石油、煤炭和天然氣等化石能源的不可再生性，以及使用過程所帶來的環境惡化效應，迫使人們不得不重新審視和調整長期以來實行的化石能源發展戰略。可再生的生物質能源成為人類社會21世紀能源研究發展的熱點。我國中長期科技發展規劃已把生物質資源的開發利用作為可持續發展的戰略重點。2006年1月1日開始正式實施的我國第一部《可再生能源促進法》，大大地推動包括生物質能源在內的可再生能源的開發利用。本文綜述林業生物質能資源和利用技術現狀，富通新能源生產銷售的
顆粒機、
秸稈顆粒機、
木屑顆粒機、
秸稈壓塊機專業壓制生物質成型顆粒燃料。
1、生物質能源的地位
生物質是直接或間接地來源于植物光合作用而產生的各種有機體，包括動植物和微生物。生物質能是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉化為化學能而蘊藏在生物質內部的一種能量形式，是一種以生物質為載體的能量，是可再生的綠色能源。在各種可再生能源中，生物質能源是唯一可再生、可替代化石能源轉化成液態和氣態燃料以及其它化工原料或者產品的碳資源。生物質能源通常是指：各種速生的能源林、薪炭林、經濟林、用材林、灌木林，木材及森林工業廢棄物；農業生產和加工剩余物；水生植物；油料植物；城市和工業有機廢棄物；動物糞便等。生物質能源的應用研究開發幾經波折，在第二次世界大戰前后，歐洲的木質能源應用研究達到高峰，然后隨著石油化工和煤化工的發展，生物質能源的應用逐漸趨于低谷。到20世紀70年代由于中東戰爭引發的全球性能源危機以來，可再生能源——包括木質能源在內的開發利用研究，重新引起了人們的重視。
1.1具有豐富的可持續發展的生物質能資源
我國具有豐富的生物質能資源，主要來自于農林資源。理論生物質能資源約有50億噸煤當量(tce)，是我國目前總能耗的4倍左右。根據資料介紹，目前我國年可獲得生物質資源量達到3. 14億tce，其中秸稈和薪材分別占54%和36%，見表1。以國家發展和改革委員會所作的糧食生產預測、我國畜牧業發展規劃和林業發展規劃、我國主要能源作物畝產水平和我國土地資源面積等為參照進行預測，到2050年，年可獲得的生物質能資源潛力有9. 04億tce，比2003年的3. 14億tce增加了2倍。我國有5 700萬hrri2宜林地和荒沙荒地，還有1億hm2不適宜發展農業的邊際土地資源，充分開發利用我國的土地資源，在不與農林作物（糧油棉）等爭土地的條件下，發展林木生物質能源潛力巨大。
現有農業生物質能種類分布見圖1。林業生物質能的種類和可獲得資源量，根據調查和分析測算見表)。其中林業生物質不僅僅品質高于農業生物質，而且具有巨大的發展空間。
1.2生物質能源利用與環境友好
能源是現代社會賴以生存和國民經濟發展的基礎。作為能源支柱的化石能源已對人類的生存環境帶來嚴重的污染，石油、煤、天然氣等化石能源是不可再生的，資源是有限的，正面臨著逐漸枯竭的危險。20世紀80年代后期，由于燃燒產生大量的S02、CO2等氣體，嚴重污染環境。大氣中90%以上的污染物NOx和SOx以及90%以上的酸雨都來自于煤和石油的使用，溫室效應氣體COz的排放已造成對生態環境的威脅。如果不采取有效措施控制二氧化碳的排放，全球持續變暖將會給人類賴依生存的地球帶來災難性的后果。使用生物質能，幾乎不產生污染，使用過程中幾乎沒有S02產生，產生的C02氣體又為生物質的生長所吸收，形成所謂的二氧化碳平衡循環。
我國是一個人口大國，又是一個經濟迅速發展的國家，隨著經濟的發展，生活水平的提高，環境保護意識的加強，化石能源逐漸減少，對包括生物質能源在內的可再生資源的合理、高效地開發利用，必然愈來愈受到人們的重視。有關專家估計，生物質能源極有可能成為未來可持續能源系統的組成部分，到21世紀中葉，采用新技術生產的各種生物質替代燃料將占全球總能耗的40%以上。生物質能源利用技術和化石燃料的利用方式具有很大的兼容性，以生物質作為原料經過能量轉換制造高品位的氣體燃料和液體燃料，不但可以彌補化石燃料的不足，緩解過分依賴大量進口石油的被動局面，實現我國能源安全戰略，而且達到保護生態環境的目的。因此改變能源生產和消費方式，開發利用生物質等可再生的清潔能源資源對建立可持續的能源系統，促進國民經濟發展和環境保護具有重大意義。
