生物質(zhì)作為能源，是一種貯存太陽(yáng)能的可再生物質(zhì)，生長(zhǎng)過(guò)程中吸收大氣中的CO2，用現(xiàn)代技術(shù)可以轉(zhuǎn)化成固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料。生物質(zhì)能在我國(guó)是僅次于煤炭、石油和天然氣的第四類(lèi)能源資源，在能源系統(tǒng)中占有重要地位。我國(guó)生物質(zhì)能資源主要包括薪材、秸稈、畜類(lèi)和垃圾，這些資源的共同特點(diǎn)是能量密度低，分布廣泛。

    中國(guó)有8億人口生活在農(nóng)村，0.6億人口沒(méi)有電力供用，0.7億人口嚴(yán)重缺柴，1.7億人口面臨沙漠化的威脅。農(nóng)牧民在這些地區(qū)的生活燃料主要靠生物質(zhì)能，但生物質(zhì)又恰恰是這些地區(qū)減緩沙漠化、扼制沙漠化最基本的屏障。在許多生物質(zhì)資源和水資源極度匱乏地區(qū)，農(nóng)牧民的生活燃料一天也不可缺少，因此就出現(xiàn)了這樣的過(guò)程：樹(shù)砍光了就割草當(dāng)柴燒，草割光了就挖樹(shù)根、草根，尋找一切可燃物做飯。對(duì)農(nóng)牧民來(lái)說(shuō)這已是一種困窘和無(wú)奈；對(duì)國(guó)家來(lái)說(shuō)，廣大沙漠邊緣地區(qū)、荒漠化地帶，植被就這樣被“連根拔掉”了。內(nèi)蒙古西部的阿拉善旗，其面積比浙江省還大，近來(lái)由于弱水河斷流，加之人為過(guò)度使用草場(chǎng)，致使域內(nèi)著名的居延湖干涸，草原變?yōu)榛哪L(fēng)吹沙揚(yáng)，今年多次沙塵暴的源頭就在那里。生物質(zhì)能屬于可再生的低碳能源，若以現(xiàn)代手段高效率地予以開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)換，將對(duì)逐步改變我國(guó)以化石燃料為主的能源結(jié)構(gòu)，特別是為農(nóng)村地區(qū)因地制宜地提供清潔方便的能源，具有十分重要的意義。

一、有機(jī)物的來(lái)源

1、牲畜糞便
    牲畜的糞便，經(jīng)干燥可直接燃燒供應(yīng)熱能。若將糞便經(jīng)過(guò)厭氧處理(anaerobic treatment)，會(huì)產(chǎn)生甲烷和可供肥料使用之淤渣(slurry)。若用小型厭氧消化糟(anaerobic digestor)，僅需三至四頭牲畜之的糞便即能滿(mǎn)足發(fā)展中國(guó)家中小家庭每天能量的需要。
 
2、農(nóng)作物殘?jiān)?BR>    農(nóng)作物殘?jiān)z留於耕地上也有水土保持與土壤肥力固化的功能，因此，農(nóng)作物殘?jiān)豢珊翢o(wú)限制地供作能源轉(zhuǎn)換。

3、柴薪
    至今仍為許多發(fā)展中國(guó)家的重要能源，仍需依賴(lài)柴薪來(lái)滿(mǎn)足大部分能量需求。不過(guò)由于日益增加薪柴的需求，將導(dǎo)致林地日減，需適當(dāng)規(guī)劃與植林方可解決這一問(wèn)題。
 
4、制糖作物
    對(duì)具有廣大未利用土地的國(guó)家而言，如將制糖作物轉(zhuǎn)化成乙醇將可成為一種極富潛力的生物能。制糖作物最大的優(yōu)點(diǎn)，在於可直接發(fā)酵(fermentation)變成乙醇。

5、城市垃圾
    一般城市垃圾主要成分紙屑（占40%）、紡織費(fèi)料（占20%）和廢棄食物（占20%）。將城市垃圾直接燃燒可產(chǎn)生熱能，或是經(jīng)過(guò)熱解體(Pyrolysis)處理而制成燃料使用。

