1、12生物質資源及其開發利用生物質資源及其開發利用 3一、生物質資源的概念一、生物質資源的概念與資源潛力與資源潛力4生物質和生物質產業生物質和生物質產業 生物質是指由植物、動物或微生物生命體所合成得到的物生物質是指由植物、動物或微生物生命體所合成得到的物質的總稱，質的總稱，它直接或間接地來源于植物的光合作用而產生的各它直接或間接地來源于植物的光合作用而產生的各種有機體。種有機體。u生物質資源屬于可再生生物質資源屬于可再生而不會枯竭的資源。而不會枯竭的資源。u主要主要包括包括: * *農作物、樹木和木材廢棄物及剩余物；農作物、樹木和木材廢棄物及剩余物； * *植物（含水生植物）、草及其殘留物；植物

2、（含水生植物）、草及其殘留物； * *纖維和動物廢棄物；纖維和動物廢棄物； * *可分類的可分類的城市垃圾和其它廢棄材料。城市垃圾和其它廢棄材料。u生物質產業是指利用上述可再生的生物質原料，通過工業性加生物質產業是指利用上述可再生的生物質原料，通過工業性加工轉化，進行生物基產品工轉化，進行生物基產品(biobased products)和生物質能源和生物質能源(bioenergy)生產的一種新興產業。生產的一種新興產業。u在生物質能源方面又可分為生物質發電（在生物質能源方面又可分為生物質發電（biopower）和生物）和生物質燃油（質燃油（biofuel）。）。5 l各種速生的能源林、薪炭林、

3、經濟林、用材林、各種速生的能源林、薪炭林、經濟林、用材林、灌木林，木材及森林工業廢棄物；灌木林，木材及森林工業廢棄物；l農業廢棄物農業廢棄物, ,如農作物秸稈、稻殼、玉米芯、蔗如農作物秸稈、稻殼、玉米芯、蔗渣等；渣等；l水生植物；水生植物；l油料植物；油料植物；l城市和工業有機廢棄物；城市和工業有機廢棄物；l動物糞便。煤、石油和天然氣等化石能源也是由動物糞便。煤、石油和天然氣等化石能源也是由生物質能轉變而來的。生物質能轉變而來的。 生物質包括以下幾個方面：生物質包括以下幾個方面：6生物經濟、生物產業生物經濟、生物產業農業農業林業林業動物動物微生物微生物生物質生物質能源能源食品食品飼料飼料藥品藥

4、品日用工業品日用工業品環境環境7中國生物質資源的特點中國生物質資源的特點 中國生物質資源的構成及其能源潛力中國生物質資源的構成及其能源潛力l每年的生物質能源總量達每年的生物質能源總量達4.87億噸油當量，其中有約億噸油當量，其中有約3.7億噸可用億噸可用于發電和供熱，占總量的于發電和供熱，占總量的76%，其余的，其余的1.17億噸在農村地區則用作億噸在農村地區則用作飼料、糞肥等其他用途。飼料、糞肥等其他用途。 農業廢棄物農業廢棄物 （稻谷、麥子和玉米三大糧食作物的生物質比例占（稻谷、麥子和玉米三大糧食作物的生物質比例占70%）62.232.979.910.812.520.15.626.5稻谷麥

5、子玉米豆類塊莖作物油料作物棉花甘蔗農業廢棄物產量及能源潛力（百萬噸油當量）農業廢棄物產量及能源潛力（百萬噸油當量）8林業生物質資源潛力林業生物質資源潛力 u林區主要分布在東北、西南、西北和南部丘陵地區。林區主要分布在東北、西南、西北和南部丘陵地區。u據據2004年完成的第六次國家森林資源調查（年完成的第六次國家森林資源調查（19992003），林），林木生物質總資源量近木生物質總資源量近200億噸億噸 。u可獲得的林木質資源種類為：薪炭林、林業三剩物（采伐剩余可獲得的林木質資源種類為：薪炭林、林業三剩物（采伐剩余物、造材剩余物和加工剩余物）、森林撫育間伐、灌木林平茬物、造材剩余物和加工剩余物）

6、、森林撫育間伐、灌木林平茬復壯、苗木截桿、經濟林和城市綠化修枝，總量約復壯、苗木截桿、經濟林和城市綠化修枝，總量約 8-10 億噸億噸 。u木材的消耗主要為三部分：木材的消耗主要為三部分：44.2%用于制造木制品，用于制造木制品，32.1%由由木材廠和農場自身消耗，其余用于生活燃料。木材廠和農場自身消耗，其余用于生活燃料。u薪柴及木材廢棄物估計約薪柴及木材廢棄物估計約2億多噸，合億多噸，合1億噸油當量。然而，由億噸油當量。然而，由于過度采伐，實際消費量要大得多。于過度采伐，實際消費量要大得多。9中國森林資源類型以及生物量測算表林木生物質能類型林木生物質能類型蓄積蓄積/面積面積(億億m3 / 萬

7、萬hm2)總生物量總生物量（億噸）（億噸）可獲得生物量（億噸可獲得生物量（億噸/年）年） 1 森林森林124.6/14,200 15316667（用材、防護、特有和能源林）（用材、防護、特有和能源林）成熟、過熟林成熟、過熟林27.4 / 1470364033.5（采伐剩物和死木清理）（采伐剩物和死木清理）近成熟林近成熟林50 / 354062661.82（撫育修枝）（撫育修枝）中齡林中齡林34.3/ 4430404211.2（撫育間伐）（撫育間伐）幼齡幼齡12.9/ 476015180.20.3（撫育）（撫育）2 各種林地各種林地/33009120.40.8經濟林經濟林/2140670.10.

