泛球生物网-咨询 - 咨询专家

生物质能因其清洁、可再生性而受到世界各国的普遍重视，被认为是未来主要的可替代能源。生物质是指可再生和可循环的有机物质。生物质能是以生物质为载体的能量，即把太阳能以化学能形式固定在生物质中的一种能量形式。生物质能是唯一可再生的碳源，并可转化成常规的固态、液态和气态燃料，是解决未来能源危机最有潜力的途径之一。为促进我国生物质能源的健康、快速发展，香山科学会议于2005年5月31日至6月2日召开了主题为“生物质能源的利用潜力与前景”第256次学术讨论会。会议由匡廷云院士、石元春院士和陈勇研究员担任执行主席。
    石元春院士作了题为“谈发展生物质产业中的几个问题”的主题评述报告。他在关于生物能源的战略地位中指出，由于生物质能源清洁、可再生性、潜力巨大等特点，因而发展生物质能具有十分重要的战略意义，将对我国未来的能源结构产生重大而深远的影响。从长远和战略上看，生物质原料、能源和产品在社会物质生产构成中的份量将越来越大，地位越来越重要。他提出四个定位问题：①目标定位问题：生物质产业发展的目标定位于缓解我国的 “三农”、能源和环境问题，促进资源节约和循环利用; ②生物质能的原料定位在：以农林废弃物为主; 以低质地种植能源/材料植物为主; 作物淀粉、油脂和糖类仅作调剂之用;③产品定位问题：生物能源与生物基产品并重、生物基产品与原油替代; ④生物质产业是生物质生产和转化加工为能源和生物基产品的一种跨部门，跨行业的新型产业。要改变以往非农业、非重要能源的传统思想，而应从国家能源战略的高度来发展生物质能源，加大国家层面上的运作力度和速度，尽快发展几个有说服力的样板工程。
    匡廷云院士作了题为“国内外生物质能源现状与发展潜力”的主题报告，认为我国生物质能源的现代化利用还是处女地，潜力很大。生物质的特点是能量密度低、产地分散，加工、储运诸多困难，因而规模化与效益密切相关。我国目前的生物质能用量很大，但技术水平与效率低。如沼气建设多，能持续利用的少。陈粮燃料乙醇项目，虽产乙醇量很大，但工艺落后，效益差，国家每吨需补贴1000元以上。另外，我国生物质能的研究零星分散，缺乏长远规划与目标，经费也极少。对于未来生物质能的发展，技术创新是关键，主要是开展能源植物的优良种质选育，提高单位产量，降低原料成本，及与生态与农业结构的调整相结合。
    陈勇研究员在题为“生物质能源发展战略”的报告中指出，由于生物质资源量非常巨大，发展潜力很大；清洁能源及CO₂减排；可缓解石油的供需矛盾等方面的优势，它将成为未来主要的能源之一，在能源结构中的比例也会逐渐提高。生物质的主要化学成分与化石燃料类似，都含有碳、氢、氧等，并可以气体、液体和固体三种形态存在，既可作为能源利用，也可作为化工原料。生物质能源的开发利用可以与生态与环境治理相结合，达到生态、社会和经济效益的协调统一。由于生物能源的特殊性、战略重要性及巨大潜力，从国家层面上应加大对生物质能的重视及支持力度，并尽快开展一些生物能源的研究工作。主要在植物的资源调查评价、生物质资源开发与利用、生物质热化学转化过程研究、生物质生物转化过程研究与环境经济分析评价等方面开展研究工作。
    会议就生物质能在我国能源结构中的战略地位、生物质能源植物的生理生态、引种、选种及基因工程，生物质液化及生物油燃料、生物质燃气生产、以及生物制氢等方面请有关专家做了专题评述报告，于会专家进行了热烈的讨论。
    一、生物质能领域的主要科学问题
    1．能源植物资源与改良
    生物质能开发的关键就是低廉而规模化的生物质的提供，因而能源植物的研究与开发已成为世界重大热门课题之一，受到世界各国政府与科学家的关注。而我国能源植物研究起步早、但发展慢，生产规模小。我国植物资源丰富，资源南北分布不均。为了进一步推动我国能源植物研究、开发和推广的快速发展，应在以下几个方面加大研究力度：能源植物资源普查、引种、筛选及规模化栽培研究；能源植物的品种改良；对大面积种植生产的可持续性和生态学影响进行评价；能源植物试验与示范基地的建立。
    能源植物的开发与利用拟在已有的基因组学工作的基础上进行功能基因组学的研究并利用现代生物技术手段通过调控功能基因（组）的表达进行产量（biomass）、品质（油脂，淀粉，木质素，纤维素，半纤维素）和抗性（耐盐性和抗逆）的定向改良，达到降低生产能耗（减少营养，水和土地需求）和扩大能源植物适应环境的目的。同时，建立从生物质资源供应、生物质转换技术、应用系统集成、环境经济评价到生物质能源的大规模商品应用的研发链条，才能满足生物质能研究和利用的潜力。
    生物质原料是限制与决定生物质能成本与市场竞争力的主要因素，除了农业废弃物、垃圾等被动利用的原料外，主要是通过大面积种植能源作物来获得。而我国在能源植物的概念、筛选的标准以及资源状况调查等方面很少开展系统的研究，因而急需开展这方面的研究，摸清家底，建立数据库，也可以用来制定全国能源的区划图。
    2．生物质液化和液态生物质燃料的研发
