生物质主要以木材形式存在，它是人类最古老的能源，一直被用作生活和工业活动中的燃料。传统的应用方式主要是直接燃烧，这种方式至今在世界许多地区仍在广泛采用。生物质是一种比较分散、劳动密集型和占地较多的能源。从历史上看，随着工业活动的增加，对能源需求不断增长，从而使生物质的天然储量逐渐枯竭。

　　由于新的能量更集中和更适用的能源的开发，生物能正逐渐被取代。尽管生物能在某些发达国家的能耗结构中仍占有相当大的比重（例如，芬兰占15％，瑞典占9％，美国占4％，前苏联占3％～4％），但就整个工业化国家而言，生物质在一次能源中所占的比例目前不超过3％。由于经济和社会方面的原因，许多发展中国家在用作能源的生物质方面存在着严重的使用过度和供应不足的问题。1987年，全世界的一次能源供给中，约有13％～14％取之于生物质。在少数国家，生物质能的比重还更高。在尼泊尔，总能量的95％以上来源于生物质资源；马拉维是94％，肯尼亚是75％，印度是50％，中国是33％，巴西是25％、埃及和摩洛哥都是20％。

　　把生物质当作一种能源来使用，不仅在经济方面有吸引力（因为那里的燃料可以很容易地低价获得），而且还有经济发展和环境方面的原因。把生物质转化为可使用的能的装置，可以是组装式的，而且小规模使用时也很有效。生物质是一种土生土长的可再生资源，很少或不需要从国外进口，为其提供原料的农业和林业，还为农村的经济发展创造了良好的机遇。燃烧生物质所产生的污染物通常低于矿物质燃料。此外，商业性开发利用生物质还可避免或减少其他产业（如林木制品业、食品加工业）所面临的废物处置问题，尤其是城镇的固体废物问题。

　　当前利用生物质能的主要问题是能量利用率很低，使用上也很不合理，造成资源的巨大浪费，生物转换和化学转换目前转化效率低，生产成本高，制约了生物质能大规模的有效利用，但由于生物质能的巨大潜力，进入高科技的21世纪，生物能利用必将上一个新台阶。

　　以下介绍三项受到极大关注，并已被大规模实施的生物能技术研究计划。其中两项（生物酒精和木炭）已达到商业化水平，并已以产业化规模生产生物能。第三项计划沼气（即厌氧发酵）已在中国和印度的广大农村大规模推广；在丹麦，对其他的技术方法（如利用大型沼气工厂处理农村的粪肥）进行了成功的试验。

一、生物---乙醇

　　给人印象最深的生物能计划毫无疑问当属巴西的普洛阿尔库尔（Proalcool）计划。1988年，巴西的一次能源的总供应量为6．1×109EJ，其中有22％是由木材和木炭提供的，13％是由甘蔗渣和乙醇提供的。通过实施Proalcool计划，现在每年生产120亿L乙醇，占全国汽车燃料的62％。目前巴西有800万辆汽车使用掺有22％乙醇的汽油，既不用对汽车引擎进行改造，又不影响汽车的速度。现在已在特制的发动机和经过改造的奥托循环内燃机上推广使用乙醇水化合物。巴西目前有400万辆汽车在使用这种燃料。与使用常规燃料或混合型燃料的汽车相比，它们每英里所消耗的燃料费用要高 25％左右。巴西的甘蔗种植业一直在世界的蔗糖市场上发挥重要作用。随着Proalcool计划的实施，它的甘蔗种植面积到1985年已增加到380万hm2。与Proalcool计划有关的最大问题之一就是蒸馏期间所产生的釜馏物和酒糟的处理问题。釜馏后的废物与乙醇的体积比可以高达13:1。过去都是将这些废弃物排放到江河里，它所引起的污染是无法接受的。为了处理这些废料，目前已采取了许多方法。 例如，在贮留池进行稳化；当作液体肥料再返施到甘蔗田里；进一 步扩大利用厌氧发酵法生产沼气。

　　从1976年到1985年，巴西为实施Proalcool计划投入的总经费约为65亿美元（按1986年美元汇率折算），而乙醇所取代的汽油量就价值89亿美元，为国家节约了数目相当可观的外汇。

　　美国也是一个严重依赖于外国石油进口的国家，它也在实施一项酒精燃料计划，并在1989年达到了年产32亿L酒精的能力。不过这个数字比计划设想的水平（1990年达到年产450亿L）相差太远。美国的酒精燃料工业是建立在从玉米中提取乙醇的基础上，主要原因是粮食过剩，部分是迫于农产品产业政策的压力。

　　根据巴西和美国的已有经验，其他国家也在推行乙醇计划。在津巴布韦，设在糖厂附近的“三角乙醇厂”每年从甘蔗中提取 4000万L乙醇，每年为国家节约了几百万美元的外汇，相当于为 国家提供了12％的所需汽油。非洲的马拉维随着1982年杜万瓜酒厂的投产开始起动燃料乙醇计划。它的年产量为1000万L，每天的蒸馏能力为60000L。该国目前的汽油需求量每年约为5000万L。当酒厂满负荷运转时，足可以满足市场燃料需求的20％。

二、木炭

　　欧洲的木炭使用主要是随着17世纪、18世纪英国工业革命而兴起的。在瑞典，冶铁业的木炭消耗量在19世纪的大部分时间 里一直在持续增长，并为瑞典的高质量钢铁业打下了基础。