8、2（修剪）（修剪）竹林竹林/500120.10.2（剩余物）（剩余物）四旁、散生、疏林四旁、散生、疏林/660230.20.4（撫育修枝等）（撫育修枝等）3 灌木林灌木林4529.68340.81（隔年輪平茬）（隔年輪平茬）4 其其 他他Others15180.81.2 林下灌叢林下灌叢890.40.5苗圃苗木苗圃苗木340.20.3（截桿）（截桿）城市綠化、綠籬城市綠化、綠籬450.20.3（撫育修剪等）（撫育修剪等）總總 計計136.2 / 2,2030180200810 10l禽畜排泄物禽畜排泄物2000年，中國禽畜的組成為：年，中國禽畜的組成為：1.515億頭大型動物如馬、牛、驢、億頭

9、大型動物如馬、牛、驢、騾和駱駝等，騾和駱駝等，4.47億頭豬，億頭豬，2.9億頭羊，億頭羊，52.8億頭家禽。由此產生的億頭家禽。由此產生的排泄物總量干重達排泄物總量干重達3.2億噸，合億噸，合1.1億噸油當量。億噸油當量。 0.00.51.01.52.02.53.03.519801982198419861988199019921994199719992000禽畜排泄物（干重，億噸）億噸油當量禽畜排泄物生物質能量增長趨勢禽畜排泄物生物質能量增長趨勢11l城市生活垃圾城市生活垃圾 l 年產出量約年產出量約1.5億噸，約合億噸，約合1500萬噸油當量，并以每年萬噸油當量，并以每年10%左右左右的增

10、長率遞增的增長率遞增l 垃圾成分和產量受很多因素的影響：城市人口、居民收入、燃垃圾成分和產量受很多因素的影響：城市人口、居民收入、燃料結構、飲食習慣、城市建設以及季節變化等料結構、飲食習慣、城市建設以及季節變化等 l有機成分的含量：發達城市的垃圾有機成分高，南方城市的垃圾有機成分的含量：發達城市的垃圾有機成分高，南方城市的垃圾有機成分普遍高于北方城市有機成分普遍高于北方城市 l 城市生活垃圾熱值：北京、廣州、上海、深圳等發達城市為城市生活垃圾熱值：北京、廣州、上海、深圳等發達城市為4500 kJ/kg以上，其他多數地區為以上，其他多數地區為3400kJ/kg左右左右 12l工業廢棄物工業廢棄物

11、 糧食加工廠、造紙廠、木材廠、釀酒廠、糖廠和食品廠等的工業糧食加工廠、造紙廠、木材廠、釀酒廠、糖廠和食品廠等的工業生產過程中產生的固體廢棄物。每年估計達生產過程中產生的固體廢棄物。每年估計達4800萬噸油當量。萬噸油當量。 l 農作物谷殼農作物谷殼l 大米和小麥加工中大約可產生大米和小麥加工中大約可產生8100萬噸谷殼。其中有萬噸谷殼。其中有30%左右的谷左右的谷殼被用作生活燃料、乙醇發酵和動物飼料，可作為能源利用的約殼被用作生活燃料、乙醇發酵和動物飼料，可作為能源利用的約5500萬噸，相當于萬噸，相當于1800萬噸油當量。萬噸油當量。l 造紙廢棄物造紙廢棄物l 造紙廠約造紙廠約10000家，

12、多數規模較小。產生的生物質估計為家，多數規模較小。產生的生物質估計為320萬噸，萬噸，合合110萬噸油當量（其中有萬噸油當量（其中有103萬噸生物質由木材紙漿產生，合萬噸生物質由木材紙漿產生，合30萬萬噸油當量）。噸油當量）。l 木材廢棄物木材廢棄物l 1999年木材廠廢棄物產量為年木材廠廢棄物產量為0.37億立方米，合億立方米，合600萬噸油當量。據萬噸油當量。據估算，中國木材年需求量超過估算，中國木材年需求量超過3億立方米，國內供應量只能滿足需求億立方米，國內供應量只能滿足需求的的50%，其余則需從國外進口，木材需求量不斷增加。，其余則需從國外進口，木材需求量不斷增加。 13狹義生物質資源

13、概念狹義生物質資源概念1451.313.822.69.92.4農業廢棄物薪柴林業廢棄物禽畜排泄物工業廢棄物城市生活垃圾中國的生物質能結構（中國的生物質能結構（%）中國能源消耗結構中國能源消耗結構15二、利用生物質資源二、利用生物質資源是可持續經濟發展的趨勢是可持續經濟發展的趨勢16二二、利用生物質資源是可持續經濟發展的趨勢利用生物質資源是可持續經濟發展的趨勢1利用生物質資源是當前經濟發展的趨利用生物質資源是當前經濟發展的趨勢勢我國是化石資源短缺的國家，尤其是石油資源我國是化石資源短缺的國家，尤其是石油資源20042004年石油進口達到年石油進口達到1.21.2億噸億噸,2020,2020年將突

