我國生物質能高值化技術發展趨勢與未來展望

隨著全球主要經濟體陸續提出“碳中和”目標，綠色低碳能源體系建設正加速推進。在這一背景下，生物質作為目前唯一可轉化為固體、液體和氣體燃料的可再生碳源，在廢棄物資源化利用、優化能源結構以及減少溫室氣體排放等方面具有不可替代的作用。我國《“十四五”可再生能源發展規劃》《“十四五”生物經濟發展規劃》《關于大力實施可再生能源替代行動的指導意見》等政策文件均明確提出，要穩步推進生物質能多元化開發，加快發展生物質供熱、生物天然氣、生物質燃料等產業，并推動生物質發電向熱電聯產等高效利用模式轉型升級。《戰略性新興產業分類》也將生物質供熱、生物質燃氣和生物質燃料加工等列為重點發展的戰略性新興產業方向。作為可再生能源中轉化產品最為豐富、同時可提供綠色碳源的重要能源品種，發展生物質能不僅能夠高效處理農林業廢棄物，就地就近提供電力、熱力和天然氣等多種形態的能源，還能在完善縣域能源結構、提升區域能源保障能力、改善農村人居環境和促進農民增收等方面發揮重要作用。因此，加快生物質能產業發展，不僅是助力我國實現“雙碳”目標的重要抓手，也是推動鄉村全面振興與建設美麗中國的關鍵路徑。

一、目前我國生物質能利用以發電為主，但經濟可持續性面臨挑戰

我國生物質資源豐富，能源化開發潛力長期被低估。據測算，我國生物質資源年產生量約35億噸，開發潛力達4.6億噸標準煤。然而，目前能源化利用率僅10%左右，且其中生物質發電占比高達70%。從生物質發電產業發展歷程看，2006年12月，山東單縣生物質發電廠順利并網，標志著我國首個生物質發電項目正式落地投產。近二十年來，生物質發電行業在促進社會就業、帶動農民增收、推動農林廢棄物資源化利用等方面發揮了積極作用。以單座容量3萬千瓦的生物質發電廠測算，每年可消納30萬噸秸稈等農林廢棄物，直接帶動近千人靈活就業，向農民支付燃料費近億元。然而，隨著補貼政策調整與市場競爭加劇，行業的經濟可持續性面臨嚴峻挑戰。

在收入端，財政補貼政策已由長期全額補貼轉向限額支持。最新政策規定，以機組全生命周期8.25萬小時合理利用小時數和并網15年來核定補貼上限。從行業運營情況看，大多數設備運行8.25萬小時仍能處于技術性能良好的“青壯年期”，但在無補貼條件下，依賴現行上網電價維持盈利的難度卻較大，反映出行業自身造血能力不足、對補貼依賴度過高的現實挑戰。

在成本端，原料獲取與物流環節是制約行業效益的關鍵因素。生物質原料的收集、加工、儲存、運輸等環節成本占總成本的60%左右。自2020年以來，大批生物質電廠相繼投產，部分電廠原料收儲半徑重合，生物質原料的市場競爭加劇，推動原料價格上漲。按當前農林廢棄物收購均價（約300元/噸）測算，每發一度電的燃料成本即高達0.42元，單燃料成本已超過2024年全國絕大多數省份的燃煤基準電價，進一步考慮設備折舊、人員工資、財務成本等支出后，項目將面臨更高的虧損風險。

綜上，當前我國生物質發電行業在資源基礎較好、發展成就顯著的同時，也存在原料收儲困難、燃料成本高企、發電效率不高、補貼依賴嚴重、市場競爭激烈等突出問題。要實現行業的長期可持續發展，必須加快向高值化、多元化利用模式轉型，提高單位資源的經濟產出與附加價值。

二、生物質能高值化利用技術發展趨勢

技術創新與多場景應用是推動生物質能高值化利用的關鍵。生物質是目前唯一能夠直接轉化為固體、液體和氣體燃料的可再生碳源，不僅可在電力系統中替代化石能源，還能在工業、建筑、交通等終端應用領域提供清潔燃料和化工原料，實現能源生產與廢棄物處理的深度耦合，顯著提升資源環境效益。近年來，在政策引導和技術進步的共同推動下，生物質能利用方式正由以直燃發電為主的單一模式，向熱電聯產、綠色燃料制備等多元化、高值化方向加速演進，為提升資源利用效率和產業競爭力開辟了新的增長空間。

