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1.1 生物质能与其利用的意义
1.1.1 生物质能简介 绿色植物通过叶绿素的光合作用把空气中的 CO2 和 H2O 转化为葡萄糖并将光能储存其中，然后葡萄糖再进一步聚合，形成淀粉、纤维素、木质素、半纤维素等多糖，构成生物体。生物质能指采用直接或间接的方式，通过绿色植物的光合作用把太阳能转化为化学能从而固定和储藏在生物体内的能量[2]。从广义上来讲，生物质能是太阳能的一种具象存在形式，可以转化成固、液、气各种燃料，也可以通过加工转化成各种化工原料和产品。据统计，全球每年可以通过绿色植物的光合作用固定的生物能总量约为 1400~1800亿吨（干重），相当于目前全球总能耗的 10倍，而在全球能耗中，生物质约占总能耗的 14%，仅次于三大传统化石能源的消耗量。因此仍有极大一部分生物能源未被有效利用，生物质能作为有效的清洁能源具有巨大的应用潜力。生物质能的利用相比于其他能源，有以下优点[3]：（1）具有环保性，生物质通过光合作用吸收空气中的 CO2，在其作为生物质能的燃烧过程中，排放出的 CO2又可以通过光合作用被吸收，整个过程实现了 CO2的零排放，有利于缓解温室效应；同时相比于化石资源的燃烧利用，生物质的利用过程中基本不产生硫化物、氮氧化物和粉尘等；（2）生物质能贮量丰富且具有可再生性，由于绿色植物的光合作用一直存在，总会源源不断的将太阳能以化学形式储存于生物质中，因此生物质能不会枯竭；（3）生物质能来源广泛、易得，世界上各个国家和地区都存在着可利用的生物质能，并且相对廉价、易获取；（4）生物质能具有可储存和运输性，这对其进一步的加工利用提供了便利，使用更具价值。但是，生物质的缺点同样明显，能量密度小、分布范围广导致分散、低热值和成分复杂等缺点,源^自(751:文,论)文]网[www.751com.cn，使得生物质能的广泛应用在一定程度上受到开发成本的限制[4]。
1.1.2 生物质能源利用的意义 生物质自古来都是人类赖以生存的重要能源。全面推进生物质能源科学有效的利用，发展低碳经济是未来社会发展的必然趋势。作为消费总量仅次于三大化石能源的生物质能在整个能源利用系统中占据着举足轻重的地位。根据有关专家估计，生物质能极有可能成为未来社会可持续发展能源系统的重要组成，到本世纪中叶，采用新技术生产的生物质产替代燃料将占据全球能耗的 40%以上[5]。生物质能在全球储能丰富，但尚未被人们合理利用，其主要利用方式依旧是当作薪柴燃烧，利用效率低且对环境有较大的影响[6]。现代生物质能的利用途径主要是通过生物质的厌氧发酵制取甲烷，利用热解的方式生成燃料气、生物油和生物炭，利用生物质制取醇类作为燃料，利用生物工程技术培育能源作物，发展专项能源农场等[6]。生物质能源的使用不会造成 CO2在大气中含量的增加，而且生物质能源分布的普遍性与易制取性还决定了其价格的稳定性，不会造成能源的供应危机。 根据预测，我国生物质能源的使用潜力巨大，在生物能源方面，“十一· 五”期间我国完成了实验研究，“十二· 五”期间在逐步将其应用，“十三· 五”计划会大规模推广生物能源的使用。据统计，我国现有森林灌木丛 5000万公顷以上，生态林约 200万公顷，木材采伐、造材和加工等林业剩余物每年可提供林木生物量约 3.5 亿吨，换算成标准煤约 2 亿吨；我国农作物秸秆的年产量约 3 亿吨，相当于 1.5 亿吨标准煤；家禽家畜、养殖和工业有机废水理论上的年沼气产量大约 800 万立方米；全国城市生活垃圾约 1.2 亿吨。根据估算，我国现有生物质能源约 5 亿吨标准煤，随着经济的发展和植树造林，封山育林等植被保护措施的开展，我国生物能转化潜力可达 10 亿吨标准煤以上[7-8]。除此之外，我国还在全国范围内种植有含油料作物，淀粉作物，纤维作物等在内的 600 多种能源作物。这种品类繁多，分布面积广泛的作物农场也是我国生物能源发展的主力之一。 我国作为最大的发展中国家，保证能源独立是可持续发展经济的基础，发展生物质能源已经成为我国解决能源危机的有效途径之一[9]。我国石油储量只占全球总量的 2%，但消费量却稳居世界第二，且需求量持续增长，是石油消费大国也是石油进口大国，能源问题令人担忧。石油既是高效燃料，又是应用广泛的工业原料，在众多可持续能和新能源中，只有生物能源的规模化开发利用可以有效地降低我国对于石油资源的依存，保障我国能源独立与能源安全[10]。