14、破年將突破2 2億噸億噸將成為長期制約我國經濟發展和國防安全的障礙將成為長期制約我國經濟發展和國防安全的障礙化石資源不可再生，化石產品會造成嚴重的環境污染化石資源不可再生，化石產品會造成嚴重的環境污染鑒于資源與環境壓力鑒于資源與環境壓力, ,迫使人們尋找新型可再生資源迫使人們尋找新型可再生資源目前生物質資源被認為是替代化石資源的最佳選擇目前生物質資源被認為是替代化石資源的最佳選擇172020世紀是石油化學經濟發展的時代。世紀是石油化學經濟發展的時代。我國是一個石油資源不足的國家，石油儲量僅為世我國是一個石油資源不足的國家，石油儲量僅為世界的界的2%2%，而消費量卻為世界第二，石油進口由，而消費

15、量卻為世界第二，石油進口由19941994年的年的300300萬萬t t增加到增加到20042004年的年的1.21.2億億t t，進口依存度達，進口依存度達40%40%。發展生物質產業對我國經濟發展具有重要的現實意發展生物質產業對我國經濟發展具有重要的現實意義和戰略意義。義和戰略意義。1 1利用生物質資源是當前經濟發展的趨勢利用生物質資源是當前經濟發展的趨勢18美國計劃美國計劃20202020年生物基產品和生物能源較年生物基產品和生物能源較20002000年增加年增加2020倍倍 可以減少碳排放量可以減少碳排放量1 1億噸和增加農民收入億噸和增加農民收入200200億億美元美元殼牌石油公司估

16、計殼牌石油公司估計2121世紀前世紀前5050年生物質將提供世界化學品年生物質將提供世界化學品和燃料的和燃料的30% 30% 市場份額達到市場份額達到15001500億美元億美元巴斯福公司巴斯福公司20032003年宣布將生物質資源作為化學品生產的主年宣布將生物質資源作為化學品生產的主要原料要原料杜邦公司將杜邦公司將20102010年銷售額的年銷售額的25%25%定位于生物質產品定位于生物質產品生物質資源將有可能替代化石資源成為所有化學品的來源生物質資源將有可能替代化石資源成為所有化學品的來源1 1利用生物質資源是當前經濟發展的趨勢利用生物質資源是當前經濟發展的趨勢192 2生物質資源的特點生

17、物質資源的特點（1 1） 資源豐富資源豐富（2 2） 品種多樣品種多樣 （3 3） 用途廣泛用途廣泛二、利用生物質資源是可持續經濟發展的趨勢二、利用生物質資源是可持續經濟發展的趨勢20 （1 1） 資源豐富資源豐富我國生物質來源廣泛，儲量大我國生物質來源廣泛，儲量大有高等植物有高等植物3 3萬多種，居世界第三位萬多種，居世界第三位木本植物最豐富的國家之一，特有森林植物木本植物最豐富的國家之一，特有森林植物10001000多種多種每年還有每年還有7 7億噸作物秸稈億噸作物秸稈 2 2億多噸林地廢棄物和木材加工剩余物未被利用億多噸林地廢棄物和木材加工剩余物未被利用數百萬噸的樹木果實和天然樹脂數百萬

18、噸的樹木果實和天然樹脂數百萬噸的廢棄生物油脂數百萬噸的廢棄生物油脂就總資源量，我國可開發生物質資源總量為就總資源量，我國可開發生物質資源總量為8 8億噸標煤億噸標煤這些資源為我們提供了可靠的原料保證這些資源為我們提供了可靠的原料保證2 2生物質資源的特點生物質資源的特點21 （2 2） 品種多樣品種多樣現在已知世界上的生物多達現在已知世界上的生物多達2525萬多種萬多種生物的多樣性，決定了生物質的多樣性生物的多樣性，決定了生物質的多樣性任何一種生物都有可能為人類提供一種或多種生物質任何一種生物都有可能為人類提供一種或多種生物質 水稻可以提供淀粉、木質素和纖維素水稻可以提供淀粉、木質素和纖維素

19、樹木可以提供纖維素、木質素、單糖及多糖、松脂、單樹木可以提供纖維素、木質素、單糖及多糖、松脂、單寧、生漆、植物油脂等寧、生漆、植物油脂等 2 2生物質資源的特點生物質資源的特點22 （3 3） 用途廣泛用途廣泛n利用生物質可以生產清潔燃料，如生物酒精、生物柴油等利用生物質可以生產清潔燃料，如生物酒精、生物柴油等 n可以用于開發出適應未來市場且環境友好的生物基產品可以用于開發出適應未來市場且環境友好的生物基產品 如生物質高分子材料如生物質高分子材料, ,生物質精細化學品等生物質精細化學品等n生物質在生產及使用過程中與環境友好生物質在生產及使用過程中與環境友好 2 2生物質資源的特點生物質資源的特

20、點23 （1 1）緩解能源危機，是國民經濟可持續發展重要保證）緩解能源危機，是國民經濟可持續發展重要保證 （2 2）促進林業產業的跨越式發展）促進林業產業的跨越式發展 （3 3）是調整農村產業結構、解決）是調整農村產業結構、解決“三農三農”問題的重要支問題的重要支撐撐 3 3對我國國民經濟建設具有重要的作用對我國國民經濟建設具有重要的作用二、利用生物質資源是可持續經濟發展的趨勢二、利用生物質資源是可持續經濟發展的趨勢243 3對我國國民經濟建設具有重要的作用對我國國民經濟建設具有重要的作用（1）緩解能源危機，是國民經濟可持續發展的重要保證石油儲量只是世界儲量的石油儲量只是世界儲量的2%2%，消

