生物質(zhì)能是一種重要的可再生能源，直接或間接來自植物的光合作用，一般取材于農(nóng)林廢棄物、生活垃圾及畜禽糞便等，可通過物理轉(zhuǎn)換（固體成型燃料）、化學(xué)轉(zhuǎn)換（直接燃燒、氣化、液化）、生物轉(zhuǎn)換（如發(fā)酵轉(zhuǎn)換成甲烷）等形式轉(zhuǎn)化為固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料。由于生物質(zhì)能具有環(huán)境友好、成本低廉和碳中性等特點(diǎn)，迫于能源短缺與環(huán)境惡化的雙重壓力，各國(guó)政府高度重視生物質(zhì)資源的開發(fā)和利用。近年來，全球生物質(zhì)能的開發(fā)利用技術(shù)取得了飛速發(fā)展，應(yīng)用成本快速下降，以生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)為支撐的“生物質(zhì)經(jīng)濟(jì)”被國(guó)際學(xué)界認(rèn)為是正在到來的“接棒”石化基“烴經(jīng)濟(jì)”的下一個(gè)經(jīng)濟(jì)形態(tài)。因此，系統(tǒng)梳理生物質(zhì)能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)，明確我國(guó)發(fā)展生物質(zhì)能面臨的挑戰(zhàn)并制定未來策略，對(duì)推動(dòng)我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)、能源革命和低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展，保障美麗鄉(xiāng)村建設(shè)、應(yīng)對(duì)全球氣候變化等國(guó)家重大戰(zhàn)略實(shí)施具有重要意義。

隨著國(guó)際社會(huì)對(duì)保障能源安全、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、應(yīng)對(duì)氣候變化等問題日益重視，加快開發(fā)利用生物質(zhì)能等可再生能源已成為世界各國(guó)的普遍共識(shí)和一致行動(dòng)，也是全球能源轉(zhuǎn)型及實(shí)現(xiàn)應(yīng)對(duì)氣候變化目標(biāo)的重大戰(zhàn)略舉措。生物基材料、生物質(zhì)燃料、生物基化學(xué)品是涉及民生質(zhì)量和國(guó)家能源與糧食安全的重大戰(zhàn)略產(chǎn)品。2017年，全球生物基材料與生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過1萬億美元，美國(guó)達(dá)到4000億美元。美國(guó)規(guī)劃2020年生物基材料取代石化基材料的25%；全球經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）發(fā)布的“面向2030生物經(jīng)濟(jì)施政綱領(lǐng)”戰(zhàn)略報(bào)告預(yù)計(jì)，2030年全球?qū)⒂写蠹s35%的化學(xué)品和其他工業(yè)產(chǎn)品來自生物制造；生物質(zhì)能源已成為位居全球第一的可再生能源，美國(guó)規(guī)劃到2030年生物質(zhì)能源占運(yùn)輸燃料的30%，瑞典、芬蘭等國(guó)規(guī)劃到2040年前后生物質(zhì)燃料完全替代石油基車用燃料。

目前，世界各國(guó)都提出了明確的生物質(zhì)能源發(fā)展目標(biāo)，制定了相關(guān)發(fā)展規(guī)劃、法規(guī)和政策，促進(jìn)可再生的生物質(zhì)能源發(fā)展。例如，美國(guó)的玉米乙醇、巴西的甘蔗乙醇、北歐的生物質(zhì)發(fā)電、德國(guó)的生物燃?xì)獾犬a(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。

