资源与环境问题已成为当前人类社会共同面临的重大挑战，影响着人类社会发展的进程与未来；全球化石能源将逐渐耗竭，生物资源高速消亡，气候变暖与环境污染日益严重，能源资源问题深刻影响着国家安全和经济社会的长远发展。

生物质资源作为地球上再生资源的核心组成部分，是人类赖以生存和发展的基础资源，是维系人类经济社会可持续发展最根本的保障。生物质资源也是一个国家重要的战略生物资源，将终究成为经济社会可持续发展和国家竞争力的基础。

21世纪人类面临的最重大挑战之一，是如何解决对生物质资源的极大需求和可持续发展之间的矛盾。而解决这一矛盾的主要途径是创新生物质资源利用新理论，创造新技术，开发新工艺，实现生物质资源规模产业化，以满足社会和经济快速、持续发展的需要。

一、生物质资源的概念

生物质资源是指绿色生物通过光合作用产生的有机物质及其衍生物，既是生物物质的总称，又是生物能量的总载体。生物质资源是地球上最广泛存在的物质，包括所有动物、植物和微生物以及由这些有生命物质派生、排泄和代谢的各种物质。

生物质是指任何可再生的或可循环的有机物质，包括专用的能源作物与能源林木、粮食作物和饲料作物残留物、树木和木材废弃物残留物、各种水生植物、草、残留物、纤维、动物废弃物、城市垃圾、和其他废弃材料等，但不包括多年生长用材林。它所涉及的资源种类极为庞杂，既有宏观层面的可见生命物质，又涵盖微观层面小至脱氧核糖核酸分子、蛋白、细胞等等生命过程方式。

二、生物质能的概念

生物质能是指太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，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，是一种可再生能源。

从广义上讲，生物质能是太阳能的一种表现形式。

生物质能蕴藏在植物、动物和微生物等可以生长的有机物中，它是由太阳能转化而来的。有机物中除矿物燃料以外的所有来源于动植物的能源物质均属于生物质能，通常包括木材及森林废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物、动物粪便等。地球上的生物质能资源较为丰富，而且是一种无害的能源。

三、生物质资源的分类

依据来源的不同，可以将生物质资源分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便等五大类。

1.林业资源

林业生物质资源是指森林生长和林业生产过程中提供的生物质资源，包括薪炭林、在森林抚育和问伐作业中的零散木材、残留的树枝、树叶和木屑等；木材采运和加工过程中的枝丫、锯末、木屑、梢头、板皮和截头等；林业副产品的废弃物，如果壳和果核等。

2.农业资源

农业生物质资源是指农业作物，包括能源作物；农业生产过程中的废弃物，如农作物收获时残留在农田内的农作物秸秆(玉米秸、高梁秸、麦秸、稻草、豆秸和棉秆等)；农业加工业的废弃物，如农业生产过程中剩余的稻壳等。

3.生活污水和工业有机废水

生活污水主要由城镇居民生活、商业和服务业的各种排水组成，如冷却水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水、粪便污水等。工业有机废水主要是酒精、酿酒、制糖、食品、制药、造纸及屠宰等行业生产过程中排出的废水等，其中都富含有机物。

4.城市固体废物

城市固体废物主要是由城镇居民生活垃圾，商业、服务业垃圾和少量建筑业垃圾等固体废物构成。其组成成分比较复杂，受当地居民的平均生活水平、能源消费结构、城镇建设、自然条件、传统习惯以及季节变化等因素影响。

5.畜禽粪便

畜禽粪便是畜禽排泄物的总称，是其他形态生物质(主要是粮食、农作物秸秆和牧草等)的转化形式，包括畜禽排出的粪便、尿及其与垫草的混合物。

四、生物质资源的特点

1.可再生性

生物质资源属于可再生资源，由于通过植物的光合作用可以再生，所以同风能、太阳能等同属可再生资源，可保证资源的永续利用。

2.低碳，低污染性

生物质资源的硫含量、氮含量低，燃烧过程中生成硫氧化物、氮氧化物等污染物少；生物质作为燃料时，由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量，因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零，可有效地减轻和降低温室效应。

3.分布广泛性

生物质资源广泛分布在各地区，尤其是农业主产区和林木资源丰富地区，生物质资源相当地丰富，可实现生物质资源就地利用。

4.总量十分丰富

生物质能源是世界第四大能源，仅次于煤炭、石油和天然气。根据生物学家估算，地球陆地每年生产1000亿～1250亿吨生物质；海洋每年生产500亿吨生物质。生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量，相当于目前世界总能耗的10倍。随着农林业的发展，特别是炭薪林的推广，生物质资源还将越来越多。

同时，生物质具有分布分散、能量密度小、热值低和成分复杂等缺点。

五、生物质资源的初级利用途径

生物质资源的初级利用途径主要分为三类：

一是直接燃烧。生物质的直接燃烧在今后相当长的时间内仍将是我国生物质资源利用的主要方式。因此，提高其燃烧效率将是生物质直接燃烧的根本出路。因而，在我国改造当前热效率仅为10％左右的传统烧柴灶，推广效率可达20％～30％的节柴灶，这也被我国列为农村新能源建设的重点任务之一。

二是热化学转换。生物质的热化学转换是指在一定的温度和条件下，使生物质汽化、炭化、热解和催化液化，以生产气态燃料、液态燃料和化学物质的技术过程。

三是生物质的化学转换。包括生物质资源木质压缩颗粒、生物质　沼气转换和生物质　乙醇转换等。沼气转换是有机物质在厌氧环境中，通过微生物发酵产生一种以甲烷为主要成分的可燃性混合气体即沼气；乙醇转换是利用糖质、淀粉和纤维素等原料经发酵制成乙醇。

