生物質

在各種可再生能源中，由於核能、大型水電具有潛在的生態環境風險，風能和地熱等區域性資源制約，大力發展遭到限制和質疑，而生物質能卻以遍在性、豐富性、可再生性等特點得到人們認可。生物質的獨特性，不僅在於能貯存太陽能，還是一種可再生的碳源，可轉化成常規的固態、液態和氣態燃料，煤、石油、天然氣等能源實質上也是由生物質能轉變而來的。

生物質是指利用大氣、水、土地等通過光合作用而產生的各種有機體，即一切有生命的可以生長的有機物質通稱為生物質。

特點：可再生性。低污染性。廣泛分佈性。資源豐富。碳中性。

生物質包括植物、動物和微生物。

廣義概念：生物質包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物為食物的動物及其生產的廢棄物。有代表性的生物質如農作物、農作物廢棄物、木材、木材廢棄物和動物糞便。狹義概念：生物質主要是指農林業生產過程中除糧食、果實以外的秸稈、樹木等木質纖維素（簡稱木質素）、農產品加工業下腳料、農林廢棄物及畜牧業生產過程中的禽畜糞便和廢棄物等物質。

生物質能是可再生能源的重要組成部分.生物質能的高效開發利用,對解決能源、生態環境問題將起到十分積極的作用.進入20世紀70年代以來,世界各國尤其是經濟發達國家都對此高度重視,積極開展生物質能應用技術的研究,並取得許多研究成果,達到工業化應用規模.本文概述了國內外研究和開發進展,涉及到生物質能固化、液化、氣化和直接燃燒等研究技術. ^[1] 

糖類：

常見的糖類有纖維素、澱粉、麥芽糖和葡萄糖。兩個葡萄糖分子之間脱水後，它們的分子就會連到一起，成為澱粉，有利於貯存；更多的葡萄糖分子脱水後聚集起來就形成了一個更大的集團——纖維素，這個物質就相對比較穩定了，自然界中只有某些細菌類（如沼氣菌）能把它分解成為澱粉或葡萄糖。有的葡萄糖則被細胞轉化為其他物質，參與各種生命活動，在不同的條件下與不同的物質組成為不同的碳框架物質。

纖維素是分子量最大的糖類，人的消化系統不能將它分解，所以它不能為人體提供能量，但是現代人們研究發現，它有利於腸內有益細菌的生存，能促進腸胃的蠕動，對人體健康有利。自然界中有的細菌能夠將它分解成為簡單的葡萄糖。

澱粉是比纖維素簡單的糖類，是人類重要的食物和原材料，它在人的口腔裏在唾液澱粉酶的作用下，被分解為麥芽糖，所以人在多次咀嚼米粉時，感覺有點甜。它可分解為簡單的葡萄糖供人體吸收利用。

麥芽糖在我們常見的啤酒中含有，它是澱粉分解後的比葡萄糖複雜一些的糖類。

葡萄糖是最簡單的糖類，能夠直接為人體細胞所用，在生物體內，和氧反應生成二氧化碳和水，同時釋放出能量，為生命活動提供能量。同時，也參與構成細胞，如核糖。

醛類

一個羰基（C=O）基團和一個氫基（-H）基團，可以組合成為一個新的基團，叫醛基（CHO）基團，有這個基團的物質叫醛，我們相當熟悉的甲醛，碳框架中只有一個碳的醛類，甲醛的重要特點就是它能使蛋白質穩定，具有防腐作用。又是一種重要的化工原料，廣泛應用於工業和化妝品行業，同時，過量的非天然甲醛可以致癌。自然界中的甲醛對人體是有益的，如西紅柿是很好的抗衰老食品，它裏面就含有微量甲醛，這個含量就決定了它清除自由基的特性。植物燃燒不充分時發出的煙中也有甲醛，所以用煙燻過的肉，能夠長久保存。在人工心臟瓣膜移植手術中，把牛的心臟瓣膜經過一種醛（叫戊二醛）的處理後，再移植到人的心臟中，可以使人獲得健康。甲醛給人類帶來的傷害也不少。據美國有關部門統計，全世界每年生產了五十億磅甲醛。裝修材料中超標，化妝品中超標，非法用於食品防腐等事件也常有報導。