21、費量高居世界第二位，消費量高居世界第二位據預測，據預測，20202020年石油進口依賴度將超過年石油進口依賴度將超過55%55%電力供應方面也存在較大缺口電力供應方面也存在較大缺口,1999,1999年人均用電不到年人均用電不到1,0001,000度度/ /人人 年年能源供應安全問題已成為制約我國經濟發展的障礙能源供應安全問題已成為制約我國經濟發展的障礙生物質資源經過物理和化學轉換技術可以高效地轉化成常規生物質資源經過物理和化學轉換技術可以高效地轉化成常規的固態、液態和氣態燃料的固態、液態和氣態燃料, ,以及化工原料或產品，替代化石以及化工原料或產品，替代化石燃料，緩解資源短缺燃料，緩解資源短

22、缺生物質能屬于環境友好的清潔能源，可以避免環境污染生物質能屬于環境友好的清潔能源，可以避免環境污染 253 3對我國國民經濟建設具有重要的作用對我國國民經濟建設具有重要的作用 （2）促進林業產業的跨越式發展以生物質資源為依托的林業生物產業在推進國家經濟發展和以生物質資源為依托的林業生物產業在推進國家經濟發展和社會進步，實現森林可持續經營具有廣闊發展前景社會進步，實現森林可持續經營具有廣闊發展前景充分顯示了林業生物產業巨大的發展潛力，順應了國際貿易充分顯示了林業生物產業巨大的發展潛力，順應了國際貿易和經濟技術發展的潮流，有利于增強我國綜合國力和國際市和經濟技術發展的潮流，有利于增強我國綜合國力和

23、國際市場競爭力場競爭力通過生物質產業的發展，可將現有林業總產值通過生物質產業的發展，可將現有林業總產值20032003年林業年林業總產值總產值5860.335860.33億元提高兩倍以上，從而促進林業產業跨億元提高兩倍以上，從而促進林業產業跨越式發展越式發展26 3 3對我國國民經濟建設具有重要的作用對我國國民經濟建設具有重要的作用(3(3）是調整農村產業結構、解決）是調整農村產業結構、解決“三農三農”問題的重要問題的重要支撐支撐我國生物質資源主要分布在農村我國生物質資源主要分布在農村8 8億多農村居民約億多農村居民約5050生活用能依靠秸稈、薪柴直接燃燒生活用能依靠秸稈、薪柴直接燃燒農村秸稈

24、等廢棄物嚴重過剩隨地焚燒，又造成了環境污染農村秸稈等廢棄物嚴重過剩隨地焚燒，又造成了環境污染 發展林業生物質能源，有利于逐步實現農村用能優質化和清發展林業生物質能源，有利于逐步實現農村用能優質化和清潔化，也有利于農村全面建設小康社會潔化，也有利于農村全面建設小康社會目前我國每年有目前我國每年有3 3億多噸的農林資源剩余物沒有利用億多噸的農林資源剩余物沒有利用若利用其中若利用其中10%10%來發電，則可以產生總電量的來發電，則可以產生總電量的10%10%，給農民帶，給農民帶來來7070多億元收入，既減少環境污染，同時又提供數百萬人就多億元收入，既減少環境污染，同時又提供數百萬人就業機會業機會27

25、三、生物質資源利用的途徑三、生物質資源利用的途徑 生物質資源化學利用主要有三個方面生物質資源化學利用主要有三個方面: : 1. 1.生物質新材料生物質新材料 2.2.生物質化學品生物質化學品 3.3.生物質能源生物質能源28木質纖維素木質纖維素n林業和農業廢棄物林業和農業廢棄物n化學組成化學組成: 纖維素纖維素 半纖維素半纖維素 木素木素 提取物提取物29木材細胞壁：木材細胞壁：纖維素、半纖維素和木素纖維素、半纖維素和木素30光合作用光子光子CO2光反應光反應暗反應暗反應6-磷酸磷酸-果糖果糖提取物提取物木質素木質素半纖維素半纖維素纖維素纖維素H2O淀粉淀粉其它多糖其它多糖31o-o -o -

26、o -o -o -o -oEnzyme纖維素：生物合成與生物降解纖維素：生物合成與生物降解EnzymeGlucose-14- linkageo-o -o -o -o -o -o -o32降解產品降解產品纖維素、半纖維素纖維素、半纖維素： 低聚糖低聚糖單糖單糖糖醇糖醇乙醇乙醇乙烯乙烯膳食纖維膳食纖維食品飲品的添加劑和增稠劑食品飲品的添加劑和增稠劑藥品藥品木質素木質素：表面活性劑表面活性劑分散劑分散劑減水劑減水劑油田各種用劑油田各種用劑33u木質纖維原料的化學利用主要是利木質纖維原料的化學利用主要是利用木材的三大組分，即纖維素、半用木材的三大組分，即纖維素、半纖維素和木素。纖維素和木素。 u從學科

