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生物质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。而所谓生物质能（biomass energy)，就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料。生物质在地球上无处不在，生物质能可以说遍地都是。人类利用生物质的历史极其悠长，薪柴秸秆的直接燃烧利用曾给人类的生存发展带来极大的支撑，在人类发展史上发挥了更重要作用的化石类能源煤炭、石油、天然气等也是生物质中的有机物经过上亿年的时间演变而来。生物质能的原始能量来源于太阳，所以从广义上讲，生物质能是太阳能的一种表现形式。
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1 .1 生物质能的分类
依据来源的不同，可将适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物及畜禽粪便等五大类。
生物质能的特点：
（1）可再生性
生物质属可再生资源，生物质能由于通过植物的光合作用可以再生，与风能、太阳能等同属可再生能源，资源丰富，可保证能源的永续利用。
（2）低污染性
生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SOx、NOx较少；生物质作为燃料时，由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量，因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零，可有效地减轻温室效应。
（3）广泛分布性
缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能。
（4）生物质燃料总量十分丰富
生物质能是世界第四大能源，仅次于煤炭、石油和天然气。根据生物学家估算，地球陆地每年生产1000～1250亿吨生物质，海洋年生产500亿吨生物质。生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量，相当于目前世界总能耗的10倍。我国可开发为能源的生物质资源到2010年可达3亿吨。随着农林业的发展，特别是炭薪林的推广，生物质资源还将越来越多。
发展生物质能源利用的意义：
中国是一个人口大国，又是一个经济迅速发展的国家，21世纪将面临着经济增长和环境保护的双重压力。因此改变能源生产和消费方式，开发利用生物质能等可再生的清洁能源资源对建立可持续的能源系统，促进国民经济发展和环境保护具有重大意义。
2 .1 生物质元素成分
生物质的元素成分是指生物质含有不同元素的多少，它将影响决定生物质的燃烧状态。从化学角度来看，生物质固体燃料是由多种可燃质、不可燃的无机矿物质及水分混合而成的。其中，可燃质是多种复杂的高分子有机化合物的混合物，主要由C、H、O、N和S等元素所组成，而C、H和O是生物质的主要成分。
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2 .2 生物质的工业分析 |
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在隔绝空气条件下对燃料进行加热，首先是水分蒸发逸出，然后燃料中的有机物开始热分解并逐渐析出各种气态产物，称为挥发分（V），主要含有H2、CH4等可燃气体和少量的O2、N2、CO2等不可燃气体。余下的固体残余物为木炭，主要由固定碳与灰分组成。用水分、挥发分、固定碳和灰分表示燃料的成分称为燃料的工业分析成分。
几种主要生物质的工业分析（%）
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3 .3 生物质气化技术
