“被忽視的巨人”——生物能源

迷人的三道茶 2019-11-08

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國際能源署《2018可再生能源年度報告》首次指稱生物能源是“被忽視的巨人”,，具有清潔能源,、保護環(huán)境和振興農(nóng)村三重功能。中國發(fā)展生物能源具有得天獨厚的優(yōu)勢,。我國擁有豐富的,，能生長能源林草的邊際性土地；中國又是農(nóng)業(yè)大國,，擁有豐富的作物秸稈和畜禽糞便等有機廢棄物資源,，依此建設(shè)綠色的國家生物質(zhì)油氣田，既可彌補能源“短板”,，又有不可替代的改善生態(tài)環(huán)境與振興鄉(xiāng)村經(jīng)濟的多重功能,。

生物能源再定位

生物能源何以“被忽視”和即將躍進為可再生能源之主導？《2018 可再生能源年度報告》指出,，生物能源在能源分析體系中一直有個“盲區(qū)”（blind spot）,，即對減排溫室氣體、車用燃料減排污染物,、減少石化工業(yè)對原油的消費等能源進化轉(zhuǎn)型的意義未受到應有的重視,。簡而言之：生物質(zhì)能源具有清潔能源、保護環(huán)境和振興農(nóng)村三重功能,，而保護環(huán)境與振興農(nóng)村功能一直被忽視,。生物質(zhì)能源始于玉米/甘蔗乙醇。在中國,，因采用燃煤耦合生物質(zhì)混燒發(fā)電和高效煤電+生物質(zhì)混燒+碳捕獲封存=CO2接近零排放,。

倪維斗院士也在 2018 年 11 月 27 日的國際會議上指出：“煤炭仍然是中國的主要能源，中國火電容量已超過 10 億 kW,，世界第一,，火電占比超過60%,。‘去煤化’現(xiàn)在對中國是不現(xiàn)實的,，關(guān)閉全部燃煤電廠也是不可能的,。”但是中國電力必須走從“減煤”向最終“去煤”的方向發(fā)展,。他也提出煤與生物質(zhì)耦合混燒發(fā)電并逐步提高生物質(zhì)混燒比,，爭取一部分有條件的現(xiàn)有大型高效燃煤電廠，特別是循環(huán)流化床（CFB）電廠,，轉(zhuǎn)換成 100%生物質(zhì)燃燒

在新形勢下,，生物質(zhì)能源的生態(tài)環(huán)境功能越來越突出?！凹仁悄茉?，勝似能源”，是對它的再認識和再定位,。

戰(zhàn)略意義

沼氣-生物天然氣（產(chǎn)沼氣后做提純,，將甲烷含量提高到90%以上，達到與化石天然氣一樣的品質(zhì)）是典型的碳負排放燃料（表1,、圖1）又有突出的防治農(nóng)業(yè)面源污染和振興農(nóng)村功能,，沼渣還可以作為有機肥料還田。

表1 主要化石燃料與生物天然氣碳排放強度對比

圖1 沼氣與其他能源溫室氣體排放率對比

沼氣-生物天然氣產(chǎn)業(yè)在中國起步時間不長,，主要是由企業(yè)經(jīng)營的沼氣生產(chǎn)與提純一體化模式,，鄉(xiāng)村只是提供原料。鑒于中國集約化規(guī)模養(yǎng)殖與農(nóng)戶養(yǎng)殖（專業(yè)戶,、養(yǎng)殖小區(qū)）將長期并存,，為了推進鄉(xiāng)村工業(yè)的發(fā)展，分布式生產(chǎn)模式具有重要意義,。即提倡在中小規(guī)模養(yǎng)殖戶/廠基礎(chǔ)上分散,、就地生產(chǎn)沼氣，與集中提純相結(jié)合的分布式（decen?tralization）生產(chǎn)模式,。為了便于分散沼氣的運輸,，需要解決的技術(shù)瓶頸是大幅提高沼氣的能量密度與安全性。

沼氣-生物天然氣集清潔能源,、負碳排放,、防治農(nóng)業(yè)面源污染、有機廢棄物資源化利用,、生產(chǎn)有機肥以及發(fā)展鄉(xiāng)村工業(yè)于一身,，是一種具有重要戰(zhàn)略意義的新能源。