2、生物質能源主要轉化技術
各種生物質能源在利用時均需轉化，由于不同生物質資源在物理化學方面的差異，轉化途徑各不相同，除人畜糞便的厭氧處理以及油料與含糖作物的直接提取外，多數生物質能要經過轉化過程。生物質能源轉換技術的研究開發工作主要包括物理、化學和生物等三大類轉換技術，將可再生的生物質能源轉化為潔凈的高品位氣體或者液體燃料，作為化石燃料的替代能源用于電力、交通運輸、城市煤氣等方面。生物質能源轉換的方式，涉及到固化、直接燃燒、氣化、液化和熱解等技術。其中，直接燃燒是生物質能源最獲得應用的方式。生物質的熱解氣化是熱化學轉化中最主要的一種方式。生物質能源轉換技術和產品如圖2所示。
2.1物理轉換技術（壓縮成型技術）
壓縮成型就是將松散的生物質原料，經過高壓／高溫壓縮成一定形狀且密度大的成型物，以實現減少運輸費用、提高使用設備的有效容積燃燒強度、提高轉換利用的熱效率。日本1948年申報了利用木屑為原料生產棒狀成型燃料的第一個專利，并且實現了棒狀成型機的商品化；20世紀70年代初，美國研究開發了內壓滾筒式顆粒成型機，并在國內形成大量生產，年生產顆粒成型燃料達80萬噸以上。日本、瑞士、瑞典等發達國家也先后研究開發了顆粒壓縮成型燃料技術，主要作為家用燃料和工業發電的原料。中國的成型燃料生產始于20世紀80年代，現在已經開發的技術主要是棒狀和顆粒狀成型燃料，比較成熟的技術是棒狀及其炭化成型炭，產品出口到日本、韓國等地。顆粒成型燃料技術和設備的研究開發也已經引起了人們的重視，但是技術還需要進一步成熟。
2.2化學轉換技術
生物質化學轉換可分為傳統化學轉換和熱化學轉換。生物質熱化學轉換法，可獲得木炭、焦油和可燃氣體等品位高的能源產品，該方法又按其熱加工的方法不同，分為高溫干餾、熱解、高壓液化、快速熱解、高溫氣化等方法。在熱化學轉化方面，大體上可分為下述幾方面：一是直接燃燒，二是氣化提供燃料氣或用于發電，三是液化制取液體產品，這種產品便于儲存和輸送，可部分替代燃料油，還可進一步生產其它化學品。
2. 2.1 氣化生物質氣化是指固體物質在高溫條件下，與氣化劑反應得到小分子可燃氣體的過程，氣化主要反應是生物質碳與氣體之間的非均相反應和氣體之間的均相反應。通常所說的氣化，還包括生物質的熱解過程。熱解氣化原理見圖3所示。所用氣化劑不同（如空氣煤氣、水煤氣、混合煤氣以及蒸汽——氧氣煤氣等），得到的氣體燃料組分也不同，產出的氣體主要有CO、H2、C02、CH4、N2以及C。H。等烷烴類碳氫化合物。生物質的氣化利用又可分為氣化供氣／供熱／發電、制氫和間接合成，生物質轉換得到的合成氣(CO+H2)，經催化轉化制造潔凈燃料汽油和柴油以及含氧有機物如甲醇和二甲醚等。生物質的氣化制氫是指把氣化產品中的氫氣分離并提純，所得產品可作燃料電池用氫。
生物質氣化技術已有100多年的歷史。最初的氣化反應器產生于1883年，它以木炭為原料，氣化后的燃氣驅動內燃機，推動早期的汽車或農業排灌機械。第二次世界大戰期間，是生物質氣化技術的鼎盛時期。
2.2.2液化液化是指通過化學方式將生物質轉換成液體產品的過程。液化技術主要有直接液化和間接液化兩類。直接液化是把生物質放在高壓設備中，添加適宜的催化劑，在一定的工藝條件下反應，制成液化油，作為汽車用燃料或進一步分離加工成化工產品。間接液化就是把生物質氣化成氣體后，再進一步進行催化合成反應制成液體產品。這類技術是生物質的研究熱點之一。生物質中的氧含量高，有利于合成氣(CO +H2)的生成，其中的N、S含量和等離子體氣化氣體中幾乎無C02、CH4等雜質存在，極大地降低了氣體精制費用，為制取合成氣提供了有利條件。我國雖然對費托合成進行了多年研究，但至今未工業化。催化劑的開發及反應器系統的研究與開發是進一步放大的關鍵，特別是針對生物質合成氣的特點（如氣體組成，焦油等），必須研究反應機理，對已有的技術及催化劑進行改造，提高產品品質及過程的經濟性，才有望使之工業化。
