《電子技術(shù)應(yīng)用》
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生物質(zhì)能源:腐朽與神奇間搖身一變
歐陽平凱
中國(guó)工程院院士、南京工業(yè)大學(xué)校長(zhǎng)
摘要: 我今天報(bào)告的題目是《生物質(zhì)能源的現(xiàn)狀與展望》,這個(gè)內(nèi)容不光是國(guó)內(nèi),也是國(guó)際上的現(xiàn)狀和展望。但是重點(diǎn)我想還是結(jié)合中國(guó)以及江蘇的實(shí)際情況,從科學(xué)普及的角度,講一些生物能源的背景、現(xiàn)狀以及可再生能源將來發(fā)展的前景。
關(guān)鍵詞: 新能源 生物質(zhì) 能源
Abstract:
Key words :

生物質(zhì)有高低之分,像大豆、玉米等都屬于高品位生物質(zhì),而農(nóng)作物秸稈、禽畜糞便、生活污水和工業(yè)有機(jī)廢水、城市固體廢物等則屬于低品位生物質(zhì),簡(jiǎn)稱低生物質(zhì)。發(fā)展低生物質(zhì)能,不僅能解決能源問題,同時(shí)還能解決水污染問題。生物質(zhì)能取代化石能源,能讓城市變得更漂亮、更環(huán)保、更適宜居住,呼吁全民共同參與到推動(dòng)生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大軍中來。
   
我今天報(bào)告的題目是《生物質(zhì)能源的現(xiàn)狀與展望》,這個(gè)內(nèi)容不光是國(guó)內(nèi),也是國(guó)際上的現(xiàn)狀和展望。但是重點(diǎn)我想還是結(jié)合中國(guó)以及江蘇的實(shí)際情況,從科學(xué)普及的角度,講一些生物能源的背景、現(xiàn)狀以及可再生能源將來發(fā)展的前景。
瑞典要建“無油國(guó)家”
   
近一二百年的強(qiáng)度開采與消費(fèi)使不可再生的化石資源漸趨枯竭。據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì),煤、石油、天然氣可供開采的年限分別只有240年、40年和50年。另一方面,無節(jié)制地使用化石能源,給環(huán)境和生態(tài)造成了嚴(yán)重污染和破壞。尋找可再生的替代資源和能源已是大勢(shì)所趨。
   
現(xiàn)代的生物質(zhì)產(chǎn)業(yè),是指利用可再生的有機(jī)物質(zhì),如農(nóng)作物、樹木等植物及其殘?bào)w、畜禽糞便等有機(jī)廢棄物,通過工業(yè)加工轉(zhuǎn)化,進(jìn)行生物基產(chǎn)品、生物材料和生物能源生產(chǎn)的一種新興產(chǎn)業(yè)。大自然每年產(chǎn)生1600多億噸的生物質(zhì),是人類取之不盡的資源。在各種可再生資源中,生物質(zhì)資源是最穩(wěn)定、高效同時(shí)也最環(huán)保的一種資源。因?yàn)樯镔|(zhì)的生產(chǎn)過程是一個(gè)環(huán)境凈化的過程,可以吸收空氣中的二氧化碳,吸收有機(jī)污染。所以,世界科學(xué)界都把生物質(zhì)資源作為重要的替代資源。美國(guó)、日本、加拿大、歐盟都制定了各自的生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展計(jì)劃,美國(guó)提出要擺脫對(duì)中東的依賴,瑞典提出要建無油國(guó)家。
生物化工取代石油化工
   
我國(guó)目前每年有14億噸的農(nóng)林生物質(zhì)產(chǎn)量、25億噸畜禽糞便及大量有機(jī)廢棄物,另外還有1億多公頃不宜耕農(nóng)田可用以種植能源植物。國(guó)家提出至2020年我國(guó)農(nóng)林生產(chǎn)的生物量要相當(dāng)于15億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,相當(dāng)于每年再生多個(gè)“大慶”,這是我國(guó)發(fā)展生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)永不匱缺的資源,也是解決環(huán)境治理,實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。
   
