生物质资源及其开发利用

1、12生物质资源及其开发利用生物质资源及其开发利用 3一、生物质资源的概念一、生物质资源的概念与资源潜力与资源潜力4生物质和生物质产业生物质和生物质产业 生物质是指由植物、动物或微生物生命体所合成得到的物生物质是指由植物、动物或微生物生命体所合成得到的物质的总称，质的总称，它直接或间接地来源于植物的光合作用而产生的各它直接或间接地来源于植物的光合作用而产生的各种有机体。种有机体。u生物质资源属于可再生生物质资源属于可再生而不会枯竭的资源。而不会枯竭的资源。u主要主要包括包括: * *农作物、树木和木材废弃物及剩余物；农作物、树木和木材废弃物及剩余物； * *植物（含水生植物）、草及其残留物；植物

2、（含水生植物）、草及其残留物； * *纤维和动物废弃物；纤维和动物废弃物； * *可分类的可分类的城市垃圾和其它废弃材料。城市垃圾和其它废弃材料。u生物质产业是指利用上述可再生的生物质原料，通过工业性加生物质产业是指利用上述可再生的生物质原料，通过工业性加工转化，进行生物基产品工转化，进行生物基产品(biobased products)和生物质能源和生物质能源(bioenergy)生产的一种新兴产业。生产的一种新兴产业。u在生物质能源方面又可分为生物质发电（在生物质能源方面又可分为生物质发电（biopower）和生物）和生物质燃油（质燃油（biofuel）。）。5 l各种速生的能源林、薪炭林、

3、经济林、用材林、各种速生的能源林、薪炭林、经济林、用材林、灌木林，木材及森林工业废弃物；灌木林，木材及森林工业废弃物；l农业废弃物农业废弃物, ,如农作物秸秆、稻壳、玉米芯、蔗如农作物秸秆、稻壳、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城市和工业有机废弃物；城市和工业有机废弃物；l动物粪便。煤、石油和天然气等化石能源也是由动物粪便。煤、石油和天然气等化石能源也是由生物质能转变而来的。生物质能转变而来的。 生物质包括以下几个方面：生物质包括以下几个方面：6生物经济、生物产业生物经济、生物产业农业农业林业林业动物动物微生物微生物生物质生物质能源能源食品食品饲料饲料药品药

4、品日用工业品日用工业品环境环境7中国生物质资源的特点中国生物质资源的特点 中国生物质资源的构成及其能源潜力中国生物质资源的构成及其能源潜力l每年的生物质能源总量达每年的生物质能源总量达4.87亿吨油当量，其中有约亿吨油当量，其中有约3.7亿吨可用亿吨可用于发电和供热，占总量的于发电和供热，占总量的76%，其余的，其余的1.17亿吨在农村地区则用作亿吨在农村地区则用作饲料、粪肥等其他用途。饲料、粪肥等其他用途。 农业废弃物农业废弃物 （稻谷、麦子和玉米三大粮食作物的生物质比例占（稻谷、麦子和玉米三大粮食作物的生物质比例占70%）62.232.979.910.812.520.15.626.5稻谷麦

5、子玉米豆类块茎作物油料作物棉花甘蔗农业废弃物产量及能源潜力（百万吨油当量）农业废弃物产量及能源潜力（百万吨油当量）8林业生物质资源潜力林业生物质资源潜力 u林区主要分布在东北、西南、西北和南部丘陵地区。林区主要分布在东北、西南、西北和南部丘陵地区。u据据2004年完成的第六次国家森林资源调查（年完成的第六次国家森林资源调查（19992003），林），林木生物质总资源量近木生物质总资源量近200亿吨亿吨 。u可获得的林木质资源种类为：薪炭林、林业三剩物（采伐剩余可获得的林木质资源种类为：薪炭林、林业三剩物（采伐剩余物、造材剩余物和加工剩余物）、森林抚育间伐、灌木林平茬物、造材剩余物和加工剩余物）

6、、森林抚育间伐、灌木林平茬复壮、苗木截杆、经济林和城市绿化修枝，总量约复壮、苗木截杆、经济林和城市绿化修枝，总量约 8-10 亿吨亿吨 。u木材的消耗主要为三部分：木材的消耗主要为三部分：44.2%用于制造木制品，用于制造木制品，32.1%由由木材厂和农场自身消耗，其余用于生活燃料。木材厂和农场自身消耗，其余用于生活燃料。u薪柴及木材废弃物估计约薪柴及木材废弃物估计约2亿多吨，合亿多吨，合1亿吨油当量。然而，由亿吨油当量。然而，由于过度采伐，实际消费量要大得多。于过度采伐，实际消费量要大得多。9中国森林资源类型以及生物量测算表林木生物质能类型林木生物质能类型蓄积蓄积/面积面积(亿亿m3 / 万