27、領域來看，主要為木材制漿、從學科領域來看，主要為木材制漿、木材水解和木材熱解。木材水解和木材熱解。34u近年來在木質纖維原料爆破法予處理、纖維近年來在木質纖維原料爆破法予處理、纖維素酶解、戊糖己糖同步發酵方面也都進行了素酶解、戊糖己糖同步發酵方面也都進行了不少工作。不少工作。u在戊糖利用方面，我國目前有在戊糖利用方面，我國目前有200余家糠醛余家糠醛廠，產能超過廠，產能超過30萬萬t。2004年產糠醛年產糠醛20余余萬萬t，占世界產量的三分之二以上，是世界，占世界產量的三分之二以上，是世界上最大的糠醛生產和出口國上最大的糠醛生產和出口國。 35u以糠醛為原料生產糠醇、呋喃樹脂、四氫以糠醛為原料

28、生產糠醇、呋喃樹脂、四氫糠醇、四氫呋喃和聚四氫呋喃等一系列產糠醇、四氫呋喃和聚四氫呋喃等一系列產品均已工業化，在國際上具有重要的地位。品均已工業化，在國際上具有重要的地位。在木糖和木糖醇生產方面也已有多家生產在木糖和木糖醇生產方面也已有多家生產廠，具有豐富的生產經驗。廠，具有豐富的生產經驗。36木材熱解木材熱解 u我國發展較快的為活性炭生產及其工藝設備我國發展較快的為活性炭生產及其工藝設備和產品開發，已成為世界上最大的活性炭生和產品開發，已成為世界上最大的活性炭生產國。此外，近年來隨著國家對生物質能源產國。此外，近年來隨著國家對生物質能源的重視，對各種裂解工藝和爐型、生物質氣的重視，對各種裂解

29、工藝和爐型、生物質氣化、成型燃料等也都有廣泛的研究和工業化化、成型燃料等也都有廣泛的研究和工業化生產生產。37木素利用木素利用 u包括木素熱解制活性炭，木素磺酸包括木素熱解制活性炭，木素磺酸鹽的生產和開發利用，木素直接燃鹽的生產和開發利用，木素直接燃燒技術等。燒技術等。38固沙固沙促進植被生長促進植被生長木素應用于荒漠木素應用于荒漠化治理化治理39u目前的主要產品為松香、松節油、植物單寧、目前的主要產品為松香、松節油、植物單寧、紫膠、桐油、芳香油、生物活性提取物及其紫膠、桐油、芳香油、生物活性提取物及其深加工產品等。在松脂化學加工方面，我國深加工產品等。在松脂化學加工方面，我國年產松香年產松香

30、60萬萬t，是世界上最大的松香生產國。，是世界上最大的松香生產國。從非木林產品，如松節油、松香、五倍子等從非木林產品，如松節油、松香、五倍子等提取天然化學品，再進一步合成各種化工產提取天然化學品，再進一步合成各種化工產品也有了很大的發展。品也有了很大的發展。401.1.生物質新材料生物質新材料生物質資源中，纖維素含量最豐富生物質資源中，纖維素含量最豐富纖維素纖維素經過化學改性，保持原有特征，又賦予纖維素某些特經過化學改性，保持原有特征，又賦予纖維素某些特殊的性能。如纖維素和甲殼素改性復合，制成農用薄膜，殊的性能。如纖維素和甲殼素改性復合，制成農用薄膜，2 2個個月后可自然降解月后可自然降解纖維

31、素可以制成超吸水材料、吸附材料、生物活性材料、膜纖維素可以制成超吸水材料、吸附材料、生物活性材料、膜材料、液晶材料等材料、液晶材料等由木質纖維原料可以加工成可降解木基塑料和木塑復合材料由木質纖維原料可以加工成可降解木基塑料和木塑復合材料411.1.生物質新材料生物質新材料木素木素是產量僅次于纖維素的一種天然高分子化合物。也是產量僅次于纖維素的一種天然高分子化合物。也是造紙工業的副產物是造紙工業的副產物, ,沒有充分利用，污染了環境沒有充分利用，污染了環境采用化學、生化等接枝方法改性木素可以制備土壤調節采用化學、生化等接枝方法改性木素可以制備土壤調節劑、助凝劑、增稠劑、石油鉆井液、分散劑等劑、助

32、凝劑、增稠劑、石油鉆井液、分散劑等現在注重于開發以木素為基礎的合成高分子材料，生產現在注重于開發以木素為基礎的合成高分子材料，生產合成樹脂、表面活性劑和膠粘劑等產品合成樹脂、表面活性劑和膠粘劑等產品 如：木素經溶解、紡紗制成纖維，再經熱穩定化處如：木素經溶解、紡紗制成纖維，再經熱穩定化處理，制得碳纖維理，制得碳纖維421.1.生物質新材料生物質新材料估計全世界每年生物合成的估計全世界每年生物合成的甲殼素甲殼素約約10001000億噸億噸甲殼素主要存在于蝦，蟹等節肢動物甲殼素主要存在于蝦，蟹等節肢動物 將甲殼素脫乙酰基化可以得到殼聚糖將甲殼素脫乙酰基化可以得到殼聚糖 甲殼素和殼聚糖可以制成液晶材