經(jīng)過多年的努力，我國(guó)科學(xué)家也在生物質(zhì)能源的幾個(gè)研究領(lǐng)域中占據(jù)國(guó)際領(lǐng)先或者齊平的地位。在國(guó)家相關(guān)經(jīng)費(fèi)尤其是中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)的支持下，中國(guó)科學(xué)院以具有顛覆性特色的木質(zhì)纖維素原料制備生物航油聯(lián)產(chǎn)化學(xué)品技術(shù)、支撐國(guó)家燃料乙醇和生物質(zhì)燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的農(nóng)業(yè)廢棄物醇烷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)為核心，突破關(guān)鍵技術(shù)并進(jìn)行工業(yè)示范。針對(duì)低值生物質(zhì)資源的高值利用難題，已建立了國(guó)際首套百噸級(jí)秸稈原料水相催化制備生物航油示范系統(tǒng)，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到ASTM-D-7566（A2）標(biāo)準(zhǔn)，并擬于近年建成國(guó)際首套千噸級(jí)示范系統(tǒng)、千噸級(jí)呋喃類產(chǎn)品/異山梨醇的中試與工業(yè)示范、30萬噸秸稈乙醇及配套熱電聯(lián)產(chǎn)工業(yè)示范、年千萬立方米生物燃?xì)饩C合利用與分布式供能工業(yè)化示范工程等一批體現(xiàn)技術(shù)特色、區(qū)域特色和產(chǎn)品特色的示范工程，進(jìn)一步強(qiáng)化保持我國(guó)以上生物質(zhì)能領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新的國(guó)際領(lǐng)先地位。

生物質(zhì)能技術(shù)主要包括生物質(zhì)發(fā)電、生物液體燃料、生物燃?xì)?、固體成型燃料、生物基材料及化學(xué)品等，以下將針對(duì)各個(gè)具體技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀分別進(jìn)行分析。

生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)是最成熟、發(fā)展規(guī)模最大的現(xiàn)代生物質(zhì)能利用技術(shù)。目前，全球共有3800個(gè)生物質(zhì)發(fā)電廠，裝機(jī)容量約為6000萬千瓦，生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)在歐美發(fā)展最為完善。丹麥的農(nóng)林廢棄物直接燃燒發(fā)電技術(shù)，挪威、瑞典、芬蘭和美國(guó)的生物質(zhì)混燃發(fā)電技術(shù)均處于世界領(lǐng)先水平。日本的垃圾焚燒發(fā)電發(fā)展迅速，處理量占生活垃圾無害化清運(yùn)量的70%以上。

我國(guó)的生物質(zhì)發(fā)電以直燃發(fā)電為主，技術(shù)起步較晚但發(fā)展非常迅速。截至2017年底，我國(guó)生物質(zhì)發(fā)電并網(wǎng)裝機(jī)總?cè)萘繛?476.2萬千瓦，其中農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)700.9萬千瓦，生活垃圾焚燒發(fā)電累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)725.3萬千瓦，沼氣發(fā)電累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)50.0萬千瓦；我國(guó)生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘績(jī)H次于美國(guó)，居世界第二位。

生物液體燃料已成為最具發(fā)展?jié)摿Φ奶娲剂?，其中生物柴油和燃料乙醇技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化發(fā)展。

2017年全球生物柴油的產(chǎn)量達(dá)到3223.2萬噸，美國(guó)、巴西、印尼、阿根廷和歐盟是生物柴油生產(chǎn)的主要國(guó)家和地區(qū)，其中歐盟的生物柴油產(chǎn)量占全球產(chǎn)量的37%，美國(guó)占8%，巴西占2%。我國(guó)生物柴油生產(chǎn)技術(shù)國(guó)際領(lǐng)先，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也已與國(guó)際接軌，但由于推廣使用困難，導(dǎo)致目前國(guó)內(nèi)生物柴油產(chǎn)量呈逐年下滑態(tài)勢(shì)。

2017年全球生物燃料乙醇的產(chǎn)量達(dá)7981萬噸，美國(guó)和巴西是燃料乙醇生產(chǎn)量最大的國(guó)家，產(chǎn)量分別為4410萬噸和2 128萬噸。我國(guó)以玉米、木薯等為原料的1代和1.5代生產(chǎn)技術(shù)工藝成熟穩(wěn)定，以秸稈等農(nóng)林廢棄物為原料的2代先進(jìn)生物燃料技術(shù)已具備產(chǎn)業(yè)化示范條件，目前我國(guó)生物燃料乙醇產(chǎn)量約為260萬噸/年，僅占全球總產(chǎn)量的3%，仍然有較大的發(fā)展空間。