（一）生物質熱電聯產

生物質熱電聯產是利用生物質鍋爐或氣化爐同步生產電力與熱能，實現能源梯級利用的一種高效發電模式。與單一發電相比，其綜合能源利用效率可由約35%提升至70%以上，不僅提高了資源利用率，還能在供熱端實現清潔能源替代。預計到2030年前，我國生物質熱電聯產將保持較快增長，其中南方市場有望成為新的增長極。北方地區在“煤改電”“煤改氣”及生物質能替代政策推動下，傳統燃煤供暖系統正加速淘汰，結合空氣源及地源熱泵、高壓電極鍋爐等新技術，存量市場更新步伐加快；南方則呈現出明顯的增量擴張趨勢，武漢、合肥等城市已啟動城市供暖規劃和集中供暖試點，預計2030年南方供暖市場規模有望突破千億元。此外，南方商業樓宇、工業園區等場景中，生物質冷熱聯供模式在經濟性和能源利用率方面均具有明顯優勢。當前主流技術路線包括循環流化床鍋爐、往復爐排鍋爐等，并輔以智慧熱網和蓄熱系統實現負荷調節，已在部分地區形成百兆瓦級商業化示范。然而，熱電聯產模式仍面臨燃料收儲體系不完善、補貼退坡、電熱價格機制不靈活等問題，加之工業余熱需求已基本開發殆盡，未來亟須通過燃料標準化與集約化供應體系建設、完善區域熱價機制等措施，推動與其他可再生能源及儲能技術的多能互補，提升綜合競爭力。

（二）生物質摻燒發電

生物質摻燒是指將經粉碎、除雜、干燥、成型等處理的生物質燃料，與煤按照一定比例混合燃燒，或通過氣化、蒸汽等形式與燃煤機組熱力系統耦合運行。該方式在不大幅改造原有燃煤機組的前提下，可利用現有鍋爐、汽輪機及發電系統實現燃料多元化，從而降低煤耗，并減少二氧化碳及其他污染物的排放，是煤電低碳化改造的重要技術路徑。當前，生物質摻燒主要采用三種技術路線：直接耦合技術、氣化再燃燒技術和蒸汽耦合技術。直接耦合技術將生物質燃料與煤直接混合入爐，以較低投資成本實現高效率發電；氣化耦合技術先將生物質氣化，再將可燃氣體送入鍋爐再燃區燃燒，燃料不直接入爐，可顯著減少積灰結渣和受熱面腐蝕，燃料適應性強；蒸汽耦合技術利用生物質鍋爐產生的蒸汽直接并入燃煤機組蒸汽系統，與現有燃煤機組兼容性強。國內外已有多個燃煤機組耦合生物質發電項目投運，運行結果表明可顯著降低煤耗和二氧化碳排放量，同時在氮氧化物、二氧化硫及粉塵等污染物控制方面表現出協同減排效應。2024年6月，國家發展改革委、國家能源局印發的《煤電低碳化改造建設行動方案（2024—2027年）》將生物質摻燒明確列為煤電低碳化改造的重要方式，并提出摻燒比例目標要求，預計將帶動大規模燃料需求增長。未來，該技術的全面推廣和大規模應用將依賴區域化燃料加工配送體系建設、摻燒燃料質量標準以及與碳減排收益機制的有效銜接。

