“近年來，我國能源界普遍存在的一種觀點認為，生物質能源成不了"大氣候"，其理由是生物質能源原料有限，而且生物質能源轉化技術難以實現商業化。這些已經影響到了決策部門對生物質能源的看法，極大地牽制了生物質能源發展。而現在全球生物質能源已迎來了新的發展機遇。”6月7日，在北京國家會議中心舉行的2014年中國新能源國際高峰論壇上，農業部科技司原司長、中國農業大學教授程序說。

程序表示，現代生物質能源完全可以成為可再生能源的主力軍。2011年，在全球一次能源消費量中，可再生能源所占份額已達19%，傳統生物質能源利用、現代生物質能源利用和水力發電分列可再生能源的前3位。與現代生物質能源利用占比4.91%相比，風能和太陽能僅分別為0.56%和0.084%，這種差距在發達國家和巴西尤為明顯。與之相比，我國生物質能源的發展遠遠落后于風能和太陽能。

為此，程序從生物質能源的發展軌跡、各階段代表性技術，以及領軍企業生物能源產業化現狀，闡述了新一輪全球生物質能源發展的態勢。

幾度沉浮的發展之路

第一代生物燃料是以食用谷物和油料為原料，加上諸多的不確定性，即只能與化石燃油摻混使用，且摻入比不能高于10%。這就是所謂的“混合墻”，意味著總用量有限，所以第一代生物燃料的可持續性一直頗受爭議。這些也直接傳導到了市場：2010年以來，第一代生物燃料增長勢頭明顯受挫，2009年~2010年其產量增長率尚有13.6%，而2010年~2011年這一數據大幅下降為3.1%；第一代生物燃料投資總額的增速也明顯放緩，甚至有250家第一代生物燃料企業已經關張，這些企業大部分在美國。

由于第一代生物燃料開發應用還有很大的局限性，人們開始將開發重點轉向不爭奪谷物和油料資源的纖維素乙醇，這就是第二代生物燃料。第二代生物燃料曾被寄予厚望。但問題是，生物乙醇摻混入現行汽油發動機而無需改裝的最大比例不能超過15%，還需要專用的儲運設備，這大大限制了生物乙醇的應用。雖然各國專家經過了10多年的努力，但纖維素乙醇的研發至今仍未能突破商業化生產的技術及經濟瓶頸，生產成本的下降也遠未達到預期。基于此，2010年7月美國環保署（EPA）被迫宣布，將原定的2011年纖維素乙醇產量目標2.5億加侖（約合70萬噸）大幅下調為650萬加侖~2550萬加侖，而2012年美國纖維素乙醇的實際產量僅為2萬加侖。

商業化的第一代生物燃料和纖維素乙醇的最大問題，均是無法解決占原料總量達40%左右的木質素、半纖維素的利用問題，因而不能充分利用生物質資源總量中占很大比重的木質類原料。第一代生物燃油有著很大的局限性，且發展已近極限，而第二代纖維生物乙醇的技術、經濟可行性難題也久“攻”不克。這時，“先進生物燃料”應運而生，主要是指通過熱化學轉化途徑，而非傳統生物（微生物）途徑，制取合成生物燃油和生物合成天然氣，從根本上克服了傳統生物質能源在原料和應用上的諸多“先天性”局限，從而為大規模工業化生產奠定了堅實的基礎。

為此，美國環保署（EPA）提出要重點支持“先進生物燃料”研發。所謂“先進生物燃料”，是指第一代生物質能源以外的新型生物燃料，其生命全周期的溫室氣體排放量比化石燃料低至少50%。

實現熱化學合成技術突破

在此背景下，能克服傳統生物質能源缺陷的熱化學轉化法走上了歷史舞臺，并迅速在制取裂解提質（合成）生物燃油和生物合成天然氣等先進生物燃料方面取得重大進展，成為最重要的“先進生物燃料”。

生物質氣化合成制燃油和生物天然氣熱化學合成技術的突破，使得生物質能源產業的發展一舉擺脫了原料方面的重大局限性—既不再占用緊缺的可食用谷物和油料，也不只局限于使用易于生物轉化但數量較為有限的原料，極大地拓展了原料范圍；特別是可充分利用占生物質資源總量約60%以上的木質纖維類原料，幾乎包括所有的有機垃圾，同時在使用方面又打破了“混合墻”的制約，從而確保生物質能源最終真正成為大規模工業生產的新興產業。

生產生物合成柴（汽）油和生物合成航空煤油最主要的新途徑是熱裂解（氣化）-合成，關鍵是生物質變油木質類生物質直接、間接的液化技術路線。生物合成柴（汽）油屬于“直接使用燃油”，即可以在發動機不改裝的情況下，以純態或任何摻混比作為車用燃油，因而完全擺脫了“混合墻”的制約。

2008年~2013年，全球各種先進生物燃料開發項目（包括中試和生產性示范）的數目增加了3倍，而總產量則擴大了10倍，達到年產24億公升（相當于168萬噸）。其中，生物質氣化合成燃油已占到27%的份額。

美國環保署（EPA）最新發表的公報顯示，2014年，其可再生燃油總產量目標是達到152億加侖，而在“先進生物燃料”的范疇中，采用熱化學轉化技術路線的生物柴油為12.8億加侖；相比之下，第二代生物乙醇僅列了1700萬加侖的指標，只及生物柴油的1/8。

不僅美國如此，有著極為豐富的木質類生物質資源的歐盟國家也表現得尤為積極，其目標是到2030年其生物天然氣將占有每年500億立方米的市場消費量。瑞典計劃到2030年使生物天然氣年產量達到70億立方米，其中60億立方米來自生物氣化合成法，目前其年產量為1.2億立方米。原本靠微生物法產沼氣等生物天然氣量很少的荷蘭，計劃主要依靠生物氣化合成法，到2030年實現年產生物天然氣30億立方米，到2050年實現年產生物天然氣300億立方米。

