生物质产业基本概念及其中外发展模式

　　生物质与传统的煤炭、石油、天然气等石化能源一起被称为世界四大能源。而不可再生的化石资源总有一天会枯竭，且其工业化应用带来了许多问题，如环境污染、气候变暖等。随着人们追求健康的生活方式，以及循环地球、“低碳”发展的理念日益为国际社会所接受和推崇，人类新的生活依存模式必将发生根本性改变。本文提出我国“生物质产业”发展的建议，希望将生物质资源化利用当做一个国家课题进行规划开发研究，并逐步受到人们的重视，使生物质工业逐步替代目前以化石能源为基础的工业模式，低碳发展，造福人类。
　　
　　1 生物质产业基本概念

    生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用由CO2和H2O转化而成的各种有机体，即一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质，包括植物、动物和微生物。生物质按照来源可分为林业资源、农业资源、生活污水和部分工业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便等五大类。生物质是唯一一种可再生的低污染性的碳源，它以化学能的形式将太阳能和光能储存起来，可通过某些物理、生物、化学过程等转化为固态、液态或气态的燃料。目前国内普遍关注的就是生物质作为燃料使用，即生物质能的应用，而其作为资源进行物质生产，则关注者寥寥。本文提出的“生物质产业”发展的战略构想，比“生物质能产业”的范畴更宽，把生物质的资源化利用也纳入进来，称为生物质产业。
　　
　　生物质产业是非常令人期待的一个新的经济领域。
　　
　　地球上的生物质资源较为丰富，每年经光合作用产生的生物质有1 730亿吨，其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10~20倍，但目前的利用率不到3%[1].
　　
　　我国基本上是一个农业国家，潜在的生物质资源非常丰富。每年农业废弃物产出量大约有40多亿吨，其中畜禽粪便排放量26.1亿吨，农作物秸秆7.0亿吨，木质薪柴1.4亿吨，蔬菜废弃物1亿~1.5亿吨，乡镇生活垃圾和人粪便2.5亿吨，肉类加工厂（包括肉联厂、皮革厂和屠宰场）废弃物0.5亿~0.65亿吨，饼粕类0.25亿吨，林业废弃物（不包括炭薪林）每年约达3 700万m3[2].
　　
　　除去粮食作物，全国可利用的生物质资源量折合约为7亿吨标准煤[3].这么大量的生物质资源没能很好利用，有的被就地焚烧，污染大气，有的还成为水体的污染源，而有的低水平利用，也是社会的一大遗憾。
　　
　　我们知道，石油、天然气和煤是生物质经过亿万年的地下绝热转化而形成的，用其可以生产人类所需要的多种产品。本文提出的进行生物质产业发展研究就是希望将这种转化的时间大大缩短，直接以生物质为原料，通过一系列的物理作用、生物反应、化学反应等生产我们需要的产品。也就是说，不仅将生物质作为能源使用，更重要的是将其作为资源加以利用，生产生物质基工业产品。使生物质成为现在地球上除石油、天然气和煤等化石资源之外，可以进行物质生产的又一个大的原料来源，这就是生物质产业。
　　
　　生物质产业的界定。生物质产业是以生物质作为初始原料的所有工业门类的集合和统称，它以生物质为原料，通过现代生物和化学技术生产生物质能源、生物质燃料和生物基化工产品，它建立在农业科学、生命科学、生物技术、化学工程等领域的创新与突破基础之上，是一个新兴的、低碳的、跨学科的融合性高新技术产业。一般应包括生物质加工业、生物质能源工业、生物质生物工业和生物质化工工业等下游产业。具体来讲，它是利用可再生或可循环的有机物质，如农作物、树木及其他植物的残体、畜禽粪便、水生植物、油料植物、能源作物、废弃动植物油（包括地沟油）、城市和食品工业有机废弃物等为原料，通过工业性转化生产生物基能源产品、生物基燃料产品和生物基化工产品等。需要指出，按照“不与人争粮”的理念，本文倡议生物质产业所使用的生物质原料不应包括对人类有直接利用价值的粮食、食用油、成品木材等。
　　
　　生物质产业的产品和应用主要有固化成型燃烧和沼气发电，燃料乙醇和生物柴油，生物质有机物及其衍生物，生物塑料、生物橡胶和生物（化学）纤维等各种工业产品，并经进一步加工而得到的各种工业品。
　　
　　2 国外生物质产业发展状况