我國(guó)生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)應(yīng)定位于生物質(zhì)工業(yè)和生物質(zhì)化工。如果說能源的生產(chǎn)還有其它途徑,但未來的物質(zhì)資源生產(chǎn)(液體燃料、有機(jī)材料和各類化學(xué)品)必然來源于生物化工制造。當(dāng)前來說可以將燃料乙醇、生物乙烯、陽光柴油、生物塑料以及沼氣發(fā)電和固化成型燃燒作為主導(dǎo)產(chǎn)品。生物質(zhì)化工是近期極具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要方向,美國(guó)科學(xué)院提出至2020年生物質(zhì)化工對(duì)石油化工的取代率可以達(dá)到50%。
   
當(dāng)然,在發(fā)展生物質(zhì)工業(yè)的同時(shí),還要發(fā)展能源作物與化工作物在農(nóng)林產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用,農(nóng)林部門每增加1000萬公頃能源植物的種植與加工,就相當(dāng)于增加4500萬噸石油的年生產(chǎn)能力(一個(gè)大慶),這也是建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村的一個(gè)重要方向。
江蘇缺煤少油可開發(fā)生物質(zhì)能源
   
發(fā)展生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)非常適合江蘇省情。江蘇的煤、石油等化石能源很少,但水資源很豐富,陽光資源很充足,生產(chǎn)生物量非常有條件,發(fā)展生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)非常適合江蘇省情。江蘇的生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)在兩個(gè)方向大有文章可做:一是糧、草并用開發(fā)生物質(zhì)資源和能源,二是開發(fā)城鎮(zhèn)污水做天然氣。
   
就像石油可以煉制出汽油、柴油、煤油等一樣,生物質(zhì)加工也可以通過生物煉制實(shí)現(xiàn)綜合利用,拉長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈。糧食、秸稈都要用。玉米能用,玉米芯和玉米秸稈也能用。既要生產(chǎn)酒精,用來做乙醇汽油和乙烯等化學(xué)品,還要生產(chǎn)乳酸、丁二酸、丁二烯,用來做塑料、做合成橡膠。用酒精做乙烯,做得好,完全可以替代石油。特別是非糧食化生產(chǎn)酒精這一塊江蘇應(yīng)該做。我國(guó)有1億噸玉米,光玉米芯就有六七千萬噸,包括秸稈就有1億多噸了。好好用起來,說一年相當(dāng)于增產(chǎn)五六千萬噸糧食是可能的.
    豬:糞便大王,51%養(yǎng)殖在中國(guó)
    糞便和秸稈是人人嫌棄的垃圾,但如果用來發(fā)電,不僅可以減排大量二氧化碳,其成本也低于風(fēng)電和光電。
   
說到環(huán)境污染,很多人第一反應(yīng)是工業(yè)發(fā)展帶來的污染。其實(shí)不然,最大的污染源是農(nóng)業(yè)。農(nóng)業(yè)污染包括種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)和有機(jī)廢棄物。“我們中國(guó)最多的一樣?xùn)|西是糞便,13億人口排的糞便數(shù)量世界第一。”除此之外,現(xiàn)在養(yǎng)殖業(yè)排放的糞便也是世界第一。中國(guó)土地只有世界陸地面積的7%,實(shí)際居住面積只有世界陸地的3%不到,但是養(yǎng)了占世界總數(shù)51%的豬,還養(yǎng)了占世界總數(shù)40%多的雞鴨,產(chǎn)生了大量糞便。
   
這些生物質(zhì)要用起來。中國(guó)發(fā)展生物質(zhì)能源之路,第一不能看中糧食,第二不能看中耕地,必須利用低劣生物質(zhì),比如城市生活垃圾、農(nóng)作物秸稈以及糞便等,積極穩(wěn)妥地推廣生物甲烷以及發(fā)電。中國(guó)生活垃圾數(shù)量很大,每年有1.55億噸;一年糞便12億噸,農(nóng)作物秸稈7億多噸。如果全部利用起來,至少相當(dāng)于7億噸標(biāo)煤,減排二氧化碳20億噸。
美國(guó)向海藻要油,每天百萬桶
   
