生物质能源
2015-10-31Landclearingandthebiofuelcarbondebt
Land clearing and the biofuel carbon debt
Fargione，Joseph； Hill，Jason； Tilman，David； et al.
Carbon-negative biofuels from low-input high-diversity grassland biomass
Tilman，David； Hill，Jason； Lehman，Clarence
Biofuels from microalgae-A review of technologies for production，processing，and extractions of biofuels and co-products
Brennan，Liam； Owende，Philip
Environmental，economic，and energetic costs and benefits of biodiesel and ethanol biofuels
Hill，Jason； Nelson，Erik； Tilman，David； et al.
生物质能源应用研究现状与发展前景*
蒋剑春
（中国林业科学研究院林产化学工业研究所，江苏南京210042）
我国生物质能源发展现状与思考
吴创之，周肇秋，阴秀丽，易维明
生物质能源应用研究现状与发展前景
蒋剑春
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生物质能源
·编者按·
能源是现代人类生存和发展所依赖的重要资源。随着社会经济的发展，人类对能源的需求与依赖与日俱增，而化石能源的过度开采和使用，让世界各国面临着不同程度的化石能源短缺和生态危机，开发和利用清洁可再生能源已成为各国关注的焦点。近年来，生物质能源因其可持续性、优化资源结构、安全、环保、清洁、减排、增收等优势，在世界各国得到了越来越广泛的应用。由联合国政府间气候变化专门委员会及国际能源署的统计数据可知，生物质能源占全球可再生能源的77%，占世界一次能源消耗的14%，是继石油、天然气、煤炭之后的第四世界能源。
生物质能源是以生物质为载体将太阳能以化学能形式贮存的一种能量，它直接或间接的来源于植物的光合作用。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、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。生物质能源是唯一可以实现碳循环，并能以三种燃料形态（气、液、固）替代石油的可再生能源。与传统的直接燃烧方式不同，生物质能源的燃烧主要是借助于热化学、物理以及生物等一系列先进的技术手段，制造出高品位能源（固、液、气三种状态）来代替化石燃料，也可生产出为人类生活提供便利的能源（交通燃料、电力、热能、燃气）等。国内外对生物质能源的研究主要有：生物质解热技术、生物柴油、沼气发酵、生物质成型燃料、生物乙醇等，我国对生物质能的发展主要集中在发电、生物气体、生物质成型燃料、生物液体等几个方面。
目前，世界各国都在积极采取相应的政策扶持和经济支持，加大在生物质能转化利用技术方向的投入。欧美等发达国家在生物质能源的利用上有较深的研究基础，形成了一定的产业规模。我国生物质能源研究近年来也飞速发展，在沼气技术、燃料乙醇、气化等方面取得了关键性技术的突破，也得到了广泛的应用。我国要对生物质资源现状进行科学评估，发展稳定可靠的生物质资源；加大投入，对生物质能源企业加强环境考核，实现关键技术的攻关和突破；建立健全法律法规，加大国家支持力度，解决处理好生物质能源发展所面临的各种问题，为我国的能源战略与环境保护贡献力量。
本专题得到了张君颖教授（中国林学会）的大力支持。
·热点数据排行·
截至2015年7月17日，中国知网（CNKI）和Web of Science（WOS）的数据报告显示，以“生物质（Biomass）、生物质能（biomass energy）”为词条可以检索到的期刊文献1193分别为与24148条，本专题将相关数据按照：研究机构发文数、作者发文数、期刊发文数、被引用频次进行排行，结果如下。
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根据Web of Science统计数据，以“生物质（Biomass）、生物质能（biomass energy）”为词条可以检索到的高被引论文排行结果如下.
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·经典文献推荐·
基于Web of Science检索结果，利用Histcite软件选取LCS（Local Citation Score，本地引用次数）TOP 30文献作为节点进行分析，得到本领域推荐的经典文献如下.
来源出版物：Energy & Fuels，2006，20（3）： 848-889联系邮箱：Mohan，Dinesh； dm_1967@hotmail.com
Land clearing and the biofuel carbon debt
Fargione，Joseph； Hill，Jason； Tilman，David； et al.
Abstract： Increasing energy use，climate change，and carbon dioxide（CO2）emissions from fossil fuels make switching to low-carbon fuels a high priority. Biofuels are a potential low-carbon energy source，but whether biofuels offer carbon savings depends on how they are produced. Converting rainforests，peatlands，savannas，or grasslands to produce food crop-based biofuels in Brazil，Southeast Asia，and the United States creates a “biofuel carbon debt” by releasing 17 to 420 times more CO2than the annual greenhouse gas（GHG）reductions that these biofuels would provide by displacing fossil fuels. In contrast，biofuels made from waste biomass or from biomass grown on degraded and abandoned agricultural lands planted with perennials incur little or no carbon debt and can offer immediate and sustained GHG advantages.
Keywords： climate policy； switchgrass； conservation； amazon； legume； fuel
来源出版物：Science，2008，319（5867）： 1235-1238联系邮箱：Tilman，David； tilman@umn.edu
Carbon-negative biofuels from low-input high-diversity grassland biomass
Tilman，David； Hill，Jason； Lehman，Clarence
Abstract： Biofuels derived from low-input high-diversity（LIHD）mixtures of native grassland perennials can provide more usable energy，greater greenhouse gas reductions，and less agrichemical pollution per hectare than can corn grain ethanol or soybean biodiesel.High-diversity grasslands had increasingly higher bioenergy yields that were 238% greater than monoculture yields after a decade. LIHD biofuels are carbon negative because net ecosystem carbon dioxide sequestration（4.4 megagram hectare（-1）year（-1）of carbon dioxide in soil and roots）exceeds fossil carbon dioxide release during biofuel production（0.32 megagram hectare（-1）year（-1））. Moreover，LIHD biofuels can be produced on agriculturally degraded lands and thus need to neither displace food production nor cause loss of biodiversity via habitat destruction.
Keywords： crop residues； energy； ecosystem； switchgrass； biodiesel； dynamics； nitrogen； ethanol
来源出版物：Science，2006，314（5805）： 1598-1600联系邮箱：Tilman，David； tilman@umn.edu
Biofuels from microalgae-A review of technologies for production，processing，and extractions of biofuels and co-products
Brennan，Liam； Owende，Philip
Abstract： Sustainability is a key principle in natural resource management，and it involves operational efficiency，minimisation of environmental impact and socio-economic considerations. all of which are interdependent It has become increasingly obvious that continued reliance on fossil fuel energy resources is unsustainable，owing to both depleting world reserves and the green house gas emissions associated with their use Therefore，there are vigorous research initiatives aimed at developing alternative renewable and potentially carbon neutral solid，liquid and gaseous biofuels as alternative energy resources. However，alternate energy resources akin to first generation biofuels derived from terrestrial crops such as sugarcane，Sugar beet，maize and rapeseed place an enormous strain on world food markets，contribute to water shortages and precipitate the destruction of the world's forests. Second generation biofuels derived from lignocellulosic agriculture and forest residues and from non-food crop feedstocks address some of the above problems； however there is concern over competing land use or required land use changes Therefore，based on current knowledge and technology projections，third generation biofuels specifically derived from microalgae are considered to be a technically viable alternative energy resource that is devoid of the major drawbacks associated with first and second generation biofuels. Microalgae are photosynthetic microorganisms with simple growing requirements（light，Sugars，CO2，N，P，and K）that can produce lipids，proteins and carbohydrates in large amounts over short periods of time. These products can be processed into both biofuels and valuable co-products. This study reviewed the technologies underpinning microalgae-to-biofuels systems，focusing on the biomass production，harvesting，conversion technologies and the extraction of useful co-products it also reviewed the synergistic coupling of microalgae propagation with carbon sequestration and wastewater treatment potential for mitigation of environmental impacts associated with energy conversion and utilisation. It was found that whereas there are outstanding issues related to photosynthetic efficiencies and biomass output，microalgae-derived biofuels could progressively substitute a significant proportion of the fossil fuels required to meet the growing energy demand.
Keywords： Microalgae； Biomass recovery； Bioenergy； Conversion； Photobioreactor； CO2sequestration
来源出版物：Renewable & Sustainable Energy Reviews，2010，14（2）： 557-577
Environmental，economic，and energetic costs and benefits of biodiesel and ethanol biofuels
Hill，Jason； Nelson，Erik； Tilman，David； et al.
Abstract： Negative environmental consequences of fossil fuels and concerns about petroleum supplies have spurred the search for renewable transportation biofuels. To be a viable alternative，a biofuel should provide a net energy gain，have environmental benefits，be economically competitive，and be producible in large quantities without reducing food supplies. We use these criteria to evaluate，through life-cycle accounting，ethanol from corn grain and biodiesel from soybeans. Ethanol yields 25% more energy than the energy invested in its production，whereas biodiesel yields 93% more. Compared with ethanol，biodiesel releases just 1.0%，8.3%，and 13% of the agricultural nitrogen，phosphorus，and pesticide pollutants，respectively，per net energy gain. Relative to the fossil fuels they displace，greenhouse gas emissions are reduced 12% by the production and combustion of ethanol and 41% by biodiesel. Biodiesel also releases less air pollutants per net energy gain than ethanol. These advantages of biodiesel over ethanol come from lower agricultural inputs and more efficient conversion of feed-stocks to fuel. Neither biofuel can replace much petroleum without impacting food supplies. Even dedicating all U.S. corn and soybean production to biofuels would meet only 12% of gasoline demand and 6% of diesel demand. Until recent increases in petroleum prices，high production costs made biofuels unprofitable without subsidies. Biodiesel provides sufficient environmental advantages to merit subsidy. Transportation biofuels such as synfuel hydrocarbons or cellulosic ethanol，if produced from low-input biomass grown on agriculturally marginal land or from waste biomass，could provide much greater supplies and environmental benefits than food-based biofuels.
Keywords： corn； soybean； life-cycle accounting； agriculture； fossil fuel
来源出版物：Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2006，103（30）： 11206-11210
联系邮箱：Tilman，David； tilman@umn.edu
·推荐综述·
生物质能源应用研究现状与发展前景*
蒋剑春
（中国林业科学研究院林产化学工业研究所，江苏南京210042）
摘编自《林业化学与工业》2002年22卷2期：75～80页，图、表、参考文献已省略.
