和黄淮地区的油菜为冬油菜,充分利用了耕地的冬闲季节,不与主要粮食作物争地。
  三是纤维素——乙醇模式。在整个生物燃料领域,当前最吸引投资者的并不是用蔗糖、玉米生产乙醇,或是从油菜籽中提炼生物柴油,而是用纤维素制造乙醇。所有植物的木质部分——通俗地说,就是“骨架”都是由纤维素构成的,它们不像淀粉那样容易被分解,但大部分植物“捕获”的太阳能大多储存在纤维素中。如果能把自然界丰富且不能食用的“废物”纤维素转化为乙醇,那么将为世界生物燃料业的发展找到一条可行的道路。因为发展能源不可能走牺牲粮食的道路。尽管现在技术上还存在障碍,但大部分人仍相信,利用纤维素生产燃料乙醇代表了未来生物燃料发展的方向。
  四是能源作物——生物液体燃料模式。中国发展生物质能源不仅原料丰富,而且还有自行培养的甜高粱、麻疯树等优良能源植物;燃料乙醇、生物柴油等主产品工业转化技术基本成熟且有较大的改进空间,成本降幅一般在25%-45%,且目前在新疆、山东、四川等地已取得进展。发展能源作物不会威胁粮食安全与环保。相反,发展能源农业将是促进农民增收、调动农民种粮积极性的有效措施。粮食作物和能源作物有很好的互补性。首先,能源作物大都是高产作物,既能满足粮食安全的需求,又是很好的能源作物。其次,能源农业开发的领域很广,可以做到不与或少与粮食争地。能源农业开发的领域,大多是利用农业生产中的废弃物,如利用畜禽场粪便、农产品加工企业的废水与废物开发能源,既能增加农民收入,又能为粮食生产提供优质肥料,是生产清洁能源、促进粮食生产、保证粮食安全和能源安全的双赢举措。除粮食外,中国其他可用于生物质能生产的植物和原料还有很多,如甘蔗、甜菜、薯类等。仅广西的甘蔗资源和木薯资源分别具备年产830万吨和1300万吨生物乙醇的生产潜力,加起来超过2000万吨。根据能源作物生产条件以及不同作物的用途和社会需求,估计中国未来可以种植甜高粱的宜农荒地资源约有1300万公顷,种植木薯的土地资源约有500万公顷,种植甘蔗的土地资源约有1500万公顷。如果其中20%-30%的宜农荒地可以用来种植上述能源作物,充分利用中国现有土地与技术,生产的生物质可转化5000万吨乙醇,前景十分可观。
  五是林木生物质——生物柴油发展模式。森林具有可再生资源的属性。林业是天然的循环经济。生物质能技术是林业发展的新契机。中国生物质资源比较丰富,据初步估计,中国仅现有的农林废弃物实物量为15亿吨,约合7.4亿吨标准煤,可开发量约为4.6亿吨标准煤。2020年实物量和可开发量将分别达到11.65亿吨和8.3亿吨标准煤。目前全国尚有5400多万公顷宜林荒山荒地,如果利用其中的20%的土地来种植能源植物,每年产生的生物质量可达2亿吨,相当于1亿吨标准煤。中国还有近1亿公顷的盐碱地、沙地、矿山、油田复垦地,这些不适宜农业生产的土地,经过开发和改良,大都可以变成发展林木生物质能源的绿色“大油田”、“大煤矿”,补充中国未来经济发展对能源的需要。
   生物质能源将成为未来能源重要组成部分,到2015年,全球总能耗将有40%来自生物质能源,主要通过生物质能发电和生物质液体燃料的产业化发展实现。中国完全有条件进行生物能源和生物材料规模工业化、产业化,可以在2020年形成产值规模达万亿元。但是,生物质能的产业化发展过程也并非一帆风顺,因为生物质原料极其分散,采集成本、运输成本和生产成本很高,成为生物质燃料乙醇业的致命伤,若不能妥善解决将可能成为生物质能产业发展的瓶颈。从环保、能源安全和资源潜力综合考虑,在中国推进包括以沼气、秸秆、林产业剩余物、海洋生物、工业废弃物为原料的生物质能产业化的前景将十分广阔。
