林业生物质能源产业迎来巨大发展机遇
文/段劼 李海英 贾黎明
近期,国家发改委连续发布了《“十四五”生物经济发展规划》(以下简称《生物经济规划》)和《“十四五”可再生能源发展规划》(以下简称《可再生能源规划》)。《生物经济规划》是我国首部生物经济五年规划,也是“生物经济”概念的首次提出,聚焦面向人民群众在医疗 健康 、食品消费、绿色低碳、生物安全等领域更高层次需求和大力发展生物经济的目标。生物能源是《生物经济规划》中的战略性新兴产业,与生物医药、生物农业、生物安全一起被列为生物经济的四大重点发展领域。《生物经济规划》中提到,发展生物能源对维护国家能源安全、粮食安全、生态安全,实现乡村振兴与绿色发展具有重要意义。《可再生能源规划》中指出发展生物质能源对于碳达峰和应对气候变化具有重要作用,是保障国家能源安全的重要选择,是我国生态文明建设、可持续清洁能源发展、建设生态宜居美丽乡村的客观要求。林业生物质能源发展正处于大有可为的战略机遇期。
林业生物质能源产业是生物经济与可再生能源的重要组成部分
《生物经济规划》中将生物能源定位为生物经济的支柱产业,目标是推动化石能源向绿色低碳可再生能源转型。《可再生能源规划》明确提出了将推动林业生物质能源多元化开发,包括生物质发电、生物质能清洁供暖、生物天然气和非粮生物质液体燃料四种类型,与《生物经济规划》中提到的生物能源领域产业发展类型一脉相承。此外,《生物经济规划》还明确了林业生物能源领域产业发展可采取的工程路径,包括:定向选育、推广和应用高产、高抗、速生的油料和能源林新品种,因地制宜开展生物能源基地建设,加强热化学技术创新,推动高效低成本生物能源应用在有条件的区域开展纤维素乙醇、生物柴油、生物天然气产业示范,打通生物质原料收集等重要环节,提高生物燃料生产规模建设以生物质热电联产、生物质成型燃料及其他可再生能源为主要能源的产业园区支持有条件的县域开展生物质能清洁供暖替代燃煤,稳步发展城镇生活垃圾热电联产,推进生物质成型燃料、沼气等生物质能清洁取暖在有条件的地区开展生物柴油推广试点,推进生物航空燃料示范应用。
我国国情特殊,富煤贫油少气,当前原油对外依存度超过70%,能源安全问题突出。同时,我国人口基数大,18亿亩耕地的红线不能突破,发展生物质能源不可能像国外一样使用粮食原料,必须以“不与人争粮、不与粮争地”为原则。依托我国46亿亩林地发展林业生物质能源是最佳选择,可以促进对化石能源的加速替代,保障国家能源向低碳、零碳方向发展,同时兼顾生态、粮食、能源和 社会 多重效益。
林业生物质能源具有可再生、储备量大、能值高、绿色低碳、能源转化类型多、安全等特点,是生物经济产业和可再生能源的重要组成部分,是绿色低碳能源银行。林业生物质能源不仅能促进实现碳中和,部分产业还可实现负碳排放。两个《规划》是在我国迈向“双碳”目标和第二个百年目标的背景下提出的,为我国林业生物质能源提供了巨大的发展机遇。
北林能源中心致力林业生物质能源产业发展
自2013年以来,依托于北京林业大学“国家能源非粮生物质原料研发中心”和“林业生物质能源国家国际 科技 合作基地”等科研平台,在国家自然科学基金、 科技 部 科技 基础资源调查专项和国家国际 科技 合作项目等支持下,北林林业生物质能源研发团队经过10年多系统研究,助力“能源林”写入新版《森林法》,牵头编制了《能源林培育技术规程》《油料能源林培育技术规程》和《纤维素乙醇能源林培育技术规程》等3项林业行业标准,协助国家林草局生物质能源办起草发布了刺槐、灌木、文冠果、元宝枫、欧李、山桐子等7项能源原料林可持续培育指南。在高能效先进生物质原料林可持续经营技术和“林油一体化”产业可持续发展模式等方面取得了重要标志性科研成果,为落实两个规划奠定了雄厚的技术基础。