1生物质能源的地位
生物质能源是人类用火以来，最早直接应用的能源。随着人类文明的进步，生物质能源的应用研究开发几经波折，在第二次世界大战前后，欧洲的木质能源应用研究达到高峰，然后随着石油化工和煤化工的发展，生物质能源的应用逐渐趋于低谷。到20世纪70年代中期，由于中东战争引发的全球性能源危机，可再生能源，包括木质能源在内的开发利用研究，重新引起了人们的重视。人们深刻认识到石油、煤、天然气等化石能源的资源有限性和环境污染问题。有关资料介绍［1］，根据现已探明的储量和需求推算看，到 21世纪中叶，世界石油、天然气资源可能枯竭，而煤炭的大量使用，不仅自身贮量有限，而且由于燃烧产生大量的SO2、CO2等气体，严重污染环境。日益严重的环境问题，已引起国际社会的共同关注，环境问题与能源问题密切相关，成为当今世界共同关注的焦点之一。有资料表明，化石燃料的使用是大气污染的主要原因。“酸雨”、“温室效应”等等都已给人们赖以生存的地球带来了灾难性的后果。而使用大自然馈赠的生物质能，几乎不产生污染，使用过程中几乎没有SO2产生，产生的CO2气体与植物生长过程中需要吸收大量CO2在数量上保持平衡，被称之为CO2中性的燃料。生物质能源可再生而不会枯竭，同时起着保护和改善生态环境的重要作用，是理想的可再生能源之一。
林业薪炭林和农作物秸杆同属于生物质能源。在目前世界的能源消耗中，生物质能耗占世界总能耗的14%，仅次于石油、煤炭和天然气，位居第4位［2］。而在发展中国家，生物质能耗占有较大比重，达到50%以上。
我国是一个农业大国，农业人口占总人口70%以上，农村生活用能主要是依靠秸杆和薪材。据统计资料介绍，农村总能耗的65%以上为生物质能，其中薪材消耗量约占总能耗的29%。为了解决农村用能紧缺的问题，我国正在大力发展薪炭林，目前薪炭林总面积已达429万hm2，年产生物量达到2.2亿t左右［3］。生物质是一种可以与环境协调发展的能源，具有巨大的发展潜力。用包括生物质能在内的可再生能源，用现代技术开发利用，对于建立可持续发展的能源体系，促进社会和经济的发展以及改善生态环境具有重大意义。如何高效开发利用，包括薪炭林在内的生物质能，已经历史地摆在我们面前。
2生物质能应用技术研究现状
2.1研究开发技术概况
生物质能的研究开发，主要有物理转换、化学转换、生物转换3大类。涉及到气化、液化、热解、固化和直接燃烧等技术。生物质能转换技术及产品如图1所示。
2.1.1气化
生物质能气化是指固体物质在高温条件下，与气化剂（空气、氧气和水蒸气）反应得到小分子可燃气体的过程。所用气化剂不同，得到的气体燃料种类也不同，如空气煤气、小煤气、混合煤气以及蒸汽——氧气煤气等。目前使用最广泛的是空气作为气化剂。产生的气体主要作为燃料，用于锅炉、民用炉灶、发电等场合，也可作为合成甲醇的化工原料。
2.1.2液化
液化是指通过化学方式将生物质转换成液体产品的过程。液化技术主要有间接液化和直接液化2类。间接液化就是把生物质气化成气体后，再进一步合成反应成为液体产品；或者采用水解法，把生物质中的纤维素、半纤维素转化为多糖，然后再用生物技术发酵成为酒精。直接液化是把生物质放在高压设备中，添加适宜的催化剂，在一定的工艺条件下反应，制成液化油，作为汽车用燃料，或进一步分离加工成化工产品。这类技术是生物质能的研究热点。
2.1.3热解
生物质在隔绝或少量供给氧气的条件下，加热分解的过程通常称之谓热解，这种热解过程所得产品主要有气体、液体、固体3类产品。其比例根据不同的工艺条件而发生变化。最近国外研究开发了快速热解技术，即瞬时裂解，制取液体燃料油［4］。液化油得率以干物质计，可达70%以上。是一种很有开发前景的生物质应用技术。
2.1.4固化
将生物质粉碎至一定的粒度，不添加粘接剂，在高压条件下，挤压成一定形状。其粘接力主要是靠挤压过程产生的热量，使得生物质中木质素产生塑化粘接。成型物再进一步炭化制成木炭。现已开发成功的成型技术按成型物形状划分主要有3大类：棒状成型、颗粒状成型和圆柱块状成型技术。解决了生物质能形状各异、堆积密度小且较松散、运输和贮存使用不方便的问题，提高了生物质的使用热效率。
2.1.5直接燃烧
直接燃烧是生物质最早被使用的传统方式。研究开发工作主要是着重于提高直接燃烧的热效率。如研究开发直接用生物质的锅炉等用能设备。
2.2国外研究概况［5］
20世纪70年代开始，生物质能的开发利用研究已成为世界性的热门研究课题。许多国家都制定了相应的开发研究计划，如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划，纷纷投入大量的人力和资金从事生物质能的研究开发。
生物质能利用研究开发工作，国外尤其是发达国家的科研人员作了大量的工作。
美国在生物质利用方面处于世界领先地位。据报道，美国有350多座生物质发电站，主要分布在纸浆、纸产品加工厂和其它林产品加工厂，这些工厂大都位于郊区。发电装机总容量达700 MW，提供了大约6.6万个工作岗位。据有关科学家预测，到2010年，生物质发电将达到13000 MW装机容量，届时有16.2万hm2的能源农作物和生物质剩余物作为气化发电的原料，同时可安排17万多就业人员。20世纪70年代研究开发了颗粒成型燃料，该技术在美国、加拿大、日本等国得到推广应用。并研究开发了专门使用颗粒成型燃料的炉灶，用于家庭或暖房取暖。在北美有50万户以上家庭使用这种专用取暖炉。美国的颗粒成型燃料，年产量达80万t。
奥地利成功地推行建立燃烧木质能源的区域供电计划，目前已有八九十个容量为1000～2000 kW的区域供热站，年供热10×109MJ。加拿大有12个实验室和大学开展了生物质的气化技术研究。1998年8月发布了由Freel和Barry A申请的生物质循环流化床快速热解技术和设备。瑞典和丹麦正在实行利用生物质进行热电联产的计划，使生物质能在提供高品位电能的同时，满足供热的要求。1999年，瑞典地区供热和热电联产所消耗的能源中，26%是生物质能。加拿大用木质原料生产的乙醇产量为每年17万t。比利时每年以甘蔗渣为原料制取的乙醇量达3.2万t以上。美国每年以农村生物质和玉米为原料生产乙醇约450万t，计划到2010年，可再生的生物质可提供约5300万t乙醇。
在气化、热解反应的工艺和设备研究方面，流化床技术是科学家们关注的热点之一。印度 Anna大学新能源和可再生能源中心最近开发研究用流化床气化农林剩余物和稻壳、木屑、甘蔗渣等，建立了一个中试规模的流化床系统，气体用于柴油发电机发电。1995年美国Hawaii大学和Vermont大学在国家能源部的资助下开展了流化床气化发电工作。Hawaii大学建立了日处理生物质量为100 t的工业化压力气化系统，1997年已经完成了设计。建造和试运行达到预定生产能力。Vermont大学建立了气化工业装置，其生产能力达到200 t/d，发电能力为50 MW。目前已进入正常运行阶段。
日本从20世纪40年代开始了生物质成型技术研究，开发出单头、多头螺杆挤压成型机，生产棒状成型燃料。其年生产量达25万t左右。欧洲各国开发了活塞式挤压制圆柱及块状成型技术。
美国、新西兰、日本、德国、加拿大等国先后开展了从生物质制取液化油的研究工作。将生物质粉碎处理后，置于反应器内，添加催化剂或无催化剂，经化学反应转化为液化油，其发热量达3.5×104kJ/kg左右，用木质原料液化的得率为绝干原料的50%以上。欧盟组织资助了3个项目，以生物质为原料，利用快速热解技术制取液化油，已经完成100 kg/h的试验规模，并拟进一步扩大至生产应用。该技术制得的液化油得率达70%，液化油热值为1.7×104kJ/kg。
欧美等发达国家的科研人员在催化气化方面也作出了大量的研究开发工作，在生物质转化过程中，应用催化剂，旨在降低反应活化能，改变生物质热分解进程，分解气化副产物焦油成为小分子的可燃气体，增加煤气产量，提高气体热值，降低气化反应温度，提高反应速率和调整气体组成，以便进一步加工制取甲醇和合成氨。研究范围涉及到催化剂的选择，气化条件的优化和气化反应装置的适应性等方面，并已在工业生产装置中得到应用。
2.3国内研究开发概况
我国生物质能的应用技术研究，从20世纪80年代以来一直受到政府和科技人员的重视。国家“六五”计划就开始设立研究课题，进行重点攻关，要在气化、固化、热解和液化等方面开展研究开发工作。
生物质气化技术的研究在我国发展较快。利用农林生物质原料进行热解气化反应，产生的木煤气供居民生活用气、供热和发电方面。中国林业科学研究院林产化学工业研究所从20世纪80年代初期开始研究开发木质原料和农业剩余物的气化和成型技术。先后承担了国家、部、省级重点项目和国际合作项目近10项，研究开发了以林业剩余物为原料的上吸式气化炉，已先后在黑龙江、福建等建成工业化装置［6］，气化炉的最大生产能力达6.3×106kJ/h（消耗木片量为300 kg/h）。产生的木煤气作为集中供热和居民家庭用气燃料，从原料计算气化热效率达到70%以上。同时在出热量达4.18×104kJ/h的中试装置中，进行了气化发电试验研究，电的转化率为13%左右。最近在江苏省研究开发以木屑、稻壳、稻草和麦草为原料，应用内循环流化床气化系统，并研究应用催化剂和富氧气化技术产生接近中热值煤气，供乡镇居民使用的集中供气系统［7］，气体热值为7000 kJ/Nm3左右，较同类生物质气化的热值提高了近30%，气化热效率达70%以上。山东省能源研究所研究开发了下吸式气化炉，主要适用硬秸杆类农业剩余物的气化。从20世纪90年代开始，在农村居民集中居住地区得到较好的推广应用，已形成产业化规模。国内有数十家单位从事同类技术的研究开发，目前全国已建立300余个秸杆气化集中供气系统。气体热值一般在5000 kJ/Nm3，气化转化率达70%以上。
广州能源研究所开发了外循环流化床生物质气化技术，制取的木煤气作为干燥热源和发电。已完成了目前国内最大发电能力为1 MW的气化发电系统，为木材加工厂提供附加电源。辽宁能源所与意大利合作引进了一套下吸式气化炉发电装置，发电能力30 kW。另外北京农机院、浙江大学热工所和大连环科所等单位先后开展了生物质气化技术的研究工作。
我国的生物质固化技术开始于“七五”期间，现已达到工业化生产规模。目前国内已开发完成的固化成型设备有2大类：棒状成型机和颗粒状成型机。这2种机型均由中国林科院林化所科研人员率先完成。棒状成型机有单头和双头2种，单头生产能力为120 kg/h，双头机生产能力为200 kg/h。1998年与江苏正昌粮机集团公司合作，开发了内压滚筒式颗粒成型机，生产能力为250～300 kg/h，生产的颗粒成型燃料尤其适用于家庭或暖房取暖使用。南京市平亚取暖器材有限公司，从美国引进适用于家庭使用的取暖炉，通过国内消化吸收，形成工业化生产。并从美国引进了一套生产能力为1.5 t/h的颗粒成型燃料生产线，1999年开始正式生产，产品供应市场运行情况良好。
从20世纪50年代开始了稀酸常压、稀酸加压的浓酸大液比的水解、纤维素酶水解法研究，并在南岔水解厂建立示范工程，主要利用木材加工剩余物制取乙醇和饲料酵母，设计生产能力为年产4000 t乙醇，产生的木质素作为生产活性炭的原料。但由于工艺设备较之用粮食淀粉水解制乙醇复杂得多，在粮食供应充足、粮价较低情况下，难以和粮食酒精匹敌，更难和石油化工的合成酒精竞争。20世纪80年代，人们再度开始木质纤维素的水解新技术的研究，中国林科院林化所、山东大学、华东理工大学、沈阳农业大学等先后开展了生物质水解制取乙醇工艺和设备的研究开发，重点对前处理工艺进行了研究，目前尚处于研发阶段。
木材热解技术的研究，国内从20世纪50年代至60年代进行大量的研究工作，中国林科院林化所在北京光华木材厂建立了一套生产能力为500 kg/h的木屑热解工业化生产装置；在安徽芜湖木材厂建立年处理能力达万吨以上的木材固定床热解系统。黑龙江铁力木材干馏厂曾从前苏联引进了年处理木材10万t的大型木材热解设备。这些生产装置的目标均是为了解决当时我国石油资源紧缺问题。随着石油化工的迅速崛起，以木材为原料制取化工产品的生产成本高，难以与石化产品竞争，这些装置纷纷下马和转产。研究工作也转向以热解产品的深加工开发，如活性炭、木醋液等应用研究领域。国内在快速热解制取液化油的研究开发方面，尚未见有报道。
总之，我国在生物质能转换技术的研究开发方面做了许多工作，取得了明显的进步，但与发达国家相比差距甚远。
3农林生物质能应用研究技术展望
生物质能是重要的可再生资源，预计到21世纪，世界能源消费的40%将会来自生物质能［8］。我国有丰富的生物质能资源。随着经济的发展，人们生活水平的提高，环境保护意识的加强，化石能源逐渐减少，对包括生物质能在内的可再生资源的合理、高效地开发利用，必然愈来愈受到人们的重视。因此，科学地利用生物质能源，加强应用基础和应用技术的研究，具有十分重要的意义。从国外生物质能利用技术的研究开发现状来看，结合我国现有研究开发技术水平和实际情况，作者认为我国生物质应用技术将主要在以下几方面发展。
3.1高效直接燃烧技术和设备的开发
我国有13亿多人口，绝大多数居住在广大的乡村和小城镇。其生活用能的主要方式仍然是直接燃烧。剩余物秸杆、稻草等松散型物料是农村居民的主要能源，开发研究高效的燃烧炉，提高使用热效率，仍将是应予解决的重要问题。乡镇企业的快速兴起，不仅带动农村经济的发展，而且加速了化石能源尤其是煤的消费，因此开发改造乡镇企业用煤设备（如锅炉等），用生物质替代燃煤在今后的研究开发中应占有一席之地。把松散的农林剩余物进行粉碎分级处理后，加工成定型的燃料，结合专用技术和设备的开发，家庭和暖房取暖用的颗粒成型燃料，推广应用工作在我国将会有较好的市场前景。
3.2生物质气化和发电
国外生物质发电的利用占很大比重，且已工业化推广，而我国的生物质发电开发尚属起步阶段。由于电能传输和使用方便，从发展的前景来看，应有较好的市场。未来10年中，将会有较大发展。国家科技部已将生物质发电作为主要能源研究列入“十五”规划中。同时随着经济的发展，农村分散居民逐步向城镇集中，数以万计的乡镇小城镇将是农民的居住地，为集中供气和供热、提高能源利用率提供了现实的可能性。生活水平的提高，促使人们希望使用清洁方便的气体燃料。因此生物质能热解气化产生木煤气的技术推广应用应具有较好的市场前景。但应注意研究解决气体中的焦油引起堵塞和酸性气体的腐蚀等问题。
3.3能源植物的开发
大力发展能产生“绿色石油”的各类植物，如山茶树、油棕榈、木戟科植物等，为生物质能利用提供丰富的优质资源。
3.4能源植物的开发
由于液体产品便于贮存、运输，可以取代化石能源产品，因此从生物质能经济高效地制取乙醇、甲醇、合成氨、液化油等液体产品，必将是今后研究的热点。如水解、生物发酵、快速热解、高压液化等工艺技术研究，以及催化剂的研制、新型设备的开发等等都是科学家们关注的焦点，一旦研究获得突破性进展，将会大大促进生物质能的开发利用。
4建议
4.1生物质能应用技术的研究开发，在现阶段主要是从生态环境、环境保护的角度出发，从中长期来看，将要弥补资源有限性的不足。因此，生物质能源的开发利用，其社会效益远远大于经济效益。在目前发展阶段，需要国家的政策扶持和财力支撑。应制订相关政策，鼓励和支持企业投资生物质能源开发项目。
4.2我国有丰富的生物质资源，但我国的国情是人口众多，人均资源相对偏小，因此，在生物质的应用技术发展方向上，应结合我国分散的能源系统，以满足农村乡、镇、村不断增长的能量需求，重点解决居民生活用能，减少对化石能源尤其是煤炭的使用。在经济条件较发达的乡村地区，大力推广木煤气气化系统；同时推广成型燃料及专用取暖炉，取代煤炉取暖的小型锅炉；研究开发专门使用生物质的直接燃料锅炉。
4.3加强基础和应用研究。在生物质能化学转换中的催化降解、直接和间接液化机理，高产生物能基因及其变异性规律，生物转化微生物“杂交”等基础理论和应用研究。国家在科研项目的安排方面，要注重给生物质能应用研究的发展方面留有一定的空间。
4.4我国薪炭林已达429万hm2，全国有100余个薪炭林试点县，计划到2020年，将增建50个薪炭林基地。薪炭林面积也将达到1600多万hm2，同时，山区有大量发展的经济果壳，应合理经济地开发利用这些宝贵的薪炭林资源，将薪炭林综合利用开发，产生的气体作为发电和民用煤气，固体产品木炭进一步加工成活性炭，液体产品可进一步加工成化工产品，创造经济效益。既解决部分农村能源紧缺的矛盾，又为农村劳动力创造就业机会，促进山区农村经济的发展。前期可选择若干个条件较好的薪炭林试点基地，建立能源示范工厂。然后总结经验推广应用，使薪炭林的发展，不仅能解决农村缺能的矛盾，而且可实现生物质能综合利用的“林能”结合。从而实现山区经济发展、农民脱贫致富，同时产生较好的经济效益和社会效益。
4.5加强生物质研究领域的国际交流与合作，引进国外先进的生物质利用技术和设备，加快我国生物质开发利用的步伐，建立符合中国国情的生物质能开发利用结构体系。
我国生物质能源发展现状与思考
吴创之，周肇秋，阴秀丽，易维明
摘编自《农业机械学报》2009年40卷1期：91～99页，图、表、参考文献已省略.