    目前，国际上对生物质的研究和利用，大多仅限于作为“能源”的利用方式，而其作为一种资源，作为物质生产的原料，目前也仅限于某一个点的工业应用。
　　
　　2.1生物质能源利用。国外的生物质能源技术和装置大多已商业化应用，实现了规模化产业经营。美国、瑞典等国，生物质转化为高品位能源已具有相当大的规模，分别占该国能源消耗量的4%、16%.目前，美国生物质能源（包括沼气发电）发电的总装机容量已超过10 000 MW,单机容量达10~25 MW.瑞典从20世纪70年代开始，政府承诺2020年后全面使用生物质燃料，放弃石油燃料，力争成为世界上第一个全面使用可再生能源的无油国。
　　
　　早在上世纪70年代的全球能源危机中，美国和巴西以玉米和甘蔗生产的燃料乙醇崭露头角，欧洲以油菜生产生物柴油，以林业废弃物固化成型燃烧，以及沼气发电等都取得了成功。巴西实施了世界上规模最大的乙醇开发计划，目前乙醇燃料已占该国汽车燃料消费量的50%以上。欧盟委员会提出，到2020年运输燃料的20%将用生物柴油和燃料乙醇等生物燃料替代。
　　
　　2.2生物质资源利用。英荷皇家壳牌石油公司估计，21世纪的前50年，生物质将提供世界化学品和燃料的30%,世界市场份额达到1 500亿美元；化工巨人巴斯夫公司早在2003年就宣布，将以可再生的生物质资源作为化学品生产的主要原料；丰田公司用白薯淀粉基塑料制成了汽车配件；富士通公司用玉米淀粉基塑料替代了计算机的塑料外壳；卡杰尔-道氏公司用玉米淀粉发酵生产了聚乳酸（PLA）和其他多种聚合物塑料。
　　
　　2.3美国生物质产业现状。美国政府为了推行其利用可再生能源政策，曾任命华裔物理学家、诺贝尔奖获得者朱棣文担任能源部长。朱棣文长期领导的劳伦斯·伯克利国家实验室是全球替代能源和可再生能源的研究基地，他一直呼吁放弃使用化石燃料，以应对全球变暖。
　　
　　早在1997年，美国就将生物质能源产业的研究经费由1.96亿美元增加到了4.42亿美元，并提出未来十年减免税收21亿美元的政策；2000年国会通过了“生物质研发法案”;2002年提出了《发展和推进生物质基产品和生物能源报告》和《生物质技术路线图》，成立了“生物质项目办公室”和生物质技术咨询委员会[4].
　　
　　这预示着一个充满活力的新行业将在美国出现，并将生产相当大一部分的电力、燃料、化学品和其他关键性产品。
　　
　　美国到2010年生物质基产品的产量（占总产品量）占比，由2001年的5%增加到了12%,燃料乙醇的运输燃料量（占总运输燃料量）占比，由0.5%提高到了4%;美国计划到2020年使生物质能源和生物质基产品较2000年增加20倍，达到能源总消费量的25%（2050年达到50%），实现每年减少碳排放量1亿吨和增加农民收入200亿美元的宏大目标。美国的森林工业开始与电力、石油、化工公司合作，利用林木废弃物生产能源及化工产品。
　　
　　3 我国生物质产业发展现状

