能源在國民經濟中具有特別重要的戰(zhàn)略地位。我國目前能源供需矛盾尖銳，結構不合理；能源利用效率低；一次能源消費以煤為主，化石能源的大量消費造成嚴重的環(huán)境污染。今后15年，滿足持續(xù)快速增長的能源需求和能源的清潔高效利用，對能源科技發(fā)展提出重大挑戰(zhàn)。

    生物質能利用技術的三大類

    生物質主要包括薪炭林、經濟林、用材林、農作物秸稈、林業(yè)加工殘余物和各類有機垃圾等。我國生物質資源十分豐富，資源總量不低于30億噸干物質/年，相當于10億多噸油當量，約為我國目前石油消耗量的3倍。世界各國在調整能源發(fā)展戰(zhàn)略時，都把高效利用生物質能擺在優(yōu)先地位，列為能源利用中的重要課題。我國商品化的生物質能僅占一次能源消費的0.5%左右，與發(fā)達國家相比還有很大差距。

    目前，生物質能利用技術主要有直接燃燒、生物化學轉化和熱化學轉化三大類。直接燃燒包括爐灶燃燒、鍋爐燃燒和成型燃料燃燒等方式。目前許多農村地區(qū)普遍采用爐灶燃燒，熱效率低于15%；鍋爐燃燒熱效率較高，熱電聯(lián)產時可達90%以上；成型燃料燃燒是把生物質固化成型后再用于傳統(tǒng)的燃燒設備，電耗較高。

    生物化學轉化主要以厭氧發(fā)酵和生物酶技術為主。厭氧發(fā)酵主要適合于將工業(yè)有機廢液和人畜糞便等非固體生物質分解為沼氣；生物酶技術是把生物質生化轉化為乙醇，但目前生物酶大規(guī)模生產還存在難度，且用于木質纖維素還存在轉化速度慢和廢液需要二次處理等問題。

    熱化學轉化主要有熱解干餾、熱解氣化和熱解液化三種。熱解干餾技術可將木質生物質轉化為炭、燃氣和多種化學品，但缺點是利用率較低，原料適應性不強；熱解氣化可將生物質主要轉化為可燃氣體，既可用作生活煤氣，也可用作制氫或合成氣的原料，還可以通過鍋爐或內燃機等轉化為熱能或電能；熱解液化是在中溫閃速加熱條件下使生物質迅速熱解，然后對熱解產物迅速冷凝獲得一種稱為生物油的初級液體燃料，提質后可替代柴油汽油用于內燃機。

    突破大規(guī)模利用的瓶頸

    鑒于生物質資源分散、原料組分復雜，以及熱值低、不易運輸和貯存等特點，必須將其經濟高效地轉化為高熱值的液體燃料（如醇類、汽油和柴油等），才能實現(xiàn)大規(guī)模利用的目的。

    中國科學技術大學生物質潔凈能源實驗室根據多年研究經驗獲得的最佳技術路線是：首先在原料產地將生物質（秸稈）規(guī)模適度地（原料收集半徑控制在10～20公里）分散熱解，轉化為便于運輸和儲存的初級液體燃料??生物油，然后將各地熱解得到的生物油收集、集中后進行再加工（精制提煉，制富氫合成氣和氫氣，合成甲醇和混合醇，合成汽油和柴油）。這樣可從根本上解決生物質資源分散和受季節(jié)限制等大規(guī)模應用的瓶頸問題。

    中國科學技術大學生物質潔凈能源實驗室是一個專門從事生物質能研究與開發(fā)的科研實體。2004年8月該實驗室成功研制出每小時處理15公斤物料的電熱式熱解液化工業(yè)小試裝置，經過對熱源進行自熱式（以熱解副產物焦炭和不凝性氣體燃燒釋放的熱量為熱解提供熱源）改造后，自熱式的熱解裝置已于2005年11月通過安徽省科技廳組織的專家鑒定。2006年1月又成功研制出每小時可處理150公斤物料的自熱式熱解液化工業(yè)中試裝置。從運行情況來看，熱解焦炭和不凝性氣體燃燒釋放的熱量足以為熱解提供熱源。采用木屑、稻殼、玉米稈和棉花稈等多種原料進行的熱解液化試驗表明，木屑產油率60%以上、秸稈產油率50%以上。生物油熱值18～20兆焦/千克。不同原料制取的生物油在組成上雖然存在差異，但主要成分的相對含量十分接近，因而可以容易地混合使用。    生物油的經濟效益

    生物油經過簡單的品質改良后，生產成本約增至900元/噸、熱值約增至為18～20MJ/kg、長時間儲存不變質，銷售價格假設為1000元/噸。如果用生物油替代柴油和重油，提供同樣的熱量，價格分別相當于柴油和重油的43.2%和63.1%。顯然，生物油的開發(fā)和利用不僅具有重要的社會和環(huán)境效益，還有巨大的經濟效益，可以變廢為寶，增加農民收入。

    該實驗室在生物質熱解液化配套技術方面的研究也取得重要進展，如采用高壓內混式霧化燃燒技術已能單獨對生物油實現(xiàn)穩(wěn)定的工業(yè)燃燒，在生物油催化裂解方面也進行了大量研究，結果表明，生物油通過水蒸汽催化重整可以制取較高氫/碳比的富氫合成氣（主要組分為H2/CO/CO2的混合氣），這種合成氣進一步純化可獲得氫氣，也可通過不同的工藝合成制取柴油、汽油、甲醇或二甲醚等高品位的液體燃料。同時，該實驗室還對催化劑再生進行了研究。

    中國科學技術大學生物質潔凈能源實驗室在生物質自熱式熱解液化、生物油成分分析與結構研究、生物油精制提煉與品質提升、生物油定向氣化與合成氣制備、生物質基液體燃料合成等方面開展了大量卓有成效的研究，初步形成一批具有自主知識產權和國際先進水平的研究成果�？梢灶A料，我國在生物質能大規(guī)模應用的基礎理論和應用技術研究方面將實現(xiàn)新的跨越.