前言：生物質能不僅易於存儲，且擁有豐富的應用場景，是當今最重要的可再生能源之一，也是未來能源供應的支柱產業。交能網這周起將展開全新的“
生物質能”系列，聚焦該領域國內外的熱點專題，從不同角度挖掘更多的全新內容。本文作為該系列的首發文章，將從宏觀的角度為大家簡要介紹生物質能作為可再生能源的諸多優勢以及相關技術和設備，並對其中蘊含的商業潛力與發展前景展開敘述。生物質能概況
生物質指所有來自植物、動物和人類的有機物質，例如木材、玉米和油菜籽等農業和林業產品。這些可再生的原材料可以用於製造建築材料、生物塑料等。與太陽能、風能一樣，生物質能也屬於可再生能源，它可以轉化為電力與熱能，並將在未來的能源供應中發揮巨大作用。與風能和太陽能不同的是，生物質能極易儲存，人們可以存儲諸如稻草、木材或液態肥料之類的原材料，並在必要時再將其轉化為其他能源。
生物質能本質上是被存儲的太陽能，植物通過光合作用將二氧化碳和水合成為能量豐富的碳水化合物（糖類）。燃燒植物時這些能量會被釋放。
從古代人類使用木材生火烹飪，到如今人們使用現代技術利用木材、玉米、油菜籽、稻草甚至肥料發電和生產燃料，人類利用生物質能的歷史已有數千年之久。
現代生物質能最簡單和廣泛的應用仍是燃燒木材取暖。同時，在沼氣廠中發酵肥料、玉米和稻草產生沼氣的應用也已普及。這些沼氣可以在熱電聯產廠中發電產熱，也可以在公共燃氣網絡中儲存，並運輸到其他地方使用。
另外，生物質還可用作汽車發動機的燃料。人們可以從菜籽油和其他植物油中提取出所謂的生物柴油 ，這種生物柴油可以用於所有柴油車輛。我們還可以從甜菜和穀物中提取生物乙醇並添加到汽油中。在未來，這些生物燃料可以越來越多的從諸如稻草這些剩餘物質中提取。對於燃氣汽車，還可以使用生物天然氣作為燃料提供動力。
生物質能的開發潛力
目前我國市場上傳統化石能源如石油、天然氣需求仍然大於產量，比較依賴進口。然而生物質能資源豐富，有著巨大的開發潛力。有些植物，如玉米、油菜籽和蘆葦特別適合發電，同時對技術的要求也不高。甜菜和穀物則適合用來生產燃料。另外，有機殘留物，如肥料、殘餘的木材、稻草或用過的油脂也有很大的開發潛力。
生物質能工業設施
沼氣廠
在農村地區，沼氣廠隨處可見。生產沼氣的原料主要有動物糞便、能源作物（如玉米或草）、有機殘留物（如飼料殘渣）或食品工業中的廢料或副產品。
簡而言之，這些原料在溫度在32到42攝氏度之間的密閉發酵罐藉助細菌發酵產生沼氣。沼氣是由約三分之二的甲烷、約三分之一的二氧化碳以及微量的氮氣、氫氣、氧氣等組成的混合氣體。這些剛生產出的原始沼氣被存儲在倉庫中等待進一步的加工處理，而發酵的殘留物質比普通肥料的氣味更小，很適合當作肥料使用。通常來說，沼氣裝置會不斷的補充新的原料，因此沼氣廠可以不受氣候和時間等因素的影響，全年全天候不間斷的工作生產。
以德國為例，2011年德國共有7200餘所沼氣廠，大部分沼氣送入熱電聯產廠，年發電量高達175億千瓦時，相當於兩個大核電廠。另外，沼氣經過進一步處理成為生物甲烷。這些生物甲烷即可通入天然氣管網，也可用作天然氣汽車的燃料。目前這些應用仍處於起步階段，開發潛力頗大。
生物質供熱廠
與其他供熱廠的工作方式類似，生物質供熱廠燃燒燃料，利用產生的熱量加熱熱媒（通常為水），通過管網為建築、泳池或整個區域供熱。生物質供熱廠的不同之處在於，它使用木片、木屑或其他固體生物質作為燃料。經過現代煙氣除塵技術的處理，剩餘的灰燼可用作建築材料或肥料的添加劑。一般情況下，生物燃料主要來自周圍地區的農業、林業公司、木材加工公司或木料工藝公司。目前德國已經有數百個生物質料廠並擁有比較完整的市場體系。另外，木片和其他生物燃料的價格多年來也一直相對穩定，幾乎沒有波動。
與化石能源相比，生物燃料的燃燒對環境影響很小 。因為生物燃料燃燒時排放的二氧化碳量與其生長時曾吸收的二氧化碳量相等，是碳中性的。而化石能源燃燒時則會向大氣中排放大量本來不參與大氣循環的二氧化碳，從而加劇溫室效應和全球氣候變暖。
2011年，德國有1200家生物質供熱廠，其熱輸出功率普遍大於500 kW，並且近年來大功率的生物質供熱廠越來越多。一個熱功率為500kW的系統可以通過本地供熱網絡為大約20至30個家庭供電。另外，一些輸出功率在數千萬瓦特的生物質能供熱廠可通過區域供熱網絡為整個城市供暖和供應熱水。
生物質熱電聯產廠
生物質熱電聯產廠可以同時生產熱能和電能。燃料燃燒的熱量儲存在熱媒蒸汽中，蒸汽通過渦輪機或蒸汽發動機驅動發電機發電，在這之後的蒸汽溫度依然很高，因此可以用來供熱。對於木材氣化熱電聯產廠來說，木材氣化產生的氣體可以直接作為燃料在發動機中燃燒，產生動力並驅動發電機發電。這類裝置的工作效率很高，使用的燃料也與生物質供熱廠的燃料相同，以各類木材為主。