33、料、膜材料、吸附材料及催甲殼素和殼聚糖可以制成液晶材料、膜材料、吸附材料及催化劑化劑殼聚糖可以制成纖維材料，具有抗菌、防腐、止血和促進傷殼聚糖可以制成纖維材料，具有抗菌、防腐、止血和促進傷口愈合等特殊功能，在醫用方面應用很具吸引力口愈合等特殊功能，在醫用方面應用很具吸引力甲殼素和殼聚糖具有藥物作用：抗心律失常，防治動脈粥樣甲殼素和殼聚糖具有藥物作用：抗心律失常，防治動脈粥樣硬化，降膽固醇和甘油三酯，抗腫瘤和抗感染作用，可以制硬化，降膽固醇和甘油三酯，抗腫瘤和抗感染作用，可以制成醫藥中間體成醫藥中間體431.1.生物質新材料生物質新材料淀粉淀粉廣泛分布在植物的根、莖、種子內廣泛分布在植物的根、莖

34、、種子內在自然界多糖類化合物中數量僅次于纖維素和甲殼素在自然界多糖類化合物中數量僅次于纖維素和甲殼素它的結構式與纖維素相似它的結構式與纖維素相似淀粉具有三個羥基，利用羥基反應，生成一系列衍生物淀粉具有三個羥基，利用羥基反應，生成一系列衍生物可以用于食品、醫藥、造紙、紡織等行業，也可以作高可以用于食品、醫藥、造紙、紡織等行業，也可以作高吸水樹脂吸水樹脂日本豐田公司開發淀粉塑料制成的汽車配件日本豐田公司開發淀粉塑料制成的汽車配件富士通公司用玉米淀粉制成聚乳酸酯塑料富士通公司用玉米淀粉制成聚乳酸酯塑料 442.2.生物質化學品生物質化學品 1 1）生物質綠色平臺化合物）生物質綠色平臺化合物平臺化合物

35、是指那些來源豐富、價格低廉、用途眾多的一類平臺化合物是指那些來源豐富、價格低廉、用途眾多的一類基本有機化合物，可以進一步合成一系列高附加值產品。如基本有機化合物，可以進一步合成一系列高附加值產品。如乙烯、丙烯就是石油工業的平臺化合物乙烯、丙烯就是石油工業的平臺化合物生物質資源具有獲得新型綠色平臺化合物的優勢，可作為典生物質資源具有獲得新型綠色平臺化合物的優勢，可作為典型的綠色替代原材料用于合成各種化學品，如乳酸，乙醇、型的綠色替代原材料用于合成各種化學品，如乳酸，乙醇、糠醛和乙酰丙酸等糠醛和乙酰丙酸等Cargill-DowCargill-Dow公司正在建設一個公司正在建設一個1414萬噸萬噸/

36、 /年的由玉米芯發酵生年的由玉米芯發酵生產聚乳酸的工廠，開出發多種聚合物塑料產聚乳酸的工廠，開出發多種聚合物塑料45 2 2）生物質提取物和分泌物）生物質提取物和分泌物這是生物質資源綜合利用的重要領域這是生物質資源綜合利用的重要領域, ,具有廣闊的具有廣闊的市場空間和良好的產業化前景市場空間和良好的產業化前景如松脂、植物藥、生物農藥、精油、單寧、色素、如松脂、植物藥、生物農藥、精油、單寧、色素、飼料添加劑等飼料添加劑等提取物和分泌物提取物和分泌物利用利用今后發展方向著重于產品的深加工，開發高附加今后發展方向著重于產品的深加工，開發高附加值產品值產品2.2.生物質化學品生物質化學品46 3. 3

37、.生物質能源生物質能源 生物質能是未來最重要的可再生性能源生物質能是未來最重要的可再生性能源許多國家已把高效利用生物質能放在一個重要的地位許多國家已把高效利用生物質能放在一個重要的地位 生物質能在總能耗中由生物質能在總能耗中由2 23%3%激增到激增到20002000年的年的15%15%目前在生物質能源轉化主要集中在目前在生物質能源轉化主要集中在 氣化（發電、供熱）氣化（發電、供熱） 液化（生物油、乙醇、生物柴油）液化（生物油、乙醇、生物柴油） 固化和直接燃燒固化和直接燃燒 47 3. 3.生物質能源生物質能源u19881988年起，歐共體陸續投入年起，歐共體陸續投入1212億美元開發生物質能

38、源億美元開發生物質能源u美國計劃美國計劃20102010年生物質將提供年生物質將提供53005300萬噸乙醇和萬噸乙醇和12001200萬噸生萬噸生物柴油物柴油u美國生物質目前提供美國生物質目前提供4%4%的能源，計劃的能源，計劃20102010年年10%10%，到，到20202020年年17%17%u英國計劃英國計劃20102010年的可再生能源發電將占總發電量年的可再生能源發電將占總發電量1010u巴西巴西20022002年已有年已有11001100萬噸生物酒精燃料用于交通運輸萬噸生物酒精燃料用于交通運輸u歐盟國家歐盟國家20012001年生物柴油產量已超過年生物柴油產量已超過100100

39、萬噸萬噸u預計到預計到20502050年世界上年世界上38%38%的直接燃料將來自生物質資源的直接燃料將來自生物質資源48 技術和產品方向 能源作物培育能源作物培育 系統集成技術系統集成技術 沼氣技術沼氣技術 生物質成型固化技術生物質成型固化技術4950中國的燃料乙醇中國的燃料乙醇u汽油乙醇燃料（汽油乙醇燃料（Gasohol）：汽油）：汽油90%，乙醇，乙醇10%u國家計委國家計委2001年起在全國逐步推廣年起在全國逐步推廣u原料：陳糧為主原料：陳糧為主u木質纖維素：潛在的原料木質纖維素：潛在的原料51纖維素、半纖維素纖維素、半纖維素單糖單糖乙醇乙醇52四、生物質高分子材料四、生物質高分子材料