在原理上，气化和燃烧都是有机物与氧发生反应。其区别在于，燃烧过程中氧气是足量或者过量的，燃烧后的产物是二氧化碳和水等不可再燃的烟气，并放出大量的反应热，即燃烧主要是将生物质的化学能转化为热能；而生物质气化是在一定的条件下，只提供有限氧的情况下使生物质发生不完全燃烧，生成一氧化碳，氢气和低分子烃类等可燃气体。即气化是将化学能的载体由固态转化为气态。相比燃烧，气化反应中放出的热量小得多，气化获得的可燃气体再燃烧可进一步释放出其具有的化学能。
生物质气化技术首次商业化应用可追溯1833年，当时是以木炭作为原料，经过气化器生产可燃气，驱动内燃机应用于早期的汽车和农业灌溉机械。第二次世界大战期间，生物质气化技术的应用达到了高峰，当时大约有100万辆以木材或木炭为原料提供能量的车辆运行于世界各地。我国在20世纪50年代，由于面临着能源匮乏的困难，也采用气化的方法为汽车提供能量。
20世纪70年代，能源危机的出现，重新唤起了人们对生物质气化技术的兴趣。研究的重心以各种农业废弃物、林业废弃物为原料的气化装置，生产的可燃气既可以作为热源，或用于发电，或生产化工产品（如甲醇、二甲醚及氨等）。
生物质气化有多种形式，如果按照气化介质分，可将生物质气化分为使用气化介质和不使用气化介质两大类，不使用气化介质成为干馏气化；使用气化介质可按照气化介质不同分为空气气化、氧气气化、水蒸气气化、水蒸气-氧气混合气化和氢气气化等。
生物质气化炉是气化反应的主要设备。生物质气化技术的多样性决定了其应用类型的多样性。在不同地区选用不同的气化设备哥不同的工艺路线来决定如何使用生物质燃气是非常重要的。生物质气化技术的基本应用方式主要有以下四个方面：供热、供气、发电和化学品合成。生物质气化供热是指生物质经过气化炉气化后，生成的生物质燃气送各入下一级燃烧器中燃烧，为终端用户提供热能。此类系统相对简单，热利用率较高。
生物质气化集中供气技术是指气化炉生产的生物质燃气，通过相应的配套设备，为居民提供炊事用气。其基本模式为：以自然村为单元，系统规模为数十户至数百户，设置气化站，敷设管网，通过管网输送和分配生物质燃气到用户家中。
生物质气化发电技术是生物质清洁能源利用的一种重要方式，几乎不排放任何有害气体。在我国很多地区普遍存在缺电和电价高的问题，近几年这一状况更加严重，生物质发电可以在很大程度上解决能源短缺和矿物燃料燃烧发电燃烧的环境污染问题。近年来，生物质企划发电的设备和技术日趋完善，无论是固定床还是流化床，无论是大规模还是小规模均有实际运行的装置。
生物质气化合成化学品是指经气化炉生产的生物质燃气，经过一定的工艺合成为化学制品，目前主要包括合成甲醇、氨和二甲醚等工艺。
3 .4 生物质热解
生物质热解（又称热裂解或裂解）是指在隔绝空气或通入少量空气的条件下，利用热能切断生物质大分子中的化学键，使之转变为低分子物质的过程。根据热解条件和产物的不同，生物质热解工艺可以分为以下几种类型：
（1）烧炭
将薪炭放置在炭窑或烧炭炉中，通入少量空气进行热分解制取木炭的方法，一个操作期一般需要几天。
（2）干馏
将木材原料在干馏釜中隔绝空气加热，制取醋酸，甲醇，木焦油抗聚剂、木馏油和木炭等产品的方法。
（3）热解液化
把林业废料及农副产品在缺氧的情况下中温（500℃~650℃）快速加热，然后迅速降温使其冷却为液态生物原油的方法。
3 .5 生物质直接液化
生物质直接液化是在较高压力下的热化学转化过程，温度一般低于快速热解，热体产物的高位热值可达25~30MJ/kg，明显高于快速热解液化，但因其技术成本高目前还难以商业化。
5 .1 其他方式的生物质利用技术
生物质利用技术还有其他一些利用方式，在社会生活中也得到了一定的发展和应用，尤其是生物质压缩成型技术和生物柴油技术得到了相对广泛的应用。
5 .2 生物质压缩成型技术
农业和林业生产过程中所产生的大量废弃物通常松散的分散在大面积范围内，具有较低的堆积密度，给收集、储藏、运输带来了困难。由此人们提出如果能够将农业和林业生产的废弃物压缩为成型燃料，提高能源密度则不仅可以解决上述问题，而且可以形成商品能源。