1.中国科学院广州能源研究所，中国科学院可再生能源与天然气水合物重点实验室，广州510640
2.山东理工大学山东省清洁能源工程技术研究中心，淄博255091
引言
生物质能占世界一次能源消耗的14%［1］，是继主要的化石能源煤、石油和天然气之后的第4位能源。但目前仍主要以传统的直接燃烧方式为发展中国家居民提供生活用能，能源利用率低，资源浪费严重。现代生物质能利用是指借助热化学、生物化学等手段，通过一系列先进的转换技术，生产出固、液、气等高品位能源来代替化石燃料，为人类生产、生活提供电力、交通燃料、热能、燃气等终端能源产品。现代生物质能源利用技术的开发对替代或部分替代化石能源、保护生态环境、实现人类社会的可持续发展具有非常重要的现实意义和长远意义。
1发展现状
1.1资源现状
我国生物质原料主要来自农林产业，分布遍及全国各自然生态区，有草、灌、乔，淀粉、糖、木质纤维素等，所以发展生物质能产业，应当走原料与产品的多元化道路。根据我国国情，生物质资源开发应以有机废弃物和利用边际性土地种植的能源植物作为其原料主要来源。具体的资源开发技术路线有：①依托于农业废弃物、后备性宜垦农地及非粮低产农田的农业路线，资源利用宜以生产液体燃料等多种能源及化工产品的多元化发展方向。②依托林业边际性土地和林业剩余物的林业路线，其原料与产品相对单一，资源利用的主导方向宜以替代煤的成型燃料或直燃供热发电为主，与木本油料生物柴油生产相结合的方向。
能源植物是指通过提取或适当加工可直接提供能源的植物，具有资源丰富、种类广泛、不受地域限制、生长快、周期短、抗逆性强、生物质能含量高、供给稳定等优点，可为未来大规模利用生物质能提供稳定的原料。按照主要成分，能源植物可分为4类：富含高糖、高淀粉的能源植物，如木薯、甘蔗、玉米、甜高粱、甘薯等；富含油脂的能源植物，如油菜、向日葵、棕榈、花生等；富含纤维素、半纤维素以及木质素的能源植物，如芒草、速生林等；富含类石油成份的能源植物，如麻疯树、油楠、续随子、绿玉树、古巴香胶树等。高效能源植物的开发需要漫长的选择和发展过程，目前关于能源植物的研究多数尚处于实验和示范阶段，未达到全面推广水平。
世界范围内，巴西已将每hm2年产量可达30～50 t的桉树广泛用作能源，能源林总计约200万hm2；美国、巴西、南非、阿根廷、印度等国家都开展了培育、种植甜高粱及其生产燃料乙醇方面的研究与开发；我国对个别薪炭林树种，甜高粱、绿玉树等少数几种能源植物开展了相关研究。我国地域辽阔，自然条件多样，能源植物种类丰富。北方的甜高粱和甘薯、南方的木薯和甘蔗、西部的灌木、中东部的木本油料植物等均具有规模开发的条件。近年来，我国发展了一定规模的能源植物，其中甜高粱种植面积达0.67万hm2，麻疯树造林达6.67万hm2。
根据2005年前后的技术和生产力水平，有关专家根据对有机废弃物、边际性土地及相应的能源植物产出的估算，得出我国生物质原料的年总产出潜力是7.96亿t标煤，其中有机废弃物3.71亿t，边际性土地原料植物产出4.25亿t，如表1所示［2］。如果考虑2030年科技进步和生产力水平对农业产出进行预测，生物质原料的年产出总潜力应当是10.67亿t，其中有机废弃物5.27亿t，边际性土地原料植物产出5.38亿t。
1.2技术现状
1.2.1生物质发电技术
生物质发电技术集环保与可再生能源利用于一体，从战略需求出发，各国都加大投资力度进行开发利用。生物质发电技术主要包括：直接燃烧发电、与煤混燃发电、气化发电以及沼气/填埋气发电等［3］。
大规模的生物质直燃发电技术效率较高，但要求生物质集中、数量巨大，因此大规模进行收集或运输，电站运行管理成本较高；小规模直燃发电技术则效率较低。直燃发电技术在国外已进入推广应用阶段，大部分用于林业废弃物的处理，在丹麦等少数国家也有针对农业秸秆的应用［4］。生物质直燃发电技术在我国尚未形成系统性研究，许多问题亟待解决，如：秸秆中含有较高的氯及钾、钠等成分，其灰熔点较低，容易在炉膛内结渣、结焦或沉积于受热面，严重影响生物质燃烧锅炉的换热，甚至造成腐蚀。目前国内在建的生物质直燃电厂主要依靠国外引进技术，关键设备基本是直接进口或在国内委托生产，既没有自主知识产权，设备价格也很高，电站建设成本达1.2万元/kW，发电成本太高已成为我国秸秆直燃发电产业化的主要障碍。生物质直燃的另一种方式是生物质和煤混合燃烧发电技术，该技术规模灵活，经济性较好。美国已有300多家发电厂采用生物质与煤炭混燃技术，装机容量达6000 MW［5］，但实践中仍有一些实际问题需要解决，如：燃煤锅炉的燃烧温度通常介于1000～1250℃，高于生物质的灰熔点，容易引起结渣等问题。
生物质气化发电是一种新兴的生物质发电技术。首先，生物质进入气化炉，在氧气不足的条件下部分燃烧提供反应所需的热量，在700～850℃的温度下发生热解气化反应，转化为含氢气、一氧化碳和低分子烃类的可燃气体，可燃气体经过除尘、除焦等净化处理，作为燃料驱动燃气轮机或燃气内燃机组发电。可燃气体热值越高，发电效率越高。燃气发电设备对燃气杂质有严格的要求，因此生物质气化炉和燃气净化装置是生物质气化发电的关键技术设备。生物质气化发电的效率取决于系统规模和采用的气化发电工艺，如兆瓦级以下的简单气化发电系统效率通常低于20%，利用余热发电的较大规模的生物质整体气化联合循环发电效率可高于40%［6］。沼气发电技术主要应用在禽畜厂沼气、工业废水处理沼气以及垃圾填埋场沼气。采用引进技术，国内已完成了一些垃圾填埋气发电设施的建设：如杭州天子岭填埋场于1998年l0月建成国内首家垃圾填埋气发电厂；广州大田山垃圾填埋气发电厂于1999年6月投入运行。目前所采用的填埋气发电机主要是奥地利颜巴赫公司和美国卡特比勒公司的燃气内燃机，成本达5000～7000元/kW。由于国产沼气发电机组主要是对柴油机进行简单的改装，对发动机的热工性能研究不深，产品质量不过关，发电机组热效率比国外同类技术低4%～8%，成熟的发电机组规模也只有500 kW［7］。
综上，生物质直接燃烧、混合燃烧、沼气发电技术的关键设备多是引进国外技术，国内尚未消化吸收。气化发电技术虽然拥有自主知识产权，但仍有许多产业化关键问题需要解决。目前设备成本较高、技术适用性较差是生物质发电产业发展的主要障碍。
1.2.2生物质液体燃料技术
生物质液体燃料主要包括燃料乙醇、生物柴油、生物质裂解油和生物质合成燃料等。近20年来，利用甘蔗、玉米等糖和淀粉类原料制取燃料乙醇，利用动植物油脂制取生物柴油的技术已经逐步实现商业化。目前玉米乙醇、生物柴油等第一代液体生物燃料已经逐步应用于国内外工农业生产，成为石油燃料的有力补充［8］。然而，由于玉米乙醇、生物柴油以粮食、油料种子为原料，须占用大量耕地，与国家粮食安全存在矛盾，不可能在我国进行大规模生产，因此，近年来生物质液体燃料的原料开始从粮食作物向非粮作物以及农林废弃物转变。美国和欧洲开始大量投入，开展以纤维素和木质素等为原料生产生物质液体燃料的技术路线和工业实践，预计在6～10年内将有重大突破。
从资源可持续供给和取得根本性技术突破的角度看，生物质热解液化、生物质气化合成燃料具有更加宽泛的资源基础和广阔的发展应用前景，与纤维素燃料乙醇一起通称为第二代生物质液体燃料。我国的第二代生物质液体燃料技术尚处于实验研究阶段，加大其研发示范力度，对尽快实现我国中远期规模化替代石油资源具有重要的科学和现实意义。
生物质热解液化是在无氧条件下，利用热能切断生物质大分子中的化学键，使之转变为低分子物质的过程。生物质热解液化制燃料油是最有开发潜力的技术之一。自20世纪80年代以来，欧美等发达国家在生物质热解液化方面做了大量的研究工作。荷兰、美国最先开展该方面的研究，其中美国的热解实验装置最高产油率达70%，荷兰BTG生物质技术公司已于2005年6月在马来西亚建成一套日处理50 t椰子壳和棕榈壳的旋转锥式生物质热解液化装置，所产生物油全部返销欧洲用于燃烧发电和精制试验。加拿大的Dyna Motive公司是目前利用生物质快速热解技术实行商业化生产规模最大的企业，处理量为1500 kg/h，生物油的产率达到60%～75%。国际能源署对该技术进行多年的跟踪调查和分析评价，认为该技术比其他技术可获得更多的能源和更大的效益［9］。
20世纪90年代开始，我国一些高校和研究机构在生物质热解液化方面也开展了一系列研究工作。其中，山东理工大学开展了400 t生物油/年中试装置的研究，中国科技大学研制出每h处理120 kg物料的自热式生物质热解液化试验装置，并用木屑、稻壳、玉米秆和棉花秆等多种原料试验成功，产油率达到50%～60%，累计运行时间已达到600 h。此外，华东理工大学、沈阳农业大学、浙江大学、中科院广州能源研究所、过程工程研究所等都开展了相关的研究。
生物质气化合成燃料是一种间接液化技术，是生物质热化学转化利用的主要方式之一。产品包括费托合成燃料（汽油、煤油、柴油等）及含氧化合物燃料（甲醇、二甲醚）［10］。合成燃料产品纯度较高，几乎不含S、N等杂质，燃烧后无黑烟排放；合成气还可经过分离提纯制取氢气，用于燃料电池发电［11］；合成燃料的尾气可用于发电和供热；气化产生的废渣是优质的农业生产肥料，可提炼高附加值产品；由燃气中分离出的CO2可用于合成塑料产品等。因此，利用农业废弃物气化合成燃料技术可实现化学品、材料、电、热和肥料联产，达到非木质资源的生物质全利用，对于建立我国多元化能源结构、促进新农村建设、减少大气污染和温室气体排放具有重要的意义。
目前，荷兰应用技术研究院（TNO）已建成生物质/煤气化费托合成联合发电系统；德国Choren公司成功开发了生物质间接液化生产合成柴油，2002年完成了年产1000 t合成柴油的示范工程的运行，2005年建成了年产量1万t的工业示范工程；瑞典建成1000 t燃料级甲醇/天的BAL-Fuels示范工程；日本MHI完成了生物质气化合成甲醇的系统工程［12-13］。瑞典的Bio-Meet Project集成生物质气化、燃气净化与重整等技术联产电力、二甲醚、甲醇，其系统总体效率达到42%。我国中国科学院广州能源研究所是较早介入该领域的研究单位，在国家“863”创新项目、中国科学院创新方向项目的支持下，目前已建成100 t DME/年的中试装置并开车成功，但要取得工业化应用的突破，还必须在生物质定向气化、催化重整、合成催化剂和系统优化方面进行核心技术的研究。
1.3产业现状
1.3.1生物质发电产业
《可再生能源法》的实施为生物质电力的产业化发展提供了机遇。国家《可再生能源中长期发展规划》提出，到2020年，生物质发电总装机容量达到3000万kW，产业发展潜力巨大，很多企业把投资转向新兴的生物质发电产业。据不完全统计，到2007年底，全国已进入立项程序的生物质发电项目105项，约300万kW，平均投资1.1万元/kW。其中，国外直接燃烧技术及设备占60%以上，80%的设备为12 MW的直燃发电系统，发电效率低于25%。从运行效益上看，由于电站原料适应性较差，电站运行成本较高；从已公布资料上看，投入发电的10多个项目，大部分经济效益较差，需国家提供额外补贴的有8项。
所以，我国应根据生物质资源禀赋和分布情况，因地制宜地发展各类生物质发电项目，以确保原料保障和项目经济性。生物质发电的成本主要取决于生物质原料成本和发电效率。生物质原料成本随着项目规模的增加而上升，而生物质原料成本与发电规模有直接的关系。相关测算显示，当生物质发电项目规模从1 MW增加到20 MW时，所需生物质原料的收集范围将从1～4 km增加到30 km以上，致使原料收集、储运、管理等方面的成本增加一倍。实践表明，受生物质资源量和收集储运成本因素制约，生物质发电项目的原料收集半径应控制在县域范围之内，项目规模应限制在15 MW以下（混燃发电除外）。
综合考虑资源禀赋和生物质发电技术经济特点，我国生物质资源相对集中地区（能源灌木林区、农林业加工厂、大型集中农场等）可优先发展大中型生物质直燃/混燃发电和生物质热电联产项目（10 MW以上），生物质资源相对分散区域（如广大农业区）可灵活发展中小型生物质气化发电（10 MW以下）或与煤混合燃烧发电技术。
1.3.2生物质液体燃料生产
国家《可再生能源中长期发展规划》中明确指出：到2020年，我国生物质液体燃料年产量达到1500万t，为我国生物质液体燃料的发展指出明确的方向。
近20年来，利用甘蔗、玉米等糖和淀粉类原料制取燃料乙醇（例如巴西和美国）、利用动植物油脂制取生物柴油（例如欧盟和美国）的技术已经逐步实现商业化，正处于稳步发展阶段。近年来，为扩大原料来源、降低生产成本，一些发达国家和企业开始探索利用纤维素生物质原料生产燃料乙醇和生物质合成燃料。生物质液体燃料技术和产业在我国刚开始起步，2000年以来，我国初步建立了以陈化粮玉米为原料的燃料乙醇工业和以废弃油脂为原料的生物柴油工业，可年产约102万t燃料乙醇和10万t生物柴油。为扩大生物质液体燃料生产原料供应，并确保粮食安全，我国近中期应主要发展以木薯、甜高粱、麻疯树、黄连木等非粮农作物和油料植物为原料的燃料乙醇和生物柴油，并加大研发示范以纤维素生物质为原料的燃料乙醇和合成燃料技术，争取尽快实现规模化，以替代石油。
我国以玉米原料为主的燃料乙醇产业的可持续性存在严重问题。为此，国家近期的重点是发展非粮燃料乙醇（包括木薯等），各地意向建设生产能力超过千万t，但目前真正投产的项目只有中粮北海20万t燃料乙醇项目；在纤维素燃料乙醇方面，全国研究和示范的单位有几十家，但仍然没有进入产业化生产的项目。在生物柴油方面，我国柴油机燃料调和用生物柴油（BD100）标准于2007年5月1日起实施，但没有配套的具体规定。全国有100多家企业进入生物柴油的生产领域，分布在22个省区（以福建、江苏、山东为主）。从企业规模上看，有2家国外上市公司，其他基本都是中小公司。由于国内生物柴油市场尚未建立，2007年可统计的生物柴油实际产量约37万t，产品基本出口。