我國(guó)利用纖維素生產(chǎn)生物航油技術(shù)取得突破，實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)中半纖維素和纖維素共轉(zhuǎn)化合成生物航空燃油，目前已在國(guó)際上率先進(jìn)入示范應(yīng)用階段。利用動(dòng)植物油脂為原料，采用自主研發(fā)的加氫技術(shù)、催化劑體系和工藝技術(shù)生產(chǎn)的生物航空燃油已成功應(yīng)用于商業(yè)化載客飛行示范，這使我國(guó)成為世界少數(shù)幾個(gè)擁有生物航空燃油自主研發(fā)生產(chǎn)技術(shù)并成功商業(yè)化的國(guó)家。

生物燃?xì)饧夹g(shù)已經(jīng)成熟，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。歐洲是沼氣技術(shù)最成熟的地區(qū)，德國(guó)、瑞典、丹麥、荷蘭等發(fā)達(dá)國(guó)家的生物燃?xì)夤こ萄b備已達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)品系列化、組裝模塊化、生產(chǎn)工業(yè)化和操作規(guī)范化。德國(guó)是目前世界上農(nóng)村沼氣工程數(shù)量最多的國(guó)家；瑞典是沼氣提純用于車用燃?xì)庾詈玫膰?guó)家；丹麥?zhǔn)羌行驼託夤こ贪l(fā)展最有特色的國(guó)家，其中集中型聯(lián)合發(fā)酵沼氣工程已經(jīng)非常成熟，并用于集中處理畜禽糞便、作物秸稈和工業(yè)廢棄物，大部分采用熱電肥聯(lián)產(chǎn)模式。

我國(guó)生物質(zhì)氣化產(chǎn)業(yè)主要由氣化發(fā)電和農(nóng)村氣化供氣組成。農(nóng)村戶用沼氣利用有著較長(zhǎng)的發(fā)展歷史，但生物燃?xì)夤こ探ㄔO(shè)起步于20世紀(jì)70年代。我國(guó)目前在生物質(zhì)氣化及沼氣制備領(lǐng)域都具有國(guó)際一流的研究團(tuán)隊(duì)，如中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所、中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部沼氣研究所、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院和東北農(nóng)業(yè)大學(xué)等，這為相關(guān)研究提供了關(guān)鍵技術(shù)及平臺(tái)基礎(chǔ)。近年來，規(guī)模化生物燃?xì)夤こ痰玫搅溯^快的發(fā)展，形成了熱電聯(lián)供、提純車用并網(wǎng)等模式。

歐美的固體成型燃料技術(shù)屬于領(lǐng)跑水平，其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系較為完善，形成了從原料收集、儲(chǔ)藏、預(yù)處理到成型燃料生產(chǎn)、配送和應(yīng)用的整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈。目前，德國(guó)、瑞典、芬蘭、丹麥、加拿大、美國(guó)等國(guó)的固體成型燃料生產(chǎn)量均可達(dá)到2000萬噸/年以上。

我國(guó)生物質(zhì)固體成型燃料技術(shù)取得明顯的進(jìn)展，生產(chǎn)和應(yīng)用已初步形成了一定的規(guī)模。但近幾年，我國(guó)成型燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)先增后降趨勢(shì)，全國(guó)年利用規(guī)模由2010年的300萬噸增長(zhǎng)到2014年的850萬噸，2015年后開始回落，主要是因?yàn)樯镔|(zhì)直燃發(fā)電的環(huán)境效益受到爭(zhēng)議，部分省份甚至限制了生物質(zhì)直燃、混燃發(fā)電項(xiàng)目。此外，我國(guó)很多中小型成型燃料生產(chǎn)車間因?yàn)榄h(huán)境衛(wèi)生不達(dá)標(biāo)而被強(qiáng)制關(guān)停。