7、万hm2)总生物量总生物量（亿吨）（亿吨）可获得生物量（亿吨可获得生物量（亿吨/年）年） 1 森林森林124.6/14,200 15316667（用材、防护、特有和能源林）（用材、防护、特有和能源林）成熟、过熟林成熟、过熟林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（抚育修枝）（抚育修枝）中龄林中龄林34.3/ 4430404211.2（抚育间伐）（抚育间伐）幼龄幼龄12.9/ 476015180.20.3（抚育）（抚育）2 各种林地各种林地/33009120.40.8经济林经济林/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（抚育修枝等）（抚育修枝等）3 灌木林灌木林4529.68340.81（隔年轮平茬）（隔年轮平茬）4 其其 他他Others15180.81.2 林下灌丛林下灌丛890.40.5苗圃苗木苗圃苗木340.20.3（截杆）（截杆）城市绿化、绿篱城市绿化、绿篱450.20.3（抚育修剪等）（抚育修剪等）总总 计计136.2 / 2,2030180200810 10l禽畜排泄物禽畜排泄物2000年，中国禽畜的组成为：年，中国禽畜的组成为：1.515亿头大型动物如马、牛、驴、亿头

9、大型动物如马、牛、驴、骡和骆驼等，骡和骆驼等，4.47亿头猪，亿头猪，2.9亿头羊，亿头羊，52.8亿头家禽。由此产生的亿头家禽。由此产生的排泄物总量干重达排泄物总量干重达3.2亿吨，合亿吨，合1.1亿吨油当量。亿吨油当量。 0.00.51.01.52.02.53.03.519801982198419861988199019921994199719992000禽畜排泄物（干重，亿吨）亿吨油当量禽畜排泄物生物质能量增长趋势禽畜排泄物生物质能量增长趋势11l城市生活垃圾城市生活垃圾 l 年产出量约年产出量约1.5亿吨，约合亿吨，约合1500万吨油当量，并以每年万吨油当量，并以每年10%左右左右的增

10、长率递增的增长率递增l 垃圾成分和产量受很多因素的影响：城市人口、居民收入、燃垃圾成分和产量受很多因素的影响：城市人口、居民收入、燃料结构、饮食习惯、城市建设以及季节变化等料结构、饮食习惯、城市建设以及季节变化等 l有机成分的含量：发达城市的垃圾有机成分高，南方城市的垃圾有机成分的含量：发达城市的垃圾有机成分高，南方城市的垃圾有机成分普遍高于北方城市有机成分普遍高于北方城市 l 城市生活垃圾热值：北京、广州、上海、深圳等发达城市为城市生活垃圾热值：北京、广州、上海、深圳等发达城市为4500 kJ/kg以上，其他多数地区为以上，其他多数地区为3400kJ/kg左右左右 12l工业废弃物工业废弃物

11、 粮食加工厂、造纸厂、木材厂、酿酒厂、糖厂和食品厂等的工业粮食加工厂、造纸厂、木材厂、酿酒厂、糖厂和食品厂等的工业生产过程中产生的固体废弃物。每年估计达生产过程中产生的固体废弃物。每年估计达4800万吨油当量。万吨油当量。 l 农作物谷壳农作物谷壳l 大米和小麦加工中大约可产生大米和小麦加工中大约可产生8100万吨谷壳。其中有万吨谷壳。其中有30%左右的谷左右的谷壳被用作生活燃料、乙醇发酵和动物饲料，可作为能源利用的约壳被用作生活燃料、乙醇发酵和动物饲料，可作为能源利用的约5500万吨，相当于万吨，相当于1800万吨油当量。万吨油当量。l 造纸废弃物造纸废弃物l 造纸厂约造纸厂约10000家，

12、多数规模较小。产生的生物质估计为家，多数规模较小。产生的生物质估计为320万吨，万吨，合合110万吨油当量（其中有万吨油当量（其中有103万吨生物质由木材纸浆产生，合万吨生物质由木材纸浆产生，合30万万吨油当量）。吨油当量）。l 木材废弃物木材废弃物l 1999年木材厂废弃物产量为年木材厂废弃物产量为0.37亿立方米，合亿立方米，合600万吨油当量。据万吨油当量。据估算，中国木材年需求量超过估算，中国木材年需求量超过3亿立方米，国内供应量只能满足需求亿立方米，国内供应量只能满足需求的的50%，其余则需从国外进口，木材需求量不断增加。，其余则需从国外进口，木材需求量不断增加。 13狭义生物质资源

13、概念狭义生物质资源概念1451.313.822.69.92.4农业废弃物薪柴林业废弃物禽畜排泄物工业废弃物城市生活垃圾中国的生物质能结构（中国的生物质能结构（%）中国能源消耗结构中国能源消耗结构15二、利用生物质资源二、利用生物质资源是可持续经济发展的趋势是可持续经济发展的趋势16二二、利用生物质资源是可持续经济发展的趋势利用生物质资源是可持续经济发展的趋势1利用生物质资源是当前经济发展的趋利用生物质资源是当前经济发展的趋势势我国是化石资源短缺的国家，尤其是石油资源我国是化石资源短缺的国家，尤其是石油资源20042004年石油进口达到年石油进口达到1.21.2亿吨亿吨,2020,2020年将突