6、城市污水
    一般城市污水約含有0.02～0.03%固體與99%以上的水分。下水道污泥(sewage sludge)有望成為厭氧消化槽的主要原料。

7、水生植物
    利用水生植物化成燃料也為增加能源供應(yīng)方法之一。

8、種植能源作物增加生物能
    目前具有發(fā)展?jié)摿Φ哪茉醋魑铮ǎ?快速成長(zhǎng)作物樹(shù)木糖與淀粉作物（供制造乙醇）含有碳氧化的合作物草本作物水生植物農(nóng)林廢料供應(yīng)的能量是十分可觀(guān)的。據(jù)Putnam氏的看法，將近全世界總消費(fèi)量的20%，或約為木材貢獻(xiàn)的四倍。在美國(guó)這些費(fèi)料的熱含量約為木材消費(fèi)量的3.5 倍。但此等費(fèi)料的收集、運(yùn)輸、及轉(zhuǎn)變?yōu)榭勺魃唐返娜剂弦痊F(xiàn)在石油產(chǎn)品的價(jià)格要高幾倍呢。
 
二、生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)分類(lèi)

    根據(jù)我國(guó)在2050年要達(dá)到世界中等發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)水平和改善生態(tài)環(huán)境的大目標(biāo)要求，我國(guó)在2020和2050年以現(xiàn)代技術(shù)開(kāi)發(fā)生物質(zhì)能，應(yīng)分別達(dá)到1.95和2.7億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。對(duì)適于我國(guó)應(yīng)用的幾種生物質(zhì)能源技術(shù)如下。

1、直接燃燒
    家用爐、鍋爐技術(shù)成熟，已進(jìn)入完全商業(yè)化階段。我國(guó)1998年已有1.85億農(nóng)戶(hù)使用省柴節(jié)煤爐灶，熱效率25%�，F(xiàn)熱效率超過(guò)70%、達(dá)到國(guó)家環(huán)保總局指標(biāo)要求的低排放多用爐已通過(guò)產(chǎn)品鑒定，即將投放市場(chǎng)。對(duì)于致密成型技術(shù)，擠壓部件的材質(zhì)及工藝處理有待改進(jìn)，并受產(chǎn)品市場(chǎng)需求限制，技術(shù)雖已成熟但近期不會(huì)有大發(fā)展。

2、熱解氣化
    以秸稈為原料，2kg秸稈產(chǎn)出1立方米低熱值生物可燃?xì)�，日產(chǎn)可燃?xì)?000m立方米供應(yīng)200戶(hù)炊用的小型氣化裝置已有200多臺(tái)在運(yùn)轉(zhuǎn)。雖然財(cái)政評(píng)價(jià)不過(guò)關(guān)，但有前景，當(dāng)前應(yīng)是示范階段，以便改進(jìn)技術(shù)和總結(jié)經(jīng)營(yíng)等方面經(jīng)驗(yàn)。還要盡早制定產(chǎn)品和操作標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在最忌搶風(fēng)頭、一陣風(fēng)地上工程。今后，這種熱能氣化站應(yīng)納入現(xiàn)代化小城鎮(zhèn)規(guī)劃，增大產(chǎn)氣規(guī)模，效益指標(biāo)將改善。應(yīng)加大科技投入，盡早解決諸如焦油等癥結(jié)，推出系列產(chǎn)品。

3、生物化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)
    （1）農(nóng)戶(hù)型以沼氣技術(shù)為紐帶的生態(tài)家園模式，豬、沼、果（南方），豬、沼、棚、菜（四位一體）（北方），這是生態(tài)農(nóng)業(yè)中的一種關(guān)鍵性技術(shù)，要盡早提高商品化程度。
    （2）禽畜糞便有機(jī)廢水厭氧消化技術(shù)，當(dāng)前已處理量不足4%，資源開(kāi)發(fā)潛力很大。
    （3）工業(yè)有機(jī)廢水厭氣溫消化技術(shù)；
    （4）秸稈厭氧發(fā)酵工業(yè)化規(guī)模產(chǎn)氣技術(shù)。以上3種轉(zhuǎn)換技術(shù)，資源供應(yīng)可靠，技術(shù)成熟。我國(guó)1998年供應(yīng)農(nóng)村居民21億立方米沼氣和數(shù)千萬(wàn)噸優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥，多種功能皆可貨幣化，社會(huì)可接受性良好，已進(jìn)入準(zhǔn)商業(yè)化階段。它們被世界能源委員會(huì)和許多國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)定一種成功的多效益的技術(shù)產(chǎn)業(yè)。
    （5）轉(zhuǎn)換技術(shù)研制成果十分誘人，2kg玉米秸稈產(chǎn)1立方米生物可燃?xì)�，但中試工程尚未完善，希望各方面給予支持，加強(qiáng)示范，以便取得更多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

