我國農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能利用現(xiàn)狀及發(fā)展前景

丁攀　葉芳　張軻　黃澤權(quán)　張韶祥　季福杰　蔣云仲　劉新萍

一、我國農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能資源種類

（一）秸稈

我國農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量每年近7億t，而農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)的廢棄物則高達8000多萬t。近年來，包括草本能源作物、油料作物、制取碳氫化合物植物和水生植物等以提供能源為主的能源作物已逐漸成為農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能的一大資源?？紤]到農(nóng)作物秸稈可獲得性的特點，預(yù)計我國農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源可轉(zhuǎn)化為能源的農(nóng)作物秸稈資源量為3億t，折合標(biāo)準(zhǔn)煤為1.5億t。

（二）畜禽糞便

根據(jù)2008年我國生豬、雞和牛的存欄量計算，全國主要畜禽糞便排放量為30多億t，其干物質(zhì)量為5億多t。而這些排泄物又是其他形態(tài)生物質(zhì)（主要是糧食、農(nóng)作物秸稈和牧草等）的轉(zhuǎn)化形式，因此，它們是一種很好的生物質(zhì)資源。據(jù)有關(guān)專家預(yù)測，2008年我國畜禽糞便生產(chǎn)沼氣的潛力約為2200億m3。

（三）生活污水和工業(yè)有機廢水

生活污水主要由城鎮(zhèn)居民生活、商業(yè)和服務(wù)業(yè)的各種排水組成。工業(yè)有機廢水主要是酒精、釀酒、制糖、食品、制藥、造紙及屠宰等行業(yè)生產(chǎn)過程中排出的廢水等。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)得知，我國主要工業(yè)企業(yè)每年排放的有機廢水約為8.5億t，廢渣約為2500萬t。

（四）城市固體廢物

城鎮(zhèn)居民生活垃圾，商業(yè)、服務(wù)業(yè)垃圾和建筑業(yè)垃圾等構(gòu)成城市固體廢物，其組成成分比較復(fù)雜。據(jù)有關(guān)部門調(diào)查，2008年我國城市垃圾清運量近2億t，考慮到目前城市垃圾的收集率不到50%，其作為生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化的資源可獲得量則為1億t。

綜上所述，我國目前主要生物質(zhì)資源可以轉(zhuǎn)化能源的潛力合計為每年8億～10億的標(biāo)準(zhǔn)煤。

二、我國生物質(zhì)能利用現(xiàn)狀

（一）沼氣技術(shù)

近年來，我國政府對農(nóng)村沼氣建設(shè)給予了強有力的持續(xù)支持和投入，截至2008年年底，我國已有3049萬農(nóng)戶使用了農(nóng)村沼氣，每年產(chǎn)沼氣113.9億m3;全國建有16.4萬處生活污水凈化沼氣池，專門處理公廁、醫(yī)院等公共場所等生活污水，總池容達785萬m3。同時，各地還因地制宜地整合太陽能、沼氣技術(shù)以及種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，實踐性地探索出一系列適合我國農(nóng)村地區(qū)推廣應(yīng)用的北方“四位一體”、南方“豬—沼—果”和西北“無配套”能源生態(tài)模式。

近年來，以厭氧消化為核心技術(shù)、以廢棄物資源化利用為目的大中型沼氣工程已成為處理利用禽畜糞便、農(nóng)作物秸稈和工業(yè)有機廢水最為有效的手段之一。截至2008年年底，全國共建成各種類型沼氣工程3.98萬處，總池容達到502萬m3，形成了每年約7.11億m3沼氣的生產(chǎn)能力。

（二）直接燃燒技術(shù)

我國大部分農(nóng)村的農(nóng)民現(xiàn)在還仍然以傳統(tǒng)的爐灶進行炊事和取暖，其生活燃料主要來源于農(nóng)作物秸稈和薪柴。通過改進農(nóng)村現(xiàn)有的炊事爐灶，不僅提高了傳統(tǒng)爐灶的燃燒效率（大約20%），而且減少了室內(nèi)空氣污染，改善了農(nóng)村生活環(huán)境。截至2008年年底，我國農(nóng)村已累計推廣省柴節(jié)煤爐灶1.46億戶，高效低排放節(jié)能爐3342萬臺，節(jié)能炕2050萬鋪，極大緩解了農(nóng)村能源短缺的緊張局面，改善了農(nóng)村居民日常生活的環(huán)境狀況。

（三）氣化技術(shù)

農(nóng)作物秸稈氣化集中供氣是我國在20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一項技術(shù)。截至2008年年底，我國農(nóng)作物秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)供氣站保有量已達856處，年產(chǎn)生物質(zhì)燃氣3.12億m3。

（四）固體成型技術(shù)

