生物质能产业的发展路线图

生物质能产业的发展路线图

01 引言

每到收获季节，“秸秆禁烧”总会成为社会热议的话题。但你是否想过，这些常被视作“负担”的农林废弃物，其实是一座座沉睡的“绿色矿山”？相比我国每年大量进口、主要成分为碳氢化合物的天然气和石油，这些天然的碳氢化合物资源却年复一年地在荒地中无人问津地降解，或被直接付之一炬。

在环境保护与能源安全的双重驱动下，我国以及国际多个组织和国家，正开始系统布局这一长期被忽视的“富矿”。2025年11月，国务院发布《碳达峰碳中和的中国行动》白皮书，明确提出：“因地制宜推进生物质能多元化开发利用，稳步发展农林生物质发电、沼气发电和城镇生活垃圾焚烧发电，因地制宜推广生物质能清洁取暖，有序推广应用生物燃料乙醇、生物柴油等清洁液体燃料。”不仅产业界在积极响应国家政策，学术界也有大量研究者投身于热解、水热液化、电催化驱动生物质及其衍生物转化等研究方向。那么，我们正在从事的相关研究，在整个产业体系中处于什么位置？其重要性和核心目标又是什么？

在此，我们将结合国际能源署发布的《2023生物质能报告》，以及中国产业发展促进会生物质能产业分会的《年度报告·摘要》和《中国先进生物燃料发展展望·摘要》，对生物质能的主要发展方向进行系统梳理。

2.生物质能的现有产业方向

生物质能在人类社会中的使用历史十分悠久。直到今天，它仍每年为全球提供约45.2艾焦（EJ）的能量消耗，占全球总能源需求的约10%，是最重要的可再生能源来源之一。目前最主要的应用形式，是满足供暖、烹饪等基础生活需求，通俗来说就是“烧柴做饭、取暖”。但这种利用方式效率低、污染重，在我国能源规划中属于需要尽快逐步淘汰的传统用能方式。未来，依托高效设备、使用商业化固体、液体或气体燃料的现代生物能源，将成为产业发展的主流方向。

当前可利用的生物质原料包括：来自可持续农业的专用能源作物（通常种植于废弃、退化或边际土地）、林业与农业残余物、木材及农食产业产生的各类有机残余物流，以及城市有机垃圾中的有机组分。根据国际能源署的分析，全球可实现约100艾焦的可持续生物质能供给潜力。

从化学转化角度看，生物质能技术路径大致可分为以下几类：1）完全燃烧，直接释放其化学能，用于发电或供热；?2）通过发酵或气化等过程，实现生物质的不完全氧化，生成甲烷或合成气；?3）通过热解、溶剂热或加氢等方法，将生物质解聚，获得精细化工原料或生物原油。?一般而言，反应过程中断裂的化学键越少，对反应设计的精细化要求越高，但对应的技术成熟度往往越低，商业化进展也相对缓慢。

目前，在商业层面将生物质残余物转化为生物能源的成熟工艺，主要包括燃烧法、生物处理法，以及基于淀粉和酯类的简单化学转化路线。

1）生物质燃烧供能。我国生物质发电主要包括农林生物质发电、生活垃圾焚烧发电和沼气发电。截至2023年底，全国生物质发电并网装机容量约4414万千瓦，年发电量约1980亿千瓦时，上网电量约1667亿千瓦时，约占全国总发电量的2%。同期，我国生物质清洁供暖面积超过3亿平方米，生物质供热量超过3亿吉焦。?生物质燃烧供能在推广过程中也存在一定局限。首先，其主要提供的是温度不高于100°C的低温热能，更适用于建筑供暖和生活热水，而工业生产往往需要更高温度的热能，使其在经济性上难以与化石能源竞争。其次，虽然生物质原料本身价格不高，但预处理和运输成本较高，限制了其应用范围，通常只能在资源集中的地区推广。未来，仍需依托碳定价、税收等政策工具，才能提升其市场竞争力。最后，垃圾焚烧发电所使用的废弃物成分复杂、污染严重，预处理成本高，目前多以示范工程为主，商业竞争力有限。

2）沼气生产。沼气生产是一种成熟的生物技术过程，以可生物降解的有机垃圾、工业副产品、农业副产品及废水为原料，在无氧条件下通过微生物作用，将蛋白质、碳水化合物和脂肪逐步降解，最终生成以甲烷和二氧化碳为主的沼气，同时含有少量氢气、硫化氢、氨气和水。沼气可用于本地供暖或热电联产，也可进一步提纯升级为生物甲烷，注入天然气管网或直接供应终端用户。?在这一过程中，不可降解的生物质、营养物质和水会以消化液的形式残留，理想情况下可作为肥料回用于土地，实现循环利用。总体而言，厌氧消化制沼气技术已在全球广泛应用，但规模受限，主要原因在于前期投资高、回收周期长，同时消化液产量大、处理和消纳成本高，因此多局限于农业区域内的自产自用。

