“鉆木取火”“擊石取火”……對火的使用是人類文明發(fā)展的一座重要里程碑，彰顯著人類在惡劣環(huán)境中迸發(fā)出的生存智慧。燒火做飯、照明取暖，人類用火焰點燃身邊最司空見慣的樹枝、秸稈等獲得熱能，支撐自己的生存和發(fā)展。在漫長的古代社會，我們今天稱為生物質能的樹枝、秸稈等是人類利用最早、最普遍、最重要的“古典”能源。
進入近現代社會，隨著對煤炭、石油、天然氣等化石能源的開發(fā)和利用，人類對生物質能的依賴程度和使用比例大幅降低。然而，以化石能源大量消耗為特征之一的傳統(tǒng)工業(yè)化帶來日益嚴重的環(huán)境問題，人類努力開發(fā)利用各種可再生能源，優(yōu)化、“綠化”能源結構。正是在這一背景下，作為“古典”能源，具有“綠色”“環(huán)境友好”“可再生”等特征的生物質能，在現代科技的推動下重新煥發(fā)出勃勃的生機。新中國成立以來，特別是改革開放40年來，中國在生物質能開發(fā)利用領域取得了豐碩成果。今天，在中國的能源結構中，生物質能正以平穩(wěn)快速發(fā)展的勢頭行進在復興的道路上。
①總量豐富的綠色可再生能源
生物質有廣義和狹義之分，廣義上的生物質是指利用大氣、水、土地等通過光合作用而產生的各種有機體，即一切有生命的可以生長的有機物質通稱為生物質，包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物為食物的動物及其生產的廢棄物。有代表性的生物質如農作物、農作物廢棄物、木材、木材廢棄物和動物糞便。
狹義上的生物質主要是指農林業(yè)生產過程中除糧食、果實以外的秸稈、樹木等木質纖維素、農產品加工業(yè)下腳料、農林廢棄物及畜牧業(yè)生產過程中的禽畜糞便和廢棄物等物質。
以生物質為載體、由生物質產生的能量便是生物質能。生物質能是太陽能以化學能形式貯存在生物中的一種能量形式，直接或間接來源于植物的光合作用。
據估算，地球上的植物進行光合作用所消費的能量占太陽照射到地球總輻射量的0.2%，比例雖然很低，但絕對值驚人，可以說生物質能是人類取之不盡用之不竭的能源寶庫。其主要來源包括薪柴、牲畜糞便、制糖作物、城市垃圾和污水、水生植物等。
生物質能具有三大特征。一是可再生性。由于可以通過植物的光合作用而形成，生物質能與風能、太陽能等一樣是可再生能源，源源不斷生產，保障永續(xù)利用。二是綠色環(huán)保。一方面，由于生物質中硫含量、氮含量很低，燃燒過程中基本不會造成有害氣體;另一方面，生物質燃燒排放釋放的二氧化碳的量與其生長需要的二氧化碳相當，因而對大氣的二氧化碳凈排放量近似于零，不會加劇溫室效應。三是分布廣泛、總量豐富。根據生物學家的估算，陸地每年生產1000億一1250億噸生物質;海洋年生產500億噸生物質。生物質能源的年生產量遠遠超過全世界年能源需求總量。
②沼氣大規(guī)模推廣助力美麗鄉(xiāng)村建設
“沼氣”是生物質能的典型代表。農業(yè)農村部規(guī)劃設計研究院工程師王飛介紹說，沼氣作為一種方便、清潔、高品位的生物質能，是秸稈、糞便、生活污水等有機物質在一定水分、溫度和厭氧條件下，經微生物發(fā)酵產生的可燃氣體。由于其原料豐富、技術簡單、造價低廉、環(huán)境友好的特點而受到國家的高度重視。
中國農村戶用沼氣的大規(guī)模建設開始于20世紀50年代末期。1979年，國務院批轉農業(yè)部等部門《關于當前農村沼氣建設中幾個問題的報告》，促進了農村沼氣建設，并在20世紀80年代初期出現了一波建設高潮。此后，到本世紀初，農村沼氣建設平穩(wěn)發(fā)展。2000年底，全國農村沼氣近850萬戶。2003-2015年，在中央投資帶動下，農村沼氣發(fā)展進入了快速發(fā)展新階段。截至2015年底，全國戶用沼氣近4200萬戶，受益人口達2億。