酸：

一個羰基（C=O）基團和一個羥基（-OH）基團，可以組合成為羧基（COOH）基團，有這個基團的物質叫酸，甲酸、乙酸、丙酸、脂肪酸、氨基酸都是與我們的生活有密切關係的“酸”。甲酸又稱蟻酸，蜜蜂蜇人時，會向人體注入了一點蟻酸，會引起局部皮膚紅腫和疼痛。乙酸就是醋酸，用糧食做的，因為糧食中的澱粉可分解成為葡萄糖，再在一定的條件下轉化成食醋。它連在一起的碳框架碳的個數是兩個，所以食醋學名叫乙酸；如果連在一起的碳框架碳的個數為三個，叫丙酸，人們熟悉的乳酸就是一種丙酸，葡萄糖在一定條件下還可轉化為乳酸，如人體運動時，由於供氧不足，葡萄糖分解不完全，肌肉處會產生大量乳酸，使肌肉感到痠痛；人體對酸都是比較敏感的，會產生不舒服的反映。只有胃中有鹽酸，保持強酸性。如果碳框架中的碳的個數是多個，並且是首尾相接的排成一列的，就統稱為脂肪酸；如果再結合一個氨基，就成為大家熟悉的氨基酸。這些酸是人體不可缺少的營養物質。從人體對酸的反應可以知道，現代人們通過高脂肪高蛋白食物，人體攝入了大量的脂肪酸和氨基酸，就形成了酸性體質。

醇

葡萄糖在一定的條件下還可以變成醇，醇是碳框架中含有羥基（-OH）的物質，如乙醇，就是酒精，在自然界中，熟透的水果可能有酒精的味道，就是葡萄糖變成了乙醇的原因，釀酒就是利用了這一變化。自然界中很多醇都有特殊的香味，現在人們常説的植物精油，有些就是醇。

陸地上的動植物都要保持水分，保持水分離不開一種物質，叫“甘油”，它與酒精乙醇是同一個家族的，叫丙三醇，都有（OH）集團，只是甘油碳框架的每個碳原子上都有（OH）基團，所以才叫“丙三醇”。甘油是食品加工業中通常使用的甜味劑和保濕劑，大多出現在運動食品和代乳品中。由於甘油可以增加人體組織中的水分含量，所以可以增加高熱環境下人體的運動能力。也是一種重要的化工原料，它和硝酸可以變成“硝酸甘油”，是一種烈性能炸藥，同時，也是一種良藥，硝酸甘油還常用作強心劑和抗心絞痛藥。

曾經報導的齊二藥事件中，就涉及了一種醇，叫二甘醇，它與丙三醇（甘油）一樣能保持水份，曾在牙膏和化妝品和工業中廣泛代替甘油使用，齊二藥事件後，説明這兩種醇在人體內的代謝結果是完全不同的，國家也禁止了在牙膏中用“二甘醇”代替“丙三醇”。那些腎衰竭而去世的受害者，是他們的犧牲，讓更多的人們免受了“二甘醇”的危害。

酯：

生物體內的酸和醇會生成酯，廣泛存在於自然界，例如乙酸和乙醇可以生成乙酸乙酯，在酒、食醋和某些水果中就有這種特殊的香味的物質，所以陳年的老酒和老醋都十分香；乙酸異戊酯存在於香蕉、梨等水果中；苯甲酸甲酯存在於丁香油中；水楊酸甲酯存在於冬青油中。脂肪酸的甘油酯是動植物油脂的主要成分；酯是蠟的主要成分。