(1)高能效先进生物质原料林可持续经营技术
为解决限制我国林业生物质能源产业发展原料短缺这一瓶颈问题,在 科技 部国家国际 科技 合作项目和教育部重大项目培育项目等的支持下,北林团队以刺槐、柠条、沙棘、沙枣、胡枝子、紫穗槐、三倍体毛白杨B301、欧美107杨、文冠果、无患子、黄连木等11个主要能源原料树种为研究对象,创新形成了高能效先进生物质原料林可持续经营技术。团队基于雄厚的前期研究基础,依托 科技 部“林业生物质能源国家国际 科技 合作基地”,与德国哈尔博格学院、西班牙马德里理工大学等一流高校的相关机构,围绕燃料型、燃油型能源原料林可持续经营技术开展了务实合作,形成了刺槐和杨树能源林高密度超短轮伐培育技术体系,生物质收获量比原有培育模式提高20%以上;形成了立地-树种(品种)适配、合理密度确定、平茬复壮等灌木能源林培育技术体系,生物量提高35%,还可形成能-饲联产产业体系;建立了我国主要燃油树种高含油率、高皂苷含量优良种质资源筛选技术,可实现多目标利用最优种质精确选择,并形成了系列新品种;形成了无患子、文冠果等主要燃油树种种质资源经济性状与立地适配、冠形及花果精准调控等原料林高效标准化培育技术,果实原料产量比现有措施分别提高47.4%和51.0%提出了国际接轨的能源原料林培育经济、环境、能耗可持续评价指标体系和评价技术。以上技术为保障林业生物质能源产业原料稳定供应奠定了坚实基础。
文冠果高产单株
刺槐高密度超短轮伐原料林
杨树高密度超短轮伐原料林
柠条饲能兼用原料林
(2)“林油一体化”产业可持续发展模式
为解决我国林业生物质能源产业原料供应不足、原料林培育技术体系不完善、产品单一、企业投资回报期长等问题,北京林业大学团队牵头,联合我国林业生物质能源龙头企业开展了“林油一体化”产业可持续发展模式及相关因素研究。以无患子、小桐子、光皮树等油料能源树种为研究对象,创新提出了“优良无性系种植园原料林培育模式+多联产产业链可持续发展模式”。研究表明:无患子无性系种植园的果实产量是实生林的2.3倍,经济效益是实生林的3.3倍,林油-皂-碳多联产产业链扭转了仅生产生物柴油的亏损局面1吨无患子干果的净收益可达3.5万元;1吨无患子生物柴油的碳足迹为-11.5t CO2eq,相比石化柴油,温室气体减排量达15.2 t CO2eq/t。除此之外,研究还形成了我国自主创新的“林油一体化”生产工艺及多联产路线图提出了符合我国国情的优先享受营造林普惠财政补贴政策、国家种业和良种优惠政策、财税优惠政策等7条产业可持续发展扶持政策建议。该模式为我国乃至世界林业生物质能源“林油一体化”产业发展提供了一条优化路径,对推进我国林业生物质能源产业高质量发展具有重要现实意义。
林业生物质能源生物产业发展展望
十多年来,北林林业生物质能源研发团队已基本摸清了适合各主要气候区的各类型最优能源原料发展树种,并围绕这些树种构建了原料高产稳产培育技术体系,在各能源林树种主要发展区域建立了优良种质资源收集与种植试验基地,作为技术支撑单位有效带动了一大批坚定开展林业生物质能源相关领域研发与推广应用的企业。同时,在国家林业和草原局的带领下,建立了“无患子产业国家创新联盟”“国家林草刺槐工程技术研究中心”等。这些平台的建立打通了 科技 成果转化通道,形成了林业生物质能源产业的良性合作和推广转化机制,在我国林业生物质能源原料树种良种选育和原料林培育、应用开发、绿色精深加工等方面实现了“政产学研用”的有机结合,为逐步形成有效的林业生物质能源市场化开发机制奠定了重要基础。