14、破年将突破2 2亿吨亿吨将成为长期制约我国经济发展和国防安全的障碍将成为长期制约我国经济发展和国防安全的障碍化石资源不可再生，化石产品会造成严重的环境污染化石资源不可再生，化石产品会造成严重的环境污染鉴于资源与环境压力鉴于资源与环境压力, ,迫使人们寻找新型可再生资源迫使人们寻找新型可再生资源目前生物质资源被认为是替代化石资源的最佳选择目前生物质资源被认为是替代化石资源的最佳选择172020世纪是石油化学经济发展的时代。世纪是石油化学经济发展的时代。我国是一个石油资源不足的国家，石油储量仅为世我国是一个石油资源不足的国家，石油储量仅为世界的界的2%2%，而消费量却为世界第二，石油进口由，而消费

15、量却为世界第二，石油进口由19941994年的年的300300万万t t增加到增加到20042004年的年的1.21.2亿亿t t，进口依存度达，进口依存度达40%40%。发展生物质产业对我国经济发展具有重要的现实意发展生物质产业对我国经济发展具有重要的现实意义和战略意义。义和战略意义。1 1利用生物质资源是当前经济发展的趋势利用生物质资源是当前经济发展的趋势18美国计划美国计划20202020年生物基产品和生物能源较年生物基产品和生物能源较20002000年增加年增加2020倍倍 可以减少碳排放量可以减少碳排放量1 1亿吨和增加农民收入亿吨和增加农民收入200200亿亿美元美元壳牌石油公司估

16、计壳牌石油公司估计2121世纪前世纪前5050年生物质将提供世界化学品年生物质将提供世界化学品和燃料的和燃料的30% 30% 市场份额达到市场份额达到15001500亿美元亿美元巴斯福公司巴斯福公司20032003年宣布将生物质资源作为化学品生产的主年宣布将生物质资源作为化学品生产的主要原料要原料杜邦公司将杜邦公司将20102010年销售额的年销售额的25%25%定位于生物质产品定位于生物质产品生物质资源将有可能替代化石资源成为所有化学品的来源生物质资源将有可能替代化石资源成为所有化学品的来源1 1利用生物质资源是当前经济发展的趋势利用生物质资源是当前经济发展的趋势192 2生物质资源的特点生

17、物质资源的特点（1 1） 资源丰富资源丰富（2 2） 品种多样品种多样 （3 3） 用途广泛用途广泛二、利用生物质资源是可持续经济发展的趋势二、利用生物质资源是可持续经济发展的趋势20 （1 1） 资源丰富资源丰富我国生物质来源广泛，储量大我国生物质来源广泛，储量大有高等植物有高等植物3 3万多种，居世界第三位万多种，居世界第三位木本植物最丰富的国家之一，特有森林植物木本植物最丰富的国家之一，特有森林植物10001000多种多种每年还有每年还有7 7亿吨作物秸秆亿吨作物秸秆 2 2亿多吨林地废弃物和木材加工剩余物未被利用亿多吨林地废弃物和木材加工剩余物未被利用数百万吨的树木果实和天然树脂数百万

18、吨的树木果实和天然树脂数百万吨的废弃生物油脂数百万吨的废弃生物油脂就总资源量，我国可开发生物质资源总量为就总资源量，我国可开发生物质资源总量为8 8亿吨标煤亿吨标煤这些资源为我们提供了可靠的原料保证这些资源为我们提供了可靠的原料保证2 2生物质资源的特点生物质资源的特点21 （2 2） 品种多样品种多样现在已知世界上的生物多达现在已知世界上的生物多达2525万多种万多种生物的多样性，决定了生物质的多样性生物的多样性，决定了生物质的多样性任何一种生物都有可能为人类提供一种或多种生物质任何一种生物都有可能为人类提供一种或多种生物质 水稻可以提供淀粉、木质素和纤维素水稻可以提供淀粉、木质素和纤维素

19、树木可以提供纤维素、木质素、单糖及多糖、松脂、单树木可以提供纤维素、木质素、单糖及多糖、松脂、单宁、生漆、植物油脂等宁、生漆、植物油脂等 2 2生物质资源的特点生物质资源的特点22 （3 3） 用途广泛用途广泛n利用生物质可以生产清洁燃料，如生物酒精、生物柴油等利用生物质可以生产清洁燃料，如生物酒精、生物柴油等 n可以用于开发出适应未来市场且环境友好的生物基产品可以用于开发出适应未来市场且环境友好的生物基产品 如生物质高分子材料如生物质高分子材料, ,生物质精细化学品等生物质精细化学品等n生物质在生产及使用过程中与环境友好生物质在生产及使用过程中与环境友好 2 2生物质资源的特点生物质资源的特

20、点23 （1 1）缓解能源危机，是国民经济可持续发展重要保证）缓解能源危机，是国民经济可持续发展重要保证 （2 2）促进林业产业的跨越式发展）促进林业产业的跨越式发展 （3 3）是调整农村产业结构、解决）是调整农村产业结构、解决“三农三农”问题的重要支问题的重要支撑撑 3 3对我国国民经济建设具有重要的作用对我国国民经济建设具有重要的作用二、利用生物质资源是可持续经济发展的趋势二、利用生物质资源是可持续经济发展的趋势243 3对我国国民经济建设具有重要的作用对我国国民经济建设具有重要的作用（1）缓解能源危机，是国民经济可持续发展的重要保证石油储量只是世界储量的石油储量只是世界储量的2%2%，消