沼氣的大發(fā)展為新農村建設帶來了深遠影響，具體來說，包括3個方面。
一是增強了農村能源安全保障能力。農村沼氣歷史性地解決了2億多人口炊事用能質量提升問題，促進了農村家庭用能清潔化、便捷化。規(guī)?；託夤こ淘跒橹苓呣r戶供氣的同時，也滿足了養(yǎng)殖場內部的用氣、用熱、用電等清潔用能需求。2015年，全國沼氣年生產能力達到158億立方米，約為全國天然氣消費量的5%，每年可替代化石能源約1100萬噸標準煤，對優(yōu)化國家能源結構、增強國家能源安全保障能力發(fā)揮了積極作用。
二是推動了農業(yè)發(fā)展方式轉變。農村沼氣上聯養(yǎng)殖業(yè)，下促種植業(yè)，是促進生態(tài)循環(huán)農業(yè)發(fā)展的重要舉措，不僅有效防止和減輕了畜禽糞便排放和化肥農藥過量施用造成的面源污染，而且對提高農產品質量安全水平，促進綠色和有機農產品生產，實現農業(yè)節(jié)本增效，轉變農業(yè)發(fā)展方式發(fā)揮了重要作用。據測算，農村沼氣年可生產沼肥7100萬噸，按氮素折算可減施310萬噸化肥，每年可為農民增收節(jié)支近500億元。
三是促進了農村生態(tài)文明發(fā)展。農村沼氣實現了畜禽養(yǎng)殖糞便、秸稈、有機垃圾等農業(yè)農村有機廢棄物的無害化處理、資源化利用，緩解了困擾農村環(huán)境的“臟亂差”問題。對實現農村家園、田園、水源清潔，建設美麗宜居鄉(xiāng)村、發(fā)展農村生態(tài)文明起到了積極作用。
在沼氣建設實踐中，中國科學家和工程技術人員進行了一系列創(chuàng)新，開發(fā)出適應北方地區(qū)、南方地區(qū)和西北地區(qū)的沼氣技術模式:整合沼氣池、畜禽舍、廁所、日光溫室，組成能源生態(tài)綜合利用體系的“四位一體”模式;整合沼氣池、豬舍、廁所，構成的能源生態(tài)“三位一體”模式;由沼氣池、果園、暖圈、衛(wèi)生廁所、蓄水窖構成的能源生態(tài)“五配套”模式。此外，在相關技術開發(fā)方面，“寒冷地區(qū)干濕耦合厭氧發(fā)酵技術”“分布式新農村資源化技術”“原生態(tài)高活性沼氣菌種研制技術”等取得突破，為沼氣建設推廣奠定了基礎。
值得一提的是，中國沼氣技術走出國門，建成了突尼斯養(yǎng)雞場沼氣發(fā)電示范工程、坦桑尼亞劍麻廢棄物沼氣發(fā)電工程、朝鮮國家科學院恩情養(yǎng)殖場沼氣示范工程、摩爾多瓦沼氣示范項目等，為國際生物質能開發(fā)利用和節(jié)能減排作出了積極貢獻。
③發(fā)電量有望提前完成“十三五”目標
2016年末，總投資約36億元的“上海老港再生能源利用中心二期工程”項目舉行開工儀式。這場看似平常的開工儀式其實是中國生物質能利用領域中的一件大事，因為該項目于2019年完工投產后，將使上海老港再生能源利用中心總焚燒處理生活垃圾能力提升至300萬噸/年，年發(fā)電能力將達到9億千瓦時，居世界同類電廠之首。
伴隨城市化進程，中國大小城市產生的生活垃圾越來越多，而在對其進行分類回收利用的基礎上，對其中的各類有機可燃物也就是生物質進行焚燒發(fā)電，做到物盡其用，是很多國家通行的做法。近年來，中國在城市生活垃圾處理中，在堅持資源回收、循環(huán)利用的同時，把焚燒發(fā)電作為其無害化處理和電能生產的一種重要方式，投產了一批生物質能發(fā)電廠。據大連理工大學環(huán)境學院教授李愛民介紹，上世紀80年代后期，中國第一座工業(yè)化垃圾焚燒發(fā)電廠在深圳市建成投產，日處理城市生活垃圾300噸，裝機容量3000千瓦。2000年，以國產設備為主的珠海垃圾發(fā)電廠建成，日處理垃圾600噸，裝機容量6000千瓦。之后在上海、北京、重慶等地建設了一批城市生活垃圾焚燒發(fā)電廠。
