生物质能是人类用得最早的能源，按一次能源计至今仍是最大的可再生能源。这个词涵盖的东西很多：灶火里烧的柴火、家用颗粒锅炉、烧木材的发电厂、农场里的沼气池，还有加在汽油里的乙醇，都算生物质能。在所有可再生能源里，没有哪一种像它这样争议不断。用得好，它能把废弃物变成能源，减少甲烷排放。用得不好，它会推动毁林、和粮食争地，而且在几十年里排放的 CO₂ 比它替代的化石燃料还多。这篇指南用具体数字，把好的做法和坏的做法分开来讲。
生物质能的规模
生物质能约占全球一次能源的 10%（IEA）。其中约一半是传统生物质：在明火或简易炉灶里烧的木柴、木炭、秸秆和牲畜粪便，主要在撒哈拉以南非洲和南亚。世界卫生组织认为，这类做饭方式造成的家庭空气污染，每年导致超过 300 万人过早死亡。另一半是现代生物质能：给建筑和工业供热、用来发电，以及制成交通燃料。
在电力方面，生物质能 2025 年发电约 710 TWh，约占全球电力的 2.2%（Ember / Our World in Data）。液体生物燃料约占全球交通燃料需求的 4%，美国（玉米乙醇）、巴西（甘蔗乙醇）和印度尼西亚（棕榈油生物柴油）领先。
主要利用途径
| 途径 | 原料 | 产品 | 典型转换效率 |
|---|---|---|---|
| 燃烧供热 | 原木、木片、颗粒、秸秆 | 热 | 70–95%（现代锅炉） |
| 燃烧发电（热电联产 CHP） | 木片、颗粒、残余物 | 电 + 热 | 发电 25–38%；热电联产总效率 80–90% |
| 厌氧发酵 | 粪便、餐厨垃圾、污泥、青贮饲料 | 沼气 → 热、电、生物甲烷 | 热电联产发动机发电 35–42% |
| 发酵 | 甘蔗、玉米、小麦 | 乙醇 | 燃料中保留约 50–60% 的能量 |
| 酯交换 / HVO | 植物油、地沟油、动物脂肪 | 生物柴油、可再生柴油、可持续航空燃料 SAF | 油脂能量的 85–95% |
| 气化 / 热解 | 木材、残余物 | 合成气、生物油、生物炭 | 尚在发展 |
常见燃料的热值
| 燃料 | 热值（低位热值 LHV） | 说明 |
|---|---|---|
| 风干原木（含水率 20%） | 约 4.0 kWh/kg | 硬木每堆积 m³ 约 1,500–2,000 kWh |
| 木片（含水率 30%） | 约 3.4 kWh/kg | 体积大：每松散 m³ 约 800–1,000 kWh |
| 木屑颗粒（EN plus A1，含水率 <10%） | 约 4.8 kWh/kg | 每堆积 m³ 约 3,100–3,300 kWh |
| 秸秆 | 约 4.0 kWh/kg | 灰分高，有腐蚀性 |
| 沼气（60% CH₄） | 约 6.0 kWh/m³ | |
| 生物甲烷 / 天然气 | 约 10 kWh/m³ | |
| 乙醇 | 约 5.9 kWh/l | 每升约为汽油的三分之二 |
| 生物柴油（FAME） | 约 9.2 kWh/l |
用能量单位换算器在它们之间换算。
沼气：从粪便到甲烷
厌氧发酵时，微生物在 35–55 °C 的无氧罐体中分解有机物，产出沼气（50–65% 甲烷）和沼渣沼液（一种营养丰富的肥料）。它最大的好处在于：把原本会从粪池或垃圾填埋场逸散到大气里的甲烷收集起来，派上用场。
Energy (kWh/yr) = biogas (m³) × CH₄ fraction × 9.97 kWh/m³ CH₄
Electric output (kWh/yr) = Energy × η_el (0.35–0.42)
| 原料 | 典型沼气产量（每吨鲜重 m³） |
|---|---|
| 牛粪浆 | 15–30 |
| 猪粪浆 | 15–25 |
| 禽粪 | 60–120 |
| 餐厨垃圾 | 100–200 |