21、费量高居世界第二位，消费量高居世界第二位据预测，据预测，20202020年石油进口依赖度将超过年石油进口依赖度将超过55%55%电力供应方面也存在较大缺口电力供应方面也存在较大缺口,1999,1999年人均用电不到年人均用电不到1,0001,000度度/ /人人 年年能源供应安全问题已成为制约我国经济发展的障碍能源供应安全问题已成为制约我国经济发展的障碍生物质资源经过物理和化学转换技术可以高效地转化成常规生物质资源经过物理和化学转换技术可以高效地转化成常规的固态、液态和气态燃料的固态、液态和气态燃料, ,以及化工原料或产品，替代化石以及化工原料或产品，替代化石燃料，缓解资源短缺燃料，缓解资源短

22、缺生物质能属于环境友好的清洁能源，可以避免环境污染生物质能属于环境友好的清洁能源，可以避免环境污染 253 3对我国国民经济建设具有重要的作用对我国国民经济建设具有重要的作用 （2）促进林业产业的跨越式发展以生物质资源为依托的林业生物产业在推进国家经济发展和以生物质资源为依托的林业生物产业在推进国家经济发展和社会进步，实现森林可持续经营具有广阔发展前景社会进步，实现森林可持续经营具有广阔发展前景充分显示了林业生物产业巨大的发展潜力，顺应了国际贸易充分显示了林业生物产业巨大的发展潜力，顺应了国际贸易和经济技术发展的潮流，有利于增强我国综合国力和国际市和经济技术发展的潮流，有利于增强我国综合国力和

23、国际市场竞争力场竞争力通过生物质产业的发展，可将现有林业总产值通过生物质产业的发展，可将现有林业总产值20032003年林业年林业总产值总产值5860.335860.33亿元提高两倍以上，从而促进林业产业跨亿元提高两倍以上，从而促进林业产业跨越式发展越式发展26 3 3对我国国民经济建设具有重要的作用对我国国民经济建设具有重要的作用(3(3）是调整农村产业结构、解决）是调整农村产业结构、解决“三农三农”问题的重要问题的重要支撑支撑我国生物质资源主要分布在农村我国生物质资源主要分布在农村8 8亿多农村居民约亿多农村居民约5050生活用能依靠秸秆、薪柴直接燃烧生活用能依靠秸秆、薪柴直接燃烧农村秸秆

24、等废弃物严重过剩随地焚烧，又造成了环境污染农村秸秆等废弃物严重过剩随地焚烧，又造成了环境污染 发展林业生物质能源，有利于逐步实现农村用能优质化和清发展林业生物质能源，有利于逐步实现农村用能优质化和清洁化，也有利于农村全面建设小康社会洁化，也有利于农村全面建设小康社会目前我国每年有目前我国每年有3 3亿多吨的农林资源剩余物没有利用亿多吨的农林资源剩余物没有利用若利用其中若利用其中10%10%来发电，则可以产生总电量的来发电，则可以产生总电量的10%10%，给农民带，给农民带来来7070多亿元收入，既减少环境污染，同时又提供数百万人就多亿元收入，既减少环境污染，同时又提供数百万人就业机会业机会27

25、三、生物质资源利用的途径三、生物质资源利用的途径 生物质资源化学利用主要有三个方面生物质资源化学利用主要有三个方面: : 1. 1.生物质新材料生物质新材料 2.2.生物质化学品生物质化学品 3.3.生物质能源生物质能源28木质纤维素木质纤维素n林业和农业废弃物林业和农业废弃物n化学组成化学组成: 纤维素纤维素 半纤维素半纤维素 木素木素 提取物提取物29木材细胞壁：木材细胞壁：纤维素、半纤维素和木素纤维素、半纤维素和木素30光合作用光子光子CO2光反应光反应暗反应暗反应6-磷酸磷酸-果糖果糖提取物提取物木质素木质素半纤维素半纤维素纤维素纤维素H2O淀粉淀粉其它多糖其它多糖31o-o -o -

26、o -o -o -o -oEnzyme纤维素：生物合成与生物降解纤维素：生物合成与生物降解EnzymeGlucose-14- linkageo-o -o -o -o -o -o -o32降解产品降解产品纤维素、半纤维素纤维素、半纤维素： 低聚糖低聚糖单糖单糖糖醇糖醇乙醇乙醇乙烯乙烯膳食纤维膳食纤维食品饮品的添加剂和增稠剂食品饮品的添加剂和增稠剂药品药品木质素木质素：表面活性剂表面活性剂分散剂分散剂减水剂减水剂油田各种用剂油田各种用剂33u木质纤维原料的化学利用主要是利木质纤维原料的化学利用主要是利用木材的三大组分，即纤维素、半用木材的三大组分，即纤维素、半纤维素和木素。纤维素和木素。 u从学科