2发展趋势
2.1资源开发与利用
从长远看，能源农业和能源林业是发展生物质能源的基础。能源植物通常包括速生薪炭林、能榨油或产油的植物、可供厌氧发酵用的藻类和其他植物等。许多能源作物是自然生长的，收集比较困难。以科学的方法培育高产、抗逆性强的能源植物，满足对生物质能源规模化发展的需要，是生物质能源发展和利用的根本保障。
高效能源植物的开发需要一个漫长的选择和发展过程，目前关于能源植物的研究多数尚处于实验和示范阶段，未达到全面推广水平。在巴西，已将每hm2年产量可达30～50 t的桉树广泛用作能源（木炭生产），覆盖面积总计约200万hm2。桉树从种植到成树砍伐一般需7年的时间，砍伐后还会自然再生，通常是在重新栽种之前反复砍伐两次或更多次。甜高粱是普通高粱的变种，美国、巴西、南非、阿根廷、印度等国，都开展了培育和种植甜高粱及其生产燃料乙醇方面的研究与开发。甜高粱的汁液糖纯度已超过了当地的甘蔗品种，单位面积产糖量是甜菜的2.5～2.7倍。此外，甜高粱经压榨产生的纤维素残渣也可生产乙醇，如澳大利亚的“意达利”甜高粱，首茬每hm2纤维残渣产量就达5.4 t，二茬还可生产3.1 t，也就是说每hm2甜高粱可生产8.5 t纤维素残渣，可产2055 L乙醇［20］。这可使乙醇厂实施全年运行生产，即在甜高粱收获季节加工甜高粱秆生产乙醇，在冬季可用高粱籽粒、茎秆残渣或其他作物秸秆生产乙醇，大大提高了酒厂的设备利用率和经济效益。为确定甜高粱作为糖料作物以色列进行了一系列的研究，结果表明，甜高粱的汁液质量良好，每hm2可产糖3.45～4.95 t［14］。欧盟认为，种植能源型作物（包括轮伐期短的速生林木）是解决欧盟农业生产过剩问题的唯一有效办法，为了探讨这种办法的有效性，欧盟已制订并实施了LEBEN计划。
发展能源植物必须同时考虑我国的土地发展潜力，主要考虑能源农业和能源林业两类用地需求。我国人多地少，人均耕地面积少，约0.1 hm2/人，发展生物质能源必须避免与农林作物生产争地的问题。据国家有关部门的统计数据，生物质资源开发的土地潜力可达2亿hm2。宜农荒地主要分布于新疆和内蒙古，荒草地主要分布于西藏和新疆，盐碱地主要分布于青海和新疆，沼泽地则主要分布于黑龙江和内蒙古一带，田坎地主要分布于甘肃、四川、重庆等省市，宜林荒地主要分布于东北三省和内蒙古、西北（新疆、甘肃和陕西）、云南、四川和贵州。所以，大规模、集约化生物质生产的重点地区应在新疆、内蒙古、青海、黑龙江等地区。分布式生物质资源生产则可在内地广泛开展，只要开发可利用土地的15%，即3000万hm2，就可以生产近1亿t生物质液体燃料。另外，通过发展粮能兼收的能源作物，可实现土地的高效利用，增产增收。例如，我国现有高粱地439万hm2，可通过推广种植甜高梁，既能收获粮食，又能收获甜秆用于生产燃料乙醇；既不与粮食争地，又增加了生物质资源的生产用地。
2.2生物质能转化利用技术
生物质能虽然居世界能源消费总量的第4位，但是仍以传统的、低效的直接燃用方式为主，在亚洲及非洲的发展中国家，传统生物质能利用占有相当高的比例，而且利用效率一般都不高。平均而言，这些国家一次能源的近38%依赖于薪柴燃烧获得的热能。目前，我国农村生物质能约占全部生物质能的70%以上，传统的利用技术不仅能效低，而且污染环境。研究生物质能向高品位能源产品转化的技术，提高生物质能的利用价值，是未来多途径高效利用生物质能的基础，也是今后提高生物质能作用和地位的关键。在我国，生物质能发挥着作为农村补充能源的重要作用，将为农村提供清洁的能源，改善农村生活环境及提高人民生活水平。
以传统和低效方式使用生物质燃料会限制农村的经济发展，应当采取措施降低传统生物质能的利用量。发达国家过去都采用石油、天然气和煤炭等商品能源替代，但这会增加化石能源的压力，最好的方法是利用前述的各种生物质能现代化利用新技术，把生物质转化为电力、气体燃料、液体燃料、固型燃料等，从根本上解决问题。根据有关资料对我国农村今后能源需求的预测，不管哪个时期，生物质能在农村能源中的比例都很大（高于14%）；而且随着社会的发展，传统利用生物质能的比例将越来越少，现代化利用技术的比例将越来越高，到2050年，农村生物质能的利用中，传统利用方法不到1%，现代化利用可能达到农村总能耗的13%［15］。
2.3生物质能开发利用技术
经过数十年的发展，生物质能开发利用技术日趋多样化，为资源综合利用和增加清洁能源供应提供了丰富的途径。但是总的来看，目前我国生物质能开发利用水平总体较低，各种技术的成熟度和商业化水平极不均衡。
目前，少数生物质能利用技术已经比较成熟，具有一定的经济竞争力，初步实现了商业化、规模化应用，如沼气技术；一批生物质能利用技术已进入商业化早期发展阶段，目前需要通过补贴等经济激励政策促进商业化发展，如生物质发电，生物质致密成型燃料，以粮、糖、油类农作物为原料的生物质液体燃料等；还有许多新兴生物质能技术正处于研发示范阶段，可望在未来20年内逐步实现工业化、商业化应用，主要是以纤维素生物质为原料的生物质液体燃料，如纤维素燃料乙醇、生物质合成燃料和裂解油，还有能源藻类、微生物制氢技术等。相比较而言，由于可以借鉴煤、天然气工业中的醇醚合成工艺、费托合成工艺的已有研究成果和产业化经验，生物质气化合成技术比较成熟，不存在技术障碍，预期比纤维素乙醇更容易实现产业化。各类生物质能利用技术的成熟度、市场竞争力和未来发展前景见图1和图2［12］。
鉴于生物质能各项利用技术的发展情况，预计未来20～30年，除了农村户用沼气与农业生产、生态环境相结合发展而成的综合利用模式外，更趋向于发展生物质分布式能源系统，即向独立分散的小型生物质气化发电、联合循环发电及热电联供方向发展。同时随着石油危机及CO2减排呼声的日益高涨，可实现清洁碳循环的生物质液体燃料技术将会有更快的发展。
近中期，我国应科学有序地发展生物质发电，鼓励发展小型分散式生物质发电，以及混燃发电利用方式。在技术选择上，近期比较有前途的生物质分布式能源系统技术是燃烧式的小型热电联供系统、中小型气化发电系统；未来主要技术是大型的联合循环气化发电系统、气化燃料电池一体化发电系统［16］。生物质液体燃料近期的主要技术是生物质基柴油、燃料乙醇；未来的主要技术是气化合成含氧类液体燃料、纤维素制乙醇及直接热解液化。生物质液体燃料在石油替代中发挥重要作用已经成为一种共识。从长远的技术发展方向和技术选择来看，燃料乙醇技术发展的重点是纤维素制乙醇等；生物柴油的发展则主要依赖油料植物种植的产量，生物质气化生产和费托合成技术生产柴油，或其它生物质液化生产生物柴油技术的发展。考虑到生物质发电成本降低空间不大，而且未来生物质高价值利用途径将是发展液体燃料以及化工替代产品，当纤维素制取燃料乙醇和合成燃料等技术工艺取得突破后，大量的生物质资源会转向液体燃料和化工品产业。因此，当前生物质发电要根据我国生物质种类和特点，因地制宜地发展。展望未来，生物质将是生物质液体燃料和化工产品的主要原料。生物质制氢既可以用于燃料电池作为分布式电力系统，也可以成为今后氢燃料的主要来源之一，非常有发展前景。
3面临的主要问题
3.1资源问题
所有生物质都可以作为生物质能源产业的原料，但必须具有可获得性与经济性。生物质资源包括可以用作能源用途的各类有机废弃物、生物质农林资源以及利用边际性土地种植的各类生物质资源。
生物质开发利用的首要条件是拥有稳定可靠的生物质资源，资源评估是发展可再生能源的一项重要的基础工作。目前我国生物质能资源评价明显不足，尤其是对于可利用土地和相应资源的评价，还没有进行系统全面的研究。可利用的生物质资源和总体发展潜力仍不明朗，在可规模化种植的能源作物和能源林的产量上（土地资源和单位产量）还没有开展专门的、细致深入的调查，从而获得科学、一致的结论；对资源总量比较可靠的农作物秸秆和林业废弃物等，还没有将能源用途和其他用途作细致的资源评价及规划。在估算的基础上，不同部门的研究结论差距较大，这是造成生物质资源开发利用难以决策的一个重要原因。
目前最紧迫的任务之一就是立即开展生物质资源的调查摸底，进行可作为能源开发利用的生物质资源的区域规划工作。将资源拥有量、可开发量、发展潜力，资源分类、能量转换技术选择与技术进步预见、分地区按阶段在“国家可再生能源中长期发展规划”的原则指导下，因地制宜、多元互补、综合利用，结合国情尽快制定可行的发展规划与实施计划。对农林能源植物的摸底调研，必须坚持不与口粮、食油争耕地的原则，对可利用的土地作定性、定量分析，并落实到能源作物种植品种、品质和产量估算中。
3.2环境问题
生物质能利用的碳循环零排放对解决温室气体排放问题有重要贡献，这是开发利用生物质能的优势。同时，采用先进的生物质能利用技术可以消除农村传统低效的利用技术，以及秸秆就地焚烧引起的环境污染问题。但是，在生物质能现代化利用过程中，生物质原料生产过程对生态环境都有一定的影响，同时，各种先进技术的发展完善程度不同，有的还处于研究试验阶段，因此在生物质能转化为高品位能源过程中，不同的技术可能又对环境产生不同程度的二次污染，如果不能有效解决，将影响技术的应用推广和降低市场竞争力，这也是目前发展生物质能源技术必须解决的问题。
3.3技术瓶颈
3.3.1生物质发电技术
近年来，我国在生物质发电技术的研究上虽然取得了重要进展，但生物质发电产业仍受到投资过大和运行成本过高的严重制约，产业化进展缓慢。如目前成熟的国产化生物质发电设备几乎没有，但进口设备投资达1.2万元/kW以上；同时，由于生物质资源分散、电站规模小、常规技术效率较低，加之生物质收集运输成本较高，导致原料价格较高，一般生物质发电成本高达0.6～0.7元/（kW·h），所以生物质发电成本远高于常规电力成本，即使有国家0.25元/（kW·h）的补贴，生物质发电项目经济性仍较差，效益也不稳定，严重影响其产业化发展。分析影响投资和发电成本的根本原因，是我国缺乏自主核心技术，对不同的技术路线和工艺缺乏系统性研究，尚不具备成套设备供应能力。一方面，由于我国这方面的技术基础较差，主要关键设备基本从国外引进，不但设备价格高，而且国内生物质发电设备市场面临被国外技术垄断的危险。另一方面，利用自主技术所建示范电站规模小、效率低，自动化控制水平不高，一些配套的辅助设备还没有实现产业化。
我国开展生物质发电技术的研究较少，这主要与科研投入情况及能源设备企业的自主开发能力较差有关。近十几年来，在生物质发电技术研究方向的投入主要是针对中小型生物质气化发电技术，而直接燃烧技术主要由锅炉企业或其他热解设备企业自主开发。目前，除了少数的生物质气化发电系统进入示范应用以外［17］，其他生物质发电技术（如直接燃烧和混烧技术）实际应用的经验积累很少。所以总的特点是成熟的生物质发电技术种类少，而整体的研究开发能力较差。
如果要大规模推广生物质发电技术，仅靠我国的技术支持将明显不足。一方面，我国整体工业基础较差，设备加工能力和制造能力较低，因而对国外先进技术消化吸收能力较弱；另一方面，我国生物质资源以农业废弃物为主的特点，与国外的生物质发电条件有明显的差异，生物质资源的成份含量对设备的影响和要求也有明显差异，要求我国在引进先进国家的生物质发电技术时要有所选择，根据原料的特点、设备管理水平和消化吸收能力全面考虑，不能片面追求大规模、高效率和高自动化，防止不必要的浪费。
3.3.2生物质液体燃料
生物质液体燃料被认为是近期代替化石液体燃料的最佳途径。其中燃料乙醇、生物柴油是最接近产业化的液体燃料技术。但是，目前生产燃料乙醇和生物柴油基本以糖、淀粉、油脂等为原料，原料成本较高，如淀粉和糖质原料成本占生产成本的60%以上［18］，且原料供应需要占用大量农业用地，所以虽然这种模式已经较为成熟，但对我国的粮食安全存在很大的潜在威胁，因此，发展生物质液体燃料应建立在以非粮食的各种经济作物上。从更长远来说，发展生物质液体燃料的原料应立足于生长速度快、产量高的固体生物质（包括林业废弃物和农业废弃物等），才能最大限度地满足今后社会发展对生物质液体燃料的巨大需求。
虽然我国在生物质能源开发方面取得了一定成绩，但在非粮生物质液体燃料的产业化方面进展缓慢，仍有很多问题制约生物质液体燃料产业化的发展，主要表现在：①以木薯、甘薯、甜高粱等生产液体燃料技术存在明显的不足，其中原料预处理及储存困难，转化率偏低，能耗较高是主要问题，严重影响该技术的产业化发展。②生物柴油和纤维素乙醇生产中的生物酶核心技术仍未突破，存在转化效率低、酶成本高等问题。③以秸秆等生物质废弃物生产热解油和气化合成液体燃料技术尚未成熟，存在产品质量不稳定、投资和生产成本高等问题，难以推动生物质气化合成液体燃料产业的发展。
4对策与建议
4.1重视资源开发
提高对发展农林生物质能源的认识，特别是能源植物的培育和产业发展应引起各级领导和社会各界的重视，研究、培育、开发速生、高产的能源植物品种，利用山地、荒地、沙漠、湖泊和近海地区发展能源农场、林场或养殖场，建立生物质能资源发展基地，建立培育、经营、加工和市场的产业链，为生物质能产业发展提供资源补给。①近期应对生物质能资源生产所需要的土地资源开展详查工作，建立我国生物质能的资源图谱，部署物种选择、培育和种植的试验以及生物多样性和生态环境影响的评价工作。②中远期需要加强生物质能资源大面积种植的试验和试点工作，在此基础上进行资源种植发展规划，为今后生物质能发展奠定坚实的资源基础。
