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[摘 要]生物质能是一种清洁的、可再生的能源，在我国发展迅速。本文介绍了几类可以替代石油、天然气的生物质能源的研究进展，并对生物质能源未来发展方向进行了展望。
[关键词]生物质能源 石油 研究进展
中图分类号：S773 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）06-0124-02
Researching progress and prospect of biomass energy to replace oil
Zhao Ji na1，Liu Li Jun1， Zhang Shang Yong2
（1.Daqing chemical industry research center， Daqing 163714， Heilongjiang China；
2.Daqing petrochemical refinery， Daqing 163714， Heilongjiang China）
[Abstract]As a kind of cleanly and renewable energy，biomass energy has a rapid development in China. This paper introduces the researching progress of several biomass energys which can alternative oil and natural gas. This paper prospects for the development of biomass energy in the future.
[Key words]biomass energy； oil ； research progress
随着石油、天然气等化石燃料的枯竭及其所带来的环境污染等问题的出现，开发清洁、高效、无污染的新型能源是当前刻不容缓的任务。生物质燃料以其在节能减排、绿色环保等方面的突出优势，成为能源界新宠。
我国正在拟订生物质能源替代石油的中长期发展目标，到2020年，我国生物质能源消费量有望占到整个石油消费量20%。这个目标主要包括：到2020年，生物液态燃料生产规模达到2000万吨，其中燃料乙醇1500万吨、生物柴油500万吨。如果进展顺利，到2020年，生物液态燃料的年产量有望进一步提高到3000万吨以上。这样，能够在2020年以前，将我国对（石油）的对外依存度控制在50%以下[1]。
1.生物质能概述
生物质能是从太阳能转化而来的，只要太阳不熄灭，它就取之不尽，用之不竭。生物质能源的转化过程是通过植物的光合作用将二氧化碳和水合成生物质，生物质能的使用过程又生成二氧化碳和水，形成一个理论上二氧化碳的净排放为零的物质循环。生物质能同时也被认为是唯一一种能被存储的太阳能，在替代化石燃料方面有不可比拟的优势[2]。
生物质能源是以生物质（生物糖类、秸秆、生物油脂等可再生原料）为原料的能源，包括燃料乙醇、生物柴油、生物氢气、生物沼气和生物质气化或液化等产生的能源产品。对于我国来说，发展生物质能源和生物质产业前景非常广阔。
2.燃料乙醇
自20世纪70年代中期石油危机以来，以美国和巴西为主的一些国家开始推行燃料乙醇发展计划，但该计划的大规模迅速扩张期始于2001年。美国和巴西是燃料乙醇最主要的生产国，其产量占全球总产量的90%以上[3]。
我国生物质能源产业刚刚起步，但势头很好。而直接利用生物转化植物纤维素，特别是秸秆纤维素合成乙醇的工艺，因具有原料来源广，不与人争粮、不与粮争地的特点，现已引起人们的高度关注，被认为是解决目前燃料乙醇原料成本高、原料有限的根本出路[4，5]。含10%乙醇的秸秆乙醇汽油已在我国推广应用。与传统汽油相比，它优势明显。辛烷值提高了、含氧多、燃烧充分，减少汽车尾气一氧化碳排放35%以上、碳氢化合物排放15%以上。生物质生长过程，还能吸收二氧化碳。目前，我国已建有20万吨/年以上、以非粮作物木薯为原料的工厂。在国外，美国能源部投资10亿美元，发展秸秆乙醇工艺。计划到2030年，秸秆乙醇供应达到美国汽油总量的30%，约1.9亿立方米，生产成本也将低于石油汽油。
