在当今社会，环境保护与能源需求的平衡已成为全球性的挑战。生物能源作为一种重要的可再生资源，其潜力逐渐受到关注。通过将废弃的生物质转化为宝贵的能源资源，不仅可以有效地解决废弃物处理问题，还能为构建更清洁、可持续的能源体系做出贡献。

生物质与生物质能（源）

什么是生物质？根据国际能源机构（IEA）的定义，生物质（biomass），是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。

生物质能是太阳能以化学能形式储存在生物质中的能量形式，作为仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源，生物能源具有丰富的资源、可持续性和环保性等特点。

废弃生物质的利用

目前除了专门种植用于生产生物燃料的的粮食比如玉米、大豆等，随着技术的发展，大量废弃的生物质也逐步被开发利用，这些废弃物包括农作物的废弃物、森林残余物、木材厂废弃物、城市固体废弃物、食物废弃物、废弃的脂肪、油脂等。

废弃生物质是一种低廉的可再生能源，目前正广泛应用于生产生物燃料，包括纤维素乙醇、生物柴油和可再生碳氢化合物 "即用型 "燃料。目前最常用的两种生物燃料是乙醇和生物柴油。生物燃料可用于飞机、汽车等交通工具，不仅在功能上等同于石油燃料，同时能大幅度降低碳排放。

废弃生物质也可采用与化石燃料相同的工艺，将生物物质中储存的能量转化为电力。生物发电可以抵消发电厂燃烧碳燃料的需求，从而降低发电的碳强度，并提高发电的灵活性，增强电网的可靠性。

综合生物炼油厂还可以在生产生物燃料的同时生产生物产品，比如塑料、润滑油、工业化学品等可再生生物产品。这种联合生产战略为生物质资源的利用提供了一种更高效、更具成本效益的综合方法。

据美国能源部的《2016 亿吨报告：推进国内资源，促进生物经济繁荣发展》得出结论：到 2040 年，美国有潜力每年生产 10亿干吨非粮食生物质资源，并仍能满足对粮食、饲料和纤维的需求。10 亿吨生物质可以:

•   生产多达 500 亿加仑的生物燃料

•   生产 500 亿磅生物基化学品和生物产品

•   产生 850 亿千瓦时的电力，可供 700 万户家庭使用

生物质转化生物燃料技术

生产高级生物燃料（如纤维素乙醇和可再生碳氢化合物燃料）通常需要经过多个步骤。首先，必须分解植物细胞壁的坚韧刚性结构，其中包括紧密结合在一起的生物分子纤维素、半纤维素和木质素。可通过高温解构或低温解构的方式来实现。

高温解构

高温解构法利用极高的温度和压力将固体生物质分解成液态或气态中间产物。这种方法主要有三种途径：热解、气化、水热液化。

在热解过程中，生物质在无氧环境中以高温（500°C-700°C）快速加热。热量将生物质分解成热解蒸汽、气体和焦炭。除去焦炭后，蒸气冷却并冷凝成液态 "生物原油"。

气化过程与此略有类似；不过，生物质暴露在更高的温度范围内（>700°C），并含有一些氧气，从而产生合成气（或合成气）——一种主要由一氧化碳和氢气组成的混合物。

在处理藻类等湿原料时，水热液化是首选的热工艺。这种工艺使用温度适中（200°C-350°C）、压力较高的水，将生物质转化为液态生物原油。

低温解构

低温解构通常利用称为酶的生物催化剂或化学品将原料分解为中间产物。首先，生物质要经过预处理步骤，打开植物和藻类细胞壁的物理结构，使纤维素和半纤维素等糖类聚合物更容易获得。然后，在称为水解的过程中，这些聚合物会被酶或化学分解成简单的糖构件。

升级

解构后，粗生物油、合成气、糖和其他化学构件等中间产物必须进行升级，才能生产出成品。这一步骤可以是生物处理，也可以是化学处理。

细菌、酵母和蓝藻等微生物可将糖或气体中间产物发酵成燃料混合料和化学品。另外，糖和其他中间流（如生物油和合成气）可使用催化剂进行处理，以去除任何不需要的或活性化合物，从而改善储存和处理性能。

提纯后的成品是可以在商业市场上销售的燃料或生物产品，也可以作为石油精炼厂或化学品制造厂进行精加工的稳定中间产物。

废弃生物质的利用不仅是环境保护的重要举措，也是构建可持续能源体系的关键一环。随着技术的进步和政策的支持，废弃生物质的转化将成为未来能源发展的重要路径之一。

资料来源：

https://www.energy.gov/eere/bioenergy/bioenergy-basics

https://www.energy.gov/eere/bioenergy/biofuel-basics

https://www.energy.gov/eere/bioenergy/conversion-technologies