   二、中国林业发展生物质能源潜力巨大
   中国政府十分重视林业生物质能源的开发与利用。中国在林业生物质资源培育以及林业生物质能源开发方面,有着巨大的发展潜力。
   1、丰富的森林生物质资源为中国林业生物质能源发展提供了巨大的空间
   中国生物质资源十分丰富,就林业生物质资源而言,根据2005
  年初公布的第六次中国森林资源清查结果,近年来中国森林面积持续增长,森林蓄积稳步增加,森林质量有所改善。全国森林面积已达1.75亿公顷,森林覆盖率
  18.21%,森林蓄积量124.56亿立方米。其中人工林面积5300万公顷,蓄积15.05亿立方米。需要强调指出的是,中国现有不适宜农耕的宜林荒山荒地5400多万公顷,可以开发种植高产能源植物,如果利用其中20%的土地来种植能源植物,按照每公顷年生长量20吨计,每年产生的生物质量可达2亿吨,相当于1亿吨标准煤。此外,还有丰富的林下植物和非木质森林资源,以及大量的采伐、加工剩余物资源。因此,丰富的林业生物质资源,将为中国林业生物能源的发展提供有力的资源保障。
   2、科技创新与技术突破为中国林业生物质能源发展提供了宽广的平台林业生物质能源是可再生能源的重要组成部分,在林业生物质的固体成型燃料和气化发电、生物柴油和生物基乙醇等方面的科技创新与突破,为林业生物质能源的深度和广度开发利用提供了巨大的发展机遇。
   一是林业生物质固体成型燃料和气化发电开发利用。中国目前每年的林业废弃物及加工剩余物高达数亿吨。沙生灌木资源也十分丰富,仅内蒙古和辽宁就有220
  万公顷,但目前实际利用率仅为5%,潜力巨大。全国薪炭林高达300多万公顷。这些资源都是高燃烧值生物量,一般燃烧热值高达4000—4800大卡/公斤,是开发生物质的固体成型燃料和气化发电的重要原料。近年来,林业生物质固体成型燃料和气化发电在技术方面已日趋成熟,并已开展了一定规模的产业化示范,这些为上述资源的大规模能源化开发奠定了良好基础。
   二是林业生物柴油开发利用。中国的森林资源中蕴涵着丰富的燃料油植物,常见的木本燃料油植物有600多种。中国现有木本燃料油植物总面积超过600万公顷,年果实产量在200多万吨。但是,除了油茶等少量油料树种资源被广泛利用外,大多数资源尚未得到合理利用。将目前基本处于低效利用的木本燃料油资源中的1/3利用制取生物柴油,每年就有数百万吨原料可利用。此外,中国近年来十分重视能源植物的开发,已选育出多种含油量高、适应性强的木本燃料油植物新品种并进行了一定面积的示范推广,在木本燃料油转化生物柴油技术方面也已具备良好基础。据测算,若将现有宜林荒山荒地的10%用于种植木本燃料油植物,每年可新增木本油料资源1000万吨以上。  
  三是林业生物乙醇开发利用。生物乙醇是近年来最受关注的石油替代燃料之一。目前基于粮食淀粉的生物乙醇已基本实现规模化生产。但从战略发展的视角看,世界各国都将各类植物纤维素(包括速生林木、林业采伐及加工剩余物、农作物秸秆等)作为可供使用生产燃料酒精丰富而廉价的原料来源,其中利用木质纤维素制取燃料酒精将是解决原料来源和降低成本的主要途径之一。中国自20世纪50年代起,先后开展了生物质化学酸水解、纤维素酶水解法的研究和实践。随着科学技术的发展和转化技术的突破,在不久的将来,利用木质纤维素生产生物酒精将有望实现大规模生产,林业在可再生能源开发和利用中发挥的作用将愈来愈重要。
   三、中国生物质能利用的方向