三條脂肪酸鏈與甘油組合，形成甘油三酸脂，就是一種脂肪類物質，我們平時食用的油，它們的成份都是甘油三酸脂，它們經人體消化後，被分解成為甘油和脂肪酸，被人體吸收。膽固醇、維生素D和生物體內的很多激素如性激素都是脂肪類物質。

人體的皮膚分泌的皮脂，也是一種酯，它能保護和滋潤我們的皮膚，並具有一種獨特的體香味；有些動物能分泌特殊的酯類，如麝能分泌的麝香。天然的酯類大多對人體有益，並具有特殊的香味，人們從中提取出的植物精油和香精，大多都是酯。

構成酯的脂肪酸鏈越長，這種酯就不再是液體油了，而成了固體蠟；脂肪鏈越長，分子量越大，就成了樹脂，如松香、桐油和天然橡膠等，這些都是天然樹脂。人類根據這個自然規律，做出了各種各樣的人工樹脂和高分子材料，如人們熟悉的聚氨脂樹脂和丙烯酸樹脂，做成了各種塑料製品。它們都無法或很難被大自然中的生物所分解，給生態環境造成了巨大的影響，如二噁英，白色污染。

苯

還有一種叫“苯”的物質也廣泛存在於生物體內，它的碳框架結構為六個碳圍成一個環，叫“苯環”，含有這種“苯環”的物質，大多有特殊的香味，被稱為“芳香族”物質，在脂肪酸一類物質中，碳沒有形成環狀，被稱為“脂肪族”物質。大多數圍成了環的碳框架物質對人體都是有害的，它能使蛋白質沉澱變性，如甲苯，三聚氫胺這些都是有“環”的物質，會對人體造成傷害。

我們已經知道有些酯也有香味，有些醇也有香味，有香味的酯和醇一般對人體是有益的。所有芳香族物質，雖然也有香味，可由於“苯環”的存在，一般對人體都是有害的。這兩類不同的香味物質，價格和作用都相差很大，在市場經濟的今天，肯定有人用便宜的有害的芳香族人工香料混到昂貴的有害的天然香料中，這提醒人們在消費時注意。

酚：

植物體內的“苯環”如果和一個羥基（-OH）集團組合起來，那就不是醇，而是“酚”了，在自然界中廣泛存在於植物的樹皮和果實，是單寧的主要組分，它能使植物的花和果實顯示各種不同的顏色，也是許多染料的主要組成成份。酚類物質能和氨基結合，使蛋白質穩定，適量的酚類物質對人體有利。如現代人們常提到的“茶多酚”“花青素”等有抗氧化作用能清除“自由基”的物質，就是這類物質。自然界中存在的天然的酚，對人體是有益的。

通過化學方法從石油中提煉的苯類酚類等物質，多半能使人致病，如絕大多數染料中有這個苯環，前幾年歐美提出某些染料可以致癌，列出一些禁用的染料，他們的人不能用這些致癌物質。所以有些專家提出不染色的內衣對健康有利，各種彩棉製品也開始流行，反映出人們對環保和健康的重視。

胺：

胺在自然界中分佈很廣，其中大多數是由氨基酸脱羧生成的。工業製備胺類的方法多是由氨與醇或滷代烷反應制得，產物為各級胺的混合物，分餾後得到純品。由醛、酮在氨存在下催化還原也可得到相應的胺。工業上也常由硝基化合物、腈、酰胺或含氮雜環化合物催化還原製取胺類化合物。

胺的用途很廣。最早發展起來的染料工業就是以苯胺為基礎的。有些胺是維持生命活動所必需的，但也有些對生命十分有害，不少胺類化合物有致癌作用，尤其是芳香胺，如萘胺、聯苯胺等。

胺中氮原子的結構，很像氨分子中的氮原子，是以三個sp雜化軌道與氫或烴基相連接,組成一個稜錐體,留下一個sp3雜化軌道由孤電子對佔據。

種類繁多，分別具有不同特點和屬性，利用技術複雜、多樣，縱觀國內外生物質利用技術，均是將其轉換為固態、液態和氣態燃料加以高效利用，主要途徑有： ^[2] 