40、簡介簡介 53 高分子材料在給人們生活帶來便利的同時，其高分子材料在給人們生活帶來便利的同時，其使用后的大量廢棄物也在與日俱增，給人類賴以使用后的大量廢棄物也在與日俱增，給人類賴以生存的自然環境造成不可忽視的負面影響。幾乎生存的自然環境造成不可忽視的負面影響。幾乎所有高分子材料來源于石油原料，而石油是不可所有高分子材料來源于石油原料，而石油是不可再生資源再生資源 高分子材料使用后廢棄的量大約占總量的高分子材料使用后廢棄的量大約占總量的50-50-6060，這些廢棄物難以分解，如普通塑料通常需，這些廢棄物難以分解，如普通塑料通常需100-150100-150年才能完全分解，固體垃圾中塑料垃圾年才

41、能完全分解，固體垃圾中塑料垃圾按重量算約占按重量算約占7-107-10（一）發展生物質高分子材料的優勢（一）發展生物質高分子材料的優勢（1）54（一）發展生物質高分子材料的優勢（一）發展生物質高分子材料的優勢（2）1. 高分子材料的綠色化應體現在從材料的制造、高分子材料的綠色化應體現在從材料的制造、使用到廢棄物后處理的全過程使用到廢棄物后處理的全過程2. 以可再生的生物質為原料制造可生物降解高分以可再生的生物質為原料制造可生物降解高分子材料是高分子材料工業發展的重要方向子材料是高分子材料工業發展的重要方向55（二）（二） 生物質高分子材料的開發現狀（生物質高分子材料的開發現狀（1）n目前，許多

42、發達國家對塑料制品的使用和處理制定了目前，許多發達國家對塑料制品的使用和處理制定了嚴格的法規，使降解高分子材料得到迅速的發展嚴格的法規，使降解高分子材料得到迅速的發展美國：美國：1.1. 最大的降解聚合物研究組織是以最大的降解聚合物研究組織是以University of University of Massachusetts Lowell Massachusetts Lowell 為首的聚合物降解研究聯為首的聚合物降解研究聯合體，成員包括合體，成員包括3M, ICI, Novacor3M, ICI, Novacor等大公司；另外等大公司；另外美國還成立了生物美國還成立了生物/ /環境降解聚合物

43、研究會，旨在促環境降解聚合物研究會，旨在促進生物降解聚合物的研究開發和應用進生物降解聚合物的研究開發和應用56（二）（二） 生物質高分子材料的開發現狀（生物質高分子材料的開發現狀（2）2.2. 美國美國NovonNovon公司年產公司年產4500045000噸淀粉基熱塑性塑料，噸淀粉基熱塑性塑料，用于包裝托盤、餐具等，具有良好的生物降解性，用于包裝托盤、餐具等，具有良好的生物降解性，但存在不耐水、透明性差的缺點但存在不耐水、透明性差的缺點3.3. NovomentNovoment公司生產公司生產6060淀粉改性聚乙烯醇的可降淀粉改性聚乙烯醇的可降解材料，規模解材料，規模2300023000噸噸

44、/ /年，用于生產薄膜、片等年，用于生產薄膜、片等4.4. KagillKagill Dow Dow公司已有公司已有50005000噸規模的聚乳酸裝置，噸規模的聚乳酸裝置，用于生產包裝材料用于生產包裝材料57（二）（二） 生物質高分子材料的開發現狀（生物質高分子材料的開發現狀（3）日本：日本： 早在早在19901990年就制定了年就制定了8 8年計劃，對生物降解高分年計劃，對生物降解高分子材料進行有計劃的全面開發。子材料進行有計劃的全面開發。 19911991年開發成功纖維素和殼聚糖復合生物降解年開發成功纖維素和殼聚糖復合生物降解塑料；塑料；19921992年部分降解型塑料投放市場；年部分降解

45、型塑料投放市場；9090年代末年代末期日本期日本ZenecaZeneca公司規模化生產微生物產生型全生物公司規模化生產微生物產生型全生物降解聚酯，用于包裝瓶和一次性使用剃須刀；日本降解聚酯，用于包裝瓶和一次性使用剃須刀；日本玉米淀粉公司開發生產了年產玉米淀粉公司開發生產了年產2000020000噸的淀粉基全噸的淀粉基全降解塑料。降解塑料。58（二）（二） 生物質高分子材料的開發現狀（生物質高分子材料的開發現狀（4）中國：中國： 上世紀上世紀90年代以來，降解塑料研究發展迅猛，研年代以來，降解塑料研究發展迅猛，研究、開發、生產單位又究、開發、生產單位又60多家。已建成多家。已建成60多條生產多條

46、生產線，其中有線，其中有10余條為引進生產線。但產品除少數為光余條為引進生產線。但產品除少數為光降解塑料外，大部分為填充型淀粉塑料，且淀粉含量降解塑料外，大部分為填充型淀粉塑料，且淀粉含量僅為僅為1030，不能完全降解。全降解塑料雖然開，不能完全降解。全降解塑料雖然開發單位很多，但真正高性能產品不多，僅在一些低端發單位很多，但真正高性能產品不多，僅在一些低端產品實現產業化。產品實現產業化。59（三）生物質高分子材料的發展趨勢（三）生物質高分子材料的發展趨勢（1）n以淀粉為原料的高分子材料以淀粉為原料的高分子材料 摻混型（部分降解）摻混型（部分降解） 未改性淀粉：量少，透明性、機械性能差未改性淀

