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【微·生物質】為什么要發展生物質能?

2021-08-31 10:07:13 微能網

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生物質能是以農林等有機廢棄物和邊際性土地種植的能源植物為原料,生產的綠色能源。生物質能具有資源豐富、可再生、清潔環保、低碳排放、儲存和運輸便利等特點,并且與“三農”關系緊密。在我國,大力發展生物質能意義重大。


一、生物質能具有極佳的環境效益與經濟效益


露地焚燒秸稈屢禁不止,成為當今霧霾的季節性主要來源之一 ;畜禽糞便濫排,成為水體與大氣的重要污染源 ;林業采伐、造材、加工剩余物大量積存,成為森林火災與病蟲害之隱患……


生物質產業可以使這些有機“廢棄物”和“污染源”在無害化和資源化過程中,轉化生產出高端綠色能源與材料,為現代農業和農民增收開辟一片新天地。


當今環保,以減排和克霾為重。相比燃煤發電,生物質發電優勢明顯。生物質固體燃料低灰低硫,氮氧化物、二氧化硫、二氧化碳以及煙塵顆粒的排放遠低于燃煤發電。


據統計,截至 2013年底,全國已有 28個省市自治區開發了生物質發電項目,累計核準容量 1.2萬兆瓦,上網電量 356億千瓦時。生物質發電集中于我國農業和經濟發達的東部地區,蘇魯粵浙四省上網電量就占到全國的 48%。


減排克霾的難點是全國 50余萬臺 20噸位以下的中小燃煤鍋爐。它們難以清潔燃燒,高度分散于城鎮,體小量大,年耗標準煤 2.7億噸,排放煙塵 60萬噸、二氧化硫 226萬噸、氮氧化物 100 萬噸。


“煤改氣”當然好,但是“氣”源極缺,成本又高。如果把這些鍋爐改造后使用生物質成型燃料,那就會呈現另一種景象。


生物質成型燃料供熱排放的煙塵、二氧化硫和氮氧化物基本同于天然氣排放標準,供熱價格雖稍高于當前煤炭,也僅為天然氣的 60% 和重油的 70%。同時,采用成型燃料供熱,還可以消耗千萬噸級的作物秸稈,創造眾多工作崗位,增加農民收入。


畜禽糞便、加工業的有機廢水廢渣等高含水量有機污染源是環保治理的重點,最好的辦法就是沼氣化,轉污為能。沼氣化即在厭氧條件下經微生物作用使之無害化,產生含甲烷約 60% 的沼氣,也可凈化提純為甲烷含量達 80% 或 95% 以上、品質同于普通天然氣的生物天然氣(BNG)。


生物天然氣可并入普通天然氣管網,也可生成壓縮態的車用燃料。據有關資料,每立方米生物天然氣比 1升汽油可多驅動汽車行駛15%的里程,售價僅為汽油的 85%— 90% ;尾氣中的有害氣體排放量僅為汽油的 10% ~ 50%。


2012 年,歐洲的沼氣工廠有 13800 多家,生產生物天然氣約 140億立方米。德國自 1999年到 2009年的 10年間,生物燃氣工廠由 850 個增加到 4780 個,裝機容量由 49兆瓦發展到 1600兆瓦,超過了水電。


我國一直重視發展農村戶用沼氣,近年來才開始促進沼氣產業化, 2011年 3月才在廣西以淀粉廠高濃度有機廢水為原料完成了國內第一個日產1萬立方米以上的生物天然氣生產。北京德青源和山東民和兩家大型養殖場分別日產 2萬和 3萬立方米沼氣。河南天冠酒精廠日產沼氣 30萬立方米,主要用于農村供熱。?