1、直接燃燒技術包括户用爐灶燃燒技術，鍋爐燃燒技術、生物質與煤的混合燃燒技術，以及與之相關的壓縮成型和烘焙技術。

2、生物轉化技術小型户用沼氣池、大中型厭氧消化。

3、熱化學轉化技術包括生物質氣化、乾餾、快速熱解液化技術。

4、液化技術包括提煉植物油技術、製取乙醇、甲醇等技術

5、有機垃圾能源化處理技術。

中國對生物質能源利用極為重視，己連續在四個國家五年計劃將生物質能利用技術的研究與應用列為重點科技攻關項目，開展了生物質能利用技術的研究與開發，如户用沼氣池、節柴炕灶、薪炭林、大中型沼氣工程、生物質壓塊成型、氣化與氣化發電、生物質液體燃料等，取得了多項優秀成果。政策方面，2005年2月28日，第十屆全國人民代表大會常務委員會第十四次會議通過了《可再生能源法》，2006年1月1日起已經正式實施，並於2006年陸續出台了相應的配套措施。這表明中國政府已在法律上明確了可再生能源包括生物質能在現代能源中的地位，並在政策上給予了巨大優惠支持。2007年，國家發展與改革委員會制訂的《中國對應氣候變化國家方案》確認，2010年後每年將通過發展生物質能源減少温室氣體排放0.3億噸CO2當量。因此，中國生物質能發展前景和投資前景極為廣闊。

中國已經開發出多種固態填充牀和流化牀氣化爐，以秸稈、木屑、稻殼、樹枝為原料生產燃氣。2006年用於木材和農副產品烘乾的有800多台，村鎮級秸稈氣化集中供氣系統近600處，年生產生物質燃氣2,000萬立方米。

近年來，中國生物油技術的開發取得較大進展。2013年4月24日，中國成功地進行了首次1號生物航空煤油飛機試飛。 ^[3]  這使中國成為繼美國、法國和芬蘭之後，第四個擁有這項技術的國家。該技術以生物質或廢棄食用油為原料，通過轉化和提純製造航空煤油等高附加值產品。它不僅在技術上可行，也為解決所謂“地溝油”迴流餐桌的問題提供了新的技術途徑。目前面臨的成本問題有望在大規模量產時逐步解決。

總體而言，中國生物質能源技術的發展和市場發育還不夠完善，生物質能利用技術的整體技術水平與發達國家還有差距，市場亟需規範。但隨着環保立法的加強和技術進步，生物質能源行業將會得到快速發展。

依據來源的不同，可以將適合於能源利用的生物質分為林業資源、農業資源、生活污水和工業有機廢水、城市固體廢物和畜禽糞便等五大類。

林業生物質資源是指森林生長和林業生產過程提供生物質能的生物質能源，包括薪炭林、在森林撫育和間伐作業中的零散木材、殘留的樹枝、樹葉和木屑等;木材採運和加工過程中的枝丫、鋸末、木屑、梢頭、板皮和截頭等;林業副產品的廢棄物，如果殼和果核等。

農業生物質能資源是指農業作物(包括能源作物);農業生產過程中的廢棄物，如農作物收穫時殘留在農田內的農作物秸稈(玉米秸、高粱秸、麥秸、稻草、豆秸和棉稈等);農業加工業的廢棄物，如農業生產過程中剩餘的稻殼等。能源植物泛指各種用以提供能源的植物，通常包括草本能源作物、油料作物、製取碳氫化合物植物和水生植物等幾類。

生活污水主要由城鎮居民生活、商業和服務業的各種排水組成，如冷卻水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、廚房排水、糞便污水等。工業有機廢水主要是酒精、釀酒、製糖、食品、製藥、造紙及屠宰等行業生產過程中排出的廢水等，其中都富含有機物。

