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浅谈生物质能源及其应用
发布时间：
2025-09-16
浅谈生物质能源及其应用
国际能源署（IEA）在2021年发布了《中国能源体系碳中和路线图》报告，系统探讨了中国能源体系实现碳中和的路径。报告中指出到2060年，生物能源在总能源需求中的占比将增加一倍多，达到13%以上，成为中国第三大一次能源。可持续生物能源的使用将贡献碳减排量近7%。大部分生物能源将用于发电和供热，其中相当大一部分结合CCUS成为负排放技术，液体生物燃料的交通应用显著增长。
随着全球对碳中和目标的追求，生物质能源作为一种可再生能源受到了广泛关注。
一、什么是生物质和生物质能
生物质：是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。人类历史上最早使用的能源是生物质能。
生物质能：就是太阳能通过光合作用贮存二氧化碳，转化为生物质中的化学能，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。
二、生物质能源的类型
生物质能源来源广泛，主要包括以下几种：
农业废弃物：如稻壳、秸秆等，这些废弃物在农业生产中大量产生，通常被丢弃或焚烧，若能合理利用，可转化为能源。
林业废弃物：包括木材加工剩余物、森林采伐剩余物等，这些材料可用于生产生物质燃料。
能源植物：如芦竹、芒草等，这些植物生长速度快，可专门种植用于能源生产。
城市有机垃圾：如厨余垃圾等，通过厌氧发酵等技术可转化为生物燃气。
藻类生物质：藻类生长迅速，可在富营养化水体中大量繁殖，用于生产生物柴油等能源产品。
三、生物质资源主要利用方式
四、中国生物质资源现状
秸秆资源：主要分布在东北、 河南四川等产粮大省，总量前五别是黑龙江我国秸秆资源主要分布在东北、 河南四川等产粮大省，总量前五别是黑龙江、河南、吉林、四川、湖南，占全国总量的59.9%。
畜禽粪便资源：集中在重点养殖区域，资源总量前五分别是山东、河南、四川、河北、江苏，占全国总量的37.7%。
林业剩余物资源：集中在我国南方山区，资源总量前五分别是广西、云南、福建、广东、湖南，占全国总量的39.9%。
生活垃圾资源：集中在东部人口稠密地区，资源总量前五分别是广东、山东、江苏、浙江、河南，占全国总量的36.5%。
污水污泥资源：集中在城市化程度较高区域，资源总量前五分别 是北京、广东浙江苏州，占全国总量的 44.3%。
五、中国生物质资源利用主要途径
《国家“十四五”大宗固体废弃物综合利用的指导意见》中对生物质资源利用的要求中指出：“坚持农用优先，持续推进秸秆肥料化、饲料化和基料化利用，发挥好秸秆耕地保育和种养结合功能。扩大秸秆清洁能源利用规模，鼓励利用秸秆等生物质能供热供气供暖，优化农村用能结构，推进生物质天然气在工业领域应用。不断拓宽秸秆原料化利用途径，鼓励利用秸秆生产环保板材、炭基产品、聚乳酸、纸浆等，推动秸秆资源转化为高附加值的绿色产品。建立健全秸秆收储运体系，开展专业化、精细化的运管服务，打通秸秆产业发展的“最初一公里”。”
而现阶段中国生物质利用的主要特点是资源化利用率不高，配套产业政策不健全，未通盘考虑、规划生物质能源在“碳减排”上的功效。
农业废弃物（秸秆）：现阶段仍以还田改善土壤肥力为主，对秸秆的定位仍以农用优先为主，在农用的基础上推进秸秆的清洁能源利用规模。
生活垃圾：现阶段仍以填埋为主，“十四五”及2035年远景规划中将垃圾资源化的目标定义为60%以上，均以热转换效率低、且对环境影响较大的垃圾焚烧发电为主，对国际上通行的采用水泥窑协同处置技术的鼓励政策有限，导致垃圾的资源化利用过程中的降碳效果未得到充分释放。
林业废物：目前主要以生产制造生物质成型燃料为主，且现阶段收集率不高，配套的政策未落实。
污水处理厂污泥：目前仍以填埋为主，少部分的资源化利用（以焚烧及堆肥为主，建材利用较少）。
畜禽粪便资源：以堆肥和沼气化利用为主。
六、生物质能源的碳中和问题
尽管生物质能源在理论上被认为是碳中性的，即植物生长过程中吸收的二氧化碳与燃烧时排放的二氧化碳相当，但实际情况并非如此简单。