   生物质能是由植物的光合作用固定于地球上的太阳能,最有可能成为21世纪主要的新能源之一。植物每年贮存的能量约相当于世界主要燃料消耗的10倍;而作为能源的利用量还不到其总量的1%。这些未加以利用的生物质,为完成自然界的碳循环,其绝大部分由自然腐解将能量和碳素释放,回到自然界中。事实上,生物质能源是人类利用最早、最多、最直接的能源,至今,世界上仍有15亿以上的人口以生物质作为生活能源。生物质燃烧是传统的利用方式,不仅热效率低下,而且劳动强度大,污染严重。通过生物质能转换技术可以高效地利用生物质能源,生产各种清洁燃料,替代煤炭,石油和天然气等燃料,生产电力。而减少对矿物能源的依赖,保护国家能源资源,减轻能源消费给环境造成的污染。生物质能源将成为未来持续能源重要部分,到2015年,全球总能耗将有40%来自生物质能源。人类正面临着发展与环境的双重压力。经济社会的发展以能源为重要动力,经济越发展,能源消耗多,尤其是化石燃料消费的增加,就有两个突出问题摆在我们面前:一是造成环境污染日益严重,二是地球上现存的化石燃料总有一天要掘空。按消费量推算,世界石油资源在今后50年到80年间将最终消耗殆尽。到2059年,也就是世界上第一口油井开钻二百周年之际,世界石油资源大概所剩无几。另一方面,由于过度消费化石燃料,过快、过早地消耗了这些有限的资源,释放大量的多余能量和碳素,打破了自然界的能量和碳平衡,是造成臭氧层破坏,全球气候变暖,酸雨等灾难性后果的直接因素。这就是说,如果不发展出新的能源来取代化石常规能源在能源结构中的主导地位,在21世纪必将发生严重的、灾难性的能源和环境危机,是人类在下一世纪所面临的三大最可能发生的灾难之一。
  固然,发展生物质能源不是获得新的能源的唯一途径,人类可以采用高技术手段获得核能源,甚至从外太空获得能源,但其中的危害也是有目共睹的。首先,核能源的发展极可能给已经不安的世界带来新的不稳定因素,甚至直接威胁到人类的生存环境;其次,各国或各集团在人类下世纪技术水平下所能到达的有限外太空区域内进行的能源开发,将不可避免地引发新的争夺或争端,其祸福不言自明。而生物质能源则不仅是最安全、最稳定的能源,而且通过一系列转换技术,可以生产出不同品种的能源,如固化和炭化可以生产因体燃料,气化可以生产气体燃料,液化和植物油可以获得液体燃料,如果需要还可以生产电力等等。目前,世界各国,尤其是发达国家,都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术,保护本国的矿物能源资源,为实现国家经济的可持续发展提供根本保障。
   我国的生物质能源中国基本上是一个农业国家农村人口占总人口的70%以上,生物质一直是农村的主要能源之一,在国家能源构成中也占有益要地位。
   3.1生物质能资源
   中国现有森林、草原和耕地面积41.4亿公顷,理论上生物质资源理可达650亿吨/年以上(在但第平方公里土地面积上,植物经过光合作用而产生的有机碳量,每年约为158吨)。以平均热值为15000千焦/公斤计算,折合理论资源最为33亿标准煤,相当于中国目前年总能耗的3倍以上。目前可以作为能源利用的生物质主要包括秸秆、薪柴、禽畜粪便、生活垃圾和有机废渣废水等。目前中国秸秆资源量已超过7.2亿吨,约3.6亿吨标准煤,除约1.2亿吨作为饲料、造纸、纺织和建材等用途外其余6亿吨可作为能源用途:薪柴的来源主要为林业采伐、育林修剪和薪炭林,中国年均薪柴产量约为1.27亿吨,折合标准煤0.74亿吨:禽畜粪便资源量约1.3亿吨标准煤;城市垃圾量生产量约1.2亿吨左右,并以每年8%-10%的速度增,中国可开发的生物质能资源总量约7亿吨标准煤。