3）生物液体燃料。目前全球生物液体燃料年产量已超过1.4亿吨。成熟产品主要包括：以糖类和淀粉作物为原料的乙醇，以甘油三酯和脂肪酸甲酯（FAME）为原料的生物柴油，以及氢化植物油（HVO）。乙醇通常以低比例与汽油混合使用；HVO则通过化工工艺生产升级石蜡基燃料，可与化石柴油直接混用。?需要注意的是，该技术路线目前主要依赖农业经济作物作为原料，与粮食安全存在一定竞争。因此，其主要生产集中在美国、巴西及部分农产品过剩的欧洲国家，中国在该领域的占比相对较低。

3. 生物质能的未来产业方向

生物质能未来的产业发展方向，可以用一句流传数十年的口号来概括——“秸秆变油”。即充分利用含量丰富但商业价值较低的农业和林业残余物，将其中富含的碳、氢、氧元素转化为高附加值的燃料和化工原料。

总体而言，未来发展可归纳为三个主要方向：

1）气化技术。气化是将固体原料加热并与气化剂接触，使其转化为可燃气体的过程。气化剂可以是空气、蒸汽、二氧化碳或氧气，也可为特定配比的混合气体。在生物质气化中，木质生物质的空气气化技术较为成熟，生成的低热值燃气（4–5 MJ/Nm?）可用于供热或发电，也可进一步用于费托合成柴油和煤油、生物甲烷及氢气的生产。但由于系统复杂、成本较高，该技术的商业化推进仍较为缓慢。

2）直接热化学液化。该方向主要包括溶剂液化和热解两类技术。二者均可处理多种生物质原料及其残余物。溶剂液化是在高温高压溶剂条件下进行的热化学转化过程，生成被称为生物原油（bio-crude）的浆状产物，其含氧量和含水量相对较低。热解则是在无氧高温条件下使生物质分解，生成固体（生物炭）、液体（生物油）和气体（合成气）。?生物油通常为乳状液体，含有较高比例的含氧化合物和水分（20%–30%，最高可达40%），具有酸性强、反应性高和热稳定性差等特点。无论生物原油还是生物油，均不能直接与石油混溶使用。目前，仅快速热解技术实现了从示范到商业规模的跨越，而水热液化仍处于小规模示范阶段。

3）生物质精炼。由于生物质中含有纤维素、半纤维素、木质素等多种结构复杂的成分，其不仅是能源原料，也可作为制备纤维、蛋白质及基础化工产品的重要资源。然而，原料多样性和反应复杂性，使得原料、工艺、中间体与终端产品之间的最优组合难以确定。?国际能源署的生物能源专家从技术、经济和环境角度评估认为，生物质精炼的核心目标在于生产“平台化学品”中间体，如戊糖（C5）、己糖（C6）、合成气、木质素或热解液，并在此基础上实现高附加值利用。潜在产品包括琥珀酸、呋喃类化合物、羟丙酸/醛类、甘油及其衍生物、山梨醇、木糖醇、乙酰丙酸、生物烃类、乳酸和乙醇等。相关分析显示，在理想市场条件下，到2050年，可再生资源大宗化学品产量可达1.13亿吨，占有机化学品总产量的38%；即便在保守情景下，该规模仍可达2600万吨，占比约17.5%。

4. 展望

总体来看，生物质能是推动能源转型和实现减排目标的重要力量。它不仅能够替代部分化石能源、降低温室气体排放，在特定条件下甚至具备实现“负排放”的潜力。由于生物质能可转化为固体、液体和气体等多种形态，并具有较强的供能灵活性，因此在供热、发电以及航空、航运和重型运输等减碳难度较高的领域中具有独特优势。燃烧、厌氧消化、气化、热解和水热液化等技术，为其多样化利用奠定了基础。

展望未来，生物质能的发展仍面临成本偏高、技术成熟度不一以及资源可持续利用等挑战。要充分释放其潜力，一方面需要持续推动技术进步，使关键技术更加成熟和经济；另一方面也需要建立完善的政策和市场机制，确保生物质来源可靠、利用高效。只有在技术创新、制度保障与可持续管理协同推进的前提下，生物质能才能在未来能源体系中发挥更加稳定和长远的作用。

以木质纤维素为代表的复杂生物质向高价值燃料和化工原料的转化，是未来生物质能扩大市场规模的核心技术瓶颈，也是当前科研机构重点攻关的方向。后续我们将择机对木质纤维素转化利用的科学前沿进展进行系统介绍，欢迎大家持续关注并讨论。

参考文献

1.《IEA BIOENERGY REPORT 2023：How bioenergy contributes to a sustainable future》世界能源署

2.《2024 中国生物质能产业发展年度报告》摘要版

3.《2024 中国先进生物燃料发展展望》摘要版