加强可再生清洁能源技术研发与应用，推动我国能源结构绿色化、低碳化、自主化转型已成为当前势在必行的时代任务。在光伏、风电、海洋能等诸多可再生能源中，生物质能是唯一一种基于光合作用固定二氧化碳形成的可再生碳基能源，可以伴随农业生产及城市生活等过程以废弃物形式产生，具有储量大、分布广、易获得的独特优势。同时，生物质能在使用过程中由于光合作用构建的二氧化碳循环作用而不产生额外的温室气体排放，具有天然的零碳属性，是理想的“零碳型”可再生清洁能源，长期以来受到广泛关注。
我国生物质能技术研发捷报频传
我国作为幅员辽阔的农业大国，生物质资源丰富。据估算，生物质年产量约为34.9亿吨，相当于4.6亿吨标准煤，其中主要包含农作物秸秆及林业废弃物约11.8亿吨，养殖畜禽粪便约18.7亿吨，城市生活垃圾约3.4亿吨。然而，丰富的资源禀赋下，我国生物质利用量仅为4.6亿吨左右，能源化利用率较低，占比不超过15%。造成生物质资源的大量浪费主要是受到原料收储难、转化效率低、技术成本高、产品附加值低、关键装备缺乏等多方面因素制约所致。事实上，不同地区生物质收集环节中原料分类、运输储存等成本受规模化、机械化和市场化程度差异较大，导致生物质原料成本波动极大，严重降低了生物质原料大范围流通的动力。另一方面，生物质能源化转化环节中由于现有技术成熟度不足，规模化应用少，能源产品种类单一、综合附加值低等因素制约，导致了生物质能源化利用的市场动力不足。不同于石油化工体系，不同来源的生物质原料存在较大的组成和结构特性差异，难以通过单一的技术方案及工程装备实现不同种类生物质资源的统一转化，这导致了生物质资源大规模转化利用难问题进一步加剧。解决生物质能规模化、市场化应用难题仍需要通过技术创新研发的突破得以实现。
我国高度重视生物质能技术研发布局，自首个生物质能相关的国家重点基础研究发展计划（973计划）项目“生物质转化为高品位燃料的基础问题研究”部署以来，依托各类项目支撑，在生物质气化发电、热化学转化、生化转化以及催化转化等领域形成了具有自主知识产权的技术体系。目前，我国在生物质能技术领域有了长足的发展，部分技术达到国际先进水平。生物质发电方面，浙江大学科研团队与中节能合作，于2007年在江苏宿迁建成运行了世界第一台全秸秆原料的循环流化床锅炉，原料燃烧效率达到89%-92%，打破了丹麦在该技术领域的垄断。截至2022年底，我国生物质发电装机总量连续四年位居全球第一。生物天然气方面，开发了典型养殖废弃物发酵耦合利用技术，调质发酵原料产气率提高30%以上，每吨废弃物原料生物天然气产气量50立方米以上，全过程无废水和废渣排放，并建成规模化生物天然气工程超8700处。生物质液体燃料方面，生物乙醇、生物柴油技术快速产业化发展，产能与产量已位居世界前列，建立了非粮木质纤维素原料发酵生成醇类产品技术，纤维乙醇浓度达到70克/升，综合成本不高于6300元/吨。
在新型高性能燃料开发方面，我国近年在生物航空燃料研发领域捷报频传。中石化、中石油已经形成了油脂制生物航空燃料的成套技术，获得了生物航空燃料牌照，完成了中美间跨越太平洋的商业飞行。中国科学院广州能源研究所相关团队依托“973计划”“863计划”以及“国家重点研发计划”等项目支持，完成了木质纤维素水相催化制备生物航油技术开发与千吨级示范装置建设运行，该项技术成果达到国际领先水平，为形成我国资源特色的生物航空燃料新路线奠定了坚实基础。与此同时，生物质资源在能源化转化技术研发的基础上，还建立了生物基高附加值化学品、功能材料单体等产品的联产技术，极大地拓展了生物质资源的应用场景和技术产品的综合附加值，填补了生物质资源在能源化利用过程所存在技术成本高、产品附加值低等短板。