森林资源的固碳效果：森林是重要的碳汇，但森林生物质能源并非碳中和。研究表明，燃烧木质生物质原料获取能源排放的碳比燃烧化石燃料排放的碳更多。
局部大量使用生物质能源的问题：当局部地区大量使用生物质能源时，短期内会导致二氧化碳浓度过高。这是因为生物质燃烧时会立即释放大量二氧化碳，而植物重新生长并吸收这些二氧化碳需要时间。这种短期的二氧化碳浓度增加可能导致局部变暖加剧和气候异常。例如，Drax 的德拉克斯发电站是英国最大的单体可再生能源发电厂，但也是英国最大的二氧化碳单点排放源。2024 年，德拉克斯发电站通过燃烧 760 万吨木材产生了 15 太瓦时的电力，其排放量增长了 16%，再次成为英国最大的排放源。大量的CO2排放及将会形成热岛效应，导致局部气候异常。
七、生物质能源利用的其他问题
除了碳中和问题，生物质能源还面临一些其他挑战：
1. 能源密度低：生物质的能源密度通常低于化石燃料，这意味着需要更多的生物质来产生相同的能量。
2. 供应链排放：生物质的收获、采集、加工和运输过程中也会产生二氧化碳排放。
3. 土地利用变化：大规模种植能源植物可能导致土地利用变化，影响生物多样性和生态系统服务。
八、未来生物质能利用前景展望
未来生物质能将在发电、供热、交通运输和工业等多个领域为碳中和提供支撑。
发电：生物质发电是生物质能源应用的重要方式之一。中国已经在建设生物能源发电厂方面领先于世界，2019年贡献的全球新增装机的60%。到2060年，生物能在国家电力结构中的比重将增加近两倍，从3%增加到9%。
供热：生物质能源在供热领域的应用也较为广泛。欧盟可再生能源供热中生物质供热占比达86.6%，成为供热减排的首要推动力。在中国，生物质能源也大量用于供热，如固体生物质和沼气用于大型供热系统。
交通运输：液体生物燃料在交通运输部门的使用也在增加。到2060年，航空用生物燃料将贡献5500万吨二氧化碳减排量，占生物能源相关二氧化碳减排总量的6%。此外，生物天然气在重型柴油车中的应用也显示出显著的减排效果。
工业领域：生物质能源在工业领域也有应用，如在水泥行业，生物能将提供该行业终端能源的四分之一；在钢铁行业，生物能作为煤炭的替代品也将发挥重要作用。
其他利用方式：生物质能源还可通过厌氧发酵等技术转化为生物燃气或生物油，用于替代传统化石燃料。此外，生物质能源还可用于生产化工原料，如生物质制甲醇等。
九、芦竹作为能源植物与生物质能源开发的契合
随着煤、石油、天然气等化石能源的日益枯竭，世界正将生物质能源作为应对能源危机的解决方案。菌草芦竹因其高热值和高产量特性，是生物质能源的理想选择，目前已有非常多的大型央国企以及科研院所对菌草芦竹生物质能源利用方面进行了实验与开发，已成为公认的能源植物、绿色矿山。菌草芦竹干茎的热值可达4500大卡，能直接替代煤用于供热、发电等，还可以通过进一步反应制造可燃气、制氢、制醇等。菌草芦竹旺产期亩产干基可达3—7吨，生物量大，大面积种植便于统一收割，且收获后杂质很少，可进一步提高燃值并且燃烧剩余产物易于处理，应用于生物质能有非常大的优势，在现有火电体系下改造费用可节省40%以上。另外，芦竹抗逆性强，耐旱耐涝耐盐碱耐贫瘠，具备强大的固碳固氮能力，盛产期每亩每年可吸收二氧化碳8.5吨，可助力国家实现双碳战略。其自身不生虫，无需喷施农药，并能与其他植物共生，属友好型植物，种植菌草芦竹可显著改善周边生态环境，生态效益突出，在边际土地即可种植，不与民争地，符合国家土地政策。
河南绿碧源农林开发有限公司成立于2020年，是聚焦生态农业全产业链的科技型企业。公司以菌草（芦竹）产业为核心，融合“科研创新、规模种植、精深加工、生态修复”于一体，深耕黄河流域生态保护与农业高质量发展；以“科技赋能生态农业，绿染山河筑梦未来”为理念，通过芦竹产业开发践行“绿水青山就是金山银山”的可持续发展战略，实现经济效益与生态效益的协同统一。经公司多年自主研发，结合国内气候特征，优选多地域优质外植体培育的芦竹新品种“豫芦一号”，蛋白含量更高，更具抗寒、耐旱耐涝耐盐碱的特性，一次种植可连续收割30年以上，目前已在黄河流域、南方、西北等地均有规模化种植。
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