3.生物柴油
生物柴油是以生物质资源作为原料基础加工而成的一种柴油（液体燃料），它与柴油相溶性极佳，并且生物柴油中硫含量低，二氧化硫和硫化物的排放可减少约30%（有催化剂时为70%）；生物柴油中不含对环境会造成污染的芳香族烷烃，因而废气对人体损害低于柴油；另外生物柴油的生物降解性高，发生泄漏时对环境的危害小。低温发动机启动性能、润滑性能、安全性能和燃烧性能都比较好，而且能够与国标柴油混合或单独用于汽车及机械，是清洁的可再生能源和典型的“绿色能源”，是石油等不可再生资源的理想替代品。
生物柴油是21世纪崛起的新兴产业，世界生物柴油产能已在3000×104t/a以上。目前，美国产能已发展到1093×104t/a、欧盟为1300×104t/a。国际上已经制定完善的生物柴油标准[6]。我国从2001年起开始出现生物柴油的生产企业，最近几年发展较为迅速，到 2006年底，全国实际生产能力近25万吨。近几年，中国生物柴油产量约30×104t/a～50×104t/a。
2006年，中石油與四川省签订合作开发生物质能源的框架协议，双方将以甘薯和麻风树作为原料，发展生物质能源；同年12月，中石油又和云南省签署框架协议，合作制取生物柴油；2007年初，中石油与国家林业局就发展林业生物质能源签署合作框架协议，并正式启动在四川、云南的第一批能源林基地建设。中国海油集团在海南东方公司建设了的6×104t/a生物柴油装置，采用中国石化集团的SRCA工艺，实现了清洁生产，并已在海南的加油站销售。专家预计，我国生物柴油到2020、2030和2050年分别能实现400万t、2600万t和4000万t[7]。 4.生物天然气
生物天然气就是我们熟知的沼气，它与天然气的主要有效成分都是甲烷。沼气甲烷含量在60%左右，提纯到90%以上即同于一般的管道天然气，可用作燃料或发电；如净化到97%以上即等同于车用天然气，热值与性能无异，统称之为“生物天然气”。生物天然气在德国、奥地利、意大利和法国等多用于热电联产，瑞典、瑞士等国多为车用，商业化已10多年了。
生物天然气不仅具有化石天然气的各种优点，还有化石天然气所不具备的许多长处。它可以再生，且原料来自能吸收空气中CO2的植物，以及对畜禽粪便、植物茎秆、工业和城市高COD值有机废弃物（污染源）的循环利用，故按全生命周期（LCA）分析法计算，化石天然气的温室气体净排放量（每1千瓦时做功能量的CO2排放克数）是398克，而生物天然气是负414克，它是最环保和最清洁的能源[8]。如果与其他清洁能源相比，它不需要任何专门设施而可共用天然气的管道和配送系统进入千家万户和交通工具。此外，它是生物质经厌氧发酵转化生成，而在各种生物能源转化方式中厌氧发酵效率几乎是最高的。
据估算，我国仅畜禽养殖场废水、工业有机废水和城市污水三项的COD年排放量超过1亿吨，到2020年可达2亿吨，可年产生物天然气830亿立方米，加上农作物秸秆和垃圾填埋气可年产1500亿立方米沼气，可替代近900亿立方米的天然气，比2008年全国天然气实际消费量还多出100亿立方米。
我国天然气需求激增，缺口迅速扩大，近年以巨资向澳大利亚、土库曼斯坦、卡塔尔、伊朗、俄罗斯等大规模引进天然气，并在沿海大规模设立LNG接收站。我们完全有条件开发国内丰富的沼气原料资源，减少天然气进口。发展生物天然气还可与环保产业和资源循环利用融为一体，与发展农村经济和新农村建设密切结合。
5.微藻制油
微藻是遍布全球水体的浮游植物，生物量大、分布广，每年由微藻光合作用固定的CO2占全球CO2固定量的40%以上，并把光合作用产物转化为油脂储存起来。因此，微藻合成的油脂是一种极有前景的生物柴油大宗原料[9]。微藻生物柴油可以减排CO2，减少温室效应，减少对石油的依赖，还能处理废气废水，保护环境。微藻生物柴油技术被誉为“一石三鸟”的技术，人们对这一技术，抱有热切期望。