生物质能发展拥有连续稳定的政策保障
我国政府高度重视包含生物质能在内的可再生能源技术研发与应用，将可再生能源技术研发列为科技创新重点战略方向之一。2021年发布的《中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》中明确提出积极发展非化石能源。实施可再生能源替代行动，大力发展风能、太阳能、生物质能、海洋能、地热能等，不断提高非化石能源消费比重。2021年，国务院印发的《2030年前碳达峰行动方案》中指出，积极扩大电力、氢能、天然气、先进生物液体燃料等新能源、清洁能源在交通运输领域应用。2022年，国家发展和改革委员会、国家能源局发布的《关于完善能源绿色低碳转型体制机制和政策措施的意见》中也强调：“加快纤维素等非粮生物燃料乙醇、生物航空煤油等先进可再生能源燃料关键技术协同攻关及产业化示范”。上述政策的陆续出台，为我国生物质能的发展提供了连续稳定的政策保障。
为有效支撑生物质能相关技术研发工作，我国在《国家创新驱动发展战略纲要》《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》《能源技术革命创新行动计划（2016-2030年）》等国家战略规划中，均规划部署了可再生能源相关科技研发任务。“十三五”“十四五”期间，通过国家重点研发计划“可再生能源技术”“催化科学”“固废资源化”等重点专项，部署了生物质航空燃料、木质纤维素基燃料醇、生物质混合醇燃料、高品质生物柴油，以及生物质酯类燃料等能源产品制备技术研发项目。国内相关优势科研团队通过上述项目支持，攻克了生物质能源产品制备过程大批关键技术，建成了国内乃至国际首套纤维素类生物质水相催化制备生物航油的千吨级示范装置并完成连续运行测试，航油产品达到ASTM-D7566生物航油标准要求。研发了超低能耗的乙醇、丁醇分离集成技术，建成了以农业秸秆为原料的万吨级燃料乙醇、丁醇示范生产线。突破了油脂预处理与高品质生物柴油连续化绿色制备技术，完成了千吨级高品质生物柴油技术继承优化，生物柴油产品质量达到GB/25199-2017要求。开发了纤维素类生物质制备戊酸酯类燃料联产化学品技术，并完成千吨级示范装置建设运行，证实了生物质戊酸酯类复配燃料能够有效降低柴油使用过程中碳烟、碳氢等主要污染物排放，主要污染物减排比例达到15%以上。除能源产品外，国内研发团队还致力于生物质资源化、高值化利用技术的开发，建立了生物炭材料的功能化制备技术，并成功应用于储能电池的研发中；形成了生物质多元醇类等高附加值产品的多联产技术，极大地提升了生物质能源产品的综合附加值；开发的呋喃基聚酯材料有望实现传统PET塑料的绿色替代，能够降低石油基塑料产品滥用导致的严重环境污染。上述研究成果有望在我国“碳中和”发展战略中提供有力的科技支撑，为我国在绿色低碳能源技术竞争中争取先发优势。
生物质能源产品技术体系已相对完整
在全球温室气体减排目标背景下，各国积极推进生物质能源技术和产业发展。由于各国的生物质资源禀赋差异较大，全球生物质能源呈现多元化应用发展趋势。美国、巴西大力发展燃料乙醇产业，美国燃料乙醇总产量已达到529亿升，占全球产量的53%。欧盟重点发展生物柴油产业，并已成为全球最大的生物柴油生产地，占全球产量的29%。瑞典、芬兰等国规划到2040年生物质燃料完全替代石油基车用燃料。此外，欧美围绕非粮生物质原料生产药物分子原料、土壤改性剂、高性能电池电极和可降解型高分子材料等高附加值产品技术开发方面积极开展研发布局。基于生物质能源产业发展反馈，未来以生物质能源产品为基础的高附加值化学品多联产技术模式将成为生物质利用技术的主流模式。