27、领域来看，主要为木材制浆、从学科领域来看，主要为木材制浆、木材水解和木材热解。木材水解和木材热解。34u近年来在木质纤维原料爆破法予处理、纤维近年来在木质纤维原料爆破法予处理、纤维素酶解、戊糖己糖同步发酵方面也都进行了素酶解、戊糖己糖同步发酵方面也都进行了不少工作。不少工作。u在戊糖利用方面，我国目前有在戊糖利用方面，我国目前有200余家糠醛余家糠醛厂，产能超过厂，产能超过30万万t。2004年产糠醛年产糠醛20余余万万t，占世界产量的三分之二以上，是世界，占世界产量的三分之二以上，是世界上最大的糠醛生产和出口国上最大的糠醛生产和出口国。 35u以糠醛为原料生产糠醇、呋喃树脂、四氢以糠醛为原料

28、生产糠醇、呋喃树脂、四氢糠醇、四氢呋喃和聚四氢呋喃等一系列产糠醇、四氢呋喃和聚四氢呋喃等一系列产品均已工业化，在国际上具有重要的地位。品均已工业化，在国际上具有重要的地位。在木糖和木糖醇生产方面也已有多家生产在木糖和木糖醇生产方面也已有多家生产厂，具有丰富的生产经验。厂，具有丰富的生产经验。36木材热解木材热解 u我国发展较快的为活性炭生产及其工艺设备我国发展较快的为活性炭生产及其工艺设备和产品开发，已成为世界上最大的活性炭生和产品开发，已成为世界上最大的活性炭生产国。此外，近年来随着国家对生物质能源产国。此外，近年来随着国家对生物质能源的重视，对各种裂解工艺和炉型、生物质气的重视，对各种裂解

29、工艺和炉型、生物质气化、成型燃料等也都有广泛的研究和工业化化、成型燃料等也都有广泛的研究和工业化生产生产。37木素利用木素利用 u包括木素热解制活性炭，木素磺酸包括木素热解制活性炭，木素磺酸盐的生产和开发利用，木素直接燃盐的生产和开发利用，木素直接燃烧技术等。烧技术等。38固沙固沙促进植被生长促进植被生长木素应用于荒漠木素应用于荒漠化治理化治理39u目前的主要产品为松香、松节油、植物单宁、目前的主要产品为松香、松节油、植物单宁、紫胶、桐油、芳香油、生物活性提取物及其紫胶、桐油、芳香油、生物活性提取物及其深加工产品等。在松脂化学加工方面，我国深加工产品等。在松脂化学加工方面，我国年产松香年产松香

30、60万万t，是世界上最大的松香生产国。，是世界上最大的松香生产国。从非木林产品，如松节油、松香、五倍子等从非木林产品，如松节油、松香、五倍子等提取天然化学品，再进一步合成各种化工产提取天然化学品，再进一步合成各种化工产品也有了很大的发展。品也有了很大的发展。401.1.生物质新材料生物质新材料生物质资源中，纤维素含量最丰富生物质资源中，纤维素含量最丰富纤维素纤维素经过化学改性，保持原有特征，又赋予纤维素某些特经过化学改性，保持原有特征，又赋予纤维素某些特殊的性能。如纤维素和甲壳素改性复合，制成农用薄膜，殊的性能。如纤维素和甲壳素改性复合，制成农用薄膜，2 2个个月后可自然降解月后可自然降解纤维

31、素可以制成超吸水材料、吸附材料、生物活性材料、膜纤维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、液晶材料等由木质纤维原料可以加工成可降解木基塑料和木塑复合材料由木质纤维原料可以加工成可降解木基塑料和木塑复合材料411.1.生物质新材料生物质新材料木素木素是产量仅次于纤维素的一种天然高分子化合物。也是产量仅次于纤维素的一种天然高分子化合物。也是造纸工业的副产物是造纸工业的副产物, ,没有充分利用，污染了环境没有充分利用，污染了环境采用化学、生化等接枝方法改性木素可以制备土壤调节采用化学、生化等接枝方法改性木素可以制备土壤调节剂、助凝剂、增稠剂、石油钻井液、分散剂等剂、助

32、凝剂、增稠剂、石油钻井液、分散剂等现在注重于开发以木素为基础的合成高分子材料，生产现在注重于开发以木素为基础的合成高分子材料，生产合成树脂、表面活性剂和胶粘剂等产品合成树脂、表面活性剂和胶粘剂等产品 如：木素经溶解、纺纱制成纤维，再经热稳定化处如：木素经溶解、纺纱制成纤维，再经热稳定化处理，制得碳纤维理，制得碳纤维421.1.生物质新材料生物质新材料估计全世界每年生物合成的估计全世界每年生物合成的甲壳素甲壳素约约10001000亿吨亿吨甲壳素主要存在于虾，蟹等节肢动物甲壳素主要存在于虾，蟹等节肢动物 将甲壳素脱乙酰基化可以得到壳聚糖将甲壳素脱乙酰基化可以得到壳聚糖 甲壳素和壳聚糖可以制成液晶材