| 青草青贮 | 150–200 |
| 玉米青贮 | 180–220 |
| 废弃油脂 | 500–800 |
计算示例：一个 300 头奶牛的牧场
- 粪浆：300 头 × 每年 18 t = 5,400 t，按约 25 m³/t 计，产沼气 135,000 m³。
- 再加附近城镇的 1,500 t 餐厨垃圾，按约 120 m³/t 计，产 180,000 m³。
- 合计：315,000 m³，甲烷含量 58% → 315,000 × 0.58 × 9.97 ≈ 1.82 GWh 一次能源。
- 热电联产发动机发电效率 40%：约 730 MWh 电（≈ 连续 85 kW），另有约 800 MWh 可用热（一部分用来给发酵罐保温）。
- 避免开放式粪浆储存的甲烷排放，加上替代化石能源：每年约 1,000–2,000 t CO₂e，具体取决于基准情景。
用沼气计算器模拟你自己的原料组合。
生物甲烷
提纯就是把沼气里的 CO₂ 去掉（用膜分离、水洗或胺吸收），剩下的气体可以替代天然气。欧洲是最大的市场，有 1,500 多座生物甲烷厂，每年产量约 40–50 亿 m³（European Biogas Association）。欧盟 REPowerEU 的目标是到 2030 年达到 350 亿 m³。IEA 估计全球可持续潜力每年超过 7 亿吨油当量，目前只用了很小一部分。就算这些潜力全部开发出来，也只能满足今天全球天然气需求的一部分。
生物质供暖
现代颗粒锅炉和木片锅炉自动运行、效率高，在奥地利、德国、意大利、北欧和波罗的海国家很常见。在欧盟，木材是可再生热能最主要的来源。
| 系统 | 效率 | 典型费用（住宅） | 要考虑的事 |
|---|---|---|---|
| 开放式壁炉 | 10–30% | 不适用 | 主要是装饰；污染大 |
| 现代木柴炉 | 70–85% | 1,500–4,000 欧元 | 2022 年 Ecodesign 颗粒物限值 |
| 木柴气化锅炉 | 85–92% | 8,000–15,000 欧元 | 人工加料，需缓冲水箱 |
| 颗粒锅炉 | 88–95% | 12,000–22,000 欧元 | 自动运行；需要储料间或料仓 |
| 木片锅炉（农场、集中供热） | 85–92% | 30,000 欧元以上 | 每 kWh 燃料最便宜 |
在欧洲，颗粒燃料每 kWh 热量通常为 0.06–0.10 欧元（2024–2025 年），和燃气差不多，比电阻式电暖便宜。可以在生物质锅炉计算器和供暖费用对比里比较。
**空气质量提醒。**欧洲环境署指出，小规模烧木柴是欧洲细颗粒物（PM2.5）的主要来源之一，在一些国家甚至是最大的单一来源。经过认证的现代设备排放比老式炉子低得多，但在城镇和城市里，热泵或集中供热仍然更干净。
碳核算之争
在烟囱口，木材每 kWh 释放的 CO₂ 比煤还多，因为它热值低、水分多：每 kWh 燃料约 0.35–0.40 kg CO₂，硬煤为 0.34，燃气为 0.20。各国的温室气体清单在排放口把生物质能记为零。这部分排放本应记在土地利用部门，背后的假设是：重新长出来的植物会把这些碳再吸收回去。
至于吸收得够不够快、能不能对气候产生实际意义，就要看用的是什么原料了：
| 原料 | 碳回收时间 | 气候评价 |
|---|---|---|
| 锯木厂剩余物、锯末 | 立即到几年 | 好 |
| 留在林地腐烂的细枝和树梢 | 几年到十年 | 总体较好 |
| 餐厨垃圾、粪便（沼气） | 立即；还避免了甲烷 | 很好 |
| 退化土地上的速生能源作物 | 几年 | 不挤占其他用途就好 |
| 成熟林的大径材 | 几十年到一百年 | 近期较差 |
| 导致毁林的作物生物燃料 | 几十年到几百年 | 差（例如泥炭地上的棕榈油） |