4.2突破核心技术
我国的生物质能现代技术研究和应用起步较晚，大量的关键技术尚未得到解决，为了加快发展我国生物质能应用技术，有必要积极开展对外人员、技术和信息的交流与合作，引进国外先进技术工艺和主要设备。必须坚持自主开发与引进消化吸收相结合的技术路线，在引进时需要根据我国原料的特点、设备管理水平和消化吸收能力全面考虑，有目的、有选择地引进，同时大力加强我国自身科研投入和力量，坚持消化和创新相结合的发展模式，力争在一些关键性技术上取得突破，充分掌握相关的核心技术，努力实现技术和设备的国产化，提高国际竞争水平。
4.3注重生物质多元化利用
生物质多元化利用包含两重含义：一是生物质原料多元化。由于生物质资源丰富、成分复杂、种类繁多，原料供应受相关产业生产和季节等影响明显，所以任何一种生物质能利用技术如果原料市场单一，则其技术适应性和规模化发展必将受到限制，导致生产成本较高，市场竞争力弱。目前粮食制燃料乙醇遭遇的原料危机使人们意识到，采用原料广泛而且成本低廉的各类农业纤维废弃物替代粮食制燃料乙醇才是该技术未来的产业化发展道路。二是生物质能源产品多元化。生物质能更重要的作用是传统化石能源的替代品，因而现代社会工业发展与化石能源有关的能源产品，包括电力、液体燃料、气体燃料、固体燃料，都是生物质能源产品的目标市场，生物质能利用只有走产品多元化的道路，才有可能完成其未来的历史使命。
4.4加强多学科交叉的研究与分析
生物质能研究针对不同的技术路线和工艺过程，明显的体现学科交叉。学科包括植物学、微生物学、化学、热学与经济分析等等，研究基础包括基因工程学、微生物学、生化工程、化学工程、环境工程、能源工程和经济管理等。而另一方面，生物质能源产业还只是一个新兴产业，任重道远，各种技术在应用和发展中面对层出不穷的新情况、新问题，不断地被更新、完善，甚至被淘汰。因此，不断及时地加强科学研究与分析是生物质能得以健康、持续、长足发展的重要保障。目前国内外对发展生物质能源产生很多疑问，特别是生物质能源对生态环境的影响，生物质能源对粮食安全的影响，生物质能源的投入产出等，所以目前急需加强生物质能源利用过程的科学研究，结合具体情况进行深入研究、试验和示范并提出合理的发展方向，特别需要在开发先进技术的同时，加强以下几方面的研究：①生物质能源系统中不同利用过程能量产出及其C、H、O循环的机理和模型的建立。②生物质能源系统中各种循环的相互制约机制及生物质能源系统运作过程对环境的影响。③生物质独立能源系统构建及优化，生物质独立能源系统能源、经济和环境的协调性研究。
·高被引论文摘要·
被引频次：507
生物质能源应用研究现状与发展前景
蒋剑春
参见本期“推荐综述”栏目.
被引频次：232
中国生物质能源的定量评价及其地理分布
刘刚，沈镭
摘要：利用已有统计资料和数据，定量估算了中国生物质能源的数量，并对其地理分布格局进行了探讨。研究表明：2004①年中国生物质资源实物蕴藏量为：秸秆7.28×108t，主要分布在河南、山东、黑龙江、吉林、四川等省；畜粪39.26×108t，主要分布在河南、山东、四川、河北、湖南等省；林木生物质21.75×108t，主要分布在西藏、四川、云南、黑龙江、内蒙古等省区；城市垃圾1.55×108t，主要分布在广东、山东、黑龙江、湖北、江苏等省；废水482.4×108t，主要分布在广东、江苏、浙江、山东、河南等省；2004②年中国生物质能实物总蕴藏潜力为35.11×108tce，前五位依次为四川、云南、黑龙江、河南和内蒙古；其中理论可获得量为4.6×108tce，前五位为四川、黑龙江、云南、西藏和内蒙古。可获得量中秸秆、薪柴和畜粪所占比例分别达38.9%、36.0%和22.14%；③中国生物质能分布不均，省际差异较大。按农村人口计算，人均理论可获得生物质能最大的西藏自治区达14.17 tce，最小的浙江省仅0.15 tce。而生物质能蕴藏潜力分布在一定程度上与常规一次能源蕴藏潜力分布呈现互补状态，则更加突出了在一次能源蕴藏量较低的地区开发利用生物质能的巨大潜力。
生物质能；地理分布；秸秆；畜粪；薪柴；城市垃圾；废水
来源出版物：自然资源学报，2007，22（1）： 9-19
被引频次：225
中国主要农作物秸秆资源能源化利用分析评价
崔明，赵立欣，田宜水，等
摘要：该文应用不同的秸秆资源评价指标，通过文献分析和实地调查，对中国主要农作物秸秆资源进行了调查与评价。结果表明，2006年全国5种主要农作物秸秆的理论资源量为4.33亿t。其中，可能源化利用资源量约1.76亿t，呈“两高两低”的分布特点，即人均资源量“北高南低”、单位播种面积资源量“东高西低”。依据各区的秸秆资源分布特点，可将全国划分为重点开发利用区（东北区、蒙新区和华北区）、适度开发利用区（西南区、长江中下游区和华南区）、限制开发利用区（黄土高原区和青藏区），建议对各区采取不同的开发利用措施。
关键词：农作物；秸秆；能源化利用；生物质能；资源评价
来源出版物：农业工程学报，2008，24（12）： 291-296
被引频次：205
农作物秸秆产沼气研究进展与展望
陈小华，朱洪光
摘要：用秸秆发酵产沼气是获取生物质能源的一种有效和潜在途径，但是相应的工程实践一度遭受挫折，这源由发酵技术问题。近年来秸秆产沼气在以下方面：通过营养调节和质地改善等预处理改善原料发酵特性、在反应器中增加格栅防止漂浮结壳、时差进料调节产气平衡、变换反应器接种物和接种浓度加速反应启动以及改进发酵工艺调控反应条件等，进行了许多探索，获得了有益成果，也为进一步发展指明了方向。找到合适预处理方法、改进反应器结构、开发高效商品接种物、保持沼气池温度相对恒定，以及把产酸和产气彻底分离是农作物秸秆产沼气未来努力的重点方向。
关键词：农作物秸秆；沼气；预处理；发酵工艺；研究进展；展望
来源出版物：农业工程学报，2007，23（3）： 279-283联系邮箱：朱洪光，zhuhg@mail.tongji.edu.com
被引频次：183
我国生物质能源发展现状与思考
吴创之，周肇秋，阴秀丽，等
摘要：分析了我国生物质能源技术的现状、发展趋势和存在问题，提出了发展对策和建议。我国生物质资源开发以有机废弃物和利用边际性土地种植的能源植物作为主要原料来源，从长远看，能源农业和能源林业是未来发展生物质能源的基础。我国生物质能现代技术研究和应用起步较晚，目前的开发利用总体水平较低，各种技术的成熟度和商业化水平极不均衡，必须坚持自主开发与引进消化吸收相结合的技术路线，充分掌握相关的核心技术，在一些关键性技术上取得突破。发展生物质能产业，我国应当走原料与产品多元化的道路，针对不同的技术路线和工艺过程，加强多学科交叉研究。
关键词：生物质能；技术；产业化；现状；趋势
来源出版物：农业机械学报，2009，40（1）： 91-99联系邮箱：吴创之，wucz@ms.giec.ac.cn
被引频次：182
生物质能研究现状及展望
周中仁，吴文良
摘要：生物质能是当前能源和生态环境领域研究的热点。该文鉴于目前能源、生态环境状况以及生物质能的利用现状、所处的战略地位，对当前生物质能研究的四个热点：生物质能开发利用潜力、生物质能利用对生态环境影响、生物质能开发利用技术研究、生物质能开发利用可行性分析及其发展前景进行了阐述，同时就发展生物质能需要解决的问题作了简要的分析，进而对生物质能开发利用研究有个全面的科学的认识。在能源需求、生态环境保护和发展经济的拉动下，生物质能在未来将具有广阔的发展前景。
关键词：生物质能；生物质；能源；生态环境；可持续发展
来源出版物：农业工程学报，2005，21（12）： 12-15联系邮箱：吴文良，lwwen@cau.edu.cn
被引频次：126
能源植物的研究进展及其发展趋势
李军，吴平治，李美茹，等
摘要：能源危机是人类即将面临的巨大挑战，生物质能源的开发利用已成为当今国际上的一大热点。本文简要介绍了国内外能源植物的研究现状，并对如何发展我国能源植物提出了几点建议。
关键词：能源植物；生物能源；燃料酒精；生物柴油
来源出版物：自然杂志，2007，29（1）： 21-25
被引频次：125
中国农村生活能源利用与生物质能开发
闫丽珍，闵庆文，成升魁
摘要：能源关系到政治稳定和经济发展。我国是农业大国，农村能源的现代化是我国实现全面小康的重要环节。当前，我国农村生活能源消费水平增长缓慢，能源消费结构滞后。消费特征表现为水平低、品位差；能源浪费严重；不合理的能源利用方式带来严重的生态环境问题。随着经济的发展，未来农村生活能源消费具有巨大的增长空间。生物质能是我国农村生活用能的主要组成部分，开发生物质能的现代化利用方式有利于提高农民生活水平、改善生态环境、缓解国家能源需求压力，因此应大力推广。目前我国生物质能的现代化利用方式已经走向成熟阶段，但仍存在着许多问题。本文认为，应该从能源政策与资金保障、建立并完善生物质资源市场、提高生物质能源转化技术等3个方面促进农村生物质能的开发利用。
关键词：农村生活能源；生物质能；沼气；秸秆气化
来源出版物：资源科学，2005，21（1）： 8-13
被引频次：118
生物质快速裂解液化技术的研究进展
郭艳，王垚，魏飞，等
摘要：综述了生物质能转化的技术途径，生物质热裂解的4种方式，着重介绍了生物质快速裂解直接液化的各种著名工艺和生物质燃料油的特点及其开发和利用。指出了目前生物质裂解技术以及生物质油深加工的难点和发展方向。
关键词：生物质；生物质燃料油；快速裂解；液化技术
来源出版物：化工进展，2001，（8）： 13-17
被引频次：116
能源作物资源现状与发展前景
谢光辉，郭兴强，王鑫，等
摘要：能源作物是生物质能源发展的基础环节，本文就国内外能源作物研究现状与前景进行综合述评。分析了能源作物的基本概念和分类，明确了适合中国国情的能源作物概念，归纳了当前淀粉与糖料作物、油脂作物和木质纤维素作物三类能源作物研究与应用现状。重点介绍了当前几种受国内外重视的新型能源作物甜高粱（Sorghum bicolor）、木薯（Manihot esculenta）、柳枝稷（Panicum virgatum）、芒属植物（Miscanthusspp）和柳属植物（Salixspp）的发展现状和前景。从土地的承载能力和对环境的影响方面分析了中国发展发展能源作物的存在的问题与前景，明确提出，中国要坚持利用边际性土地、与生态恢复相结合发展能源作物的原则。指出中国能源作物种类筛选及品种改良至关重要，选择目标上应重视高光效、多年生、以收获营养器官为收获对象和高度抗逆等特征，以期形成具有地区适应性且收获季节多样化的系列能源作物种类与品种。
关键词：能源作物；甜高粱（Sorghum bicolor）；木薯（Manihot esculenta）；柳枝稷（Panicum virgatum）；芒属（Miscanthus spp）；柳属（Salix spp）
来源出版物：资源科学，2007，29（5）： 74-80联系邮箱：程序，chengxu@cau.edu.cn
被引频次：1792
Hydrolysis of lignocellulosic materials for ethanol production： a review
Sun，Y； Cheng，JY
Abstract： Lignocellulosic biomass can be utilized to produce ethanol，a promising alternative energy source for the limited crude oil. There are mainly two processes involved in the conversion： hydrolysis of cellulose in the lignocellulosic biomass to produce reducing sugars，and fermentation of the sugars to ethanol. The cost of ethanol production from lignocellulosic materials is relatively high based on current technologies，and the main challenges are the low yield and high cost of the hydrolysis process. Considerable research efforts have been made to improve the hydrolysis of lignocellulosic materials. Pretreatment of lignocellulosic materials to remove lignin and hemicellulose can significantly enhance the hydrolysis of cellulose. Optimization of the cellulase enzymes and the enzyme loading can also improve the hydrolysis. Simultaneous saccharification and fermentation effectively removes glucose，which is an inhibitor to cellulase activity，thus increasing the yield and rate of cellulose hydrolysis.