生產出的電力可以直接供給電網，熱能則可以提供給附近的工業企業或者供給城市的局部或遠程區域供熱網絡。由於生物燃料的供應和價格相對穩定，生物質熱電聯產廠的一大優勢在於，其可以不受天氣、時節和全球原油和天然氣市場波動 的影響，全天候的生產熱力和電力。2011年德國在運營的生物質熱電聯產廠約有260所，其生產的電量相當於一個大型核電站的產出。與生物質供熱廠相比，生物質熱電聯產廠擁有更大的客戶群體，因此也需要更多的燃料。
木材供熱系統
現在，以木材為原料供暖已經發展成一種清潔高效 的技術。木材可再生、易獲取、純天然，是一種理想的燃燒原料。其中比較廣泛的應用是木材顆粒加熱系統，系統可以自動裝載燃料，在舒適性方面完全不輸於油或氣加熱器。大約4.5噸的木材顆粒就可以滿足一座北方的獨立公寓住宅全年的供暖需求，存放這些木材顆粒也僅需要大約4.5平方米的儲存面積。燃燒後剩下的少量灰燼可以當作普通的家庭垃圾處理。
生物質能的五大優點
1. 易於儲存
肥料、玉米、木材這些生物質作為生物質能的載體極易儲存。沼氣也可以安全的收集在特殊的存儲設施中，或者送入天然氣管網。因此與其他可再生能源（如太陽能、風能），生物能源可以不受天氣影響，全天候地提供電力與熱量。
2. 減少對化石能源的依賴
石油和天然氣的儲量是有限的，同時，全世界對能源的需求也在增加。我國每年化石能源的進口是一筆龐大的支出。與之相對，生物質是一種可再生原料，而且完全可以代替化石能源來發電、產熱或充當燃料。不僅如此，生物質還有著更加穩定的價格 。
3. 環境友好
化石能源燃燒會釋放溫室氣體，加劇全球氣候變暖，產生諸如氣候異常、海平面升高等一系列惡劣影響。而生物質是二氧化碳中性的，其燃燒產生的二氧化碳量等於植物在生長過程中吸收的二氧化碳量。因為可再生能源的推廣，2010年德國減排溫室氣體1.2億噸，其中一半以上要歸功於生物能源的使用和推廣。
4. 創造了新的收入來源
農業和林業公司是生物質的主要供應商。隨著對木材和能源作物需求的增長,農民能夠獲得額外的收入。油菜籽、玉米、甜菜、桔梗、速生林和其他能源作物將會被更廣泛的種植。
5. 創造新的工作機會
生物質能領域有許多重要的生產步驟，如生物質的種植、收穫、加工和貿易，另外還有沼氣廠、生物質熱電聯產廠和私人木材供熱系統的規劃、安裝和建造。生物質能可以由此創造很多
附加值。有關生物質能的進一步討論
能源作物的大範圍種植導致食品價格上漲？
全球食品價格上漲的主要原因並不是能源作物的大範圍種植，而是：人口增長、天氣原因導致的農作物歉收，以及最重要的一點——肉類食品消費量的增加。以巴西為例，巴西擁有約2.2億公頃的牧場，相比之下僅有2300萬公頃的耕地和600萬公頃的甘蔗（能源作物，其中一半被用於製作生物乙醇，並用作汽車燃料）。但不可否認的是，在發展生物質能的同時要注重與糧食生產之間的平衡，避免出現新的糧食問題。
能源作物需要更多的化肥和農藥？
答案是否定的。能源作物相比糧食作物
對氮肥的需求量更低，因為氮含量太高不利於發酵。能源作物對害蟲的耐受極限也更高。由於生長週期較短，收穫較早，許多病原體並沒有足夠的時間成長到關鍵階段。能源作物的另一個優勢在於，他的營養物質循環幾乎是封閉的，在其能量被利用之後，發酵或燃燒的剩餘物質可以作為肥料。作物單一化？
玉米作為一種常見的能源作物，生長迅速，並且可以提供大量生物質。使用玉米作為原料生產沼氣的技術已經比較成熟，而且產量很高，所以很多沼氣廠會把玉米作為首選原料進行儲存。但這會使玉米的種植面積顯著增加，導致農作物單一化，帶來很多批評。以德國為例，2012年德國對可再生能源法（Erneuerbare-Energien-Gesetz）進行修訂，規定新的沼氣廠使用玉米的比例要在百分之60以下，其餘可以使用其他開花植物或斑紋鱗莖代替。
轉基因技術氾濫？
無論是出於商業還是科研目的，轉基因植物的田間種植和試驗都應受到嚴格管控。因此，特殊品種能源作物（例如特別高產的能量玉米）也必須通過嚴格的審批程序。
森林砍伐？
以德國和歐盟為例，自2009年以來，可持續性法規一直在確保只能使用可持續生產的生物燃料。通過為合規的企業和產品頒發合格證，確保在全球範圍內種植能源作物的同時，不會喪失稀有動植物的寶貴棲息地（如泥潭地和熱帶雨林）。此外，與化石能源相比，生物燃料在整個生產供應鏈上減排了至少百分之60的溫室氣體（2018年），這對全球生態環境保護做出了巨大貢獻。
作者 | 邸義博
欄目負責人 | 周晉羽
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