微藻类具有高光合效率，高生物质产量和相对于其他能源作物更高的生长速度，生长周期短，脂肪含量高，易于通过生物技术被修改[10-12]。微藻还可以利用盐碱地、沙漠、海域养殖，存在不与粮争地及不与人争粮的巨大优势，因此被认为是未来能源原料供应的重要途径。生产微藻生物柴油的同时，还能生产藻饼，加工成蛋白质、多糖、脂肪酸等高价值产品，降低微藻生物柴油的成本。
高成本是目前微藻制油的主要障碍，因为利用高等植物和微藻生产生物质能源，其能量都来自于太阳光。地球上单位面积、单位时间内接受到的太阳光能是在限定范围内的，要生产大量的生物燃料，必须依赖于大规模的植物或微藻生产面积；此外还要把这些微藻从广大面积上收集起来，再进行工业加工。因此，生产、收集和运输所耗费的能量与其可产出的能量之间的比例，是决定生物能源产业发展的关键。也就是说，微藻只有在单位面积上高密度产出，才是相对于其他高等植物产油的优势关键所在。但以目前的技术水平，微藻培养也存在单位面积生产能耗大、投入成本高的问题，因此，要使微藻生物柴油成为真正的替代能源，降低微藻的生产能耗和成本至关重要。
6.展望
生物质能源作为一种能够进行物质生产的可再生能源正日益受到世界各国的青睐和重视，发展生物质能源，替代石油等化石能源，对于缓解能源危机、满足国家能源需求、保护国家能源安全、加快建设生态型经济社会发展都有着极其重要的意义。中国化石能源资源有限，但生物质资源丰富，分布范围广，开发利用潜力大，市场需求旺盛，且具备较好的技术基础和发展条件，进行生物质能源的开发利用有着得天独厚的优势。同时，中国生物质能源产业、技术的发展同美国、欧盟等发达国家尚有一定的差距。我们应当加快发展生物质能的产业化步伐，为保障国家安全、经济安全蓄积能源多做贡献。
参考文献
[1] 我国生物质能源替代石油发展目标[J].能源与环境：可再生能源，2008（4）：75.
[2] 王黎春，刘钺，杜风光.我国生物质能源现状及前景[J].河南化工，2009（9）：15-19.
[3] 马春红，李运朝，刘旭等.生物质能源研究进展与前景展望[J].河北农业科学，2011，15（3）：117-121.
[4] 冯丽敏.生物质能产业化前景分析[J].农业科技与装备，2010（2）：8-11.
[5] 王建蕾，徐立青，富饶.我国生物燃料产业的发展现状及其影响因素分析[J].安徽农业科学，2010，38（10）：5402-5403，5415·
[6] 闵恩泽.用生物质能源替代石油[J].能源与节能，2012（5）：1-2
[7] 张希良.我国发展生物液体燃料的资源与技术潜力分析[J].中国能源，2009，（3）：10-12
[8] 张绍波.生物燃料——替代石油与天然气的最佳选择[J].中国石油企业，2012（6）：27-29.
[9] 游金坤，余旭亚，崔佳丽.微藻生物柴油的发展现状及趋势[J].中国油脂，2011，36（3）：47-51.
[10] MILNE T A，EVANS R J，NAGLE N.Catalytic conversion of microalgae and vegetable oils to premium gasoline，with shape-selective zeolites[J].Biomass，1990，21：219-232.
[11] DOTE Y，SAWAYAMA S，INOUE S，et al.Recovery of liquid fuel from hydrocarbon-rich microalgae by thermo-chmical liquefaction[J].Fuel，1994，73：1855-1867.
[12] MINOWA T，YOKOYA S Y，KISHIMOTO M，et al.Oil production from algae cells of Dunaliella Tereiolata by direct thermo-chemical liquefaction[J].Fuel，1995，74：1731-1738.