Keywords： cellulase； cellulose； ethanol； fermentation； hydrolysis； lignocellulosic biomass； pretreatment
来源出版物：Bioresource Technology，2002，83（1）： 1-11
被引频次：1488
Pyrolysis of wood/biomass for bio-oil： A critical review
Mohan，Dinesh； Pittman，Charles U，Jr.； Steele，Steele，Philip H
Abstract： 参见本期“经典文献推荐”栏目.
被引频次：1325
Land clearing and the biofuel carbon debt
Fargione，Joseph； Hill，Jason； Tilman，David； et al.
Abstract： 参见本期“经典文献推荐”栏目.
被引频次：1312
Biomass recalcitrance： Engineering plants and enzymes for biofuels production
Himmel，Michael E； Ding，Shi-You； Johnson，David K； et al.
Abstract： Lignocellulosic biomass has long been recognized as a potential sustainable source of mixed sugars for fermentation to biofuels and other biomaterials. Several technologies have been developed during the past 80 years that allow this conversion process to occur，and the clear objective now is to make this process cost-competitive in today's markets. Here，we consider the natural resistance of plant cell walls to microbial and enzymatic deconstruction，collectively known as “biomass recalcitrance”. It is this property of plants that is largelyresponsible for the high cost of lignocellulose conversion. To achieve sustainable energy production，it will be necessary to overcome the chemical and structural properties that have evolved in biomass to prevent its disassembly.
Keywords： dilute-sulfuric-acid； neutron fiber diffraction； hydrogen-bonding system； synchrotron X-ray； corn stover； cell-wall；trichoderma-reesei； crystal-structure； cellulose； pretreatment
来源出版物：Science，2007，315（5813）： 804-807
被引频次：988
Environmental，economic，and energetic costs and benefits of biodiesel and ethanol biofuels
Hill，Jason； Nelson，Erik； Tilman，David； et al.
Abstract： 参见本期“经典文献推荐”栏目.
被引频次：884
Energy production from biomass（part 1）： overview of biomass
McKendry，P
Abstract： The use of renewable energy sources is becoming increasingly necessary，if we are to achieve the changes required to address the impacts of global warming. Biomass is the most common form of renewable energy，widely used in the third world but until recently，less so in the Western world. Latterly much attention has been focused on identifying suitable biomass species，which can provide high-energy outputs to replace conventional fossil fuel energy sources. The type of biomass required is largely determined by the energy conversion process and the form in which the energy is required. In the first of three papers，the background to biomass production（in a European climate）and plant properties is examined. In the second paper，energy conversion technologies are reviewed，with emphasis on the production of a gaseous fuel to supplement the gas derived from the land filling of organic wastes（landfill gas）and used in gas engines to generate electricity. The potential of a restored landfill site to act as a biomass source，providing fuel to supplement landfill gas-fuelled power stations，is examined，together with a comparison of the economics of power production from purpose-grown biomass versus waste-biomass. The third paper considers particular gasification technologies and their potential for biomass gasification.
Keywords： biomass； gasification； landfill； electricity； gas engines
来源出版物：Bioresource Technology，2002，83（1）： 37-46
被引频次：747
Biofuels from microalgae-A review of technologies for production，processing，and extractions of biofuels and co-products
Brennan，Liam； Owende，Philip
Abstract： 参见本期“经典文献推荐”栏目.
被引频次：715
Carbon-negative biofuels from low-input high-diversity grassland biomass
Tilman，David； Hill，Jason； Lehman，Clarence
Abstract： 参见本期“经典文献推荐”栏目.
被引频次：691
Production of dimethylfuran for liquid fuels from biomass-derived carbohydrates
Roman-Leshkov，Yuriy； Barrett，Christopher J.； Liu，Zhen Y； et al.
Abstract： Diminishing fossil fuel reserves and growing concerns about global warming indicate that sustainable sources of energy are needed in the near future. For fuels to be useful in the transportation sector，they must have specific physical properties that allow for efficient distribution，storage and combustion； these properties are currently fulfilled by non-renewable petroleum-derived liquid fuels. Ethanol，the only renewable liquid fuel currently produced in large quantities，suffers from several limitations，including low energy density，high volatility，and contamination by the absorption of water from the atmosphere. Here we present a catalytic strategy for the production of 2，5-dimethylfuran from fructose（a carbohydrate obtained directly from biomass or by the isomerization of glucose）for use as a liquid transportation fuel. Compared to ethanol，2，5-dimethylfuran has a higher energy density（by 40 percent），a higher boiling point（by 20 K），and is not soluble in water. This catalytic strategy creates a route for transforming abundant renewable biomass resources（1，2）into a liquid fuel suitable for the transportation sector，and may diminish our reliance on petroleum.
Keywords： supported copper； hydrogenation； catalysts； fructose； 2-methylfuran； equilibria； media
来源出版物：Nature，2007，447（7147）： 982-985联系邮箱：Dumesic，James A； dumesic@engr.wisc.edu
被引频次：648
Progress and recent trends in biofuels
Demirbas，Ayhan
Abstract： In this paper，the modern biomass-based transportation fuels such as fuels from Fischer-Tropsch synthesis，bioethanol，fatty acid（m）ethylester，biomethanol，and biohydrogen are briefly reviewed. Here，the term biofuel is referred to as liquid or gaseous fuels for the transport sector that are predominantly produced from biomass. There are several reasons for biofuels to be considered as relevant technologies by both developing and industrialized countries. They include energy security reasons，environmental concerns，foreign exchange savings，and socioeconomic issues related to the rural sector. The term modern biomass is generally used to describe the traditional biomass use through the efficient and clean combustion technologies and sustained supply of biomass resources，environmentally sound and competitive fuels，heat and electricity using modern conversion technologies. Modern biomass can be used for the generation of electricity and heat. Bioethanol and biodiesel as well as diesel produced from biomass by Fischer-Tropsch synthesis are the most modern biomass-based transportation fuels. Bio-ethanol is a petrol additive/substitute. It is possible that wood，straw and even household wastes may be economically converted to bio-ethanol. Bio-ethanol is derived from alcoholic fermentation of sucrose or simple sugars，which are produced from biomass by hydrolysis process. Currently crops generating starch，sugar or oil are the basis for transport fuel production. There has been renewed interest in the use of vegetable oils for making biodiesel due to its less polluting and renewable nature as against the conventional petroleum diesel fuel. Biodiesel is a renewable replacement to petroleum-based diesel. Biomass energy conversion facilities are important for obtaining bio-oil. Pyrolysis is the most important process among the thermal conversion processes of biomass. Brief summaries of the basic concepts involved in the thermochemical conversions of biomass fuels are presented. The percentage share of biomass was 62.1% of the total renewable energy sources in 1995. The reduction of greenhouse gases pollution is the main advantage of utilizing biomass energy.
Keywords： Fischer-Tropsch synthesis； steam reforming； biohydrogen； bio（m）ethanol； biodiesel； bio-oil
来源出版物：Progress in Energy and Combustion Science，2007，33（1）： 1-18联系邮箱：Demirbas，Ayhan； ayhandemirbas@hotmail.com
·推荐论文摘要·
生物质能开发利用的概况及展望
魏伟，张绪坤，祝树森，等
摘要：生物质能是可再生能源的重要组成部分，具有可再生、低污染、分布广泛等特点。目前，为了应对能源短缺、环境污染等问题，各国都在大力开发利用生物质能，这必将使得生物质能在今后能源替代方面起到越来越大的作用。为此，介绍了我国开发利用生物质能的战略意义；同时，对国内外开发利用生物质能的现状进行了概述，并展望了我国开发利用生物质能的前景。
关键词：生物质能；战略意义；开发利用；前景
来源出版物：农机化研究，2013，（3）： 7-11联系邮箱：张绪坤，zxkbj@sohu.com
不同温度下热裂解芒草生物质炭的理化特征分析
罗煜，赵立欣，孟海波，等