欧盟委员会联合研究中心（2021）评估了各种途径，发现只有一部分森林生物质能能在几十年内减排，主要是利用那些本来很快就会分解的残余物。为了发电大规模进口颗粒燃料（比如从北美运木材到英国 Drax 电厂）至今仍然争议很大。
交通用生物燃料
| 生物燃料 | 原料 | 相对化石燃料的全生命周期温室气体减排（典型值，不含间接土地利用变化） |
|---|---|---|
| 甘蔗乙醇（巴西） | 甘蔗 | 60–80% |
| 玉米乙醇（美国） | 玉米 | 20–50% |
| 小麦乙醇（欧盟） | 小麦 | 30–60% |
| 菜籽生物柴油 | 油菜籽 | 40–60% |
| 用废弃油脂生产的 HVO / 可再生柴油 | 地沟油、牛羊脂 | 70–90% |
| 棕榈油生物柴油 | 棕榈油 | 计入间接土地利用变化后可能为负 |
间接土地利用变化（ILUC）是指种植生物燃料作物把粮食生产挤到林地上，它可能把减排效果全部抵消。所以欧盟《可再生能源指令》把粮食作物基燃料限制在交通能源的 7% 以内，并在 2030 年前逐步淘汰棕榈油等高 ILUC 原料。对汽车来说，电气化用地少得多：一公顷光伏给电动车充电，能跑的里程约为一公顷能源作物制成生物燃料的 50–100 倍。生物燃料最适合用在航空（可持续航空燃料）、航运和已经在路上跑的现有车队。
BECCS：负排放
**生物质能碳捕集与封存（BECCS）**把燃烧生物质产生的 CO₂ 捕集起来封存到地下，让净排放变成负值。IPCC 很多把升温控制在 1.5 °C 的路径都高度依赖 BECCS。但实际部署的规模很小（每年只有几百万吨 CO₂，主要来自美国的乙醇厂），而要大规模推广 BECCS，就需要极大面积的土地。
负责任地选择生物质：一份清单
打算在家里、农场或企业用生物质？下面这些问题能把低影响项目和问题项目区分开：
- **燃料从哪里来？**优先选认证燃料（颗粒选 ENplus，FSC 或 PEFC 产销监管链）和本地残余物：锯木厂副产品、间伐材、园林修剪废料、多余的秸秆。问供应商要原料构成。
- **够不够干？**湿木头烧不好、冒烟多。柴火含水率应低于 20%，硬木要在遮盖下风干约两年。颗粒燃料出厂时就是干的。
- **设备有没有认证？**选符合 Ecodesign、颗粒物排放低的炉子和锅炉；在人口密集区用较大的锅炉，要配静电除尘器。
- **有没有更好的替代方案？**在有燃气或电网接入条件好的城镇，热泵通常排放更少，也不污染街道。生物质最适合不通燃气、本地有燃料的农村地区，或者高温工艺供热。
- **沼气工程：原料是否稳定、热有没有用处？**专门种玉米来喂的沼气厂，在气候和土地利用上的表现不如用粪便和废弃物的。把热电联产余热直接排掉的工厂，浪费了约一半的能量。
- **沼渣沼液和灰怎么处理？**管理得当的沼渣沼液可以替代化肥，但储存渗漏会排放氨和甲烷。条件合适时，木灰可以还林还田。
把这些问题处理好，通常花不了多少额外的钱，却决定了一个项目到底能不能真正减排。
结论
生物质能不是单一技术，而是一整个技术家族。有些非常好，比如用粪便和餐厨垃圾生产沼气，或者燃烧残余物就地供热。有些有害，比如推动毁林的作物生物燃料，或者砍成熟林来发电。最好的项目利用废弃物、避免甲烷排放，并服务于缺少替代方案的领域，比如高温工业和航空。家庭供暖可以用生物质锅炉计算器算一算。农场和食品加工企业可以用沼气计算器估算产气、发电和供热。各国生物质能的地位可以在国家页面上比较。
本主题相关计算器
常见问题
生物质是碳中和的吗？
一头牛能产多少沼气？
沼气和生物甲烷有什么区别？
木屑颗粒锅炉适合家庭供暖吗？
全球能源有多大比例来自生物质能？
生物燃料会和粮食争地吗？
资料来源与参考
本指南中的数据是根据上述来源整理的典型范围，你的实际数字取决于所在地、价格和设备。需要针对具体场地的估算，请使用文中链接的计算器。