三、生物能的能量轉(zhuǎn)化過(guò)程

1、生化轉(zhuǎn)化過(guò)程

（1）厭氧消化
    厭氧消化為一生化轉(zhuǎn)化過(guò)程，依靠不需氧微生物將固體有機(jī)物轉(zhuǎn)化成甲烷、二氧化碳、氫及其他產(chǎn)物，整個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程可分成三個(gè)步驟。
    首先，將不可溶復(fù)合有機(jī)物轉(zhuǎn)化成可溶化合物。
    然后，可溶化合物再轉(zhuǎn)化成短鏈（Short chain）酸與乙醇。
    最后，二步驟的產(chǎn)物再經(jīng)各種厭氧菌（不需氧生物）轉(zhuǎn)化成氣體，一般最后的產(chǎn)物含有50～80%的甲烷，最典型產(chǎn)物為含65%的甲烷與35%的二氧化碳。
    其主要優(yōu)點(diǎn)為可利用水分含量達(dá)90%的有機(jī)物，可小規(guī)模利用，淤渣能充當(dāng)農(nóng)作物的肥料。至于主要缺點(diǎn)為大量廢水需適當(dāng)處理，氣體產(chǎn)品儲(chǔ)藏費(fèi)用高。

（2）乙醇發(fā)酵
    糖類(lèi)作物發(fā)酵可制成乙醇。一般所謂的乙醇整批制程（batch　process），先將發(fā)酵物（糖類(lèi)作物）稀釋至糖分約為20%（重量），且酸化至Ph4～5，再加入酵母菌（約5%），再將液體施以分留和精煉。一般2.5加倫糖或5.85公斤糖（約2184Kcal）可制造１加倫的乙醇（3.79升，21257Kcal），因此在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中幾無(wú)能量損失。
    若使用淀粉作物（例如，玉米、大麥）做發(fā)酵物，必須先將淀粉轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵糖分，然后再進(jìn)行發(fā)酵�？晒┌l(fā)酵制造乙醇的作物，包括甘蔗、番薯，甜菜等。
    由作物發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的費(fèi)用約為每公升0.34美元，其高生產(chǎn)成本是由于制程為整批式而非連續(xù)的，最終產(chǎn)物（乙醇）含有酵母需再精煉處理。這種產(chǎn)量不足以克服高度工業(yè)化的需求�，F(xiàn)在美國(guó)的消費(fèi)量將近30億桶，以能含量計(jì)約為四十億桶的酒精（酒精的熱能約為汽油的70%）。在美國(guó)木材地區(qū)此等數(shù)字作比較，總計(jì)約為70萬(wàn)平方里（＝1.8百萬(wàn)平方公里），其三分之一即約16億畝是有的賣(mài)的，且實(shí)際可用的約為35億畝，我們認(rèn)為，像美國(guó)這樣的國(guó)家的燃料需求還不能由發(fā)酵酒精來(lái)克服。