世界發(fā)達(dá)國(guó)家如歐盟、日本、美國(guó)對(duì)低品位生物質(zhì)的處理和利用目前主要集中于生物燃?xì)?生物燃?xì)饽苡行У乩糜袡C(jī)垃圾、人畜糞便、廢棄農(nóng)作物秸稈等低品位生物質(zhì)原料,具備綠色、清潔、環(huán)保的特點(diǎn))的開發(fā)和使用。歐盟開展了生物燃?xì)庥?jì)劃;日本啟動(dòng)了Lotus計(jì)劃;瑞典的生物燃?xì)馍a(chǎn)已從單純的廢物處理手段轉(zhuǎn)向以供氣、發(fā)電為主的能源產(chǎn)業(yè),甚至開始種植專供制備生物燃?xì)獾哪茉醋魑铩C绹?guó)2007年推出的“微型曼哈頓計(jì)劃”宗旨就是向海洋藻類要能源,目標(biāo)是到2010年每天產(chǎn)出百萬桶生物原油,實(shí)現(xiàn)藻類產(chǎn)油的工業(yè)化。此外,紐約的斯塔藤垃圾處理站采用濕法處理垃圾,回收沼氣用于發(fā)電,同時(shí)生產(chǎn)肥料。
   
我國(guó)若將禽畜糞便資源轉(zhuǎn)化為生物燃?xì)饪烧酆铣^7840萬噸標(biāo)煤。國(guó)內(nèi)對(duì)生物燃?xì)獾拈_發(fā)利用起步于50年代,主要是用糞便和農(nóng)作物秸稈制取沼氣,而在大中型沼氣工程中,更多的是將對(duì)工業(yè)廢水的治理與沼氣生產(chǎn)結(jié)合起來,雖然取得了一些成績(jī),但產(chǎn)業(yè)規(guī)模小、系統(tǒng)集成化低,無法適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)化的需要。2007年,內(nèi)蒙古蒙牛集團(tuán)建成了全球最大的畜禽類沼氣發(fā)電廠,可日產(chǎn)沼氣1.2萬立方米,日發(fā)電3萬千瓦時(shí),每年可向國(guó)家電網(wǎng)提供1000萬千瓦時(shí)的電力,還可生產(chǎn)有機(jī)肥約20萬噸。
高效菌種轉(zhuǎn)化浦口區(qū)一年糞便
    相當(dāng)于標(biāo)煤16.8萬噸
   
糞便和秸稈資源非常分散,如何集中處理是個(gè)難題。分散處理就可以解決這個(gè)難題,這個(gè)模式就是在農(nóng)田附近挖一個(gè)大坑,把秸稈、糞便等就地收集倒進(jìn)去,專家把高效的菌種撒進(jìn)去,然后在旁邊再建一座豎井,使生成的甲烷通過管道集中輸送。就地把秸稈、糞便處理掉,剩下的沼液沼渣還可以用來還田。這樣種出來的葡萄比用一般化學(xué)肥料種出來的好吃得多。
   
這一設(shè)想不是科學(xué)幻想。據(jù)介紹,目前瑞典等歐美國(guó)家都在建設(shè)低生物質(zhì)使用網(wǎng)絡(luò),他們用管道來運(yùn)輸甲烷,比用汽車、拖拉機(jī)等運(yùn)輸成本要低,而且管道在地下,還不占用土地。使用低生物質(zhì)處理網(wǎng)絡(luò)后,牲畜糞便進(jìn)入發(fā)酵池,病毒、病菌都死光了,蚊蟲沒有了,疾病傳播源也就消失了。所以,發(fā)展低生物質(zhì)不僅能推動(dòng)生物化工的創(chuàng)新發(fā)展,還能改善環(huán)境,減少溫室氣體排放。
   