我国经过多年的技术研发与产业发展，已建立了相对完整的生物质能源产品技术体系，具备了生物质气体、液体及固体等燃料产品的规模化生产能力，尤其是在生物质航空燃料、酯类燃料等产品领域技术优势突出。然而，由于研究团队分散，市场介入少，我国在生物质全组分高值化综合集成技术方面相对落后，多联产综合利用模式未完全建立，导致生物质能源产品的低产率和高成本，成为阻碍生物质液态燃料发展的瓶颈问题。此外，在生物质能与其他可再生能源协同耦合方面仍有大量关键技术问题，无法支撑当前过渡阶段的能源技术需求。因此，在未来的技术研发与应用中，应当结合当前“碳达峰”中具体的技术需求，在现有技术储备基础上，分阶段部署生物质先进液体燃料技术研发，尤其是生物质航油技术、生物质液体燃料复配技术的开发。
与此同时，由于生物质资源大多伴随农业生产产生，其形成的能源产品综合附加值较低严重阻碍了市场对生物质能源产品的接受度。事实上，与石油化工产品相似，生物质也可以通过化学、生物等技术手段转化为药物分子、功能材料单体等高附加值产品，推动生物质高值化利用也与我国乡村振兴战略不谋而合。因此，在完成生物质能源化技术发展的同时，应当发挥其天然固碳属性，加强生物质在芳香化合物、氨基酸类等高附加值化学品，以及呋喃聚酯类、木质素基高分子等可降解功能材料领域的技术研发，加快生物质基高附加值产品制备技术推广与应用，推动以生物质能源产品为基础的高附加值产品多联产技术开发与集成，有效提升生物质能源化利用技术的经济效益和市场接受度，实现传统石化产品替代和“负碳”型产品的推广。
以系统全面的科技创新克服发展难点
生物质资源作为优质的可再生能源载体，是最早被开发利用的天然资源之一。不同于光伏、风电等可再生能源技术，生物质能利用技术存在技术门槛高、涵盖学科领域多、区域化特性强、工程装备开发难等难点，这也导致了生物质能发展虽然较早但产业规模远不及光伏、风电等产业的关键因素。克服上述难点的核心仍需要依赖于系统全面的科技创新来实现。
一是统筹把控，做好顶层设计，优化整体布局。以我国现阶段生物质技术研发及产业发展情况为基础，分析当下原创革命性技术研发和产业化转化过程存在的关键矛盾。在遵循我国生物质资源禀赋特征前提下，做好技术发展的顶层设计，统筹把控生物质技术发展规划。优化整体布局，提升技术的区域特色，制定适用于我国农业发展和城市发展需求的生物质能技术路线，建立连续稳定的政策支持保障，有序推进生物质能源技术的研发与应用。
二是需求导向，整合现有资源，形成集成优势。充分调研当前社会发展对生物质能源的技术需求，建立需求清单。充分开展生物质能领域技术发展趋势的研判，以需求为导向，整合现有技术资源，设计生物质产业发展目标及方案。围绕技术集成、产业创新、原创探索等方面，制定科学客观、创新引领的生物质能发展战略。借鉴光伏-风能等产业集成案例，强化技术联动，突破传统生物质技术“单打独斗”的弱势局面，形成集成优势，提升生物质产业赋能及自我造血的可持续发展能力。
三是金融支撑，强化市场引导，推进成果转化。以市场应用为最终目标，强化技术成果转化过程的金融支撑作用，建立科技-资本相互协同的成果转化模式。克服传统生物质能技术成果转化过程中存在的资金不足、市场接受度低等关键难题。逐步完成技术成果熟化培育，形成技术先进、市场接受、自主盈利，且可复制可推广的技术成果转化案例。
孙永明：现任中国科学院广州能源研究所副所长、研究员，广东碳中和研究院（韶关）院长，兼任国家重点研发计划《可再生能源与氢能》专项总体组专家、国家能源生物燃料研发中心主任、生物质能源产业技术创新战略联盟秘书长、中国科学院可再生能源重点实验室主任、中国可再生能源学会生物质能专业委员会副主任、青年工作委员会副主任、中国沼气学会常务理事等。
（第二作者为中国科学院广州能源研究所姚倩）