2、熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程

（1）熱解：
    熱解也稱(chēng)為干餾（destructive distillation），指在缺氧條件下的加熱作用。將有機(jī)物熱解會(huì)產(chǎn)生氣體、液體與固產(chǎn)物，大多數(shù)熱解氣體（pyrogas）的主要成分為H2、CO2、CO、CH4與少量碳?xì)浠衔铮ɡ纾彝椋�；熱解液體一般含有乙醇、醋酸、水或焦油（tars）等；至于熱解固體殘余物含有炭（例如，木炭）于灰分等。
    熱解過(guò)程包括下列處理程序：原料粗碎，烘干粗碎原料，去除雜質(zhì)，原料細(xì)碎，熱解，冷產(chǎn)物，儲(chǔ)存與分配產(chǎn)物。熱解加熱過(guò)程中，固態(tài)有機(jī)物一般于300℃以上開(kāi)始進(jìn)行熱解，某些催化劑（例如，氯化鋅）可降低熱解反應(yīng)的起始溫度。此類(lèi)熱解反應(yīng)非常復(fù)雜并且產(chǎn)物成分常隨熱解原料與反應(yīng)狀態(tài)有很大變化，通常低溫與緩慢加熱可產(chǎn)生大量固體產(chǎn)物，而快速加熱與高溫將產(chǎn)生較多氣體產(chǎn)物，操作溫度也會(huì)影響氣體產(chǎn)物的品質(zhì)。假若引入空氣以維持燃燒，氣體產(chǎn)物物含有大量的氮，此氮成分將會(huì)形成氧化物，因而降低氣體燃料的熱含量。
    薪材熱解作用一般指在大氣壓和200℃～600℃溫度之間進(jìn)行，在此狀況下典型的產(chǎn)物包括：木炭30～35% 有機(jī)液體18～20%氣體20%（產(chǎn)品重量相對(duì)與干燥源料的重量）如果將薪材加熱至1100℃，熱解作用依然存在。在此狀況下，大部分液體與固體分餾物將進(jìn)一步分解，故有較多氣體產(chǎn)物產(chǎn)生。
    氣化：有機(jī)物的氣化是熱化學(xué)反應(yīng)將固體燃料轉(zhuǎn)化成可燃?xì)怏w。完全燃燒必須發(fā)生在有充分氧氣的狀況下，而有機(jī)物氧化作用則必須在氧氣不足的狀況下進(jìn)行。
    最簡(jiǎn)單的氧化作用方式為空氣氧化（air gasification），有機(jī)物在有限量空氣之下進(jìn)行不完全燃燒反應(yīng)�？諝庋趸癄t構(gòu)造簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜並且可靠性高，主要缺點(diǎn)在於所產(chǎn)生氣體被空氣中氮?dú)馑♂專(zhuān)虼藲怏w產(chǎn)物的熱值低，經(jīng)濟(jì)效益不高。
 
（2）液體燃料制造
    直接液化：使用CO或H2作為還原劑，於高溫高壓下將有機(jī)物直接氧化，且均產(chǎn)生油狀液體產(chǎn)物，其可再分餾而充當(dāng)燃料使用。
    間接液化：將有機(jī)物間接液化的主要方法，采用合成氣體制成原料。而最先發(fā)展的間接液化法是處理煤氣液化。

A、合成氣體制成乙醇
    此過(guò)程在石化工業(yè)上應(yīng)用極廣，多用作乙醇制造。目前可行方法很多，其中最易的方法是將H2與CO在高溫（約300℃）與高壓（約100Atm）下結(jié)合，並使用催化劑。此法自薪材提煉乙醇，產(chǎn)率約為360公斤/噸薪材，能量轉(zhuǎn)換效率約在30～40%之間。顯然乙醇熱含量（19.8GJ/噸）低于石油燃料（43.7GL/噸汽油），但其仍可用于發(fā)動(dòng)汽、柴油機(jī)。

B、Mobil法
    若利用Mobil法可將乙醇轉(zhuǎn)化成高辛烷值汽油，因此可免修改引擎。此方法在試驗(yàn)室內(nèi)己獲證實(shí)，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)90%。紐西蘭目前正籌建一座日產(chǎn)量12500噸合成石油工廠(chǎng)，可將天然氣轉(zhuǎn)化為乙醇。

C、Fisher-Tropseh法
    Fisher-Tropsch法利用催化劑將合成氣體制成碳?xì)淙剂�。此法發(fā)明于1920年，而二次大戰(zhàn)時(shí)盛行于德國(guó)，以制造合成燃料，今日南非利用此法以轉(zhuǎn)換煤碳，但產(chǎn)物復(fù)雜，目前正研究尋求適當(dāng)催化劑以使產(chǎn)物化單純化。此法若改采用有機(jī)物做原料，則產(chǎn)物的硫含量較低。
    目前研究中之另一有機(jī)物間接液化法，是將熱解氣體制成合成石油，其未來(lái)發(fā)展?jié)摿Ρ豢春�。此技術(shù)稱(chēng)為China lake process，其采用先進(jìn)的快速熱解步驟，它比標(biāo)準(zhǔn)熱解法可產(chǎn)制含較多幣屬烴（olefins）的氣體產(chǎn)品。此氣體產(chǎn)品再經(jīng)壓力聚合成高分子量碳?xì)浠衔�，�?jīng)精煉后即可成為有用燃料。據(jù)估計(jì)總轉(zhuǎn)換率有22%。

更多知識(shí)，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)http://www.stcsm.gov.cn/learning/lesson/xinxi/index.asp。