47、粉：量少，透明性、機械性能差 改性淀粉：增加相容性，提高加入量和透明性、機械性改性淀粉：增加相容性，提高加入量和透明性、機械性能。化學改性；接枝共聚能。化學改性；接枝共聚結構型（全降解）結構型（全降解） 化學改性為具有一定蔬水性的淀粉，再制成透明材料，化學改性為具有一定蔬水性的淀粉，再制成透明材料，美國美國NovonNovon公司和日本玉米公司生產的全降解淀粉塑料公司和日本玉米公司生產的全降解淀粉塑料即為該類樹脂即為該類樹脂60（三）生物質高分子材料的發展趨勢（三）生物質高分子材料的發展趨勢（2）n以纖維素為原料的高分子材料以纖維素為原料的高分子材料 1. 酯化及醚化產品：酯化及醚化產品：如醋

48、酸纖維素、硝酸纖維如醋酸纖維素、硝酸纖維素、乙基纖維素等，廣泛用于塑料、包裝、素、乙基纖維素等，廣泛用于塑料、包裝、照片、煙草等行業照片、煙草等行業2. 摻混型產品：摻混型產品：得到部分降解以及全降解塑料得到部分降解以及全降解塑料3. 接枝共聚產品接枝共聚產品：多種共聚方法；用途廣泛：多種共聚方法；用途廣泛61（三）生物質高分子材料的發展趨勢（三）生物質高分子材料的發展趨勢（3）n以木質素為原料的高分子材料以木質素為原料的高分子材料 62（三）生物質高分子材料的發展趨勢（三）生物質高分子材料的發展趨勢（4）n以松香為原料的高分子材料以松香為原料的高分子材料 63（三）生物質高分子材料的發展趨勢

49、（三）生物質高分子材料的發展趨勢（5）n木基塑料木基塑料64（三）生物質高分子材料的發展趨勢（三）生物質高分子材料的發展趨勢（6）n聚乳酸聚乳酸65（三）（三） 生物質高分子材料的發展趨勢（生物質高分子材料的發展趨勢（7）n 生物合成塑料生物合成塑料生物高分子生物高分子1. 微生物合成塑料：聚羥基脂肪酸酯微生物合成塑料：聚羥基脂肪酸酯 （PHA）、）、聚聚3羥基丁酸（羥基丁酸（PHB）2. 轉基因植物合成塑料：轉基因擬南芥、油菜、轉基因植物合成塑料：轉基因擬南芥、油菜、淀粉類作物生產（淀粉類作物生產（PHB）3. 微生物聚氨酯：聚（微生物聚氨酯：聚（谷氨酸）（谷氨酸）（PGA）、）、聚（聚（

50、賴氨酸）（賴氨酸）（PL）4. 問題：提高產量、降低成本問題：提高產量、降低成本66五、美國生物質計劃五、美國生物質計劃n2000年美國國會通過了年美國國會通過了“生物質研究和開生物質研究和開發法案發法案”。 n由美國農業部（由美國農業部（USDA）和能源部（）和能源部（DOE）牽頭組織全國的研發工作，并成立了牽頭組織全國的研發工作，并成立了“生生物質技術咨詢委員會物質技術咨詢委員會”。 n提出了提出了2020年規劃和技術路線圖年規劃和技術路線圖 67生物質在美國經濟中的作用生物質在美國經濟中的作用（2020年目標年目標 ）68美國生物質計劃核心研究領域美國生物質計劃核心研究領域 n其目標是開

51、發可大規模提供低成本、高質量其目標是開發可大規模提供低成本、高質量的木質纖維生物質的技術，供生物提煉廠生的木質纖維生物質的技術，供生物提煉廠生產熱和電能、化學品和其它材料。產熱和電能、化學品和其它材料。69（二）（二）糖平臺的研究和開發n主要包括用化學和生物技術將生物質主要包括用化學和生物技術將生物質分解成單糖組分，其目標是獲得廉價分解成單糖組分，其目標是獲得廉價的糖，以開發燃油、化學品和其它材的糖，以開發燃油、化學品和其它材料。制糖后的木質素殘渣可用于發電料。制糖后的木質素殘渣可用于發電或制備其它產品。或制備其它產品。 70（二）（二）糖平臺的研究和開發n目前主要研究的方向是先將粉碎生物目前主要研究的方向是先將粉碎生物質原料用稀酸進行熱化學處理，水解質原料用稀酸進行熱化學處理，水解半纖維素至戊糖，然后將纖維素進行半纖維素至戊糖，然后將纖維素進行酶水解制取己糖。所得到的糖除發酵酶水解制取己糖。所得到的糖除發酵制乙醇外，還可制取高附加值的化學制乙醇外，還可制取高附加值的化學產品。產品。71（二）（二）糖平臺的研究和開發n美國西北太平洋國家實驗室（美國西北太平洋國家實驗室（PNNL）和）和國家再生能源實驗室國家再生能源實驗室(NREL)已對可由戊已對可由戊糖和己糖生產