城市固體廢物主要是由城鎮居民生活垃圾，商業、服務業垃圾和少量建築業垃圾等固體廢物構成。其組成成分比較複雜，受當地居民的平均生活水平、能源消費結構、城鎮建設、自然條件、傳統習慣以及季節變化等因素影響。

畜禽糞便是畜禽排泄物的總稱，它是其他形態生物質(主要是糧食、農作物秸稈和牧草等)的轉化形式，包括畜禽排出的糞便、尿及其與墊草的混合物。

新華網北京1月12日電（記者呂諾）我國可再生能源發電價格實行政府定價和政府指導價兩種形式。其中生物質發電項目上網電價實行政府定價的，電價標準由各省（自治區、直轄市）2005年脱硫燃煤機組標杆上網電價加每千瓦時0．25元補貼電價組成。 ^[4] 

這是近日發佈的《可再生能源發電價格和費用分攤管理試行辦法》中規定的。

《中華人民共和國可再生能源法》已於1日起施行，國家發改委、財政部、建設部、質檢總局等部門制定的配套法規和技術規範也陸續發佈。社會各界十分關注的有關可再生能源發電價格與費用分攤、可再生能源發電管理等制度有了可操作的規定。

作為配套法規之一的《可再生能源發電價格和費用分攤管理試行辦法》規定，生物質發電項目補貼電價，在項目運行滿15年後取消。自2010年起，每年新批准和核準建設的發電項目補貼電價比上年批准項目遞減2%。發電消耗熱量中常規能源超過20%的混燃發電項目，不享受補貼電價。通過招標確定投資人的生物質發電項目，上網電價按中標確定的價格執行，但不得高於所在地區的標杆電價。

根據同一規定，水力發電價格暫按現行規定執行；風力發電項目的上網電價實行政府指導價，電價標準由國務院價格主管部門按照招標形成的價格確定；太陽能發電、海洋能發電和地熱能發電項目上網電價實行政府定價，其電價標準由國務院價格主管部門按照合理成本加合理利潤的原則制定。可再生能源發電價格高於當地脱硫燃煤機組標杆上網電價的差額部分，在全國省級及以上電網銷售電量中分攤。

另一部配套法規《可再生能源發電有關管理規定》中明確：發電企業應當積極投資建設可再生能源發電項目，並承擔國家規定的可再生能源發電配額義務。大型發電企業應當優先投資可再生能源發電項目。

國家發改委副主任張國寶12日在《中華人民共和國可再生能源法》實施新聞發佈會上説，“可再生能源法”要求的配套行政法規和技術標準，具備條件的都已落實。全國風能源的調查和風電場選址工作將力爭在今年內完成，關於生物質能源資源評價工作正在準備，相關財政貼息和税收優惠政策正在制定。 ^[4] 

2021年11月16日，財政部中央預算公共平台官網發佈“關於提前下達2022年可再生能源電價附加補助地方資金預算的通知”。通知顯示，本次下達總計新能源補貼資金38.7億元。其中，生物質3824萬元。 ^[7] 

現在生物質可以應用到建築體列如：門窗和地板。如以下案列：

·中國政府援老撾國際會議中心 ^[5] 

·武功·南湖幸福灣水公園

·中國·湖北九宮山旅遊度假村

·成都西嶺滑雪度假村

·武漢雷克薩斯4S店

·武漢南湖半島高檔別墅區

木質纖維植物原料製取乙醉的工藝流程主要包括預處理、酶解、發酵和精餾等。

（1）預處理

天然的木質纖維素很難被纖維素酶降解，故必須首先對天然木質纖維素進行預處理。

傳統預處理方法有酸法、鹼法和生物法等。酸法可以有效地將半纖維素降解，但是無法將纖維素和木質素進行分離，且酸對設備的材料存在腐蝕問題，後面需要加鹼中和而產生大量鹽，增加了廢水處理的負擔。鹼法可以破壞木質素，但無法將纖維素和半纖維素分離，且產生大量的黑液，造成環境污染。鹼也難以回收利用，生物法目前仍主要處在實驗室研發階段，離工業化要求還有很大差距。