2015年環保部和國家能源局聯合開展了內蒙古生物天然氣示范區建設。我國生物天然氣迎來了發展的春天。


據中國工程院 2014年資料,2009年我國規?;B殖畜禽糞便排放總量約 8.37 億噸,具有 470 億立方米的沼氣生產潛力。如果以 1:2的比例配以秸稈等其它有機廢棄物,則具有年產 1000億立方米以上的生物天然氣生產潛力,相當于 2018年開始由俄羅斯進口天然氣量的 3倍。


此外,生物質諸能源品種的生產和消費過程都是低碳的,沼氣與生物天然氣生產過程更是負碳,而且能使植物營養物質最大限度地回歸土壤,在變廢為寶的同時,還能夠解決農民的用能和增收問題。


二、技術的突破促使生物質能再現生機


水能、風能、太陽能以至核能等只能產生電與熱產品,而生物質既產電與熱,更有固、氣、液三態綠色能源以及綠色材料與有機化工產品,舉凡石化基產品多能以生物基原料替代。在對化石能源的替代中,液態清潔燃料仍占主導地位。


20世紀 70 年代全球石油危機期間,美歐和巴西在尋求替代能源中首先開發了以玉米和甘蔗等為原料的燃料乙醇,現全球年產達 8000萬噸。但隨著生產規模的擴大,與糧食供應之間的矛盾加深,在 2008年的全球糧食危機中倍受質疑。隨后,美歐等國開始研究以生物質的纖維素為原料,用酶法生產纖維素乙醇,但久攻不克,至今生產成本未能達到商業化要求。


近年在熱化學法上,即以木質纖維素為原料,合成優質生物燃油、航空煤油和潤滑油等烴類產品和天然氣方面取得了重要進展。這種方法大大拓展了生物能源的原料來源,降低了原料成本,也避免了燃料乙醇的原料制約與小摻比(10%)局限性,是生物質科技史上一項里程碑式的革命。令人興奮的是,我國已有企業在這項技術創新的制高點上走在了世界前列。


武漢陽光凱迪新能源集團有限公司一座以木質纖維素為原料的高端生物燃油示范生產線已連續運行 3 年,另兩座年產 30萬噸規模的生產廠正在建設,其技術水平居世界前列。


此外,內蒙古金驕集團也以木質纖維素為原料,成功轉化出乙酰丙酸等重要的平臺化合物中間體,可衍生出生物柴油、汽油、航空煤油等高端生物液體燃料,以及聯產多種生物基精細化工產品,于 2009年和 2012年建成兩座年產能分別為 10萬噸和 8 萬噸的生產廠。這一項目投資額低、加工工序簡捷、生產過程綠色,是我國的一項獨創性成果。


以上兩項技術的突破,使得非糧的木質纖維素可以替代淀粉類和油脂類作為原料,生產高端的生物液體燃料,從而使我國大片沒有經濟產出的邊際性土地可以成為生物質油氣田。


據 2014年國土資源部基于縣級的土地調查資料,我國有宜林宜草的邊際性土地 16553萬公頃。也就是說,這是一片比全國總耕地面積還大的、永不枯竭的綠色油氣田。


這兩項技術突破的環保意義在于,熱化學合成的生物燃料具有突出的減排與克霾功能。美國學者在 20 世紀 80年代開始柴油增氧添加劑的研究,證明在普通柴油中添加 15%― 20%的乙酰丙酸酯可使尾氣煙霧粒子減少 50% ~ 60%。


但是,由于乙酰丙酸酯主要由葡萄糖或石油基產物轉化生產,量少價高,至今未能廣泛使用。目前我國在這項技術上實現了突破,已經能做到量大價廉以及以任何比例與普通柴油混配。這一成果在北京柴油車試用中對改善尾氣污染效果很好,應廣而用之。


國際能源組織 2012 年報告稱,生物質能是世界第四大能源,占世界可再生能源消費量的 78% ;提出為實現 2020年控制大氣升溫 2℃的目標,需提高生物燃料產量 1倍以上,其中先進生物燃料要求達到現產量的 6倍。


在我國推進綠色發展的大背景下,生物質能的開發利用可以說大有可為!


作者為中國科學院、中國工程院院士,中國農業大學原校長。


來源:《求是》雜志 ?

作者:石元春

微能網小編編輯整理

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