南京工業(yè)大學(xué)跟美國(guó)麻省理工學(xué)院合作,開發(fā)出一種高效菌種,可以使生物甲烷轉(zhuǎn)化率達(dá)到99%。這種資源化利用的模式,南京工業(yè)大學(xué)已經(jīng)進(jìn)行試點(diǎn),若將我校已有的技術(shù)應(yīng)用于南京市浦口全區(qū)(總?cè)丝跒?7萬),將其作為一個(gè)示范點(diǎn)建設(shè),總投資預(yù)算為1.83億元,年創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益約為1.81億元。每年可處理浦口13個(gè)污水處理廠的3萬噸淤泥和附近城市生活垃圾5.48萬噸,年產(chǎn)出沼氣1800萬立方米,相當(dāng)于標(biāo)煤16.8萬噸,一年減排二氧化碳20萬噸、化學(xué)需氧量10萬噸、氮磷1300噸。南工大準(zhǔn)備向中央領(lǐng)導(dǎo)寫建議,來推廣這個(gè)模式。
比風(fēng)電、光電更可靠
   
要解決環(huán)境壓力,無疑必須走低碳經(jīng)濟(jì)之路,因此,可再生能源被提到了重要位置??稍偕茉窗ü怆姟L(fēng)電、水能、生物質(zhì)能。在可再生能源中,發(fā)展生物質(zhì)能是最理想的。
   
為什么這么說呢?現(xiàn)在很多地方在上馬風(fēng)力發(fā)電,認(rèn)為只要有風(fēng)就能發(fā)電,碳排放為零。但這一說法忽略了風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造過程中投入的人工和費(fèi)用,實(shí)際上制造成本越高,意味著碳排放量就高。風(fēng)電還有一個(gè)問題,就是有風(fēng)才有電,沒風(fēng)就沒電。譬如在我國(guó)的內(nèi)蒙古,電本身很充分,風(fēng)一刮,風(fēng)電再傳輸?shù)诫娋W(wǎng)里,電網(wǎng)就吃不消,容易跳閘。而光伏電的成本也很高,每度基本要在6元左右。相對(duì)而言,生物質(zhì)能是最優(yōu)質(zhì)的,因?yàn)樗幌袼?、風(fēng)電、光電具有不確定性。
江蘇的生物質(zhì)能源之路
   
建議將該項(xiàng)目納入江蘇省綠色能源發(fā)展計(jì)劃,制定《低品位生物質(zhì)能源發(fā)展規(guī)劃綱要》,形成爭(zhēng)取政策支持和經(jīng)費(fèi)補(bǔ)貼,特別是設(shè)立“低品位生物質(zhì)綜合利用基金”,用于支持該項(xiàng)目推廣過程中的建設(shè)和試運(yùn)行。
   
依托國(guó)家生化工程技術(shù)研究中心和江蘇省工業(yè)生物技術(shù)創(chuàng)新中心,建立和完善該項(xiàng)技術(shù)的科研與應(yīng)用平臺(tái)。增設(shè)“低品位生物質(zhì)綜合利用實(shí)驗(yàn)室”和“生產(chǎn)性試驗(yàn)基地”,開展人員的技術(shù)培訓(xùn)和新技術(shù)的研發(fā);建立咨詢服務(wù)體系,利用網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)等形式進(jìn)行技術(shù)咨詢;建立成果推廣轉(zhuǎn)化部門,吸引企業(yè)參與該項(xiàng)成果的產(chǎn)業(yè)化。
   
建議采用重點(diǎn)示范、分散建設(shè)、逐步推廣的方式,在全省大力發(fā)展低品位生物質(zhì)的資源化綜合利用技術(shù)。具體建議為:在南京浦口區(qū)著力建設(shè)低品位生物質(zhì)綜合利用示范點(diǎn),以十年為期,將該技術(shù)輻射至全省60個(gè)具備推廣利用該技術(shù)條件的縣(市、區(qū)),實(shí)現(xiàn)對(duì)全省低品位生物質(zhì)資源的有效利用,形成社會(huì)循環(huán)可持續(xù)發(fā)展模式。在推廣順序上,建議在蘇中、蘇南、蘇北循序進(jìn)行。原因是蘇中的農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)和城市化程度均比較高,相比之下蘇南農(nóng)業(yè)不發(fā)達(dá)、蘇北城市化較低。

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