在廣大農村地區(qū)，玉米、小麥、水稻、高粱等脫粒后的秸稈等生物質是發(fā)電的理想原料。有關數據顯示，全國農作物秸稈年產量約為7億噸左右，每年可作為能源加以利用的秸稈總量達3.76億噸。近年來，在相關政策支持下，一些秸稈發(fā)電項目陸續(xù)建設。2006年12月，總投資約3億元的山東單縣生物質發(fā)電項目正式投產發(fā)電，這是中國第一個竣工投產的國家級生物質直燃發(fā)電示范項目，其裝機容量為2.5萬千瓦。該電廠所需燃料以破碎后的棉花秸稈為主，可摻燒部分樹枝、桑條、果枝等林業(yè)廢棄物。每年可消耗農林廢棄物15萬噸-20萬噸，發(fā)電量約1.6億千瓦時。此后，在全國陸續(xù)建設了一批秸稈燃燒發(fā)電廠，以至局部地區(qū)出現秸稈燃料供不應求的局面。
根據今年初國家能源局新聞發(fā)布會上的信息，2017年，中國生物質發(fā)電794億千瓦時，同比增長22.7%;生物質發(fā)電新增裝機274萬千瓦，同比增長22.6%。截至2017年底，生物質發(fā)電裝機1488萬千瓦。《生物質能“十三五”規(guī)劃》提出的各項指標有望提前完成。
④為綠色出行提供可再生能源新選擇
2017年11月1日，中石化上海奉賢莊行加油站和中石化浦東機場緯三加油站開始提供一類新的油品:B5生物柴油。它是由俗稱的“地溝油”加工而成的生物柴油與石油柴油按照一定比例混合而成。此前，上海的公交車和環(huán)衛(wèi)車已經使用B5生物柴油。實踐證明，車輛在使用這種生物柴油之后，不僅發(fā)動機運行正常，而且重金屬以及細顆粒物等污染氣體排放降低了10%以上，氮氧化物凈化效率達80%以上，此外，其銷售價格比傳統(tǒng)柴油低5%，這種油品也因此受到很多消費者歡迎。中石化相應加大了該油品的市場供應。根據中石化上海分公司擬定的相關方案，至2019年底，B5車用柴油銷售網點將力爭達到200座，市場供應能力達到每年40萬噸。
生物柴油是動植物油脂與醇經酯交換反應得到的，與傳統(tǒng)的石化能源相比，其硫等含量較低，具有良好的潤滑性。中國生產生物柴油的主要原料與國際上有所不同，國際上主要是從油菜、大豆、棕櫚等農作物上獲取，中國則以“地溝油”為原料。
與生物柴油獲取類似，生物航空煤油也是以動植物油脂為原料，經過加氫技術和催化等獲取的，并且在中國已經投入使用。2013年4月，一架東航客機加注了國產生物航油試飛成功，中國由此成為世界上第四個掌握生物航油技術的國家。2017年11月，一架海南航空航班加注了國產生物航油，完成了跨洋商業(yè)載客飛行，標志著中國生物航油自主研發(fā)生產技術已經成熟。
近年來，中國在生物液體燃料方面取得的一大發(fā)展就是生物燃料乙醇的大規(guī)模生產與應用。生物燃料乙醇是優(yōu)良的燃料，其主要生產原料是高粱、玉米、木薯、海藻等，是可再生能源。
中國生物燃料乙醇發(fā)展迅速。2001年，國家五部委頒布《陳化糧處理若干規(guī)定》，規(guī)定陳化糧主要用于生產乙醇、飼料等，并批準建立4家乙醇企業(yè)。之后，年產60萬噸和年產30萬噸生物燃料乙醇項目分別在吉林和河南開工建設。隨后，車用乙醇汽油的試用工作在一些地方展開。據中國經濟網報道，2015年，中國成為繼美國、巴西之后的第三大燃料乙醇生產國和消費國。2017年，生物燃料乙醇產量達到260萬噸。根據《生物質能發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，到2020年，生物燃料乙醇年產將達到400萬噸。2017年9月下發(fā)的《關于擴大生物燃料乙醇生產和推廣使用車用乙醇汽油的實施方案》明確提出，到2020年，在全國范圍內推廣使用車用乙醇汽油，基本實現全覆蓋。這就意味著中國的生物燃料乙醇正迎來跨越式發(fā)展機遇。