现代生物质能的利用是通过生物质的厌氧发酵制取甲烷，用热解法生成燃料气、生物油和生物炭，用生物质制造乙醇和甲醇燃料，以及利用生物工程技术培育能源植物，发展能源农场。

六、国外生物质能源的开发与利用

国外生物质资源的开发和利用重在生物质能的开发与利用上。生物质能源转化利用途径包括燃烧、热化学法、生化法、化学法和物理化学法等，可转化为二次能源，分别为热力或电力、木炭或成型燃料等固体燃料、生物柴油、甲醇、乙醇和植物油等液体燃料和氢气、生物质燃气和沼气等气体燃料。

1.生物质发电产业

世界生物质发电起源于20世纪70年代，当时，世界性的石油危机爆发后，丹麦开始积极开发清洁的可再生能源，大力推行秸秆等生物质发电。近十几年来，丹麦新建的热电联产项目都是以生物质为燃料，还将过去许多燃煤供热厂改为了燃烧生物质的热电联

产项目。

自1990年以来，生物质发电在欧美许多国家开始大发展，特别是2002年约翰内斯堡可持续发展世界峰会以来，生物质能的开发利用正在全球加快推进。截至2004年，世界生物质发电装机已达3 900万千瓦，年发电量约2 000亿千瓦时，可替代7 000万吨标准煤，是风电、光电、地热等可再生能源发电量的总和。

芬兰是欧盟国家中利用生物质发电最成功的国家之一。由于本国没有化石燃料资源，因此，大力发展可再生能源，目前生物质发电量占本国发电量的11％。奥地利成功地推行了建立燃烧木材剩余物的区域供电站的计划。生物质能在总能耗中的比例由原来大约2％～3％激增到约25％。德国对生物质直燃发电也非常重视，在生物质热电联产应用方面很普遍。截至2005年，德国拥有140多个区域热电联产的生物质电厂，同时有近80个此类电厂在规划设计或建设阶段。

美国也十分重视生物能源的发展，美国能源部早在1991年就提出了生物发电计划。如今，在美国利用生物质发电已经成为大量工业生产用电的选择，这种巨大的电力生产被美国用于现存配电系统的基本发电量中。

生物质发电在欧美等发达国家已经是成熟产业，以生物质为燃料的热电联产已成为某些国家重要的发电和供热方式。预计到2020年，西方工业国家15％的电力将来自生物质发电，而目前生物质发电只占整个电力生产的1％。

印度、巴西和东南亚等发展中国家也积极研发或者引进技术建设农林生物质发电项目。

2.生物液体燃料产业

生物液体燃料产品主要是指甲醇、燃料乙醇、二甲醚和生物柴油等。生物液体燃料的应用起始于19世纪末内燃机的发明。20世纪70年代的两次石油危机推动了生物液体燃料的首次发展热潮和规模化生产应用，主要是巴西甘蔗乙醇和美国玉米乙醇计划，包括中国在内的其它许多国家在70年代也不同程度地开展了本国生物液体燃料的生产应用活动。

进入20世纪90年代，促进农业经济和保护环境成了推动生物液体燃料产业发展的新动力。2002年以来，国际石油供需形势的日益紧张和价格持续攀升使得生物液体燃料经济竞争力逐步增强，气候变化问题也加大了交通部门减少温室气体排放的压力，欧美等国对生物液体燃料产业施行优惠的财税政策，从而全面推动了国际生物液体燃料产业的蓬勃发展。

目前，以多种糖和淀粉类作物为原料的燃料乙醇和以植物油脂为原料的生物柴油等生物液体燃料，通常被称为传统生物液体燃料，已经实现商业化生产应用，近年来全球生产使用规模迅速扩大。燃料乙醇是目前全球生产使用规模最大的生物液体燃料。全球约90％的燃料乙醇和生物柴油生产集中在美国、巴西和欧盟地区。许多国家近年来纷纷制定扩大生产使用燃料乙醇的计划和发展目标，见表1。

2005年以来，随着传统生物液体燃料在资源潜力、环保效益、燃料性能、粮食安全影响等方面的制约因素开始受到严重关切，国际社会和生物液体燃料产业界日益重视发展十分多样的非粮生物液体燃料，包括以农林业有机废弃物、专用非粮能源植物和微生物等生物质为原料的燃料乙醇、生物柴油、合成柴油燃料、新型醇类燃料、以及氢燃料等，通常称为第二代生物燃料。目前，欧美等领先国家和企业正在建设一批万吨级规模的生物合成柴油、纤维素乙醇示范项目，通常预计在今后十年来逐步实现商业化。

3.生物质致密成型燃料产业

2005年，世界生物质固体成型燃料产量已经超过了420万吨，其中美洲地区110万吨，欧洲地区300万吨。欧洲现有生物质固体燃料成型厂70余个。仅瑞典就有生物质颗粒加工厂10余家，单个企业的年生产能力达到了20多万吨。

目前，国外生物质固体成型燃料技术(见图1)及设备(见图2)的研发已经趋于成熟，相关标准体系也比较完善，形成了从原料收集、预处理到生物质固体成型燃料生产、配送、应用整个产业链的成熟体系和模式。

欧盟固体生物质燃料标准化工作始于2000年。按照欧盟的要求，欧盟标准化委员会制定了30个固体生物质燃料技术规范，分别为术语；规格、分类和质量保证；取样和样品准备，包括采样方法、抽样检验方法、样品制备方法等内容；物理或机械试验，包括热值、堆积密度、颗粒密度、全水分、灰分、挥发分、机械强度和尺寸分布等指标；化学试验等共5个方面。