   3.2生物质能源和利用
  中国生物质的能源利用绝大部分用于农村生活能源,极少部分用于乡镇企业的工业生产:而利用方式长期来一直以直接燃烧为主,只是近年来才开始采用新技术利用生物质能源,但规模较小。普及程度较低,在国家,甚至农村的能源结构中占有极小的比例。生物质直接燃烧方式不仅热效率低下,而且大量的烟尘和余灰的排放使人们的居住和生活环境日益恶化,严重损害了妇女、儿童的身心健康。此外,还对生态、社会和经济造成极其不利的影响:1.在必须使用生物质能源而利用方式不合理的情况下,必然对森林等自然资源进行不合理采伐,破坏了自然植被和生态平衡;2.对于有机垃圾、有机废水、有机废渣、禽畜粪便以及部分农业废弃物等资源没有充分加以利用,不仅造成资源浪费,而且使其成为主要的有机污染源,除造成严重的大气和水污染之外,还排放大量的温室气体,加剧了全球温室效应;3.同时,随着经济的迅速发展和人民生活水平的提高,能源短缺问题必将成为21世纪阻碍国家经济的持续发展的重大问题,必须予以足够的重视,并采取有效措施着力加以解决。事实上,大力开发和利用生物质能源,对于缓解21世纪的能源、环境和生态问题具有重要意义,产生诸多利益;4.减少污染,改善人民生活条件。不管是有机污水处理、城镇垃圾能源的利用还是秸秆热解利用中一个重要的共同点解决环境污染问题,这也是大部分生物质利用的首要目标。5.解决农村能源供应问题,提高农民生活水平。中国农村能源供应紧张,而生物质源丰富,所以可利开展利用生物质能,可以改善农村的能量供应。提高他们的生活水平。6.改善能源结构,减轻对对环境的压力。中国可开发的生物资源达7亿吨,如果能充分开发,可以在中国的能源消费中占重要的地方,这对改善中国能源结构,减少中国对石化燃料的依赖,进而减少中国CO2和SO2等污染物的排放,最终缓解能源消耗给环境造成的压力有重要的意义。
   3.3市场需求
   可以预计,随着国民经济的发展和人民生活水平的提高,生物质能利用技术和装置的市场前景将会越来越广阔。主要依据:1.目前,绝大部分农作物秸秆因得不到有效利用而就地焚烧于农田,不仅浪费了大量的能源,而成了严重的环境污染,给社会生活和经济发展造成了一定程度的负面影响。如发生在成都双流机场和首都机场的烟尘事件。逐渐富裕起来的农民,随着生活水平的提高,迫切改变原来直接燃用秸秆薪柴烟薰火燎的炊事取暖局面,以生物质可燃气作为他们的生活能源,就会改善其卫生环境,提高生活质量,减轻劳动强度。2.众多粮食、木材、茶叶、果类等加工厂,每天都有大量的谷壳、锯末、木屑、果壳等废弃物产出堆放,利用生物质气化技术将其转换成可燃气,生产出优质能源,变废为宝,可谓一举两得。3.禽畜粪便既是极为有害大环境污染源泉又是重要的生物质能资源,随着大型畜牧场的不断建成和发展,所产生的环境污染也日趋严重。应用厌氧技术处理禽畜粪便更具有能源与环境双重意义。4.随着中国社会经济的迅速发展,城市人口的增多和居民生活的改善,城市的垃圾处理问题便显得日益突出。中国的以北京为例,1995年,年垃圾产量均已突破400万吨,1996年北京的垃圾量则达485万吨。采用厌氧技术处理有机垃圾,不仅可获得能源,而且达到低费用治理污染的目的。5.中国的边远地区,生物质资源丰富,多属于缺电、少电地区,可将生物质气化发电,或供热可自产自用。6.事买上,生物质能源技术之所以具有广阔的市场前景,其优势在于开发利用生物质能源不仅可以获得取之不尽的能源,而且具有保护环境,节省资源的功能。
   3.4中国生物质能技术发展现状与问题 