    加强生物柴油、生物乙醇、生物产氢和石油植物等的研究与开发，将有益于缓解我国原油、汽油、柴油、燃料油的短缺，而且对保障国家石油安全具有重要意义。生物柴油的原料可以通过大量种植高含油作物来解决，并可以利用工业与食品行业的废油，可以保证其原料的长期供应。目前美、欧以及亚洲的一些国家和地区已建立商品化生物
    柴油生产基地。目前生产生物柴油的方法主要有化学法和生物（酶）法两种。生物（酶）法则是在常温常压下利用脂酶（脂肪酶）作为催化剂来合成生物柴油，具有条件温和、甲醇用量少和能耗低、环保性能好等优点。木质纤维素转化为液态生物质燃料的研发和利用在国际上已开展了较多的工作。
    由于生物柴油具有环保性、可再生性和使用方便等突出优点，生物柴油的研发受到了世界许多国家的高度重视。利用现代生物技术，产生特定脂肪酸或产油高的新油料植物将会不断出现。这些新的油料品种将会成为食品工业、生物柴油和化学工业的专用品种，在植物油脂经济中占有重要的地位。经过基因改造的油脂植物，如油菜、大豆、向日葵等会大面积种植，植物油脂会成为一些国家和地区的经济支柱。
    3．生物质燃气高效生产与高新技术
    沼气生产受到高度重视，从2000年到现在，国家投入资金24亿元，项目涉及1873个县次， 17239个村，受益农户达270万户。但还存在沼气技术水平不高、沼气持续运行能力差，规模分散等问题。
    废水的微生物处理和转化过程可同时实现减少污染和能源再生两个目标。国际上已建立了数种将工农业废水转化为生物能源的生物学处理和转化策略，包括废水的产甲烷氧降解、生物产氢和微生物燃料电池。
    燃料电池直接将燃料的化学能转换成电能，可获很高(40-60%)的发电效率，非常适合具有小型、分散、组成不稳定、热值低等特点的生物质气的高效发电。近年来通过高温燃料电池高效转化生物质气受到发达国家的高度重视，认为高温燃料电池可望为实现生物质转化燃料的高效、规模化利用提供技术平台。
    4．生物放氢及模拟放氢
    氢作为绿色能源，是一种可循环再生的能源，生物质能将是未来可持续能源系统的重要组成部分。大规模利用生物质制氢作为未来的能源载体，有可能是解决人类可持续发展中能源和环境问题的重要途径之一。但传统的生物质制氢技术，如生物质快速高温热解制氢技术、高温分解-催化蒸汽重整集成制氢技术、超临界水中生物质催化气化制氢技术等都存在能耗高、设备工艺复杂、副产物多、氢气的分离和净化难度大等缺点。另外，近年来生物法制氢也成为生物质转化利用的研究热点之一。但由于某种生物酶体系只可能对特定结构的生物质具有活性，故生物法制氢又存在选择性专一、普适性差、效率低等缺点。
    生物制氢中比较被看好的为绿藻制氢及光合细菌和与发酵细菌混合制氢、国际上均给予重点支持。绿藻间接光解水制氢急需解决的基础研究和工程基础研究内容，并预测这些研究工作成功后，氢气成本可具有市场竞争力。当前各国绿藻产氢研究一律集中于淡水衣藻，中科院大连化物所筛选到一株具有光解海水产氢功能的海洋绿藻。藻类制氢过程中，“光自屏蔽现象”是影响太阳能转化效率的关键问题。也是发展氢能经济的重要方向之一。会议报告中就我国在海洋绿藻光解水的进展和挑战进行重点评述，通过比较国际的发展态势分析阐述我国发展海洋绿藻制氢的重点、策略和前景。
    二、我国生物质能发展的战略
    经过各方面专家对生物质能内涵及相关内容的讨论，在一些相关问题与发展战略上基本上达成共识，归纳起来主要有：
    1.我国能源形势十分严峻，能源的多元化是必然的趋势。
    2.生物质的发展应实现“两个结合”，即“与生态治理及环境保护相结合”、“与中低产田改造及农业结构调整相结合”。只有在考虑生态环境保护的前提下，充分挖掘荒地及不适宜粮食种植的土地资源的生产潜力，才能持续地生产出生物质能，并有助于缓解 “三农”、能源和环境问题。
    3.综合利用与产品多元化是降低成本与调节产量的主要途径。发展生物质能源要与生物基产品相结合，主要是液体燃料、生物能源以及生物塑料等生物有机化工产品。
    4.原料定位：应以农林废弃物为主，以利用低质地或荒山荒坡种植能源植物为主。
    5.原料加工与布局是关键。
    6.正确产业定位。生物质产业既不是传统意义上的能源工业，又不是传统意义上的农业和农产品加工业，它是跨学科、跨部门、跨行业的一新兴的新型产业。
    7.突破成本瓶颈的主要途经是科技进步和经营管理。
    8.生物质能源不同于风能、太阳能、水能等可再生能源之处在于可以有“生物基产品”的物质性生产；可以参与资源的节约和循环利用。
    三、发展生物质能的几点建议：
    1.成立委部级联合领导小组和专家咨询小组；
    2.尽早制定整体性的科技研发计划，启动产业化项目；
    3.重视工、农业的衔接与系统优化，发展多元产品，降低成本；
    4.建立能源植物园与资源数据库平台，加强科普宣传工作；
    5.分层次、按类别逐步推进生物质能的科研及产业化工作；
    6.加强生物质能的科研、示范及产业化建设；
    7.制定优惠的政策，鼓励生物质能产品间公平竞争；
    8.开展国际合作，引进国际先进技术和资金。