摘要：芒草是一个极具潜力的生物质能源作物，为了研究了解芒草生物质炭的特征，评价其农业和与环境领域应用价值与潜力，该研究分别在和下制备生物质炭，测定其基础理化性质，以期了解芒草生物质炭特征及其随裂解温度变化的规律。结果表明，裂解温度显著地影响芒草生物质炭物理与化学性质，低温生物质炭含有比较高的水溶性成分，而高温生物质炭具有比较高的pH值、C/N比、芳香化结构、持水量和比表面积；但裂解温度对生物质炭δ值没有显著的影响。该文还讨论了芒草生物质炭在化肥利用率提高，以及污染土壤和水体修复等领域的潜在价值与工业应用前景，研究结果可为芒草生物质炭在土壤改良、固碳减排等方面的应用提供基础数据。
关键词：热裂解；物理特征；化学特性；生物质炭；芒草
来源出版物：农业工程学报，2013，29（13）： 208-217联系邮箱：林启美，linqm@cau.edu.cn
能源微藻采收技术研究进展
张海阳，匡亚莉，林喆
摘要：能源微藻由于生长周期短、油脂含量高、可再生、低污染等优点，被认为是未来最有潜力替代化石能源的生物质能源。但是，目前能源微藻生产成本（尤其是在采收环节）过高，阻碍了其产业化进程。本文综述了国内、外能源微藻的采收方法，对絮凝、离心、过滤、气浮等传统方法的作用机理和采收效率进行了比较：絮凝法适用广，离心法效率高；过滤法处理个体大的藻类较为经济；气浮法工艺简单、能耗低。同时，阐述了能源微藻采收的新方法——磁选法、正向渗透技术、真空气举、微生物共生法等，其中，磁选法回收率高，正向渗透技术低污染，真空气举能耗低，微生物共生法可与传统方法相结合，减少化学絮凝药剂的使用。最后，指出了能源微藻采收过程中存在的问题以及今后的发展方向：可通过多种方法相结合来降低采收成本，以期为能源微藻早日实现产业化提供参考。
关键词：能源微藻；絮凝；离心；过滤；气浮
来源出版物：化工进展，2013，32（9）： 2092-2098联系邮箱：张海阳，lrose0716@163.com
美国生物质能源资源分布及利用
孙勇，姜永成，王应宽，等
摘要：生物质能源已成为当今及今后一段时期世界各国能源战略的重要组成部分。生物质能作为太阳能的一种特殊形式，众多专家学者专注于其开发和利用。美国作为全球能源消耗大国，势必将生物质能利用作为历届政府首要任务。基于为期一年的访学和调研，笔者分析了美国目前生物质能源资源分布状况，详细阐述了美国生物质能开发利用的政策框架、激励机制和资金投入。最后，对美国现有生物质能源资源及利用状况作了详细介绍，以期对全球生物质能高效开发和优化利用提供指导和借鉴。
关键词：美国；生物质；资源；能源；分布；利用
来源出版物：世界农业，2013，（10）： 39-45联系邮箱：Min Min，minxx039@umn.edu
中国竹类生物质能源开发利用及前景展望
吴志庄，夏恩龙，王树东，等
摘要：目前世界面临着能源短缺和环境保护的双重压力，大力开发生物质能源是实现经济社会可持续发展的必然选择。文中对竹类植物作为一种全新的可再生能源资源的开发现状、利用途径进行探讨，分析了在我国发展竹类生物质能源具有资源丰富、土地充足、市场巨大、政策支持等优势。同时针对竹类能源产业化所面临的问题，提出竹类生物质能源发展的对策，并展望竹类能源产业的发展前景。
关键词：竹类植物；生物质资源；生物能源；发展前景；中国
来源出版物：世界林业研究，2013，26（2）： 60-64联系邮箱：吴志庄，wzzcaf@126.com
我国生物质能源产业科技创新发展对策研究
贾敬敦，孙康泰，蒋大华，等
摘要：随着化石能源的过度开采和使用，世界各国面临着不同程度的化石能源短缺和生态危机，开发和利用清洁可再生能源已成为各国关注的焦点，对于正处于经济结构转型时期的我国也有重要的战略意义，不仅可以缓解能源短缺，而且其双向清洁性对于保护生态环境和减排温室气体具有现实意义。深入剖析了在我国发展生物质能源产业的战略意义、面临的机遇及挑战，提出了对策措施和政策建议，对生物质能源产业在我国的发展具有一定的参考意义。
关键词：生物质能源产业；挑战；政策；态势分析法
来源出版物：中国农业科技导报，2014，16（1）： 1-6联系邮箱：葛毅强，68511009@163.com
生物质能源植物种植对生物多样性的影响
胡理乐，李俊生，罗建武，等
摘要：随着化石燃料资源的减少和全球环境问题的加剧，全球生物质能源的生产增长迅速，生物质能源植物种植面积不断增长。全球生物质能源植物的大面积种植对生物多样性造成了严重影响：不但直接或间接侵占了大片自然或半自然生态系统，造成生物原生栖息地的退化和消失，而且还易造成生态系统单一并改变生态系统结构与功能，加剧面源污染，引起外来种入侵，甚至增加了转基因生物安全风险。为减少生物质能源植物种植对生物多样性的影响，政府或相关单位需制订可持续发展的生物质能源生产管理规范，合理规划以避免在生物多样性丰富或脆弱区种植生物质能源植物，积极开发新技术并改变生物质能源原料的利用效益，加强生产方式管理并改变传统种植模式。
关键词：能源植物；生境破坏；生态系统；影响评估；外来物种入侵；种植模式
来源出版物：生物多样性，2014，22（1）： 231-241联系邮箱：李俊生，lijsh@craes.org.cn
香叶树作为生物柴油原料树种的研究现状及其开发前景
董树斌，张志翔，黄佳聪
摘要：生物柴油作为一种可再生的燃料，用来替代传统能源、缓解能源危机已变得越来越重要，开发利用林业生物质能源资源是解决我国生物柴油发展原料短缺问题的重要途径之一。香叶树广泛分布于我国南方，尤其在西南有比较集中的野生资源，其果实含油率达41%～47%，是加工生物柴油的良好原料。介绍了当前国内外的生物柴油原料，香叶树的研究现状，展望了香叶树在生物柴油开发利用方面的前景，并根据现阶段存在的问题，提出了一些建议。
关键词：香叶树；能源植物；生物柴油
来源出版物：中国农业大学学报，2014，19（6）： 95-101联系邮箱：张志翔，zxzhang@hjfu.edu.cn
纤维素类草本能源植物的研究现状
谭芙蓉，吴波，代立春，等
摘要：纤维素类草本能源植物具有很高的生物质产量、纤维素和半纤维素含量，对环境友好，是目前最有发展前途的生物质资源之一，欧洲和美国将其作为首选的生物质能源植物。本文介绍了柳枝稷（Panicum virgatum）、芒草（Miscanthus spp）、芦竹（Arundo donax Linn）等几种主要纤维素类草本能源植物具有产量高、适应性强、用途广泛等特点；综述了纤维素类草本能源植物在国内外的研究概况，以及基因工程技术在降低植物木质素含量及在植物中过表达纤维素降解酶类方面的应用；进一步指出在我国存在纤维素类草本能源植物资源评估、选育滞后，相关技术还不完善等问题，进行充分开发利用将在缓解能源紧张、解决环境问题、促进农业和经济发展等方面有着良好的前景。
关键词：纤维素；草本能源植物；遗传改良；基因工程；燃料乙醇
来源出版物：应用与环境生物学报，2014，20（1）： 162-168联系邮箱：何明雄，hemxion@hotmail.com
生命周期能值分析法与生物质能源研究
王红彦，毕于运，王道龙，等
摘要：该文以现有研究文献为基础，对生物质能源的能值分析、生命周期评价和生命周期能值分析研究现状进行了综述，所涉及的生物质能源产品包括生物质厌氧发酵产品（沼气）、生物质气化燃气、生物质发电、生物质致密成型燃料、燃料乙醇、生物柴油等。能值分析方法在生物质能源系统的应用主要体现在对其能源效率、环境效率和可持续性等方面的评价；生命周期评价在生物质能源系统的实证研究主要包括对系统生命周期内的能量投入、产出以及环境排放和经济性等方面的分析和评价。结果表明，在国内外生物质能源研究方面，单一的能值分析和生命周期评价都取得较丰硕的研究成果，所涉及的生物质能源类别也较为全面。但生命周期评价与能值分析相结合的研究还较为薄弱。最后提出了进一步完善生物质能源能值分析及其生命周期评价的建议。
关键词：生命周期评价；能值分析法；生物质能源
来源出版物：中国农业资源与区划，2014，35（2）： 11-17
清洁、可再生能源利用的回顾与展望
路甬祥
摘要：人类正在走向以可再生能源为主的绿色低碳、可持续能源时代。为促进绿色低碳、智能安全、可持续能源体系的构建，本文从太阳能是地球能源的主要源头、能源利用简史、清洁及可再生能源的发展潜力和未来等方面，回顾了清洁、可再生能源利用发展的历史，指出未来应进一步创新发展太阳能、大力发展风能、继续开发水能、因地制宜发展生物质能、积极发展氢能、在确保安全的基础上高效发展核电。
关键词：清洁能源；可再生能源；能源发展史
来源出版物：科技导报，2014，32（28/29）： 15-26
中国农业生物质能产业发展现状与效应评价研究
高文永，李景明
摘要：发展农业生物质能及其相关产业，有效替代化石能源，对于优化能源结构，减少对外依存度，保障国家能源安全，稳定能源供应体系具有重要意义。文章通过对我国农业生物质能资源发展现状的实地调研和资料收集，结合2000—2013年全国相关统计数据，对我国不同地区的农业生物质资源现状进行定量研究和效应分析，为我国生物质能产业发展提供科学支撑。
关键词：生物质能；资源评价；产业发展；对策研究
来源出版物：中国沼气，2015，33（1）： 46-52联系邮箱：李景明，lijingm@agri.gov.cn
江苏省南通市农村生物质能资源潜力估算及地区分布
邢红，赵媛，王宜强
摘要：摸清农村生物质能资源潜力对南通市农村能源建设具有重大意义。以南通市为实证区域，利用草谷比、收集系数、折标系数、副产物系数并根据南通市可能源化利用的实际情况，从县域层面较为全面地估算了包括秸秆、农业加工副产品、人畜粪便等可能源化利用的生物质能资源总量。估算结果表明：（1）南通市每年提供的可能源化利用秸秆资源量约为105万t标煤，以稻秸、麦秸和油菜秸为主；农业加工副产品资源量约为20万t标煤，以稻壳、玉米芯、棉籽等为主；人禽粪便资源量为108万t标煤，以猪粪和禽粪为主，约占到资源总量的1/2。（2）南通市拥有较为丰富的生物质能资源，其中可能源化利用的生物质资源总量为年均233万t标煤，并且其资源总量呈增长趋势；预计在短期内其资源总量将增加到240万t标煤。（3）南通市生物质资源的地区分布极不均匀，从生物质能资源总量、单位国土面积生物质能资源量、人均生物质能资源量看，海安县、如东县和如皋市等经济比较薄弱的县市均具有明显优势，其中海安县在南通各县市中凭借其规模渐增的养殖业、种植业产生的生物质资源而遥遥领先；此外如东县的秸秆资源也具有重要地位。（4）南通市生物质资源的季节分布也不均匀，这种季节分布不均主要是由秸秆资源引起的，因为秸秆资源主要集中在秋季和春季，约占到60%～75%；而夏季和冬季则很少。这就给农村能源的持续开发利用带来一定难度。建议：需要针对各县市的生物质能开发利用的实际情况因地制宜合理开发生物质资源，科学布局避免恶性竞争，并及时做好秸秆资源的收集、转运与储存工作以避免资源的浪费和严重的环境污染，从而促进南通农村能源建设的健康发展。
关键词：生物质能资源；潜力估算；地区分布；南通市
来源出版物：生态学报，2015，35（10）： 3480-3489联系邮箱：赵媛，njnuzhaoyuan@126.com
木质素与生物燃料生产：降低含量或解除束缚？
王晓娟，杨阳，张晓强，等
摘要：生物质能源作为可再生性替代能源之一，其开发利用可为解决当前全球变暖、化石能源成本飞涨和环境污染等重大问题提供新的途径。木质纤维素是植物细胞壁的主要组成成分，也是地球上最丰富的可再生资源之一，可转化为生物酒精等液体生物燃料。木质纤维素主要包括纤维素、半纤维素和木质素，三者之间由酯键、醚键和糖苷键等化学键连接，形成的木质素-糖类复合体是一种共价键聚合物，这些细胞壁成分的组成及其互作会影响多糖的水解作用，进而影响木质纤维素的转化利用效率，其中，木质素被认为是阻碍纤维素酶分解的主要物理障碍。当前，提高能源作物生物质的田间种植、生产效率及其工厂化降解、转化效率是生物质能源发展的热点和难点问题。由于木质素是木质纤维素生物量中除多糖之外含量最高的成分之一，提高木质素利用效率成为影响整个木质纤维素生物冶炼产能的关键。为此，文中从降低木质素含量和解除木质素束缚的角度出发，系统回顾了木质素在植物细胞壁中的发育沉积特征及其遗传改造研究进展，探究从植物细胞壁结构组成角度优化木质纤维素性状提高生物燃料产率的可能性，重点论述了降低能源植物木质素含量的遗传选育和基因改良策略，以及木质纤维素生物冶炼的预处理和分离技术。一方面，通过常规育种程序培育低木质素含量的生物能源作物品种，或是通过基因工程技术下调木质素的生物合成，对于提高木质纤维素利用效率和降低生物燃料生产成本均具有积极的作用。另一方面，以解除木质素束缚为目的的生物冶炼预处理技术是提高木质纤维素生物燃料工厂化生产效率的重要环节，主要包括酸预处理法、碱预处理法和有机溶剂预处理法，高效的预处理技术能够显著提高纤维素酶水解效率，增加生物酒精产量。文中最后对木质素与生物燃料生产的研究与应用前景进行了展望。
关键词：生物质能源；生物燃料；木质纤维素；木质素；生物冶炼
来源出版物：中国农业科学，2015，48（2）： 229-240联系邮箱：金樑，liangjin@lzu.edu.cn
木质纤维素高值化利用的研究进展
朱晨杰，张会岩，肖睿，等
摘要：随着不可再生石化资源的不断消耗以及生态环境的不断恶化，可再生资源的开发和利用受到越来越多的重视。木质纤维素是地球上最丰富的可再生生物质资源，蕴藏量和产量巨大，具有广阔的开发利用前景。本文在介绍国内外木质纤维素资源开发利用研究的基础上，结合当今世界生物质能领域的研发现状，分别概述了纤维素、半纤维素及木质素的高值利用转化途径，并阐述了热化学转化、生物催化转化、化学催化转化，及其协同催化转化在木质纤维素高值化利用过程中的交叉融合。
关键词：木质纤维素；纤维素；半纤维素；木质素；生物能源；生物基化学品；生物基材料
来源出版物：中国科学：化学，2015，45（5）： 454-478联系邮箱：应汉杰，yinghanjie@njtech.edu.cn
A distributed activation energy model for the pyrolysis of lignocellulosic biomass
CAI Jun-meng； WU Wei-xuan； LIU Rong-hou； et al.
Abstract： The pyrolysis kinetics of xylan，cellulose，and eight lignocellulosic biomass samples（including corn stover，cotton stalk，palm oil husk，pine wood，red oak，sugarcane bagasse，switchgrass，and wheat straw）were measured in a TA SDT Q600 thermogravimetric analyzer. The kinetic data of xylan and cellulose were fitted to a distributed activation energy model（DAEM）where the activation energies for the pyrolysis of each reactant followed a Gaussian distribution. The activation energy distribution peaks were centered at 178.3 and 210.0 kJ/mol for xylan and cellulose respectively. The standard deviations of the activation energy distributions for xylan and cellulose were 5.85 and 0.94 kJ/mol-1. A three-parallel-DAEM-reaction model was used to fit the pyrolysis kinetics of the lignocellulosic biomass feedstocks. The model assumes that biomass contains three independent reacting pseudo-components all of which have a Gaussian distribution for their activation energies. The first，second and third pseudo-components represent the fractions of hemicellulose，cellulose and lignin，respectively. The activation energy distribution peaks for the three pseudo-components were centered at 169.7-186.8，204.2-212.5，and 237.1-266.6 kJ/mol for the different biomass feedstocks. The standard deviations of the activation energies were 4.6-8.8，0.7-1.8，and 26.5-41.8 kJ/mol for the hemicellulose，cellulose and lignin fractions respectively. This indicates that the activation energy distribution for lignin has the widest distribution，and cellulose has the narrowest distribution. The biomass compositions obtained by the fitting of the pyrolysis kinetics agreed well with published values obtained from wet chemical analysis techniques.
Keywords： kinetic-analysis； devolatilisation kinetics； nonisothermal pyrolysis； thermal-decomposition； transportation fuels； bio-oil； lignin；cellulose； chemistry； wood
来源出版物：Green Chemistry，2013，15（5）： 1331-1340联系邮箱：CAI Jun-meng； jmcai@sjtu.edu.cn
An overview of agricultural biomass for decentralized rural energy in Ghana
Mohammed，Y.S； Mokhtar，A.S； Bashir，N； et al.