33、料、膜材料、吸附材料及催甲壳素和壳聚糖可以制成液晶材料、膜材料、吸附材料及催化剂化剂壳聚糖可以制成纤维材料，具有抗菌、防腐、止血和促进伤壳聚糖可以制成纤维材料，具有抗菌、防腐、止血和促进伤口愈合等特殊功能，在医用方面应用很具吸引力口愈合等特殊功能，在医用方面应用很具吸引力甲壳素和壳聚糖具有药物作用：抗心律失常，防治动脉粥样甲壳素和壳聚糖具有药物作用：抗心律失常，防治动脉粥样硬化，降胆固醇和甘油三酯，抗肿瘤和抗感染作用，可以制硬化，降胆固醇和甘油三酯，抗肿瘤和抗感染作用，可以制成医药中间体成医药中间体431.1.生物质新材料生物质新材料淀粉淀粉广泛分布在植物的根、茎、种子内广泛分布在植物的根、茎

34、、种子内在自然界多糖类化合物中数量仅次于纤维素和甲壳素在自然界多糖类化合物中数量仅次于纤维素和甲壳素它的结构式与纤维素相似它的结构式与纤维素相似淀粉具有三个羟基，利用羟基反应，生成一系列衍生物淀粉具有三个羟基，利用羟基反应，生成一系列衍生物可以用于食品、医药、造纸、纺织等行业，也可以作高可以用于食品、医药、造纸、纺织等行业，也可以作高吸水树脂吸水树脂日本丰田公司开发淀粉塑料制成的汽车配件日本丰田公司开发淀粉塑料制成的汽车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.生物质化学品生物质化学品 1 1）生物质绿色平台化合物）生物质绿色平台化合物平台化合物

35、是指那些来源丰富、价格低廉、用途众多的一类平台化合物是指那些来源丰富、价格低廉、用途众多的一类基本有机化合物，可以进一步合成一系列高附加值产品。如基本有机化合物，可以进一步合成一系列高附加值产品。如乙烯、丙烯就是石油工业的平台化合物乙烯、丙烯就是石油工业的平台化合物生物质资源具有获得新型绿色平台化合物的优势，可作为典生物质资源具有获得新型绿色平台化合物的优势，可作为典型的绿色替代原材料用于合成各种化学品，如乳酸，乙醇、型的绿色替代原材料用于合成各种化学品，如乳酸，乙醇、糠醛和乙酰丙酸等糠醛和乙酰丙酸等Cargill-DowCargill-Dow公司正在建设一个公司正在建设一个1414万吨万吨/

36、 /年的由玉米芯发酵生年的由玉米芯发酵生产聚乳酸的工厂，开出发多种聚合物塑料产聚乳酸的工厂，开出发多种聚合物塑料45 2 2）生物质提取物和分泌物）生物质提取物和分泌物这是生物质资源综合利用的重要领域这是生物质资源综合利用的重要领域, ,具有广阔的具有广阔的市场空间和良好的产业化前景市场空间和良好的产业化前景如松脂、植物药、生物农药、精油、单宁、色素、如松脂、植物药、生物农药、精油、单宁、色素、饲料添加剂等饲料添加剂等提取物和分泌物提取物和分泌物利用利用今后发展方向着重于产品的深加工，开发高附加今后发展方向着重于产品的深加工，开发高附加值产品值产品2.2.生物质化学品生物质化学品46 3. 3

37、.生物质能源生物质能源 生物质能是未来最重要的可再生性能源生物质能是未来最重要的可再生性能源许多国家已把高效利用生物质能放在一个重要的地位许多国家已把高效利用生物质能放在一个重要的地位 生物质能在总能耗中由生物质能在总能耗中由2 23%3%激增到激增到20002000年的年的15%15%目前在生物质能源转化主要集中在目前在生物质能源转化主要集中在 气化（发电、供热）气化（发电、供热） 液化（生物油、乙醇、生物柴油）液化（生物油、乙醇、生物柴油） 固化和直接燃烧固化和直接燃烧 47 3. 3.生物质能源生物质能源u19881988年起，欧共体陆续投入年起，欧共体陆续投入1212亿美元开发生物质能

38、源亿美元开发生物质能源u美国计划美国计划20102010年生物质将提供年生物质将提供53005300万吨乙醇和万吨乙醇和12001200万吨生万吨生物柴油物柴油u美国生物质目前提供美国生物质目前提供4%4%的能源，计划的能源，计划20102010年年10%10%，到，到20202020年年17%17%u英国计划英国计划20102010年的可再生能源发电将占总发电量年的可再生能源发电将占总发电量1010u巴西巴西20022002年已有年已有11001100万吨生物酒精燃料用于交通运输万吨生物酒精燃料用于交通运输u欧盟国家欧盟国家20012001年生物柴油产量已超过年生物柴油产量已超过100100