（三）生物質氣化

生物質氣化是利用熱化學轉化（如氣化、重整）或生物化學轉化（如厭氧發酵、光合產氫）將生物質轉化為甲烷、氫氣等可燃氣體的過程，具有碳中性、可再生、原料來源廣泛等優勢，可廣泛應用于城鎮燃氣、分布式能源和交通燃料等領域。在生物化學轉化路線中，主要技術路徑包括厭氧發酵制沼氣、光合產氫等。其中，厭氧發酵制沼氣是我國生物質氣化的主流技術。在熱化學氣化路線中，主要技術路徑包括固定床氣化、流化床氣化和氣流床氣化三種：固定床技術結構簡單、投資成本低，適用于中小規模分布式供能系統；流化床技術燃料適應性強、氣化效率高，已廣泛應用于大型商業化制氣項目；氣流床技術氣化溫度高、產氣成分穩定，適合規模化、定制化生產。在市場需求方面，隨著天然氣應用場景的普及，生物天然氣被視為替代化石天然氣的重要資源，尤其在農村糞污治理、秸稈處理、垃圾處理等場景形成了“廢棄物治理+能源生產”一體化模式。當前，生物天然氣產氣成本普遍為2～4元/立方米，成本水平主要受原料結構影響，全糞污摻混模式可將成本降至2元/立方米左右，在部分區域低于化石天然氣價格（2.5～4元/立方米），具備一定經濟性。

除制備天然氣外，生物質制氫作為綠氫的重要來源，正受到越來越多關注。但目前綠氫生產僅占氫總產量的5%，其中生物質制氫產能不到綠氫的1%。與水電解制綠氫的技術路線相比，生物質制氫，尤其是熱化學轉化制氫是一種簡單有效的連續操作過程，無需考慮風能和太陽能等可再生能源制氫的間歇性、波動性和時間錯配等特性，更適合工程化、規模化發展。當前主要技術路徑包括生物轉化法和熱化學轉化法兩類路徑。生物轉化法依托微生物代謝作用（如厭氧發酵、光合作用等），通過光發酵、暗發酵、光解及微生物電解等技術將有機物轉化為氫氣，但單一技術在可持續性和規模化方面存在挑戰，常需多種技術組合以提高效率；熱化學轉化法則通過熱解或氣化制得富氫合成氣，并經水煤氣變換反應與變壓吸附等后處理獲得高純度氫氣，具有成本低、效率高等優勢，被視為綠氫大規模制備的重要可行方案。我國已建成安徽馬鞍山生物質氣化制氫多聯產中試項目，在純度、能耗和成本等方面優勢明顯，具備較強的產業化潛力。

總體來看，生物質氣化產業仍面臨原料供應穩定性差、季節性波動大、沼渣沼液利用不足、氣體提純與儲運成本高等問題。未來發展趨勢將以規模化提升系統能效、建設區域化原料與產品物流體系、推動副產物綜合利用、與國家核證自愿減排量（CCER）交易機制對接等為重點，逐步形成可持續的商業化運行模式。

（四）液體生物燃料制備

液體生物燃料制備是指利用農作物秸稈、廢棄油脂等可再生生物質資源，通過生化、熱化學或油脂轉化等路徑，將其轉化為可完全或部分替代汽油、柴油和航空煤油的液體燃料。此類燃料不僅具有可再生性和較低的全生命周期碳排放，還可與現有交通運輸燃料體系無縫銜接，是實現交通行業綠色低碳轉型的重要技術途徑之一。液體生物燃料的制備主要包括三類技術路線：一是生化轉化，以酶解與發酵為核心工藝，將淀粉或纖維素原料轉化為乙醇、丁醇等，并可通過醇噴合成制得符合航空燃料標準的合成石蠟煤油；二是熱化學轉化，利用費托合成、熱解加氫、催化裂化等工藝，將生物質轉化為合成氣或生物油，再精制為柴油、航煤等高品質燃料；三是油脂轉化，包括酯交換反應制生物柴油和加氫處理油脂制合成石蠟煤油。其中，加氫處理油脂制合成石蠟煤油是當前商業化最成熟的路線，國內中石化鎮海煉化已建成10萬噸/年的生產裝置，并向多地航空公司供貨。在市場需求方面，隨著全球能源結構轉型與交通領域減排壓力加大，液體生物燃料需求持續攀升。國際航空運輸協會發布的2050年實現凈零碳排放路線圖表明，約有2/3的航空碳減排依賴可持續航空燃料。國際民航組織也將可持續航空燃料納入《國際航空碳抵消與減排機制》，并要求成員國逐步提高其使用比例。國內方面，我國主要航空公司在2011—2019年進行了基于可持續航空燃料的客機試飛。2024年6月，ARJ21、C919等型號國產客機也完成了加注可持續航空燃料的首次演示飛行。盡管如此，液體生物燃料產業仍面臨原料獲取成本高、供應鏈體系不完善、生產成本顯著高于化石燃料、標準與認證體系有待健全等問題，尤其是可持續航空燃料價格普遍為化石航煤的2～6倍，大規模商業化應用受限。未來，隨著原料多元化利用水平提升、規模化生產降本、碳減排價值實現機制的完善，以及國際標準體系的逐步建立，液體生物燃料有望在交通能源特別是航空領域實現更大規模的推廣與應用。