  中国政府及有关部门对生物质能源利用极为重视,国家几位主要领导人曾多次批示和指示加强农作物秸秆的能源利用。国家科委已连续在三个国家五年计划中将生物质能技术的研究与应用列为重点研究项目,涌现出一大批优秀的科研成果和成功的应用范例,如产用沼气池、禽畜粪便沼气技术、生物质气化发电和集中供气、生物压块燃料等,取得了可观的社会效益和经济效益。
   a. 沼气技术是中国发展最早、曾晋遍推厂的生物质能源利用技术。70年代,中国为解决农村能源短缺的问题,曾大力开发和推广户用沼气地技术,全国已建成525
  万户用沼气池。在最近的连续三个五年计划中,国家都将发展新的沼气技术列为重点科技攻关项目,计划实施了一大批沼气及其利用的研究项目和示范工程。至今,中国已建设了大中型沼气池3万多个,总容积超过137万m3,年产沼气5500万m3,仅100m3以上规模的沼气工程就达630多处,其中集中供气站 583处,用户8.3万户,年均用气量431m3,主要用于处理禽畜粪便和有机废水。这些工程都取得了一定程度的环境效益和社会效益,对发展当地经济和中国厌氧技术起到了积极作用。在“九五”计划中,应用于处理高浓度有机废水和城市垃圾的高效厌氧技术被列为科技攻关重点项目,分别由中科院成都生物研究所和杭州能源环境研究所承担实施,现已取得预期的进展。中国厌氧技术及工程中存在的主要问题:相关技术研究少、辅助设备配套性差、自动化程度低、非标设备加工粗糙、工程造价高、开放式前后处理的二次污染严重等。b.中国的生物质气化技术近年有了长足的发展,气化炉的形式从传统上吸式、下吸式到最先进的流化床、快速流化床和双床系统等,在应用上除了传统的供热之外,最主要突破是农村家庭供气和气化发电上。“八五”期间,国家科委安排了“生物质热解气化及热利用技术”的科技攻关专题,取得了相当成果:采用氧气气化工艺,研制成功生物质中热值气化装置;以下吸式流化床工艺,研制成功l00户生物质气化集中供气系统与装置:以下吸式固定床工艺,研制成功食品与经济作物生物质气化烘干系统与装置;以流化床干馏工艺,研制成功1000户生物质气化集中供气系统与装置。“九五”期间,国家科委安排了“生物质热解气化及相关技术”的科技攻关专题,重点研究开发1MW大型生物质气化发电技术和农村秸秆气化集中供气技术。目前全国已建成农村气化站近200多个,谷壳气化发电100多台套,气化利用技术的影响正在逐渐扩大。c.“八五”期间,中国开始了利用纤维素废弃物制取乙醇燃料技术的探索与研究,主要研究纤维素废弃物的稀酸水解及其发酵技术,并在“九五”期间进入中间试验阶段。中国已对植物油和生物质裂解油等代用燃料进行了初步研究:如植物油理化特性、酯化改性工艺和柴油机燃烧性能等方面进行了初步试验研究。“九五”期间,开展了野生油料植物分类调查及育种基地的建设。中国的生物质液化也有一定研究,但技术比较落后,主要开展高压液化和热解液化方面的研究。d.此外,在“八五”期间,中国还重点对生物质压缩成型技术进行了科技攻关,引进国外先进机型,经消化、吸收,研制出各种类型的适合中国国情的生物质压缩成型机,用以生产棒状、块状或颗粒生物质成型燃料。中国的生物质螺旋成型机螺杆使用寿命达500小时以上,属国际先进水平。