作者簡介
赵吉娜，女，（1982—），毕业于齐齐哈尔大学分析化学专业，工程师。
[关键词]生物质能源 石油 研究进展
中图分类号：S773 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）06-0124-02
Researching progress and prospect of biomass energy to replace oil
Zhao Ji na1，Liu Li Jun1， Zhang Shang Yong2
（1.Daqing chemical industry research center， Daqing 163714， Heilongjiang China；
2.Daqing petrochemical refinery， Daqing 163714， Heilongjiang China）
[Abstract]As a kind of cleanly and renewable energy，biomass energy has a rapid development in China. This paper introduces the researching progress of several biomass energys which can alternative oil and natural gas. This paper prospects for the development of biomass energy in the future.
[Key words]biomass energy； oil ； research progress
随着石油、天然气等化石燃料的枯竭及其所带来的环境污染等问题的出现，开发清洁、高效、无污染的新型能源是当前刻不容缓的任务。生物质燃料以其在节能减排、绿色环保等方面的突出优势，成为能源界新宠。
我国正在拟订生物质能源替代石油的中长期发展目标，到2020年，我国生物质能源消费量有望占到整个石油消费量20%。这个目标主要包括：到2020年，生物液态燃料生产规模达到2000万吨，其中燃料乙醇1500万吨、生物柴油500万吨。如果进展顺利，到2020年，生物液态燃料的年产量有望进一步提高到3000万吨以上。这样，能够在2020年以前，将我国对（石油）的对外依存度控制在50%以下[1]。
1.生物质能概述
生物质能是从太阳能转化而来的，只要太阳不熄灭，它就取之不尽，用之不竭。生物质能源的转化过程是通过植物的光合作用将二氧化碳和水合成生物质，生物质能的使用过程又生成二氧化碳和水，形成一个理论上二氧化碳的净排放为零的物质循环。生物质能同时也被认为是唯一一种能被存储的太阳能，在替代化石燃料方面有不可比拟的优势[2]。
生物质能源是以生物质（生物糖类、秸秆、生物油脂等可再生原料）为原料的能源，包括燃料乙醇、生物柴油、生物氢气、生物沼气和生物质气化或液化等产生的能源产品。对于我国来说，发展生物质能源和生物质产业前景非常广阔。
2.燃料乙醇
自20世纪70年代中期石油危机以来，以美国和巴西为主的一些国家开始推行燃料乙醇发展计划，但该计划的大规模迅速扩张期始于2001年。美国和巴西是燃料乙醇最主要的生产国，其产量占全球总产量的90%以上[3]。
我国生物质能源产业刚刚起步，但势头很好。而直接利用生物转化植物纤维素，特别是秸秆纤维素合成乙醇的工艺，因具有原料来源广，不与人争粮、不与粮争地的特点，现已引起人们的高度关注，被认为是解决目前燃料乙醇原料成本高、原料有限的根本出路[4，5]。含10%乙醇的秸秆乙醇汽油已在我国推广应用。与传统汽油相比，它优势明显。辛烷值提高了、含氧多、燃烧充分，减少汽车尾气一氧化碳排放35%以上、碳氢化合物排放15%以上。生物质生长过程，还能吸收二氧化碳。目前，我国已建有20万吨/年以上、以非粮作物木薯为原料的工厂。在国外，美国能源部投资10亿美元，发展秸秆乙醇工艺。计划到2030年，秸秆乙醇供应达到美国汽油总量的30%，约1.9亿立方米，生产成本也将低于石油汽油。
