PDF《生物质能研究现状及未来发展策略》

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2019 年.

第34 卷.第4期生物质能研究现状及未来发展策略 马隆龙1? 唐志华1 汪丛伟1 孙永明1 吕雪峰2 陈勇1

1 中国科学院广州能源研究所 广州

510640 2 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 青岛

266101 摘要 迫于能源短缺与环境恶化的双重压力,世界各国争相发展安全、环保、可再生的生物质能源.大规模 开发利用生物质能源,对推动我国生态文明建设、能源革命和低碳经济发展,保障美丽乡村建设、应对全球 气候变化等国家重大战略实施具有重要意义.文章在分析国内外生物质能发展现状和趋势的基础上,系统分 析了我国发展生物质能面临的挑战,并探讨了未来发展生物质能应采取的策略及重点技术方向,研究结果可 为我国生物质能源技术的快速发展提供理论支撑. 关键词 生物质能,现状与趋势,挑战与对策,发展重点 DOI 10.16418/j.issn.1000-3045.2019.04.008 *通讯作者 资助项目:中国科学院战略性先导科技专项(XDA21060000),国家自然科学基金重点项目(51536009) 修改稿收到日期:2019年3月26日 可再生能源规模利用 Scaled Utilization of Renewable Energy 生物质能是一种重要的可再生能源,直接或间接 来自植物的光合作用,一般取材于农林废弃物、生活 垃圾及畜禽粪便等,可通过物理转换(固体成型燃 料)、化学转换(直接燃烧、气化、液化)、生物转 换(如发酵转换成甲烷)等形式转化为固态、液态和 气态燃料[1] .由于生物质能具有环境友好、成本低廉 和碳中性等特点,迫于能源短缺与环境恶化的双重压 力,各国政府高度重视生物质资源的开发和利用.近 年来,全球生物质能的开发利用技术取得了飞速发 展,应用成本快速下降,以生物质产业为支撑的 生 物质经济 被国际学界认为是正在到来的 接棒 石 化基 烃经济 的下一个经济形态.因此,系统梳理 生物质能技术的发展现状及趋势,明确我国发展生物 质能面临的挑战并制定未来策略,对推动我国生态文 明建设、能源革命和低碳经济发展,保障美丽乡村建 设、应对全球气候变化等国家重大战略实施具有重要 意义.

1 生物质能发展现状 随着国际社会对保障能源安全、保护生态环境、 应对气候变化等问题日益重视,加快开发利用生物质 能等可再生能源已成为世界各国的普遍共识和一致行 院刊

435 动,也是全球能源转型及实现应对气候变化目标的重 大战略举措.生物基材料、生物质燃料、生物基化学 品是涉及民生质量和国家能源与粮食安全的重大战略 产品.2017 年,全球生物基材料与生物质能源产业规 模超过

1 万亿美元,美国达到

4 000 亿美元.美国规 划2020 年生物基材料取代石化基材料的 25%;

全球 经济合作与发展组织(OECD)发布的 面向

2030 生 物经济施政纲领 战略报告预计,2030 年全球将有大 约35% 的化学品和其他工业产品来自生物制造;

生物 质能源已成为位居全球第一的可再生能源,美国规划 到2030 年生物质能源占运输燃料的 30%,瑞典、芬兰 等国规划到

2040 年前后生物质燃料完全替代石油基车 用燃料[2] . 目前,世界各国都提出了明确的生物质能源发展 目标,制定了相关发展规划、法规和政策,促进可再 生的生物质能源发展.例如,美国的玉米乙醇、巴西 的甘蔗乙醇、北欧的生物质发电、德国的生物燃气等 产业快速发展. 经过多年的努力,我国科学家也在生物质能源的 几个研究领域中占据国际领先或者齐平的地位[3-8] . 在国家相关经费尤其是中国科学院战略性先导科技 专项的支持下,中国科学院以具有颠覆性特色的木质 纤维素原料制备生物航油联产化学品技术、支撑国家 燃料乙醇和生物质燃料产业发展的农业废弃物醇烷联 产技术为核心,突破关键技术并进行工业示范.针对 低值生物质资源的高值利用难题,已建立了国际首 套百吨级秸秆原料水相催化制备生物航油示范系统 (图1),产品质量达到ASTM-D-7566(A2)标准, 并拟于近年建成国际首套千吨级示范系统、千吨级呋 喃类产品/异山梨醇的中试与工业示范、30 万吨秸秆乙 醇及配套热电联产工业示范、年千万立方米生物燃气 综合利用与分布式供能工业化示范工程等一批体现技 术特色、区域特色和产品特色的示范工程,进一步强 化保持我国以上生物质能领域技术创新的国际领先地 位. 生物质能技术主要包括生物质发电、生物液体燃 料、生物燃气、固体成型燃料、生物基材料及化学品 等,以下将针对各个具体技术的发展现状分别进行分 析. 1.1 生物质发电技术 生物质发电技术是最成熟、发展规模最大的现代 生物质能利用技术.目前,全球共有