    目前，我国生物质产业的研究利用与先进国家相比，较重视生物质能源的利用，对生物质作为资源的利用重视不够。国家虽然于2005年2月出台了《中华人民共和国可再生能源法》，并且已连续在三个国家五年计划中将生物质能源技术的研究与应用列为重点研究项目，农业部于2007年7月也发布了《农业生物质能产业发展规划》对生物质能源的开发加以鼓励和支持。尤其是2007年8月，中国发布《中国可再生能源中长期发展规划》
　　
　　提出，投资约2万亿元实现2020年达到能源消费总量15%的目标。其生物能源目标是：生物质发电总装机容量达到3 000万千瓦，固体成型燃料为5 000万吨，沼气为440亿立方米，燃料乙醇为1 000万吨和生物柴油200万吨。随即全国涌现出一大批优秀的科研成果和成功的应用范例，如户用沼气池、禽畜粪便沼气技术、生物质气化发电和集中供气、生物压块燃料、液体燃料（如燃料乙醇、生物柴油）等，取得了可观的社会效益和经济效益。但这些也仅限于生物质能利用的范畴。
　　
　　我国在生物质资源利用方面，比较有代表性的是聚乳酸的研究，聚乳酸具有极不寻常的价值，若石油枯竭以后，聚乳酸将是替代品之一，它不但有非常强的可塑性，可塑性决定了适用范围和经济价值，而且它可在自然环境里被微生物（细菌、真菌、藻类等）完全降解，生成的二氧化碳和水，通过光合作用被植物利用，进入生态链。另外，我国率先在世界上有经济效益地生产燃料乙醇，降低聚乳酸前体乳酸生产成本，使可降解的生态塑料-聚乳酸树脂具备了与石油基塑料竞争的经济性。
　　
　　可见，国内主要关注于生物质能源技术的研究和应用，但更为重要的是，它作为一种洁净资源，生产可替代化石资源的化工产品，远没有得到人们足够的重视，均未把生物质工业当做一个大的产业进行创新开发，甚至我国还没有像美国那样制定国家生物质产业发展规划和发展路线图。
　　
　　所以，我国应开创性地尽快启动战略性新兴产业“生物质产业”的预研和培育工作，进行发展模式探索和技术攻关研究，并制定生物质产业发展路线图，用于指导生物质产业的发展。生物质产业的发展令人期待！
　　
　　4 生物质产业发展模式令人期待

    在生物质产业的工艺、设备和产业化方面，我国与发达国家有较大差距，而且生物质产业与农业关系最为密切，特别是“三农”、能源和环境三股强劲需求的巨大拉动力，以及我国转变经济发展方式的迫切需要，尤其是新型城镇化建设的宏伟蓝图，都敦促我国应当高度重视生物质产业的全面规划和研究发展。生物质产业的发展必将提高国家的能源安全、环境质量和农村经济发展水平。
　　
　　我们应像重视石油工业和石油化工工业那样，重视生物质产业的发展。改变提到生物质，就只想到“秸秆”;提到生物质，就认为它只是一种燃料（能源来源）；提到生物质能源，就狭义地认为只是生物质发电这些不全面的认识。应将生物质进行基于现代技术的高效利用提上日程，像石油和煤炭那样，把其当做一种“大能源”和“大资源”战略性地利用。
　　
　　我们研究提出以生物质为原料的工业（生物质加工工业、生物质能源工业、生物质生物工业和生物质化工工业等）的发展模式，并将其列入预研日程，进行技术攻关，包括生物质工业生产能量衡算、发展瓶颈及技术问题解决方案等，以及“生物质产业联合企业”生产模式的超前规划设计和研究，为我国生物质产业的发展进行开创性示范性探索。
　　
　　4.1生物质产业发展模式建议