2.2.3熱解生物質在隔絕或少量供給氧氣的條件下，利用熱能切斷生物質大分子中碳氫化合物的化學鍵，使之轉化為小分子物質的加熱分解過程通常稱之為熱解，這種熱解過程所得產品主要有氣體、液體、固體三類（產品產品比例根據不同的工藝條件而發生變化）．如圖4所示。
按照升溫速率又分為低溫慢速熱解和快速熱解。一般在400℃以下，主要得到焦炭(30%)；國外研究開發了快速熱解技術，即在500℃，高加熱速率(1000℃/s)，短停留時間的瞬時裂解，制取液體燃料油。液化油得率以干物質計，可高達70%以上，液化油的熱值為1.7×104 kVkg，是一種很有開發前景的生物質應用技術。快速裂解條件比較難控制，條件控制不好對產率影響較大。生物油是一種液體產品，有高的氧含量及低的氫碳比，由于生物油的獨特性質，導致其不穩定，尤其是它的熱不穩定性。需要經催化加氫、催化裂解等處理才能用作燃料。快速裂解技術自20世紀80年代提出以來得到了迅速的發展。現已發展了多種工藝．加拿大Watedoo大學流化床反應器、荷蘭rwem大學旋轉錐反應器、瑞士自由降落反應器等均達到最大限度地增加液體產品收率的目的。我國從“十·五計劃”開始快速熱解的相關研究工作，目前仍然處于實驗室和中間實驗研究階段。
2.3 生物化學轉化技術
2. 3.1 生物質水解技術生物質制取乙醇最主要的原料是：糖液、淀粉和木質纖維素等。生物技術制備乙醇的生產過程為先將生物質碾碎，通過化學水解（一般為硫酸）或者催化酶作用將淀粉或者纖維素、半纖維素轉化為多糖，再用發酵劑將糖轉化為乙醇，得到的乙醇體積分數較低(5%一15%)的產品，蒸餾除去水分和其他一些雜質，最后濃縮的乙醇（一步蒸餾過程可得到體積分數為95%的乙醇）冷凝得到液體。木質纖維素生物質（木材和草）的轉化較為復雜，其預處理費用昂貴，需將纖維素經過幾種酸的水解才能轉化為糖，然后再經過發酵生產乙醇。這種化學水解轉化技術能耗高，生產過程污染嚴重、成本高，缺乏經濟競爭力。目前正開發用催化酶法水解，但是因為酶的成本高，尚處于研究階段。
2.3.2厭氧發酵技術厭氧發酵是指在隔絕氧氣的情況下，通過細菌作用進行生物質的分解。將有機廢水（如制藥廠廢水、人畜糞便等）置于厭氧發酵罐（反應器、沼氣池）內，先由厭氧發酵細菌將復雜的有機物水解并發酵為有機酸、醇、H2和C02等產物，然后由產氫產乙酸菌將有機酸和醇類代謝為乙酸和氫，最后由產CH4菌利用已產生的乙酸和Hz、C02等形成CH3，可產生CH。（體積分數為55%- 65 010）和C02（體積分數為30%-40%）氣體混合物。許多專性厭氧和兼性厭氧微生物，如丁酸梭狀芽孢桿菌、大腸埃希式桿菌、產氣腸桿菌、褐球固氮菌等，能利用多種底物在氮化酶或氫化酶的作用下將底物分解制取氫氣。厭氧發酵制氫的過程是在厭氧條件下進行的，氧氣的存在會抑制產氫微生物催化劑的合成與活性。由于轉化細菌的高度專一性，不同菌種所能分解的底物也有所不同。因此，要實現底物的徹底分解并制取大量的氫氣，應考慮不同菌種的共同培養。厭氧發酵細菌生物制氫的產率較低，能量的轉化率一般只有33%左右。為提高氫氣的產率，除選育優良的耐氧菌種外，還必須開發先進的培養技術才能夠使厭氧發酵有機物制氫實現大規模生產。
2.3.3生物質生物制氫技術光合微生物制氫主要集中于光合細菌和藻類，它們通過光合作用將底物分解產生氫氣。1949年，CEST等首次報道了光合細菌深紅紅螺菌（Rhodospirillumrubrum）在厭氧光照下能利用有機質作為供氫體產生分子態的氫。此后人們進行了一系列的相關研究。目前的研究表明，有關光合細菌產氫的微生物主要集中于紅假單胞菌屬、紅螺菌屬、梭狀芽孢桿菌屬、紅硫細菌屬、外硫紅螺菌屬、丁酸芽孢桿菌屬、紅微菌屬等7個屬的20余個菌株。光合細菌產氫機制，一般認為是光子被捕獲得光合作用單元，其能量被送到光合反應中心，進行電荷分離，產生高能電子并造成質子梯度，從而形成腺苷三磷酸( ATP)。另外，經電荷分離后的高能電子產生還原型鐵氧還原蛋白( Fdred)．固氮酶利用ATP和Fdred進行氫離子還原生成氫氣。
3、主要應用產品
3.1固體產品
成型物的形式主要有棒狀、顆粒兩大類。生物質的固體產品主要是通過壓縮成型后，成型產物作為工業鍋爐、民用爐灶和工廠、家庭取暖爐以及農業暖房的燃料，也可進一步加工成木炭。