   虽然中国在生物质能源开发方面取得了巨大成绩,技术水平却与发达国家相比仍存在一定差距,如:a.新技术开发不力,利用技术单一。中国早期的生物质利用主要集中在沼气利用上,近年逐渐重视热解气化技术的开发应用,也取得了一定突破,但其他技术开展却非常缓慢,包括生产酒精、热解液化、直接燃烧的工业技术和速生林的培育等,都没有突破性的进展。b.由于资源分散,收集手段落后,中国的生物质能利用工程的规模很小;为降低投资,大多数工程采用简单工艺和简陋设备,设备利用率低,转换效率低下。所以,生物质能项目的投资回报率低,运行成本高,难以形成规模效益,不能发挥其应有的、重大的能源作用。c.相对科研内容来说,投入过少,使得研究的技术含量低,多为低水平重复研究,最终未能解决一些关键技术,如:厌氧消化产气率低,设备与管理自动化程度较差;气化利用中焦油问题没有彻底解决,给长期应用带来严重问题;沼气发电与气化发电效率较低,相应的二次污染问题没彻底解决。导致许多工程系统常处于维修或故障的状态,从而降低了系统运行强度和效率。
   此外,在中国现实的社会经济环境中,还存在一些消极因素制约或阻碍着生物质能利用技术的发展、推广和应用,主要表现为:a.在现行能源价格条件下,生物质能源产品缺乏市场竟争能力,投资回报率低挫伤了投资者的投资积极性,而销售价格高又挫伤了消费者的积极性。b.技术标准未规范,市场管理混乱。在秸杆气化供气与沼气工程开发上,由于未有合适的技术标准和严格的技术监督,很多未具备技术力量的单位和个人参与了沼气工程承包和秸杆气化供气设备的生产,引起项目技术不过关,达不到预期目标,甚至带来安全问题,这给今后开展生物质利用工作带来很大的负面影响。c.目前,有关扶持生物质能源发展的政策尚缺乏可操作性,各级政府应尽快制定出相关政策,如价格补贴和发电上网等特殊优惠政策。d.民众对于生物质能源缺乏足够认识,应加强有关常识的宣传和普及工作。e.政府应对生物质能源的战略地位予以足够重视,开发生物质能源是一项系统工程,应视作实现可持续发展的基本建设工程。
   发展方向与对策
   4.1发展方向
  中国的生物质能资源丰富,价格便宜,而经济环境和发展水平对生物质技术的发展处于比较有利的阶段。根据这些特点,中国生物质的发展既要学习国外先进经验,又要强调自己的特色,所以,今后的发展方向应朝着以下几方面:a.进一步充分发挥生物质能作为农村补充能源的作用,为农村提供清洁的能源,改善农村生活环境及提高人民生活条件。这包括沼气利用、秸杆供气和小型气化发电等实用技术。b.加强生物质工业化应用,提高生物质能利用的比重,提高生物质能在能源领域的地位。这样才能从根本上扩大生物质能的影响,为生物质能今后的大规模应用创造条件,也是今后生物质能能否成为重要的替代能源的关键。c.研究生物质向高品位能源产品转化的技术,提高生物质能的利用价值。这是重要的技术储备,是未来多途径利用生物质的基础,也是今后提高生物质能作用和地位的关键。d.同时,利用山地、荒地和沙漠,发展新的生物质能资源,研究、培育、开发速生、高产的植物品种,在目前条件允许的地区发展能源农场、林场,建立生物质能源基地,提供规模化的木质或植物油等能源资源。
  生物质能源在未来世纪将成为可持续能源重要部分。中国幅员辽阔,但化石能源资源有限,生物质资源丰富,发展生物质能源具有重要的战略意义和现实意义。采用高新技术将秸秆、禽畜粪便和有机废水等生物质转化为高品位能源,开发生物质能源将涉及农村发展、能源开发、环境保护、资源保护、国家安全和生态平衡等诸多利益。希望得到社会各界、各级政府、专家学者的广泛关注与支持,为中国的生物质能源事业创造有益的发展环境。
   四、2050年中国生物质能发展预测
   中国科学院发布中国面向2050