39、万吨万吨u预计到预计到20502050年世界上年世界上38%38%的直接燃料将来自生物质资源的直接燃料将来自生物质资源48 技术和产品方向 能源作物培育能源作物培育 系统集成技术系统集成技术 沼气技术沼气技术 生物质成型固化技术生物质成型固化技术4950中国的燃料乙醇中国的燃料乙醇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国家计委国家计委2001年起在全国逐步推广年起在全国逐步推广u原料：陈粮为主原料：陈粮为主u木质纤维素：潜在的原料木质纤维素：潜在的原料51纤维素、半纤维素纤维素、半纤维素单糖单糖乙醇乙醇52四、生物质高分子材料四、生物质高分子材料

40、简介简介 53 高分子材料在给人们生活带来便利的同时，其高分子材料在给人们生活带来便利的同时，其使用后的大量废弃物也在与日俱增，给人类赖以使用后的大量废弃物也在与日俱增，给人类赖以生存的自然环境造成不可忽视的负面影响。几乎生存的自然环境造成不可忽视的负面影响。几乎所有高分子材料来源于石油原料，而石油是不可所有高分子材料来源于石油原料，而石油是不可再生资源再生资源 高分子材料使用后废弃的量大约占总量的高分子材料使用后废弃的量大约占总量的50-50-6060，这些废弃物难以分解，如普通塑料通常需，这些废弃物难以分解，如普通塑料通常需100-150100-150年才能完全分解，固体垃圾中塑料垃圾年才

41、能完全分解，固体垃圾中塑料垃圾按重量算约占按重量算约占7-107-10（一）发展生物质高分子材料的优势（一）发展生物质高分子材料的优势（1）54（一）发展生物质高分子材料的优势（一）发展生物质高分子材料的优势（2）1. 高分子材料的绿色化应体现在从材料的制造、高分子材料的绿色化应体现在从材料的制造、使用到废弃物后处理的全过程使用到废弃物后处理的全过程2. 以可再生的生物质为原料制造可生物降解高分以可再生的生物质为原料制造可生物降解高分子材料是高分子材料工业发展的重要方向子材料是高分子材料工业发展的重要方向55（二）（二） 生物质高分子材料的开发现状（生物质高分子材料的开发现状（1）n目前，许多

42、发达国家对塑料制品的使用和处理制定了目前，许多发达国家对塑料制品的使用和处理制定了严格的法规，使降解高分子材料得到迅速的发展严格的法规，使降解高分子材料得到迅速的发展美国：美国：1.1. 最大的降解聚合物研究组织是以最大的降解聚合物研究组织是以University of University of Massachusetts Lowell Massachusetts Lowell 为首的聚合物降解研究联为首的聚合物降解研究联合体，成员包括合体，成员包括3M, ICI, Novacor3M, ICI, Novacor等大公司；另外等大公司；另外美国还成立了生物美国还成立了生物/ /环境降解聚合物

43、研究会，旨在促环境降解聚合物研究会，旨在促进生物降解聚合物的研究开发和应用进生物降解聚合物的研究开发和应用56（二）（二） 生物质高分子材料的开发现状（生物质高分子材料的开发现状（2）2.2. 美国美国NovonNovon公司年产公司年产4500045000吨淀粉基热塑性塑料，吨淀粉基热塑性塑料，用于包装托盘、餐具等，具有良好的生物降解性，用于包装托盘、餐具等，具有良好的生物降解性，但存在不耐水、透明性差的缺点但存在不耐水、透明性差的缺点3.3. NovomentNovoment公司生产公司生产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，规模解材料，规模2300023000吨吨

44、/ /年，用于生产薄膜、片等年，用于生产薄膜、片等4.4. KagillKagill Dow Dow公司已有公司已有50005000吨规模的聚乳酸装置，吨规模的聚乳酸装置，用于生产包装材料用于生产包装材料57（二）（二） 生物质高分子材料的开发现状（生物质高分子材料的开发现状（3）日本：日本： 早在早在19901990年就制定了年就制定了8 8年计划，对生物降解高分年计划，对生物降解高分子材料进行有计划的全面开发。子材料进行有计划的全面开发。 19911991年开发成功纤维素和壳聚糖复合生物降解年开发成功纤维素和壳聚糖复合生物降解塑料；塑料；19921992年部分降解型塑料投放市场；年部分降解

45、型塑料投放市场；9090年代末年代末期日本期日本ZenecaZeneca公司规模化生产微生物产生型全生物公司规模化生产微生物产生型全生物降解聚酯，用于包装瓶和一次性使用剃须刀；日本降解聚酯，用于包装瓶和一次性使用剃须刀；日本玉米淀粉公司开发生产了年产玉米淀粉公司开发生产了年产2000020000吨的淀粉基全吨的淀粉基全降解塑料。降解塑料。58（二）（二） 生物质高分子材料的开发现状（生物质高分子材料的开发现状（4）中国：中国： 上世纪上世纪90年代以来，降解塑料研究发展迅猛，研年代以来，降解塑料研究发展迅猛，研究、开发、生产单位又究、开发、生产单位又60多家。已建成多家。已建成60多条生产多条