目前，我國研發(fā)出來的生物質(zhì)固體成型燃料有顆粒、塊狀和棒狀幾種形式，主要用于民用炊事取暖、商用餐飲洗浴、工業(yè)鍋爐和發(fā)電等。生物質(zhì)固體成型設(shè)備一般分為螺旋擠壓式、活塞沖壓式和環(huán)模滾壓式。我國生物質(zhì)固體成型燃料設(shè)備在加工生產(chǎn)實際使用中的一個突出問題，擠壓成型關(guān)鍵部件的使用壽命較短，成型燃料成本較高，這也是生物質(zhì)固體成型技術(shù)發(fā)展的最大障礙。截至2008年年底，全國已有102個示范項目正在運行中，北京市、河南省和江蘇省等地的生物質(zhì)固體成型燃料已開始走向市場化和商業(yè)化，并獲得了成功。

（五）生物液體燃料

受糧食產(chǎn)量的制約，我國政府已強調(diào)“不與人爭糧、不與糧爭地”開發(fā)利用生物燃料的原則，明確提出要擴大非糧生物乙醇和生物柴油燃料的生產(chǎn)，有關(guān)部門正在組織科研單位和專家開展甜高粱莖稈、薯類莖稈（木薯、甘薯）、甘蔗莖稈和農(nóng)作物秸稈等制取生物燃料乙醇的項目，以及利用菜籽油、棉籽油、烏柏油、木油、茶油和地溝油等原料小規(guī)模生產(chǎn)生物柴油的項目，并在部分?。▍^(qū)）建立了生物液體燃料生產(chǎn)和加工基地，初步具備了商業(yè)化發(fā)展的條件。

三、我國生物質(zhì)能的發(fā)展前景

（一）一定時期內(nèi)生物質(zhì)能仍將是我國農(nóng)村的主要能源之一

目前，我國約有6億多人口生活在農(nóng)村地區(qū)。自20世紀(jì)80年代以來，我國經(jīng)濟改革使農(nóng)村經(jīng)濟得到了迅猛發(fā)展，農(nóng)村地區(qū)能源消費的數(shù)量、品種和結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生了巨大的變化，農(nóng)村能源消費總量由1980年的3.28億t標(biāo)準(zhǔn)煤增長至2008年的9.24億t標(biāo)準(zhǔn)煤，增加了1.8倍，并且生物質(zhì)能在農(nóng)村生活用能結(jié)構(gòu)中仍占有約40%的比例。這說明在今后相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，生物質(zhì)能還將扮演一個非常重要的角色。

（二）生物質(zhì)燃料將部分替代化石能源

目前，我國已經(jīng)成為世界上能源消費的第二大國，而且是全球能源消耗增長最迅速的國家之一，已經(jīng)成為主要的能源消費國和進口國。據(jù)有關(guān)專家預(yù)測，2020年我國的GDP可能達到5萬億美元，對能源的需求將達到30億t標(biāo)準(zhǔn)煤，其中，石油和天然氣的進口量將超過3億t。因此，從能源安全和生態(tài)環(huán)境的角度出發(fā)，我國政府也將會把生物質(zhì)作為原料進行高品位的能源形式轉(zhuǎn)換，以減少對石油和天然氣的依賴，提高能源的自給率，減緩溫室氣體的排放，保護我們賴以生存的地球。

（三）生物質(zhì)發(fā)電將在未來電力結(jié)構(gòu)中占有一定份額

生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)主要分為直接燃燒發(fā)電和氣化發(fā)電兩種。直接燃燒發(fā)電技術(shù)類似于傳統(tǒng)的燃煤技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)基本上達到成熟階段。由于其風(fēng)險較小，該項技術(shù)在世界上很多國家已經(jīng)進入商業(yè)化應(yīng)用階段。生物質(zhì)與煤混合燃燒發(fā)電技術(shù)并不十分復(fù)雜，具有很大的發(fā)展?jié)摿?，并且可以迅速減少CO2等溫室氣體的排放量，預(yù)計包括我國在內(nèi)的許多國家將會有更多的發(fā)電廠采用這項技術(shù)。此外，利用沼氣發(fā)電和城市固體廢物熱解氣化發(fā)電也正在被越來越廣泛地應(yīng)用。

（四）能源植物生產(chǎn)將賦予農(nóng)業(yè)新的內(nèi)涵

能源植物是指以提供制取燃料原料或提供燃料油為目的的栽培植物總稱。從能源作物中提取的生物燃料含硫量較低，不增加CO2排放量，相對礦物能源對環(huán)境污染少，比核能使用安全，比風(fēng)能、地?zé)崾褂脧V泛，可進行降解。因此，能源植物已經(jīng)成為國際上開發(fā)的熱點，并被稱之為“綠色”能源。

基金項目：河南科技智庫調(diào)研課題（編號：HNKJZK-2019-21B），河南省科技攻關(guān)項目（182102110010，172102310355 ），河南省基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究計劃項目（142300410294），河南農(nóng)業(yè)大學(xué)本科實驗室開放創(chuàng)新項目（編號：KF1908）。