生物基材料及化學(xué)品是未來發(fā)展的一大重點(diǎn)，目前，世界各國(guó)都在通過多種手段積極推動(dòng)和促進(jìn)生物基合成材料的發(fā)展。隨著生物煉制技術(shù)和生物催化技術(shù)的不斷進(jìn)步，促使高能耗、高污染的有機(jī)合成逐漸被綠色可持續(xù)的生物合成所取代，由糖、淀粉、纖維素生產(chǎn)的生物基材料及化學(xué)品的產(chǎn)能增長(zhǎng)迅猛，主要是中間體平臺(tái)化合物、聚合物占據(jù)主導(dǎo)地位。我國(guó)生物基材料已經(jīng)具備一定產(chǎn)業(yè)規(guī)模，部分技術(shù)接近國(guó)際先進(jìn)水平。當(dāng)前，我國(guó)生物基材料行業(yè)以每年20%—30%的速度增長(zhǎng)，逐步走向工業(yè)規(guī)?；瘜?shí)際應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化階段。

預(yù)計(jì)到2020年前，生物質(zhì)混燃發(fā)電的技術(shù)成本將低于燃煤發(fā)電；生物質(zhì)直燃發(fā)電的技術(shù)成本在2025—2030年可與燃煤發(fā)電持平，生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)成熟時(shí)間約為2030年，可成為未來生物質(zhì)發(fā)電的重要途徑。生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)供熱的成本到2020年前即可與燃煤供熱全成本相當(dāng)。生物質(zhì)鍋爐供熱則需到2025—2030年才能與燃煤供熱全成本相當(dāng)。到2020年，養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞便制取沼氣的成本與天然氣接近，其他生物質(zhì)原料生產(chǎn)的沼氣以及生物質(zhì)熱解氣成本均可低于天然氣，是未來天然氣的有效補(bǔ)充。到2022年，以非糧淀粉類和糖類為原料的生物乙醇成本可與同時(shí)期汽油成本相當(dāng)，到2025—2030年，纖維素乙醇的成本與同時(shí)期汽油成本相當(dāng)。

生物質(zhì)液體燃料被列為我國(guó)“十三五”重點(diǎn)項(xiàng)目；2018年底，國(guó)家能源局向各省及9家央企下發(fā)了《國(guó)家能源局綜合司關(guān)于請(qǐng)編制生物天然氣發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃的通知》，生物質(zhì)燃?xì)獗涣腥雵?guó)家能源發(fā)展戰(zhàn)略，生物質(zhì)液體燃料和生物質(zhì)燃?xì)獯笠?guī)模替代化石能源的時(shí)代即將到來。美國(guó)計(jì)劃到2025年生物質(zhì)燃料替代中東進(jìn)口原油的75%，2030年生物質(zhì)燃料替代車用燃料的30%；德國(guó)預(yù)計(jì)到2020年沼氣發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到950萬千瓦；日本計(jì)劃在2020年前車用燃料中乙醇摻混比例達(dá)到50%以上；另外印度、巴西、歐盟分別制定了“陽光計(jì)劃”“酒精能源計(jì)劃”和“生物燃料戰(zhàn)略”，加大生物質(zhì)燃料的應(yīng)用規(guī)模。預(yù)計(jì)到2035年，生物質(zhì)燃料將替代世界約一半以上的汽、柴油，經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益顯著。

