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生物质能源:腐朽与神奇间摇身一变

来源:网络整理 作者:采集侠 2016/07/27 00:51

  欧阳平凯,中国工程院院士,现任江苏省科协主席、南京工业大学校长,是我国生物化工工程研究和工程教育领域的先行者。长期从事生物工程研究,创建了我国第一个生物化工专业,先后主持多项国家973项目和国家自然科学基金重点项目,为我国生物技术、化工领域的发展做出了开创性的贡献。荣获过国家科技进步一等奖,国家技术发明二等奖,各种省部级奖项以及联合国科技创新奖等。

  核心提示

  生物质有高低之分,像大豆、玉米等都属于高品位生物质,而农作物秸秆、禽畜粪便、生活污水和工业有机废水、城市固体废物等则属于低品位生物质,简称低生物质。发展低生物质能,不仅能解决能源问题,同时还能解决水污染问题。生物质能取代化石能源,能让城市变得更漂亮、更环保、更适宜居住,呼吁全民共同参与到推动生物经济发展的大军中来。

  我今天报告的题目是《生物质能源的现状与展望》,这个内容不光是国内,也是国际上的现状和展望。但是重点我想还是结合中国以及江苏的实际情况,从科学普及的角度,讲一些生物能源的背景、现状以及可再生能源将来发展的前景。

  瑞典要建“无油国家”

  近一二百年的强度开采与消费使不可再生的化石资源渐趋枯竭。据国际能源机构统计,煤、石油、天然气可供开采的年限分别只有240年、40年和50年。另一方面,无节制地使用化石能源,给环境和生态造成了严重污染和破坏。寻找可再生的替代资源和能源已是大势所趋。 

  现代的生物质产业,是指利用可再生的有机物质,如农作物、树木等植物及其残体、畜禽粪便等有机废弃物,通过工业加工转化,进行生物基产品、生物材料和生物能源生产的一种新兴产业。大自然每年产生1600多亿吨的生物质,是人类取之不尽的资源。在各种可再生资源中,生物质资源是最稳定、高效同时也最环保的一种资源。因为生物质的生产过程是一个环境净化的过程,可以吸收空气中的二氧化碳,吸收有机污染。所以,世界科学界都把生物质资源作为重要的替代资源。美国、日本、加拿大、欧盟都制定了各自的生物质产业发展计划,美国提出要摆脱对中东的依赖,瑞典提出要建无油国家。 

  生物化工取代石油化工

  我国目前每年有14亿吨的农林生物质产量、25亿吨畜禽粪便及大量有机废弃物,另外还有1亿多公顷不宜耕农田可用以种植能源植物。国家提出至2020年我国农林生产的生物量要相当于15亿吨标准煤,相当于每年再生多个“大庆”,这是我国发展生物质产业永不匮缺的资源,也是解决环境治理,实现可持续发展的必由之路。 

  我国生物质产业的基础应定位于生物质工业和生物质化工。如果说能源的生产还有其它途径,但未来的物质资源生产(液体燃料、有机材料和各类化学品)必然来源于生物化工制造。当前来说可以将燃料乙醇、生物乙烯、阳光柴油、生物塑料以及沼气发电和固化成型燃烧作为主导产品。生物质化工是近期极具市场竞争力的重要方向,美国科学院提出至2020年生物质化工对石油化工的取代率可以达到50%。 

  当然,在发展生物质工业的同时,还要发展能源作物与化工作物在农林产业中的应用,农林部门每增加1000万公顷能源植物的种植与加工,就相当于增加4500万吨石油的年生产能力(一个大庆),这也是建设社会主义新农村的一个重要方向。 

  江苏缺煤少油可开发生物质能源

  发展生物质产业非常适合江苏省情。江苏的煤、石油等化石能源很少,但水资源很丰富,阳光资源很充足,生产生物量非常有条件,发展生物质产业非常适合江苏省情。江苏的生物质产业在两个方向大有文章可做:一是粮、草并用开发生物质资源和能源,二是开发城镇污水做天然气。 

  就像石油可以炼制出汽油、柴油、煤油等一样,生物质加工也可以通过生物炼制实现综合利用,拉长产业链。粮食、秸秆都要用。玉米能用,玉米芯和玉米秸秆也能用。既要生产酒精,用来做乙醇汽油和乙烯等化学品,还要生产乳酸、丁二酸、丁二烯,用来做塑料、做合成橡胶。用酒精做乙烯,做得好,完全可以替代石油。特别是非粮食化生产酒精这一块江苏应该做。我国有1亿吨玉米,光玉米芯就有六七千万吨,包括秸秆就有1亿多吨了。好好用起来,说一年相当于增产五六千万吨粮食是可能的。 

  猪:粪便大王,51%养殖在中国

  粪便和秸秆是人人嫌弃的垃圾,但如果用来发电,不仅可以减排大量二氧化碳,其成本也低于风电和光电。

  说到环境污染,很多人第一反应是工业发展带来的污染。其实不然,最大的污染源是农业。农业污染包括种植业、养殖业和有机废弃物。“我们中国最多的一样东西是粪便,13亿人口排的粪便数量世界第一。”除此之外,现在养殖业排放的粪便也是世界第一。中国土地只有世界陆地面积的7%,实际居住面积只有世界陆地的3%不到,但是养了占世界总数51%的猪,还养了占世界总数40%多的鸡鸭,产生了大量粪便。

  这些生物质要用起来。中国发展生物质能源之路,第一不能看中粮食,第二不能看中耕地,必须利用低劣生物质,比如城市生活垃圾、农作物秸秆以及粪便等,积极稳妥地推广生物甲烷以及发电。中国生活垃圾数量很大,每年有1.55亿吨;一年粪便12亿吨,农作物秸秆7亿多吨。如果全部利用起来,至少相当于7亿吨标煤,减排二氧化碳20亿吨。

  美国向海藻要油,每天百万桶

  世界发达国家如欧盟、日本、美国对低品位生物质的处理和利用目前主要集中于生物燃气(生物燃气能有效地利用有机垃圾、人畜粪便、废弃农作物秸秆等低品位生物质原料,具备绿色、清洁、环保的特点)的开发和使用。欧盟开展了生物燃气计划;日本启动了Lotus计划;瑞典的生物燃气生产已从单纯的废物处理手段转向以供气、发电为主的能源产业,甚至开始种植专供制备生物燃气的能源作物。美国2007年推出的“微型曼哈顿计划”宗旨就是向海洋藻类要能源,目标是到2010年每天产出百万桶生物原油,实现藻类产油的工业化。此外,纽约的斯塔藤垃圾处理站采用湿法处理垃圾,回收沼气用于发电,同时生产肥料。

  我国若将禽畜粪便资源转化为生物燃气可折合超过7840万吨标煤。国内对生物燃气的开发利用起步于50年代,主要是用粪便和农作物秸秆制取沼气,而在大中型沼气工程中,更多的是将对工业废水的治理与沼气生产结合起来,虽然取得了一些成绩,但产业规模小、系统集成化低,无法适应大规模工业化的需要。2007年,内蒙古蒙牛集团建成了全球最大的畜禽类沼气发电厂,可日产沼气1.2万立方米,日发电3万千瓦时,每年可向国家电网提供1000万千瓦时的电力,还可生产有机肥约20万吨。

  高效菌种转化浦口区一年粪便相当于标煤16.8万吨

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