为了减少对化石燃料及其副产品的全球依赖，需要采用可靠的可再生能源[1]。生物质是一种来自植物、木材、粪便和农业废弃物等有机物质的可持续能源，可以减少对传统燃料的依赖并应对气候变化[2]。作为一种碳中性资源，生物质通过燃烧、气化或厌氧消化将有机物质中储存的能量转化为热能、电能或生物燃料。由于其显著的适应性和对废弃材料的有效利用，生物质在交通、工业和供暖等领域对可持续能源转型具有重要意义。研究人员越来越关注将煤炭和塑料废弃物与碳中性生物质共燃的做法，作为减少发电厂二氧化碳排放的有效途径，因为燃烧基于化石的固体燃料是全球二氧化碳排放的重要来源[3]。在全球范围内，生物质是仅次于煤炭和石油的重要燃料类别，在发展中国家占总能源需求的38%，在某些地区这一比例可超过50–90%[4,5]。图2a显示了不同能源的占比，而图2b展示了可再生能源的来源（图1）。
未充分利用的生物质废弃物包括非传统植物材料和其他废弃物，如污泥、废弃纸张、动物粪便和各种类型的城市固体废弃物（MSW）[6,7]。这些废弃物含有有机和无机成分，来源于植物或动物。生物质废弃物在全球范围内广泛存在，每年产生的垃圾量在40亿到100亿吨之间，其中16亿到20亿吨被归类为城市固体废弃物[8]。生物质来源于多种途径，包括森林残余物、农业废弃物、能源作物和城市固体废弃物等[9]。固体生物燃料是通过多种过程从生物质中提取的。在将生物质转化为生物燃料之前，必须先确定其类型。
根据不同的分类标准（来源、组成、外观或用途），生物质可以有多种分类方式。该分类系统基于植物、动物和废弃物资源的可用性及其相应的子类别。图3展示了生物质的分类。全面了解生物质分类对于评估其在不同能源转化途径（包括燃烧、气化、发酵或厌氧消化）中的适用性是必要的[10]。生物质通常根据其来源分为三大类：植物生物质、动物生物质和废弃物生物质。植物生物质来自光合作用生物，如作物、木材和藻类，是可再生能源的重要来源。动物生物质包括粪便、鱼渣和乳制品副产品等，主要由农业活动产生。来自人类活动的废弃物生物质（包括食品、城市和工业废弃物）也具有巨大的能源潜力[11]。
此外，生物质还根据其化学成分进行分类。生物质的主要成分是碳水化合物，包括木质纤维素产物、糖类、多糖、脂类和蛋白质。这些成分在生物质中的含量各不相同[10]，包括木质纤维素丰富、糖分丰富、淀粉丰富和蛋白质丰富的生物质[12]。木质纤维素生物质有多种来源，如植物、藻类、木材和城市固体废弃物。生物质主要由木质素、纤维素、半纤维素、灰分和提取物组成。这些成分的性质因材料成熟度和气候条件等因素而异[13]。与其他木质纤维素成分相比，纤维素含有相对较高的碳含量，在生物质能量密度中起重要作用。半纤维素由短链和支链结构中的单糖组成。此外，半纤维素还含有在致密化过程中起粘合作用的化合物。在木质纤维素生物质中，木质素主要作为纤维素的粘合剂。在温度超过125°C且含水量在10%至15%之间时，木质素会熔化，并通过与半纤维素结构相互作用在致密化过程中起到粘合作用[14]。糖分丰富的生物质含有简单糖类（如葡萄糖、果糖、蔗糖），例如甘蔗和甜菜。淀粉丰富的生物质含有储备多糖（如淀粉、菊粉），例如谷物和块茎。油脂丰富的生物质富含脂类，例如油菜籽和微藻、大型藻类。蛋白质丰富的生物质来自植物（大豆、向日葵、豆类）和动物（肉类、鱼类）；但由于氮含量高、成本问题和食品安全考虑，这种利用方式较为有限[10]。非木质纤维素生物质的主要部分是污水污泥、动物脂肪和动物粪便。与木质纤维素生物质相比，它们含有较少的木质素、纤维素和半纤维素，但蛋白质和脂肪酸含量较高[15]。
生物质原料经过多种处理方法转化为未来的固体燃料。主要过程包括机械处理、热处理和生物处理[16,17]。机械处理通常是生物质的压实，通常不使用粘合剂。通过调节含水量或添加粘合剂等改进措施来增强物理性能并提高固体燃料的燃烧效率[18]。处理方法的选择是决定固体生物质燃料物理和化学特性的关键因素之一。与未使用粘合剂的燃料相比，使用粘合剂处理的固体燃料具有更高的机械强度和热值[19]。生物质的热处理在惰性气氛或有限氧气条件下进行，可提高燃料的耐水性、燃烧质量和能量密度。热处理方法包括热解（干法和湿法）[20]、HTC[21]和热裂解[22]，它们的主要区别在于温度范围和反应条件。
尽管本文考虑了上述所有过程，但全面分析了操作参数如何影响不同技术的固体燃料性能，特别是干热解、湿热解、HTC和热裂解。目前尚缺乏关于处理温度和停留时间变化如何同时影响固体产量、高位热值（HHV）和元素组成（O/C、H/C）的系统性研究。由于现有研究通常集中在单一过程或原料类型上，直接比较这些趋势较为困难。本文汇集了来自公开来源的数据，展示了每种过程在不同条件下的产量和燃料质量指标。生命周期评估和技术经济分析突显了这些生物质升级途径的可行性和可持续性，尽管在技术规模化和与现有基础设施整合方面仍存在挑战。
