摘要:发展生物质产业，要求生物质成为生物化学工程领域的通用工业原料，应该将原料结构、过程转化和产品特点三者有机联系，开发使生物质原料选择性结构拆分和定向转化的炼制技术，不仅获得产品，还实现最低能耗、最佳效率、最大价值的清洁转化。分析了生物质产业的资源状况、产业前景和目前面临的困境，提出突破关键技术制约进而解决技术经济问题是实现生物质产业化的根本途径。在分层多级定向转化的炼制思路下，依托生物质产业关键技术的突破及过程集成，走原料与产品多元化的道路，生物质产业发展的春天已经来临。
生物质产业以作物秸秆、畜禽粪便、有机垃圾等农林废弃物和环境污染物为原料，使之无害化和资源化，将植物蓄存的太阳能与物质资源深度开发和循环利用，堪称循环经济之典范。大力发展以生物质能为主的低碳生物质产业，部分替代和节约化石能源，有利于改善能源结构，减少二氧化碳排放，缓解和应对全球气候变化[1]。生物质产业是低碳经济发展、清洁能源替代方面的最佳契合点和切入点。
低碳经济以降低温室气体排放为主要关注点，而化石燃料排放的CO2是最大的温室气体来源，所以“CO2减排”是低碳经济最直观的表现。减少CO2排放量应从消除根源着手，第一，压缩碳源，发展生物质产业，生产生物质能源及生物基化学品，减少对化石燃料的依赖;第二，增加碳汇，恢复并加强地球植被建设，通过植树造林等来固定CO2，发展碳汇林业，实现森林面积的增加、森林蓄积量的增加，最终实现森林生态效益。利用可再生能源，发展生物质产业，促进经济发展与碳排放最终脱钩，实现工业减排，是我们的着眼点。通过生物质产业的建立和发展，将循环经济、节能降耗、清洁生产和产业调整四大领域融为一体。
1生物质资源和产业前景
生物质产业是利用对环境友好的可再生资源生产清洁能源及相关化工产品的新兴产业。从资源枯竭、能源安全、环境保护、循环经济可持续发展等方面考虑，建立低碳生物质产业是发展循环经济的大势所趋。
1.1资源状况
规模化生物质产业的发展使生物质资源的开拓成为必然，现在世界各国都将各类植物木质纤维素作为丰富、廉价的原料来源[2]。在中国，生物质产业的原料利用目前主要侧重于废弃的生物质资源，如农作物秸秆、林业加工废料及城市垃圾中所含的废弃生物质等。
农作物秸秆是地球上第一大可再生资源。国家农业部完成了首次全国农作物秸秆资源专项调查，并发布了《全国农作物秸秆资源与评价报告》。据调查统计显示(图1)，2009年，全国农作物秸秆理论资源量为8.20亿t(风干，含水量为15%);从品种上看，稻草约为2.05亿t，占理论资源量的25%;麦秸为1.50亿t，占18.3%;玉米秸为2.65亿t，占32.3%;棉秆为2584万t，占3.2%;油料作物秸秆(主要为油菜和花生)为3737万t，占4.6%;豆类秸秆为2726万t，占3.3%;薯类秸秆为2243万t，占2.7%[3]。
通过对中国各地农作物机械收获和人工收获的留茬高度进行调查，考虑到收集过程中的损耗，估算2009年全国农作物秸秆可收集资源量约为6.87亿t，占理论资源量的83.8%。其中，秸秆作为肥料的使用量约为1.02亿t(不含根茬还田，根茬还田量约1.33亿t)，占可收集资源量的14.78%;作为饲料的使用量约为2.11亿t，占30.69%;作为燃料的使用量(含秸秆新型能源化利用)约为1.29亿t，占18.72%;作为种植食用菌基料量约为1500万t，占2.14%;作为造纸等工业原料量约为1600万t，占2.37%;废弃及焚烧约为2.15亿t，占31.31%。
秸秆资源作为生物质产业原料高值化利用的潜力非常大。秸秆资源的浪费，实质上是耕地、水资源、劳动力、化肥和农药等农业投入品的浪费。秸秆资源多层次转化为高效生物质能源、生物基化学品具有非常重要的现实意义。
1.2产业前景
太阳能是地球上几乎一切能量的源泉，生物质是太阳能循环转化的载体，现代工业发展的能源基础——煤炭、石油、天然气就是古代生物质埋藏在地下，经微生物和地质化学的共同作用演变而来。人类使用能源的趋势为生物质—煤—石油—煤—生物质，人类通过改变利用方式来提高能源的利用效率。生物质转化为生物能源替代煤、石油和天然气等化石能源符合CO2+阳光—农作物—生物质能源—CO2的C平衡(图2)，形成一个理论上的CO2净排放为零的物质循环。如果完全用生物质替代化石能源，生物质能源如生物乙醇在生产、运输过程中的CO2排放量，等同于化石能源在开采、运输过程中的CO2排放量，但是替代能源可以通过能源利用方式和利用效率的改善，减少CO2排放量。此外，生物燃料在加工过程中最大限度地去除了N、S等杂质，是更加绿色的能源，因此使用生物质能源替代化石能源，符合低碳经济减少CO2排放的要求，可以大大减少大气中其他污染物的浓度，对环境保护具有重要意义。
《BP世界能源统计报告2011》称，到2010年底，按世界石油、天然气和煤炭的探明储量及生产量，三者可分别供开采46.2年、58.6年和118年。中国是个化石能源资源匮乏，特别是石油和天然气资源极贫的国家。由于中国经济的快速发展，能源消费激增，2010年的能源消费量占全球能源消费总量的20.3%，超过美国成为世界最大能源消费国，其中煤炭消费量占全球消费总量的48.3%[5]。尽管新型能源增长很快，但煤炭依然是中国的主要能源，这在短期内很难改变，造成中国的SO2和CO2排放量分居全球第一和第二位，寻找环境友好型的清洁能源逐步替代石油和煤炭，以满足人类对液体能源的大量需求，是一个不可逆转的方向。人类不是因为石头用完了才结束石器时代，石油时代的结束，也将早在石油用完之前，当人们找到更廉价的替代能源时，自然也就会告别石油时代。同时我们也不能等到石油用完了再开发新的可用能源。随着中国倡导发展绿色经济和低碳经济，碳权交易、税费优惠、上网电价等政策环境不断完善，为生物质产业的发展创造了良好的宏观环境。所以，生物质产业的前途是光明的。
2生物质产业面临的困境
在看到生物质产业的美好前景与效益的同时，也不能忽视相应存在的依然严峻的困难。与其他新兴产业一样，生物质产业的发展也受到资金、政策、技术等各方面的制约。