實現(xiàn)途徑

開發(fā)生物質(zhì)能源的“二代原料”。中國擁有豐富的,，不適于農(nóng)作而能種植能源林灌草類的邊際性土地,，約 1.44 億 hm2，可以產(chǎn)出大量“二代原料”,?；? km×1 km格柵，900多萬個數(shù)據(jù),，計算和繪制出凈初級生產(chǎn)力（NPP）及相關(guān)圖幅,，以全國11類邊際性土地地類中條件較好的4類作為種植能源灌草的原料產(chǎn)地。又以已經(jīng)實現(xiàn)初步商業(yè)化的生物質(zhì)氣化-費托合成企業(yè)的實踐,，即每4.0~4.5 t干物質(zhì)重的木質(zhì)纖維類生物質(zhì)可轉(zhuǎn)化出1 t生物合成柴油測算,。一般人工干預條件（對邊際土地種植稍加管理）下的年生物量產(chǎn)出為6.3億t，可合成生物燃油約1億t,。較好人工干預條件下的年生物量產(chǎn)出為 8.7 億 t,，可合成生物燃油約1.78億t。

中國的刺槐（Acasia）,、芒草（Miscanthus）,、沙柳（Salix mongolica）,、檸條（Caragana korshinskii）和能源柳等對中國邊際性土地皆有很好的適應性和生物量產(chǎn)出,，還有國內(nèi)外多種速生高產(chǎn)的能源植物有待于開發(fā)。種植能源植物還有利于保護水土和改善當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境,。

以多聯(lián)產(chǎn)提高能源產(chǎn)品競爭力,。當前中國生物天然氣生產(chǎn)中，利用沼渣生產(chǎn)有機肥料等副產(chǎn)品,，其營業(yè)收入多高于能源產(chǎn)品,。生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化生產(chǎn)過程中，尚可生產(chǎn)多種高附加值的其他化工產(chǎn)品,。

此外,，政策性爭取也有很大空間。發(fā)達國家早已普遍實行廢棄物/污染物的處理中,，廢棄物/污染物的制造者要向生物能源企業(yè)繳納相當數(shù)目的“入門費”（gate fee）,。而在中國，情況卻顛倒過來,，廢棄物/污染物的接受—轉(zhuǎn)化者反而向制造者付出原料費,，造成生物能源企業(yè)經(jīng)營成本普遍過高。這種局面只有通過全社會環(huán)保意識的增強,、對廢棄物,、垃圾處理的觀念更新，以及政府有關(guān)部門出臺相應的政策及規(guī)定才能得到解決。

建設(shè)國家生物質(zhì)油氣田,。中國擁有豐富的,，能生長能源林草的邊際性土

地；中國又是農(nóng)業(yè)大國,，擁有豐富的作物秸稈和畜禽糞便等有機廢棄物資源,，依此建設(shè)綠色的國家生物質(zhì)油氣田，既可彌補能源“短板”,，又有不可替代的改善生態(tài)環(huán)境與振興鄉(xiāng)村經(jīng)濟的多重功能,。

“生物天然氣田”是指以畜禽糞便與作物秸稈為主，輔以城鎮(zhèn)有機廢棄物和垃圾為原料,，在畜禽和糧食作物的集中地生產(chǎn)沼氣（甲烷含量 50%~70%）,、繼而提純?yōu)榕c常規(guī)天然氣完全同質(zhì)的生物天然氣（甲烷含量>90%）。每個日產(chǎn)數(shù)萬至數(shù)十萬立方米的生物天然氣廠,，可似為一口“氣井”,，由數(shù)百個生物氣井群構(gòu)成“氣田”。按畜禽和糧食生產(chǎn)集中的區(qū)域,，有中原,、兩湖、川渝,、東北,、蘇皖和冀東6大“生物天然氣田”，合計年產(chǎn)約1千億m3生物天然氣（圖2）,。

圖2 中國生物天然氣“氣田”分布

“生物質(zhì)油田”主要是指開發(fā)邊際性土地種植能源林灌草類,，轉(zhuǎn)化生產(chǎn)生物合成燃油。每個年產(chǎn)20~80萬t生物合成燃油廠,，可視為一口“油井”,，每個“生物油田”由約百個“生物油井”組成。按邊際土地集中化程度,，有西南,、長城沿線、東北,、東南和新疆五大生物合成“油田”,，合計年產(chǎn)約1億t生物合成燃油（圖3）。