3.生物柴油
生物柴油是以生物质资源作为原料基础加工而成的一种柴油（液体燃料），它与柴油相溶性极佳，并且生物柴油中硫含量低，二氧化硫和硫化物的排放可减少约30%（有催化剂时为70%）；生物柴油中不含对环境会造成污染的芳香族烷烃，因而废气对人体损害低于柴油；另外生物柴油的生物降解性高，发生泄漏时对环境的危害小。低温发动机启动性能、润滑性能、安全性能和燃烧性能都比较好，而且能够与国标柴油混合或单独用于汽车及机械，是清洁的可再生能源和典型的“绿色能源”，是石油等不可再生资源的理想替代品。
生物柴油是21世纪崛起的新兴产业，世界生物柴油产能已在3000×104t/a以上。目前，美国产能已发展到1093×104t/a、欧盟为1300×104t/a。国际上已经制定完善的生物柴油标准[6]。我国从2001年起开始出现生物柴油的生产企业，最近几年发展较为迅速，到 2006年底，全国实际生产能力近25万吨。近几年，中国生物柴油产量约30×104t/a～50×104t/a。
2006年，中石油與四川省签订合作开发生物质能源的框架协议，双方将以甘薯和麻风树作为原料，发展生物质能源；同年12月，中石油又和云南省签署框架协议，合作制取生物柴油；2007年初，中石油与国家林业局就发展林业生物质能源签署合作框架协议，并正式启动在四川、云南的第一批能源林基地建设。中国海油集团在海南东方公司建设了的6×104t/a生物柴油装置，采用中国石化集团的SRCA工艺，实现了清洁生产，并已在海南的加油站销售。专家预计，我国生物柴油到2020、2030和2050年分别能实现400万t、2600万t和4000万t[7]。 4.生物天然气
生物天然气就是我们熟知的沼气，它与天然气的主要有效成分都是甲烷。沼气甲烷含量在60%左右，提纯到90%以上即同于一般的管道天然气，可用作燃料或发电；如净化到97%以上即等同于车用天然气，热值与性能无异，统称之为“生物天然气”。生物天然气在德国、奥地利、意大利和法国等多用于热电联产，瑞典、瑞士等国多为车用，商业化已10多年了。
生物天然气不仅具有化石天然气的各种优点，还有化石天然气所不具备的许多长处。它可以再生，且原料来自能吸收空气中CO2的植物，以及对畜禽粪便、植物茎秆、工业和城市高COD值有机废弃物（污染源）的循环利用，故按全生命周期（LCA）分析法计算，化石天然气的温室气体净排放量（每1千瓦时做功能量的CO2排放克数）是398克，而生物天然气是负414克，它是最环保和最清洁的能源[8]。如果与其他清洁能源相比，它不需要任何专门设施而可共用天然气的管道和配送系统进入千家万户和交通工具。此外，它是生物质经厌氧发酵转化生成，而在各种生物能源转化方式中厌氧发酵效率几乎是最高的。
据估算，我国仅畜禽养殖场废水、工业有机废水和城市污水三项的COD年排放量超过1亿吨，到2020年可达2亿吨，可年产生物天然气830亿立方米，加上农作物秸秆和垃圾填埋气可年产1500亿立方米沼气，可替代近900亿立方米的天然气，比2008年全国天然气实际消费量还多出100亿立方米。
我国天然气需求激增，缺口迅速扩大，近年以巨资向澳大利亚、土库曼斯坦、卡塔尔、伊朗、俄罗斯等大规模引进天然气，并在沿海大规模设立LNG接收站。我们完全有条件开发国内丰富的沼气原料资源，减少天然气进口。发展生物天然气还可与环保产业和资源循环利用融为一体，与发展农村经济和新农村建设密切结合。
5.微藻制油
微藻是遍布全球水体的浮游植物，生物量大、分布广，每年由微藻光合作用固定的CO2占全球CO2固定量的40%以上，并把光合作用产物转化为油脂储存起来。因此，微藻合成的油脂是一种极有前景的生物柴油大宗原料[9]。微藻生物柴油可以减排CO2，减少温室效应，减少对石油的依赖，还能处理废气废水，保护环境。微藻生物柴油技术被誉为“一石三鸟”的技术，人们对这一技术，抱有热切期望。