三、未來展望與對策建議

（一）產業發展趨勢展望

總體來看，我國生物質能產業正處于由政策驅動向市場化轉型的關鍵階段，既面臨補貼退坡、成本壓力等挑戰，也迎來了經濟社會綠色低碳轉型、新型能源體系建設、關鍵能源技術突破等多重機遇。未來發展呈現以下三個典型特征：

第一，集約化供應體系逐步構建。穩定的燃料收儲體系和嚴格的質量標準將成為產業規模化運行的重要基礎。未來通過建設區域化燃料加工配送中心，有望進一步降低物流運輸成本，推動農林廢棄物、畜禽糞污和城市有機垃圾等多元原料的高效利用，全面提升原料保障能力。

第二，多元化利用格局加快形成。產業發展將由以直燃發電為主的單一模式，轉向因地制宜構建生物質多能聯產及梯級利用模式，通過熱電聯產、生物質摻燒、氣化、液體生物燃料制備等路徑，實現能源高效轉化與附加值最大化。

第三，綠色化價值實現機制持續完善。生物質能項目的經濟性將不再僅依賴電熱力營銷，還可以通過CCER、零碳能源證書等方式獲取綠色收益，逐步形成“能源+碳資產”價值實現模式，有效增強項目投資吸引力。

（二）對策建議

隨著“雙碳”目標的深入推進和相關政策的陸續出臺，生物質能有望在2030年前后形成相對完善的技術和產業體系，成為我國可再生能源的重要支柱之一。當前，亟須通過構建集約化供應、推動多元化利用、完善綠色價值機制，實現環境效益與經濟效益的協同提升，為加快構建清潔低碳、安全高效的能源體系提供有力支撐。

第一，健全政策與制度保障體系。完善頂層設計，將生物質能發展與“雙碳”目標、鄉村振興戰略等緊密結合，健全從原料供應、高效轉化、多元利用到價值實現的全鏈條保障體系。結合不同地區資源稟賦和發展條件，因地制宜、分類施策、差異指導，如可引導生物質資源豐富的地區優先開展熱電聯產、生物天然氣和可持續航煤等細分產業建設。

第二，進一步推動生物質能技術創新與產業升級。以行業領軍企業為主導，加快構建生物質能產學研用深度融合體系，并加大對先進氣化、液體生物燃料制備、生物質制氫、鍋爐高效燃燒等行業關鍵共性技術研發的支持力度。鼓勵企業探索多聯產與能源梯級利用模式，提升能源轉化效率和副產物綜合利用水平，推動生物質能產業加快向高值化利用方向轉型升級。

第三，構建集約化原料供應與標準認證體系。依托重點地區建立區域性原料收儲加工中心，打造覆蓋主要產區的原料收集、分揀、預處理與物流體系，推動農林廢棄物、畜禽糞污、城市有機垃圾等的規模化、規范化、持續化利用，有效降低收儲與物流成本。加快推動生物質摻燒、生物天然氣、可持續航空燃料等國家標準制定，建立第三方檢測、認證與溯源體系，切實提升原料供應穩定性和透明度。

第四，完善綠色產品價值實現機制。通過碳市場交易機制、綠色電力證書、零碳能源證書等，多措并舉推動生物質綠色價值進一步彰顯。健全綠色產品標準和認證體系，大力提升市場認知度和消費接受度，積極釋放和引導綠色產品市場需求。加快推動國際綠色燃料標準體系互認，明確不同生產環節、不同生產工藝的碳排放量基準，為規范國內市場、開拓國際市場提供必要支撐。

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轉自丨科技中國

作者丨盧曉哲、王治喃

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