  年科技发展路线图,其中的生物质资源科技发展路线图提出目标,确保国家未来生物质资源可持续利用,为中国21世纪生物资源科技、生物产业和生物经济的发展提供资源安全保障,实现中国由生物质资源大国向生物质资源及生物经济强国的根本转变。中国至2050年生物质资源科技发展路线图提出,生物质资源是人类繁衍和发展的物质基础,既是地球上重要的资源宝库,也是一个国家重要的战略生物资源,除了人类现已经利用的少部分生物质资源外,绝大部分有着更大经济和社会价值的生物质资源尚未被人类认识和利用,数以万计的动物、植物和微生物蕴涵着解决人类可持续发展必需的衣、食、住、行所依赖资源需求的巨大潜力。生物质资源科技领域发展路线图的主线思维是:系统认知生物界的生物物质资源、功能性资源、基因资源和生物智能资源。通过基础性地部署生物质资源产生、演变、代谢调控等机理的目标研究;战略性地实施从生物群落—居群—个体—组织—细胞-基因完整性的需求研究和学科交叉融合;前瞻性构建生命规律研究的系统生物学理论和应用技术体系,从宏观生物资源和微观分子生物水平开发新型生物质资源的利用和发掘途径,为未来新能源和新材料、农业及食品、营养及健康、生态及环境领域发展提供生物质资源的科技支撑。
  战略路径一:光合作用机理与提高作物及能源植物光能利用效率。揭示生物光合作用机理,解决生物光合原理应用技术的瓶颈;立足中国本土生物质资源,加强部署资源筛选评价及开发利用的理论和技术研究,突破现有遗传改良、基因工程、规模化种植和工业化生产的理论和核心技术的瓶颈,建成中国可持续生物能源的研发体系,最终实现中国生物再生能源技术规模化应用和商业化。
  战略路径二:生物质能源。筛选优质高效的能源植物资源,建立能源植物在中国不同地域的繁育和生产基地;探索能源植物高效转能和蓄能的生物学机制,开展创新种质,优化规模种植及加工生产体系;建立完善的生物质能源转化的应用理论体系和技术集成,提高生物质能源的品级,实现大规模商业化应用生物质能源,以替代进口石油30%左右。
  战略路径三:微生物资源发掘利用。微生物资源是人类赖以生存和发展的重要物质基础和生物科技创新的重要源泉。生命科学研究、预防医学的研究、生物技术及其产业的研发、食品科学等都是建立在微生物资源基础之上。根据中国的生物技术现状和微生物资源开发利用现状,加强微生物资源研发及相关产业链体系建设,提升中国生物产业的竞争力。
  战略路径四:战略生物资源的发掘和可持续利用。生物资源既是地球上最重要的可再生资源,也是一个国家重要的战略资源。加强中国特有生物战略资源研究、遏止物种消亡,并致力于中国战略生物资源保护和发掘利用,合理布局中国广袤非农牧边际土地的生物产业发展,保障国家经济和社会发展所需的生物能源、农林产业、生态环境和人类健康的源头生物资源安全和可持续利用。
  战略路径五:基因组及基因资源。面向21世纪基因组和基因技术发展趋势并结合中国国情,致力于基因组资源挖掘、生物燃料分子开发、分子机器认识与改进;揭示生命系统的分子机器,认识分子机器在生命体中调控,建立基于基因组数据库、基因组表达数据库、蛋白质表达和组装数据库基础上的系统生物学理论和应用技术体系,从微观分子生物水平开发新型生物质资源的利用和发掘途径。 
  战略路径六:生物质资源的特殊利用——仿生材料与仿生技术。自然界蕴藏着丰富的智能生物资源,“物竞天择”的生物世界是科学技术创新的知识宝库和学习源泉,是人类至今涉足甚微的智能资源库。通过仿生的智能特性研究,为设计和建造新的技术设备提供新原理、新方法和新途径。仿生科技与先进制造、先进材料和先进军事装备紧密相关,本章仅限于与生物质资源相关的仿生材料和技术,并突出与能源和环境有关的仿生生物质资源,重点放在节能减排上。


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