微藻类具有高光合效率，高生物质产量和相对于其他能源作物更高的生长速度，生长周期短，脂肪含量高，易于通过生物技术被修改[10-12]。微藻还可以利用盐碱地、沙漠、海域养殖，存在不与粮争地及不与人争粮的巨大优势，因此被认为是未来能源原料供应的重要途径。生产微藻生物柴油的同时，还能生产藻饼，加工成蛋白质、多糖、脂肪酸等高价值产品，降低微藻生物柴油的成本。
高成本是目前微藻制油的主要障碍，因为利用高等植物和微藻生产生物质能源，其能量都来自于太阳光。地球上单位面积、单位时间内接受到的太阳光能是在限定范围内的，要生产大量的生物燃料，必须依赖于大规模的植物或微藻生产面积；此外还要把这些微藻从广大面积上收集起来，再进行工业加工。因此，生产、收集和运输所耗费的能量与其可产出的能量之间的比例，是决定生物能源产业发展的关键。也就是说，微藻只有在单位面积上高密度产出，才是相对于其他高等植物产油的优势关键所在。但以目前的技术水平，微藻培养也存在单位面积生产能耗大、投入成本高的问题，因此，要使微藻生物柴油成为真正的替代能源，降低微藻的生产能耗和成本至关重要。
6.展望
生物质能源作为一种能够进行物质生产的可再生能源正日益受到世界各国的青睐和重视，发展生物质能源，替代石油等化石能源，对于缓解能源危机、满足国家能源需求、保护国家能源安全、加快建设生态型经济社会发展都有着极其重要的意义。中国化石能源资源有限，但生物质资源丰富，分布范围广，开发利用潜力大，市场需求旺盛，且具备较好的技术基础和发展条件，进行生物质能源的开发利用有着得天独厚的优势。同时，中国生物质能源产业、技术的发展同美国、欧盟等发达国家尚有一定的差距。我们应当加快发展生物质能的产业化步伐，为保障国家安全、经济安全蓄积能源多做贡献。
参考文献
[1] 我国生物质能源替代石油发展目标[J].能源与环境：可再生能源，2008（4）：75.
[2] 王黎春，刘钺，杜风光.我国生物质能源现状及前景[J].河南化工，2009（9）：15-19.
[3] 马春红，李运朝，刘旭等.生物质能源研究进展与前景展望[J].河北农业科学，2011，15（3）：117-121.
[4] 冯丽敏.生物质能产业化前景分析[J].农业科技与装备，2010（2）：8-11.
[5] 王建蕾，徐立青，富饶.我国生物燃料产业的发展现状及其影响因素分析[J].安徽农业科学，2010，38（10）：5402-5403，5415·
[6] 闵恩泽.用生物质能源替代石油[J].能源与节能，2012（5）：1-2
[7] 张希良.我国发展生物液体燃料的资源与技术潜力分析[J].中国能源，2009，（3）：10-12
[8] 张绍波.生物燃料——替代石油与天然气的最佳选择[J].中国石油企业，2012（6）：27-29.
[9] 游金坤，余旭亚，崔佳丽.微藻生物柴油的发展现状及趋势[J].中国油脂，2011，36（3）：47-51.
[10] MILNE T A，EVANS R J，NAGLE N.Catalytic conversion of microalgae and vegetable oils to premium gasoline，with shape-selective zeolites[J].Biomass，1990，21：219-232.
[11] DOTE Y，SAWAYAMA S，INOUE S，et al.Recovery of liquid fuel from hydrocarbon-rich microalgae by thermo-chmical liquefaction[J].Fuel，1994，73：1855-1867.
[12] MINOWA T，YOKOYA S Y，KISHIMOTO M，et al.Oil production from algae cells of Dunaliella Tereiolata by direct thermo-chemical liquefaction[J].Fuel，1995，74：1731-1738.
作者簡介
赵吉娜，女，（1982—），毕业于齐齐哈尔大学分析化学专业，工程师。