與以上傳統預處理方法相比，蒸汽爆破法的特點是處理成本低、污染小、能耗少，因此成為 最常用的預處理方法。蒸汽爆破是利用高温高壓的水蒸氣，使得木質纖維素原料中的半纖維 素部分水解，並軟化木質素，從而降低纖維素、半纖維素、木質素三者聚合度，然後通過瞬間減 壓，使得木質纖維素內部的氣體急速膨脹，產生爆碎作用，進一步破壞木質纖維素的內部結構。蒸汽爆破的一般流程是木質纖維素首先經過切制粗碎，併除塵除雜，然後與水浸漬後輸送至預處理反應器，在預處理反應器內的一定温度（170~200℃）和壓力（0. 8~1.0 MPa）的蒸汽中維持一定的時間（5~25 min），然後瞬間泄壓鑤碎，得到預處理物料。

（2）酶解

木質纖維素經過預處理後，需要進一步水解成可發酵糖。

傳統的酸水解技術較為成熟，但酸的腐蝕性對人體有害，所需工藝條件苛刻，且增加了設備投資和生產成本。

與酸水解相比，酶解的特點是反應條件温和、無污染，因此成為普遍採用的木質纖維素水解工藝。

纖維素酶是酶解過程的催化劑，是一組能夠將木質纖維素中的纖維素和半纖維素水解生成單糖的酶，纖維素酶可以通過木黴、麴黴、根黴和青黴等菌種發酵自行製備，也可以使用商品酶製劑。

酶解的一般流程是首先將預處理物料和水配製成一定底物濃度，然後加入纖維素酶開始酶解，酶解過程需控制在一定温度和pH，達到一定酶解時間後，得到酶解液。酶解工藝的主要操作條件是底物濃度、酶量、酶解時間、酶解温度、酶解pH。底物濃度的增大會影響酶解反應的傳熱傳質和均勻性，且產生高濃度酶解產物對酶有反饋抑制作用，所以底物濃度一般控制在15%~30%；酶解温度和pH是由酶製劑的最佳活性確定的，一般酶解温度是50℃，酶解 pH是5.0；酶解時間控制在2~3天為宜，酶解時間太長，可能會導致部分可發酵糖發生降解。

酶解液可以通過水洗，分離出木質素，也可不水洗直接發酵製得乙醇。

（3）發酵

乙醇發酵工藝已比較成熟，採用釀酒酵母已能較容易完成己糖發酵，但傳統的釀酒酵母只 能將己糖轉化成乙酵，卻不能利用戊糖。

採用基因和代謝工程技術篩選出戊糖發酵菌種，可以實現對己糖和戊糖全利用。

己糖和戊糖全利用工藝可分為己糖和戊糖分開發酵和己糖、戊糖同步發酵兩種流程，己糖 和戊糖分開發酵需要首先對預處理物料進行水洗分離出戊糖，此過程需要消耗大量的水，所以 一般採用己糖、戊糖同步發酵流程。

己糖、戊糖同步發酵的一般流程是在酶解液中接種共發酵菌種，發酵過程需控制在一定温度（35℃）和pH（6.0）達到一定發酵時間（約1~2天）後，得到發酵醪。

發酵醪可通過離心回收其中的菌種，發酵尾氣中的乙醇可回收後進入精餾。

（4）精餾

發酵液中的低濃度乙醇需經過精餾進行濃縮。

乙醇的精餾可採用三塔兩效差壓蒸餾的生產方法，此方法的特點是採用多級熱偶合術，分級利用系統熱量，使熱量的利用盡可能達到最佳狀態的功能，同時還節約了蒸汽消耗。發酵液中的低濃度乙醇經過精餾後，可得到95%（體積分數）的共沸乙醇。 ^[6]