随着全球对能源危机认识的不断深化及环境保护意识的加强，早在20世纪70年代，世界上很多国家开始利用生物质资源进行燃料乙醇的工业化生产，寻找石油资源替代品。2002年美国提出了《发展和推进生物质基产品和生物能源》报告，计划到2020年使生物质能源和生物质基产品达到能源总消费量的25％；而欧盟则提出，到2020年，运输燃料的20％将用燃料乙醇等生物燃料替代；日本和印度也分别定有“阳光计划”和“绿色能源工程计划”。我国生物能源产业起步虽然较欧美国家晚，但发展势头良好。
生物能源的主要形式有沼气、生物制氢、生物柴油和燃料乙醇。可利用可再生或可循环的有机物质，包括农作物、树木和其他植物及其残体、畜禽粪便、有机废弃物，以及利用边际土地和睡眠中的能源植物为原料，通过工业性加工转化，进行生物能源生产。
沼气是微生物发酵秸秆、禽畜粪等有机物产生的混合气体，主要成分是可燃的甲烷。生产沼气的设备简单，方法简易，适合在农村推广使用。目前沼气的规模化生产需要解决的是设备及提高甲烷含量等技术问题。
生物制氢是利用生物质通过微生物发酵得到氢气。我国2002年已研制成功以含碳水化合物的高浓度有机废水为原料，通过发酵法生产氢气的生物制氢技术。目前我国科学家还获得了能高效产氢的微生物，可以小规模地进行生物制氢。但要实现生物制氢的产业化，还有许多技术和经济问题需要解决。
生物柴油是以含油植物、动物油脂及废食用油为原料制成的可再生清洁能源，作为柴油的替代品更加环保。目前产业化的生物柴油炼制方法为化学催化酯交换法，但投资大，作为原料的植物油成本较高，且有酸碱排放，能耗也较高。目前生物柴油推广的困难在于原料较少，且生产需政府补贴。
当前生物能源大规模生产和应用的主要是燃料乙醇。乙醇俗称酒精，以一定的比例掺入汽油可作为汽车的燃料，不但能替代部分汽油，而且排放的尾气更清洁。目前世界上以巴西和美国的燃料乙醇产业规模最为突出，我国产量居世界第三。但由于目前生产燃料乙醇的原料主要是玉米和甘蔗等粮食作物，生产成本较高，寻找低成本的原料并加以转化利用一直是国际生物化工领域最受关注的研究之一。印度石油研究院主任M．0．Garg博士认为燃料乙醇未来的发展有赖于生产原料能否多样化以及生产技术能否提高。如今印度正在加快进行乙醇生产新技术的研究，拓宽生产原料的来源，如淀粉、蔬菜残渣等。我国的燃料乙醇生产已形成规模，主要是以玉米、陈化小麦、甘蔗、木薯等为原料，同时正在积极开发甜高粱、薯类、秸秆等其他原料，随着纤维制乙醇关键技术的突破及工业化成功运行，我国燃料乙醇生产的原料限制将被彻底打破。
专家指出，从近期看，生物乙醇应用于车用燃料，可以部分替代石油能源；从远期看，乙醇则将成为支撑以乙烯为原料的石化工业的基础原料。一直以来，石化工业的基础原料乙烯是从石油中提取的，目前，乙醇生产乙烯的技术已经成熟。在未来20年内，由于石油资源的日趋紧张，再加上以生物质为原料的大规模乙醇工业化生产，成本相对于石油已具有可竞争性，乙醇将顺理成章地进入石化基础原料领域。
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