新一輪發展的技術路線

生物合成液體和氣體燃料產業的發展主要有3條技術路線，分別是生物質氣化合成燃油、生物質裂解生物油提質制取生物燃油、木質類生物質氣化合成生產生物合成天然氣。

生物質氣化合成燃油技術是在煤氣化合成燃油技術的基礎上發展起來的，但原料特性發生了很大變化，同時也使得轉化技術更為復雜，主要包含4項關鍵性技術條件：適應多種生物質原料的高效氣化爐；粗合成氣的凈化和調制技術；高效、持久性的費托合成催化劑；合成粗混合油的提質精煉技術。

與生物質氣化合成燃油相比，生物質裂解生物油提質制取生物燃油是另一條新的技術路線。美國克奧公司研制出“一步催化法”提質制取生物燃油技術之后，于2013年3月投資2.1億美元在密西西比州建成工廠并投產，用木質纖維類生物質直接（無氧裂解）制成生物柴（汽）油裝置，以美國南方盛產的黃松整枝枝條及木片為原料，年產3.6萬噸生物合成燃油。

在將木質纖維類生物質制生物柴（汽）油技術商業化的領域，加拿大因幸公司開發出不使用催化劑的裂化技術，再將提質后的裂解油摻入化石原油里共同精煉，得到的車用油品質量甚至優于常規汽油和柴油，且已贏利。2011年，該公司建成了生產車用生物合成柴油的示范廠，日耗料150噸木質類生物質。另外，該公司正在夏威夷建設制取綠色車用燃油的示范工廠，以林木下腳料和柳枝稷等為原料，將于2014年投產。該公司的第二家年產11萬噸生物合成燃油的工廠也已動工。投產后，其生物燃油因規模效益將具備對常規汽油、柴油的價格優勢。

第三條技術路線是生物質氣化合成生產生物合成天然氣，這與生物質氣化合成燃油的費托合成不同，是甲烷化合成，幾乎把無法實行微生物厭氧發酵的物料—木質纖維類有機廢棄物或下腳料，轉化成生物合成天然氣，從而大大拓寬了原料來源的渠道。

目前，歐盟國家生產生物天然氣大都是以微生物為原料，年產能約100億立方米天然氣當量。而其采用的“氣化-合成”的新技術路線，將數倍乃至十幾倍地提高產氣能力，目前已進入產業化示范階段。在突破了生物質氣化合成生產合成天然氣的技術瓶頸之后，木質類資源豐富的歐盟國家在生物天然氣開發領域變得信心十足。

領軍企業推動技術產業化

這些生物質能源新技術的發展離不開領軍企業的產業化推動。除了上述一些代表性企業之外，還有德國的科林公司、芬蘭UPM公司，以及美國的倫泰克公司和索萊納公司，這些公司是生物質能源新技術產業化的領軍者。

本世紀初，德國科林公司便開發出核心關鍵技術—“雙反應器氣化器”，將各種植物和動物廢料轉化為合成氣，徹底解決了結焦堵塞、炭沉積問題。2003年，該公司在世界上首次生產出用木屑合成的合成柴油。目前，公司已與芬蘭一家公司合作建設了一座年產13萬噸的生物合成柴油（石腦油）工廠，計劃2016年底投產。

芬蘭UPM公司是2013年投資1.5億歐元建成的，為全球首家利用木質原料—紙漿黑液（含木質素和半纖維素）生產生物合成柴油的規模化工廠。該公司完全使用木質原料，年使用量為100萬噸，年產生物合成燃油10.5萬噸，其中80%為生物合成柴油，20%是生物石腦油。

美國倫泰克公司擁有雙流化床生物質專用氣化技術專利，自行開發了合成氣凈化（調質）技術和F-T合成的專利技術。2011年，該公司投資1.5億美元建成BTL商業示范廠并投產，日投料20噸甘蔗渣，年產能1萬噸生物合成燃油，產品為高標準生物合成柴油和生物航空煤油。該公司計劃于2015年在加拿大安大略省建成生物氣化合成柴油和航空煤油工廠，年產能萬噸，每年利用當地淘汰林木110萬立方米。

此外，美國的另一家公司—索萊納公司開發出“以有機（分撿）垃圾和木質廢棄物為原料，以生產生物航空煤油為主”的一整套技術。生物航空煤油幾乎都是植物油（如小桐子油）或用過的烹飪油經酯化、加氫制成。但這兩類原料油的資源量十分有限，不可能滿足加工百萬噸航空煤油的需求。而索萊納公司自行研制的等離子極高溫氣化爐（SPGR），配以另一家公司提供的臥式費托反應器組成整套技術，氣化溫度高達3500攝氏度，不但徹底解決了焦油問題，而且可將包括有機垃圾在內的幾乎所有的有機物質作為原料。項目無需申請政府補貼也能贏利。目前，索萊納公司通過與英國航空公司合作，正在倫敦東部建造“倫敦綠色天空”生物燃料工廠，建成后每年將接收約55萬噸的城市有機垃圾，將其轉化為12萬噸生物燃油，預計2017年投產。

通過以上國外眾多生物質能源項目的分析，程序認為，合成燃油的單廠年生產規模已是數萬噸至數十萬噸的量級；合成生物天然氣的單廠年生產規模也已達上億立方米。以往，由于生物質能源原料有限、預處理任務繁重、工藝落后等問題，生物質能源只能是“小打小鬧”，但現在這種概念正在發生改變，生物質能源已經開始進入新一輪的發展期。