　　追溯历史，巴西的钢铁工业于19世纪末诞生在米纳斯吉拉斯州，该地区盛产铁矿和燃料木材，并且水力资源丰富。20世纪前半期、工业化国家早已将木炭炼钢改为焦炭炼钢，而巴西的工业界仍决定保留使用木炭。以私营和中小型企业为主的木炭炼钢工业、证明了在技术革新和技术改造方面具有很大的潜力，同时也使木炭在全部能源供给中占有很明显的份额。1989年巴西的钢产量达到2500万t，其中有19％是用木炭炼制的。而木炭产量的38％是用于生铁冶炼。每年钢铁工业所消耗的木炭约3300万m3，其他工业（水泥、铁合金和其他）消耗的木 炭约为1200万m3，也就是说工业所消耗的木炭总量达4500万m3。这些木炭有70％产自原始森林，30％产自人工林场（主要是桉树类）。在过去的20年间，巴西重新绿化的退化土地面积共计500万hm2，其中有50％专门用于木炭生产。

　　从全球范围来看，在炭化和生铁溶炼方面使用了现代技术。 在过去的20年间，从森林栽培到最终产品，土地的利用效率增加了3倍。正如表1所示，预期未来还可以增加5倍。

表1 木炭在钢铁工业中的应用情况

森林的产量 每m3木炭所需木材 每吨生铁需要的木炭 每年每吨生铁使用的林地
t/(a·hm2) t m3 hm2
从前 10 1.2 3.5 0.42
现在 20 1.0 3.2 0.16
短期 30 0.9 2.9 0.09
中期 60 0.85 2.45 0.03

　　预计，通过进一步利用生物工程技术，使炭化蒸馏（回收全部热解副产品）和广泛使用更佳设计的高炉，未来的林地使用效率还将进一步提高。巴西目前正在对未来的木炭工业发展前景进行深入讨论。占木炭消耗量30％的综合型钢铁工业实施了再造林战略，引进了现代的高炉技术，以提高利用效率。有关按树种植对环境影响的讨论实际上已经结束，因为环境保护主义者和公众现已认识到，新的森林技术与生态学是彼此相协调的。

三、沼气

　　来自植物、动物和人类的有机废物常常被当作是一种公害。而正是这样的废物中却潜含着相当大的能量，可为许多地区，特别是发展中国家的农村的能源供应做出明显的贡献。通过利用沼气发酵器或厌氧发酵器，不仅可以生产出甲烷气和富含氮的肥料，还可改善环境卫生状况。

　　在过去的50年间，中国为发展这种技术做了很大努力。在沼气开发的初期着重于建造大量的沼气池，在1973～1978年期间，共建造了约700万个沼气池。最近，各级部门在为推广这项技术和培训沼气池维护人员而共同努力，已经建立了省级和国家级的沼气专业化组织。在那些被认定是最有沼气技术发展潜力的地区，从事这项技术的人员总数已达12000人左右。另外还建立了716个沼气服务站，负责沼气池的建造和材料供应，提供管理和技术服务以及培训技术人员。现在已有500万个家庭规模的沼气池在正常运行，它们主要分布在中国南方的几个省份。工厂和大型畜牧场还有约10000个大、中型沼气池。

　　印度也是一个沼气使用历史悠久的国家，在18世纪后期就已有使用沼气的记载。从本世纪70年代起就有了一项有关沼气的协作计划，到1981年底，已有的沼气池数量总计约有10万个。拥有2.4亿头牲畜的印度在沼气利用方面具有极大的潜力。到 1988年初，已建起了94万个沼气池。这些家庭规模的沼气池平 均利用4头牲畜的粪便。如果全部沼气池中有85％运行，平均每个池每天产生4m3的沼气，那么它们 一年所产生的沼气估计约相当于370万t的木材。印度现已制定了一个宏伟的计划，到本世纪末要把沼气池的数目增加到1200万个。

　　近几年，沼气技术的目标已从“能源回收”转移到“环境保护”。这一进展已在丹麦和荷兰等发达国家得到验证，这些国家的农业产业是集约化生产型农业，有雄厚的技术基础。在过去的5年间，可处理几个牧场粪肥的大型沼气设备技术在丹麦得到了发展。这些沼气设备已达到稳产、高产水平，已有9个示范型沼气厂在运行，其中最大的一个每天可以从粪便为主的生物质中回收到500m3的沼气，年产量超过200万m3。这些沼气厂生产的沼气的利用方式主要是发电、供热综合利用。

　　从沼气计划直接得出的结论：

　　沼气技术已得到明显的改进，一般来说，沼气工厂在技术上是可行的。
　　联合式的沼气工厂的气体产量现在已实现高产和稳产，部分原因是加入了易于转化的有机废料。
　　运输费用大大加重了联合沼气工厂的预算负担。
　　沼气工厂很适合于处理有机废物，而且处理后的废物还可再返还到农场去。
　　沼气除了能源和环境方面的优点外，农民还可从少施商业性肥料、更好地利用他们自己生产的肥料。在经济上，示范工厂已显示了一种非常有利的发展前景。已根据积累的经验对最早的示范工厂进行了改建，目前运行状况非常好。