在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈的今天，高值化生物質(zhì)產(chǎn)品開發(fā)是生物質(zhì)能發(fā)展趨勢(shì)之一，如高品質(zhì)生物航油、軍用特種燃油增能添加劑、軍用超低凝點(diǎn)柴油、己二酸、高分子單體乙二醇、低成本生物塑料和生物質(zhì)染色劑等。目前，我國(guó)生物質(zhì)現(xiàn)代高值利用技術(shù)突破已經(jīng)到了新時(shí)代，與發(fā)達(dá)國(guó)家技術(shù)同步發(fā)展，具備支撐產(chǎn)業(yè)的發(fā)展的基礎(chǔ)。例如，大規(guī)模利用秸稈做生物航油、性能優(yōu)良的生物基材料、高附加值化學(xué)品等技術(shù)已經(jīng)領(lǐng)先于發(fā)達(dá)國(guó)家，具有經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力，仍需進(jìn)一步夯實(shí)國(guó)際領(lǐng)先地位。當(dāng)前中美貿(mào)易摩擦正處于焦灼時(shí)刻，應(yīng)緊緊抓住國(guó)際、國(guó)內(nèi)發(fā)展戰(zhàn)略機(jī)遇期，系統(tǒng)規(guī)劃“另一半農(nóng)業(yè)——農(nóng)業(yè)生物質(zhì)與生物質(zhì)能源”的綜合利用和發(fā)展策略，這將對(duì)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)型發(fā)展發(fā)揮重要作用。

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)、生物技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)、高分子材料等領(lǐng)域取得的重大科學(xué)突破，“互聯(lián)網(wǎng)+”“大數(shù)據(jù)”和“人工智能”將為生物質(zhì)能發(fā)展帶來新的機(jī)遇，多學(xué)科深度融合將成為未來發(fā)展的必然趨勢(shì)，生物質(zhì)能開發(fā)利用將呈現(xiàn)多元化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展態(tài)勢(shì)。

隨著生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)生物質(zhì)資源不足以支撐龐大的生物質(zhì)資源需求，在高效循環(huán)利用傳統(tǒng)農(nóng)林生物質(zhì)的基礎(chǔ)上，必須發(fā)展新型生物質(zhì)（如藻類和能源植物等）以滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求。

我國(guó)生物質(zhì)發(fā)電在原料預(yù)處理及高效轉(zhuǎn)化與成套裝備研制等核心技術(shù)方面仍存在瓶頸。①生物質(zhì)直燃發(fā)電技術(shù)方面。我國(guó)在鍋爐系統(tǒng)、配套輔助設(shè)備工藝等方面與歐洲國(guó)家還有較大差距，燃燒裝置沉積結(jié)渣和防腐技術(shù)需要突破；氣化發(fā)電技術(shù)存在效率低、規(guī)模小、副產(chǎn)物處置難等缺點(diǎn)；混燒發(fā)電技術(shù)還沒有建立完善的混燒比例檢測(cè)系統(tǒng)、高效生物質(zhì)燃料鍋爐及其喂料系統(tǒng)。②生物質(zhì)液體燃料方面。我國(guó)纖維素原料燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)尚處于中試階段；生物質(zhì)合成燃料技術(shù)仍處于起步階段；生物質(zhì)液體燃料的轉(zhuǎn)化反應(yīng)機(jī)理、高效長(zhǎng)壽命催化劑、酶轉(zhuǎn)化等方面的基礎(chǔ)研究薄弱，精制工藝和副產(chǎn)物回收技術(shù)開發(fā)力度不足，存在轉(zhuǎn)化率不高、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等問題。③生物質(zhì)燃?xì)夥矫妗?/strong>我國(guó)生物質(zhì)制氫仍停留在實(shí)驗(yàn)室階段，催化合成氣技術(shù)處于中試階段；沼氣技術(shù)發(fā)展迅速，大中型沼氣工程建設(shè)速度明顯加快，但高效厭氧發(fā)酵技術(shù)、沼氣提純與儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)需進(jìn)一步提高。④生物質(zhì)成型燃料方面。固體成型燃料的成型粘接機(jī)制和絡(luò)合成型機(jī)理尚不清楚。⑤生物基化學(xué)品及材料方面。與國(guó)際先進(jìn)水平相比，我國(guó)在產(chǎn)品性能、制造成本、關(guān)鍵技術(shù)集成與產(chǎn)業(yè)化規(guī)模等方面還存在較大差距。能源植物資源品種培育的分子遺傳育種才剛起步，且對(duì)培育出來的優(yōu)良品種的利用與推廣較少。