将分布散、形体轻、储运困难、使用不便的纤维素生物质，经压缩成型和炭化工艺，加工成燃料，能提高容量和热值，改善燃烧性能，成为商品能源，这种转换技术称为生物质压缩成型技术或致密固化成型技术，这种被压缩后的物质称为生物质颗粒。
5 .3 生物柴油（酯化）
酯化是指将植物油与甲醇或乙醇在催化剂和230℃~250℃温度下进行酯化反应，生成生物柴油，并获得副产品——甘油。生物柴油可单独使用以替代柴油，又可以一定比例（2%～30%）与柴油混合使用。除了为公共交通车、卡车等柴油机车提供替代燃料外，又可为海洋运输业、采矿业、发电厂等具有非移动式内燃机行业提供燃料。
6 .1 寻找替代能源
随着化石能源的不断面临枯竭，人们开始在世界范围内寻找替代能源。许多国家都在进行替代能源的研究，能源植物的研究便由此应运而生。顾名思义，能源植物就是可以用作能源的植物，通常是指那些具有合成较高还原性烃的能力、可产生接近石油成分和可替代石油使用的产品的植物，以及富含油脂的植物。
目前，大多数能源植物尚处于野生或半野生状态，人类正在研究应用遗传改良、人工栽培或先进的生物质能转换技术等，以提高利用生物能源的效率，生产出各种清洁燃料，从而替代煤炭、石油和天然气等石化燃料，减少对矿物能源的依赖，保护国家能源资源，减轻能源消费给环境造成的污染。据估计，绿色植物每年固定的能量，相当于600亿吨至800亿吨石油，即全世界每年石油总产量的20倍至27倍，约相当于世界主要燃料消耗的10倍。而绿色植物每年固定的能量作为能源的利用率，还不到其总量的l%。世界上许多国家都开始开展能源植物或石油植物的研究，并通过引种栽培，建立新的能源基地，如“石油植物园”、“能源农场”等，以此满足对能源结构调整和生物质能源的需要。
我国是利用能源植物较早的国家，但基本上局限在直接燃烧、制碳等初级的阶段。近年来我国能源植物的研究发展速度较快。研究内容涉及到油脂植物的分布、选择、培育、遗传改良等及其加工工艺和设备。同时我国政府对生物燃料非常重视，并制定了多项指导性政策以促进其发展。
6 .2 富含类似石油成分的能源植物
续随子、绿玉树、西谷椰子、西蒙得木、巴西橡胶树等均属此类植物。例如巴西橡胶树分泌的乳汁与石油成分极其相似，不需提炼就可以直接作为柴油使用，每一株树年产量高达40L。我国海南省特产植物油楠树的树干含有一种类似煤油的淡棕色可燃性油质液体，在树干上钻个洞，就会流出这种液体，也可以直接用作燃料油。 
6 .3 富含高糖、高淀粉和纤维素等碳水化合物的能源植物
利用这些植物所得到的最终产品是乙醇。这类植物种类多，且分布广，如木薯、马铃薯、菊芋、甜菜以及禾本科的甘蔗、高粱、玉米等农作物都是生产乙醇的良好原料。
6 .4 富含油脂的能源植物
这类植物既是人类食物的重要组成部分，又是工业用途非常广泛的原料。对富含油脂的能源植物进行加工是制备生物柴油的有效途径。世界上富含油的植物达万种以上，我国有近千种，有的含油率很高，如桂北木姜子种子含油率达64.4%，樟科植物黄脉钓樟种子含油率高达67.2%。这类植物有些种类存储量很大，如种子含油达15%～25%的苍耳子广布华北、东北、西北等地，资源丰富，仅陕西省的年产量就达1.35万t。集中分布于内蒙、陕西、甘肃和宁夏的白沙蒿、黑沙蒿，种子含油16%～23%，蕴藏量高达50万t。水花生、水浮莲、水葫芦等一些高等淡水植物也有很大的产油潜力。
6 .5 用于薪炭的能源植物
这类植物主要提供薪柴和木炭。如杨柳科、桃金娘科桉属、银合欢属等。目前世界上较好的薪炭树种有加拿大杨、意大利杨、美国梧桐等。近来我国也发展了一些适合作薪炭的树种，如紫穗槐、沙枣、旱柳、泡桐等，有的地方种植薪炭林3~5年就见效，平均每公顷薪炭林可产干柴15t左右。美国种植的芒草可燃性强，收获后的干草能利用现有技术轻易制成燃料用于电厂发电。
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