3.2液體燃料油
3.2.1生物油 生物油主要是指通過化學轉換方式將生物質轉換成液體產品，如可替代化石燃料的汽油、煤油和柴油及含氧燃料添加物甲醇和二甲醚等液體產品。
3.2.2燃料乙醇14J 利用玉米等糧食發酵生產酒精，是釀酒工業的基礎，我國已有數千年的歷史。我國目前生產燃料乙醇的原料，主要是玉米、木薯和糖（如甘蔗和甜高粱汁）。“十·五”期間經過國家發改委批準，已經完成建設10萬t的4個燃料乙醇生產企業：吉林燃料乙醇公司、河南天寇企業集團、安徽豐原生化有限公司和黑龍江華潤金玉酒精公司。這些企業2006年已經生產了100萬t燃料乙醇和900萬t普通汽油摻兌后成為1 000萬t生物汽油，占全國消費量的1/5以上。
3.2.3生物柴油
傳統概念的狹義的生物柴油根據美國標準ASTM D6751定義為：由植物油脂或者動物油脂制備的含有長鏈脂肪酸單烷基酯燃料。脂肪鏈長在8—22的各種動植物油脂均可用于制備生物柴油。世界上首套生物柴油工業生產裝置（產能1萬t/a，菜籽油作為原料）是于1990年在奧地利建成投產的。2005年，全球生物柴油產量已達240萬t。而且，正進入快速增長期，預期2010年產能將達到1 350萬t。新概念的廣義的生物柴油的定義應該為：以生物質為原料，經過物理、化學和生物技術方法，制備成具有與化石柴油相似性質，并且可以替代化石柴油應用于交通運輸等行業的液體燃料油。如德國Choren是專門生產生物質液體燃料的集團公司，從1998年進行新型生物質氣化工藝試驗，2002年開展各種原料合成液體燃料的研發和工業化生產，經過多年的研發和試制，形成了較為成熟的技術、工藝和生產設備，并建成了示范工廠和小規模的生產車間，目前正與我國山東合作，計劃建造可以大規模工業化生產生物質液體燃料生產基地。
國內有關生物柴油裝置投產的報道也屢見不鮮。根據報道統計現在應該具有100萬t的生產能力的裝置，但是真正建設完成并且正常運行的生產能力，2006年應該在10萬t左右。福建龍巖卓越新能源公司已有2萬t/a生物柴油生產裝置，2006年達到基本滿負荷生產。我國目前生物柴油裝置基本上均以地溝油和油腳等作為原料，由于很多企業一哄而上，結果本來可以用來生產的原料就不多，導致地溝油價格已從2006年初的1 800元／t上漲到年底的3 000元／t左右。目前，全國廢棄油脂總量約在500萬Ua左右，其中相當比例要用于化工生產。因此，生物柴油的生產，除了還有許多技術問題需要解決外，其原料的供應是當務之急。林業具有潛在的豐富資源。如黃連木和麻瘋樹籽等林業生物質的含油量高達50%。國家林業局計劃發展2億畝林地種植生物能源樹基地。預計到2015年，可以提供1 000萬噸生物柴油原料。
3.3氣體產品
生物質氣化供氣，作為家庭生活的氣體燃料，已經推廣應用了400多套小型的氣化系統，主要應用在農村，規模一般在可供200—400戶家庭用氣，供氣戶數4萬余戶。用于木材和農副產品烘干的有800多臺。生物質氣化發電技術也得到了應用，第一套應用稻糠發電的小型氣化機組是在1981年，1MW級以上生物質氣化發電系統已推廣應用20多套。氣化得到的氣體熱值為4～10MJ/m3，氣化的熱效率一般為70%左右，發電的熱效率比較低，小型的氣化系統只有12%左右，MW級的發電效率也不到18%。研究開發的氣化設備主要是下吸式固定床、上吸式固定床、流化床和循環流化床。
4、結論
生物質能源是唯一可再生、可替代化石能源轉化成液態和氣態燃料以及其它化工原料或者產品的碳資源。我國現有180多億噸林木生物質資源量、8 -10億噸可獲得量和3億噸可作為能源的利用量。生物質能源轉化技術主要是：壓縮成型、化學轉換和生物化學轉換等高效轉化過程。目前生物質能源轉化利用主要在氣化發電（供熱、供氣）；乙醇、生物柴油和成型燃料等方面；生物化學轉化技術、生物質快速熱解和合成液體燃料是未來的產業化發展方向。生物質能源的開發需要加強扶持，應引起人們的高度重視。
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