    把生物质工业当做一个大的产业，可细分为：生物质加工业、生物质能源工业、生物质生物工业和生物质化工工业四个子产业，生物质产业将是一个跨学科的战略性新兴产业。
　　
　　生物质加工业。为了易于运输而将生物质进行收集和初加工，使其便于作为生物质能源工业、生物质生物工业和生物质化工工业等下游工业的原料使用。按照“生物质的来源分类”进行子产业的细分，如林业资源、农作物秸秆、农业生产过程中废弃物、城市固体废物等的收集、分检、净化、粉碎、粒化、压缩、运输等；城市污水和废水的预处理、无害化处理、水的净化处理和利用，有用物质的提取和再资源化，处理后固态物质的浓缩、干燥、成型加工；能源作物（如黄连木）和油料作物等的收集、初加工；人类、畜禽粪便的收集、预处理、无害化处理、水的净化处理和利用、有用物质的提取和再资源化；人类、动物尸体的资源化处理等。
　　
　　生物质能源工业。包括生物质直接燃烧、固化成型燃烧应用；生物（燃料）油的加工利用；生物柴油的加工利用；生物二甲醚的加工利用；非粮原料生物乙醇、纤维素乙醇的生产；生物乙醇-汽油调和燃油利用；沼气应用技术；萃取制氢工业；生物质转化可燃气；生物质发电工业；城市垃圾产沼气项目建设；城市垃圾沼气发电工程建设等。
　　
　　生物质生物工业和生物质化工工业。以生物质加工业和生物质能源工业输出的产品（或副产品、下脚料等）为原料，进行可降解的生物质物质产品的生产，包括：生物质资源中化学物质的提取和利用；生物肥料生产；以高效沼气发酵菌种的选育，发酵机理攻关，提高沼气产率为主要目的的沼气技术工业；以甲烷为起始原料的基本生物质化学工业；生物质C1化学工业；生物质甲醇工业；以生物质甲醇为基本原料的基本化学工业；以生物质甲醇为基本原料的乙烯工业、高分子化学工业、塑料工业、橡胶工业、化学纤维工业等。
　　
　　4.2政府-企业-社会，一致重视生物质产业发展

    政府：依托发改委、科技、财政和环保等部门制定政策，增加资金投入，鼓励发展生物质产业，为该新兴产业的发展搭好平台；组织制定生物质产业发展规划蓝图；提出我国企业参与生物质产业发展的时间表；组织国内专家，设计生物质产业联合企业示范基地；支持建立完善的原料收集储运体系；支持建立生物质产业产学研创新联盟；加强跨学科交流和合作，解决技术瓶颈问题；高校应配合生物质产业发展进行专业学科设置、人力资源培养和储备。当前最急需注意的是，政府在制定政策时应理性地综合考虑潜在收益和长远效益、经济利益与环境效益的关系，尽快组织制定出生物质产业发展规划方案。
　　
　　企业：“春江水暖鸭先知”,对新产品、新技术发展趋势的高度敏感是企业成功的重要因素。我国企业应根据政府指向，依靠科技人员，积极参与探索生物质产业发展模式创新探索。企业根据自己的核心技术特点和发展战略方向，研究利用生物质的新技术，争取在这个产业链上，扣上本企业一环，为我国能源安全、经济建设和人民健康事业做出贡献。
　　
　　社会：全社会要树立“低碳”理念，要有“化石燃料”总会枯竭的危机感；人人都是与大自然中“生物质”联系最紧密的个体，积极支持、踊跃参与生物质产业的研究、设计、建设与发展是我们的社会责任。我们相信，在不久的将来，一个全新的领域-生物质产业的创新与发展，将会带给社会无穷的财富和利益。
　　
　　5 结束语

    由于生物质产业是一个新的领域，生物质产业的发展能够较好地解决能源、环境和“三农”问题，生物质来自于太阳光、空气和水，不会增加温室气体和污染物的排放。我们应从战略规划、技术保障等层面，突破传统农业生产与传统化石能源利用的老模式，制定生物质产业化发展规划，完善政策，加大投入和科技支持力度，并引进国外先进技术，建立生物质资源化利用及生物质基工业产品的生产新模式。在不久的将来，我国将能通过生物质产业技术创新，建设一大批生物质产业集群，推动建立起低碳的生物质经济体系，实现我国经济的可持续发展。
　　
　　参考文献：
　　
　　[1]生物质能源概述[J].绿化与生活，2010（6）：49.
　　
　　[2]孙振钧.我国农业废弃物资源化与农村生物质能源利用的现状与发展[J].中国农业科技导报，2006,8（1）：6-13.

    [3]王晓明.我国发展现代生物质产业的战略措施[R].调查研究报告，2006（175）：F0001-F0002.
　　
　　[4]石元春.抓住机遇，大力发展我国的生物质产业[J].科技导报，2005（5）：