Abstract： Efforts to improve the quality of life in rural areas rely upon the provision of electrical energy services. Globally，the focus is on identifying and maintaining sustainable and environmentally friendly energy resources，by means of the clean development mechanism（CDM）. Supplying electricity by extending the grid to rural domains is，in most cases，economically unproductive，taking into account other related factors that pertain，especially in developing countries. Furthermore，an unfolding energy crisis in the sub-Saharan Africa（SSA）region intensifies the need for decentralized bioenergy applications using modern conversion techniques. Biomass energy produced in rural areas provides a sustainable alternative to grid electricity. This paper presents an overview of the potential of agricultural biomass-based resources for decentralized energy in rural areas of Ghana. It emphasizes the strategic importance of biomass energy，especially in areas where it is economically attractive because of the ready availability of resources. Assimilation of past and current research reported in the literature on biomass resources and bioenergy technologies in the country underpins this study. A more detailed evaluation of agricultural biomass-based potential was carried out and 2010 was chosen as the base period for the assessment. The result suggests that Ghana has a suitable potential of bioenergy resources and this holds considerable promise for future energy delivery in the country. The paper concludes with discussion of various promising decentralized bioenergy technologies for the exploitation of resources in Ghana.
Keywords： Agricultural biomass； Decentralized energy； Rural Ghana
来源出版物：Renewable & Sustainable Energy Reviews，2013，20： 15-25
A techno-economic evaluation of a biomass energy conversion park
Van Dael，Miet； Van Passel，Steven； Pelkmans，Luc； et al.
Abstract： Biomass as a renewable energy source has many advantages and is therefore recognized as one of the main renewable energy sources to be deployed in order to attain the target of 20% renewable energy use of final energy consumption by 2020 in Europe. In this paper the concept of a biomass Energy Conversion Park（ECP）is introduced. A biomass ECP can be defined as a synergetic，multi-dimensional biomass conversion site with a highly integrated set of conversion technologies in which a multitude of regionally available biomass（residue）sources are converted into energy and materials. A techno-economic assessment is performed on a case study in the Netherlands to illustrate the concept and to comparatively assess the highly integrated system with two mono-dimensional models. The three evaluated models consist of（1）digestion of the organic fraction of municipal solid waste，（2）co-digestion of manure and co-substrates，and（3）integration. From a socio-economic point of view it can be concluded that it is economically and energetically more interesting to invest in the integrated model than in two separate models. The integration is economically feasible and environmental benefits can be realized. For example，the integrated model allows the implementation of a co-digester. Unmanaged manure would otherwise represent a constant pollution risk. However，from an investor's standpoint one should firstly invest in the municipal solid waste digester since the net present value（NPV）of this mono-dimensional model is higher than that of the multi-dimensional model. A sensitivity analysis is performed to identify the most influencing parameters. Our results are of interest for companies involved in the conversion of biomass. The conclusions are useful for policy makers when deciding on policy instruments concerning manure processing or biogas production.
Keywords： Biomass； Regional residues； Polygeneration； Energy conversion park； Techno-economic assessment
来源出版物：Applied Energy，2013，104： 611-622联系邮箱：Van Dael，Miet； miet.vandael@uhasselt.be
Economic growth and biomass energy
Bildirici，Melike E
Abstract： This paper investigates the short-run and long-run causality analysis between biomass energy consumption and economic growth in the selected 10 developing and emerging countries by using the Autoregressive Distributed Lag bounds testing（ARDL）approach of cointegration and error correction models. It covers annual data from 1980 to 2009. The cointegration test results show that there is cointegration between the biomass energy consumption and the economic growth in nine of the ten countries（Argentina，Bolivia，Cuba，Costa Rica，El Salvador，Jamaica，Nicaragua，Panama，Paraguay，Peru）. The cointegration test results show that there is no cointegration between the biomass energy consumption and the economic growth in one of the ten countries（Paraguay）.
Keywords： Biomass energy consumption； Economic growth； ARDL； Short-run causality； Long-run causality
来源出版物：Biomass & Bioenergy，2013，50： 19-24
Thermoeconomic multi-objective optimization of a novel biomass-based integrated energy system
Ahmadi，Pouria； Dincer，Ibrahim； Rosen，Marc A
Abstract： Both thermoeconomic modeling and multi-objective optimization studies are undertaken for a novel integrated multigenerationsystem，containing a biomass combustor，an organic Rankine cycle to produce electricity，a double-effect absorption chiller for cooling，a heat exchanger，a proton exchange membrane electrolyzer to produce hydrogen，a domestic water heater to produce hot water and a reverse osmosis desalination unit to produce fresh water. Energy and exergy analyses and an environmental impact assessment are included. A multi-objective optimization method based on a fast and elitist NSGA-II（non-dominated sorting genetic algorithm）is developed and employed to determine the best design parameters for the system. The two objective functions utilized in the optimization study are the total cost rate of the system，which is the cost associated with fuel，component purchasing and environmental impact，and the system exergy efficiency. The total cost rate of the system is minimized while the cycle exergy efficiency is maximized using an evolutionary algorithm. To provide insight，the Pareto frontier is shown for a multi-objective optimization. In addition，a. closed form equation for the relationship between exergy efficiency and total cost rate is derived. A sensitivity analysis is performed to assess the effects of several design parameters on the system total exergy destruction rate，CO2emission and exergy efficiency.
Keywords： Energy； Exergy； Efficiency； Biomass； Integrated system； Optimization
来源出版物：Energy，2014，68： 958-970联系邮箱：Ahmadi，Pouria； Pouria.Ahmadi@uoit.ca
Modeling of biomass-to-energy supply chain operations： Applications，challenges and research directions
Mafakheri，Fereshteh； Nasiri，Fuzhan
Abstract： Reducing dependency on fossil fuels and mitigating their environmental impacts are among the most promising aspects of utilizing renewable energy sources. The availability of various biomass resources has made it an appealing source of renewable energy. Given the variability of supply and sources of biomass，supply chains play an important role in the efficient provisioning of biomass resources for energy production. This paper provides a comprehensive review and classification of the excising literature in modeling of biomass supply chain operations while linking them to the wider strategic challenges and issues with the design，planning and management of biomass supply chains. On that basis，we will present an analysis of the existing gaps and the potential future directions for research in modeling of biomass supply chain operations.
Keywords： Biomass； Supply chain modeling； Decision making
来源出版物：Energy Policy，2014，67： 116-126联系邮箱：Mafakheri，Fereshteh； f.nasiri@ucl.ac.uk
An overview of distributed activation energy model and its application in the pyrolysis of lignocellulosic biomass CAI Jun-meng； WU We
i-xuan； LIU Rong-hou
Abstract： Research interest in the conversion of lignocellulosic biomass into energy and fuels through the pyrolysis process has increased significantly in the last decade as the necessity for a renewable source of carbon has become more evident. For optimal design of pyrolysis reactors，an understanding of the pyrolysis kinetics of lignocellulosic biomass is of fundamental importance. The distributed activation energy model（DAEM）has been usually used to describe the pyrolysis kinetics of lignocellulosic biomass. In this review，we start with the derivation of the DAEM. After an overview of the activation energy distribution and frequency factor in the DAEM，we focus on the numerical calculation and parameter estimation methods of the DAEM. Finally，this review summarizes recent results published in the literature for the application of the DAEM to the pyrolysis kinetics of lignocellulosic biomass.
Keywords： Distributed activation energy model（DAEM）； Lignocellulosic biomass； Pyrolysis； Kinetics； Parameter estimation method；Numerical calculation
来源出版物：Renewable & Sustainable Energy Reviews，2014，36： 236-146
联系邮箱：CAI Jun-meng； jmcai@sjtu.edu.cn
Woody biomass energy potential in 2050
Lauri，Pekka； Havlik，Petr ； Kindermann，Georg； et al.
Abstract： From a biophysical perspective，woody biomass resources are large enough to cover a substantial share of the world's primary energy consumption in 2050. However，these resources have alternative uses and their accessibility is limited，which tends to decrease their competitiveness with respect to other forms of energy. Hence，the key question of woody biomass use for energy is not the amount of resources，but rather their price. In this study we consider the question from the perspective of energy wood supply curves，which display the available amount of woody biomass for large-scale energy production at various hypothetical energy wood prices. These curves are estimated by the Global Biosphere Management Model（GLOBIOM），which is a global partial equilibrium model of forest and agricultural sectors. The global energy wood supply is estimated to be 0-23 Gm3/year（0-165 EJ/year）when energy wood prices vary in a range of 0-30$/GJ（0-216$/m3）. If we add household fuelwood to energy wood，then woody biomass could satisfy 2-18% of world primary energy consumption in 2050. If primary forests are excluded from wood supply then the potential decreases up to 25%.
Keywords： Woody biomass； Energy； Partial equilibrium； Land use
来源出版物：Energy Policy，2014，66： 19-31联系邮箱：Lauri，Pekka； pekka.lauri@iiasa.ac.at
Biomass-derived materials for electrochemical energy storages
ZHANG Li-xue； LIU Zhi-hong； CUI Guang-lei； et al.
Abstract： During the past decade humans have witnessed dramatic expansion of fundamental research as well as the commercialization in the area of electrochemical energy storage，which is driven by the urgent demand by portable electronic devices，electric vehicles，transportation and storage of renewable energy for the power grid in the clean energy economy. Li-secondary batteries and electrochemical capacitors can efficiently convert stored chemical energy into electrical energy，and are currently the rapid-growing rechargeable devices. However，the characteristic（including energy density，cost，and safety issues，etc.）reported for these current rechargeable devices still cannot meet the requirements for electric vehicles and grid energy storage，which are mainly caused by the limited properties of the key materials（e.g. anode，cathode，electrolyte，separator，and binder）employed by these devices. Moreover，these key materials are normally far from renewable and sustainable. Therefore great challenges and opportunities remain to be realized are to search green and low-cost materials with high performances. A large number of the properties of biomass materials-such as renewable，low-cost，earth-abundant，specific structures，mechanical property and many others are very attractive. These properties endow that biomass could replace some key materials in electrochemical energy storage systems. In this review，we focus on the fundamentals and applications of biomass-derived materials in electrochemical energy storage techniques. Specifically，we summarize the recent advances of the utilization of various biomasses as separators，binders and electrode materials. Finally，several perspectives related to the biomass-derived materials for electrochemical energy storages are proposed based on the reported progress and our own evaluation，aiming to provide some possible research directions in this field.
Keywords： Biomass-derived materials； Electrochemical energy storages； Separators； Binders； Electrode materials
来源出版物：Progress in Polymer Science，2015，43： 136-164联系邮箱：CUI Guang-lei； cuigl@qibebt.ac.cn
Assessment of biomass energy potential in a region of Portugal（Alto Alentejo）
Lourinho，Goncalo； Brito，Paulo
Abstract： This work focuses on assessing the potential for generation of biomass residues from agroforestry sources in a region of Portugal（Alto Alentejo），within the scope of energy valorization of the biomass by means of combustion technologies. The model uses a GIS-based method to estimate the technical potential of biomass based on current cartographic and statistical data. The analyzed components related to the biomass potential are： effective biomass area（in ha），biomass availability（in dry t/year）and energy potential（in GJ/year）. The potential of agricultural and forest residues in Alto Alentejo is estimated to be 4000 dry t/year and 40000 dry t/year，respectively. This amount of biomass corresponds to an energy potential of 158000 GJ/year，which is equivalent to 100% of the combined consumption of electricity in three out of the nine municipalities covered in this study. A preliminary analysis on the suitability of the location and characteristics of a 9 MW biomass power plant in the region is made； alternative solutions and most representative species are also discussed. It was concluded that not enough biomass is available to supply the energy facility and that the most promising option for the region is the combustion of residues in small scale units.
Keywords： Biomass energy； Agricultural residues； Forestry residues； GIS； Energy potential
来源出版物：Energy，2015，81： 189-201联系邮箱：Lourinho，Goncalo； glourinho@gmail.com
编辑：卫夏雯
Fast pyrolysis utilizes biomass to produce a product that is used both as an energy source and a feedstock for chemical production. Considerable efforts have been made to convert wood biomass to liquid fuels and chemicals since the oil crisis in mid-1970s. This review focuses on the recent developments in the wood pyrolysis and reports the characteristics of the resulting bio-oils，which are the main products of fast wood pyrolysis. Virtually any form of biomass can be considered for fast pyrolysis. Most work has been performed on wood，because of its consistency and comparability between tests. However，nearly 100 types of biomass have been tested，ranging from agricultural wastes such as straw，olive pits，and nut shells to energy crops such as miscanthus and sorghum. Forestry wastes such as bark and thinnings and other solid wastes，including sewage sludge and leather wastes，have also been studied. In this review，the main（although not exclusive）emphasis has been given to wood. The literature on wood/biomass pyrolysis，both fast and slow，is surveyed and both the physical and chemical aspects of the resulting bio-oils are reviewed. The effect of the wood composition and structure，heating rate，and residence time during pyrolysis on the overall reaction rate and the yield of the volatiles are also discussed. Although very fast and very slow pyrolyses of biomass produce markedly different products，the variety of heating rates，temperatures，residence times，and feedstock varieties found in the literature make generalizations difficult to define，in regard to trying to critically analyze the literature.
fluidized-bed reactor； biomass fast pyrolysis； water-insoluble fraction； high heating rates； brutia ten. chips； cashew nut shell；of-the-art； softwood bark； vacuum pyrolysis； flash pyrolysis
典
文章题目第一作者来源出版物1Pyrolysis of wood/biomass for bio-oil： A critical review Mohan，DineshEnergy & Fuels，2006，20（3）： 848-889 2 Land clearing and the biofuel carbon debt Fargione，Joseph Biofuels from microalgae-A review of 4 technologies for production，processing，and Brennan，Liam Renewable & Sustainable Energy Reviews，extractions of biofuels and co-products 2010，14（2）： 557-577 5Environmental，economic，and energetic costs and benefits of biodiesel and ethanol biofuelsHill，Jason Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2006，103（30）： 11206-11210
Pyrolysis of wood/biomass for bio-oil： A critical review
Mohan，Dinesh； Pittman，Charles U，Jr； Steele，Steele，Philip H