46、生产线，其中有线，其中有10余条为引进生产线。但产品除少数为光余条为引进生产线。但产品除少数为光降解塑料外，大部分为填充型淀粉塑料，且淀粉含量降解塑料外，大部分为填充型淀粉塑料，且淀粉含量仅为仅为1030，不能完全降解。全降解塑料虽然开，不能完全降解。全降解塑料虽然开发单位很多，但真正高性能产品不多，仅在一些低端发单位很多，但真正高性能产品不多，仅在一些低端产品实现产业化。产品实现产业化。59（三）生物质高分子材料的发展趋势（三）生物质高分子材料的发展趋势（1）n以淀粉为原料的高分子材料以淀粉为原料的高分子材料 掺混型（部分降解）掺混型（部分降解） 未改性淀粉：量少，透明性、机械性能差未改性淀

47、粉：量少，透明性、机械性能差 改性淀粉：增加相容性，提高加入量和透明性、机械性改性淀粉：增加相容性，提高加入量和透明性、机械性能。化学改性；接枝共聚能。化学改性；接枝共聚结构型（全降解）结构型（全降解） 化学改性为具有一定蔬水性的淀粉，再制成透明材料，化学改性为具有一定蔬水性的淀粉，再制成透明材料，美国美国NovonNovon公司和日本玉米公司生产的全降解淀粉塑料公司和日本玉米公司生产的全降解淀粉塑料即为该类树脂即为该类树脂60（三）生物质高分子材料的发展趋势（三）生物质高分子材料的发展趋势（2）n以纤维素为原料的高分子材料以纤维素为原料的高分子材料 1. 酯化及醚化产品：酯化及醚化产品：如醋

48、酸纤维素、硝酸纤维如醋酸纤维素、硝酸纤维素、乙基纤维素等，广泛用于塑料、包装、素、乙基纤维素等，广泛用于塑料、包装、照片、烟草等行业照片、烟草等行业2. 掺混型产品：掺混型产品：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. 接枝共聚产品接枝共聚产品：多种共聚方法；用途广泛：多种共聚方法；用途广泛61（三）生物质高分子材料的发展趋势（三）生物质高分子材料的发展趋势（3）n以木质素为原料的高分子材料以木质素为原料的高分子材料 62（三）生物质高分子材料的发展趋势（三）生物质高分子材料的发展趋势（4）n以松香为原料的高分子材料以松香为原料的高分子材料 63（三）生物质高分子材料的发展趋势

49、（三）生物质高分子材料的发展趋势（5）n木基塑料木基塑料64（三）生物质高分子材料的发展趋势（三）生物质高分子材料的发展趋势（6）n聚乳酸聚乳酸65（三）（三） 生物质高分子材料的发展趋势（生物质高分子材料的发展趋势（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：聚羟基脂肪酸酯微生物合成塑料：聚羟基脂肪酸酯 （PHA）、）、聚聚3羟基丁酸（羟基丁酸（PHB）2. 转基因植物合成塑料：转基因拟南芥、油菜、转基因植物合成塑料：转基因拟南芥、油菜、淀粉类作物生产（淀粉类作物生产（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、赖氨酸）（赖氨酸）（PL）4. 问题：提高产量、降低成本问题：提高产量、降低成本66五、美国生物质计划五、美国生物质计划n2000年美国国会通过了年美国国会通过了“生物质研究和开生物质研究和开发法案发法案”。 n由美国农业部（由美国农业部（USDA）和能源部（）和能源部（DOE）牵头组织全国的研发工作，并成立了牵头组织全国的研发工作，并成立了“生生物质技术咨询委员会物质技术咨询委员会”。 n提出了提出了2020年规划和技术路线图年规划和技术路线图 67生物质在美国经济中的作用生物质在美国经济中的作用（2020年目标年目标 ）68美国生物质计划核心研究领域美国生物质计划核心研究领域 n其目标是开

51、发可大规模提供低成本、高质量其目标是开发可大规模提供低成本、高质量的木质纤维生物质的技术，供生物提炼厂生的木质纤维生物质的技术，供生物提炼厂生产热和电能、化学品和其它材料。产热和电能、化学品和其它材料。69（二）（二）糖平台的研究和开发n主要包括用化学和生物技术将生物质主要包括用化学和生物技术将生物质分解成单糖组分，其目标是获得廉价分解成单糖组分，其目标是获得廉价的糖，以开发燃油、化学品和其它材的糖，以开发燃油、化学品和其它材料。制糖后的木质素残渣可用于发电料。制糖后的木质素残渣可用于发电或制备其它产品。或制备其它产品。 70（二）（二）糖平台的研究和开发n目前主要研究的方向是先将粉碎生物目前主要研究的方向是先将粉碎生物质原料用稀酸进行热化学处理，水解质原料用稀酸进行热化学处理，水解半纤维素至戊糖，然后将纤维素进行半纤维素至戊糖，然后将纤维素进行酶水解制取己糖。所得到的糖除发酵酶水解制取己糖。所得到的糖除发酵制乙醇外，还可制取高附加值的化学制乙醇外，还可制取高附加值的化学产品。产品。71（二）（二）糖平台的研究和开发n美国西北太平洋国家实验室（美国西北太平洋国家实验室（PNNL）和）和国家再生能源实验室国家再生能源实验室(NREL)已对可由戊已对可由戊糖和己糖生产