两个《规划》的发布为我国林业生物质能源的发展提出了纲领,也为“能源中心”的 科技 创新指明了方向。“十四五”期间,“能源中心”制定了8大专项计划共27条具体措施,将重点在油料能源林、固体燃料能源林及纤维素能源林等方面开展理论和技术突破,并开创淀粉能源林、新型林草生物质能源等新领域,在行业标准化建设方面继续发挥积极作用,扩大在生物质能源领域的国内外影响力,助力我国生物经济与林草生物质能源事业高质量可持续发展,最终为服务国家“双碳”战略和维护我国能源安全发挥重要作用。(作者单位系北京林业大学国家能源非粮生物质原料研发中心)
一、对农林生物质发电项目实行标杆上网电价政策。未采用招标确定投资人的新建农林生物质发电项目,统一执行标杆上网电价每千瓦时0.75元(含税,下同)。通过招标确定投资人的,上网电价按中标确定的价格执行,但不得高于全国农林生物质发电标杆上网电价。
二、已核准的农林生物质发电项目(招标项目除外),上网电价低于上述标准的,上调至每千瓦时0.75元;高于上述标准的国家核准的生物质发电项目仍执行原电价标准。
三、农林生物质发电上网电价在当地脱硫燃煤机组标杆上网电价以内的部分,由当地省级电网企业负担;高出部分,通过全国征收的可再生能源电价附加分摊解决。脱硫燃煤机组标杆上网电价调整后,农林生物质发电价格中由当地电网企业负担的部分要相应调整。
四、农林生物质发电企业和电网企业要真实、完整地记载和保存项目上网交易电量、价格和补贴金额等资料,接受有关部门监督检查。各级价格主管部门要加强对农林生物质上网电价执行情况和电价附加补贴结算情况的监管,确保电价政策执行到位。
具体价格看各地的政府支持以及扶持力度了。
进入21世纪以来,我国面临的能源安全和环境生态保护问题日趋严峻,可再生能源已经成为能源发展战略的重要组成部分以及能源转型的重要发展方向。根据可再生能源应用的不同领域,电力系统建设正在发生结构性转变,可再生能源发电已开始成为电源建设的主流。生物质发电技术是目前生物质能应用方式中最普遍、最有效的方法之一。
装机容量世界第一
生物质能是重要的可再生能源,开发利用生物质能,是能源生产和消费革命的重要内容,是改善环境质量、发展循环经济的重要任务。为推进生物质能分布式开发利用,扩大市场规模,完善产业体系,加快生物质能专业化多元化产业化发展步伐。截至2020年底,全国已经投产生物质发电项目有1353个。
在国家大力鼓励和支持发展可再生能源,以及生物质能发电投资热情高涨,各类生物质发电项目纷纷建设投产等推动下,我国生物质能发电技术产业呈现出全面加速的发展态势。2020年,生物质发电新增装机543万千瓦,累计装机达2952万千瓦。我国生物质发电装机容量已经是连续三年列世界第一。
生物质发电主要包括农林生物质发电、垃圾焚烧发电和沼气发电。2020在,在我国生物质发电结构中,垃圾焚烧发电累计装机容量占比最大,达到51.9%其次是农林生物质发电,累计装机容量占比为45.1%沼气发展累计装机容量占比仅为3.0%。
生物质能发电量稳定增长
近年来,我国生物质能发电量保持稳步增长态势。2020年,中国生物质年发电量达到1326亿千瓦时,同比增长19.35%。
从发电量结构来看,垃圾焚烧发电量最大,2020年中国垃圾焚烧发电量为778亿千瓦时,占比为58.6%农林生物质发电量为510亿千瓦时,占比为38.5%2020年沼气发电量为37.8亿千瓦时,占比为2.9%。
随着生物质发电快速发展,生物质发电在我国可再生能源发电中的比重呈逐年稳步上升态势。截至2020年底,我国生物质发电累计装机容量占可再生能源发电装机容量的3.2%总发电量占比上升至6.0%。生物质能发电的地位不断上升,反映生物质能发电正逐渐成为我国可再生能源利用中的新生力量。
垃圾焚烧发电量将持续增长
在我国生物质发电结构中,垃圾焚烧发电累计装机容量占比最大。国内生活垃圾清运量和无害化处理率保持持续增长,对于垃圾焚烧的需求也在日益增加。为满足垃圾焚烧消纳生活垃圾的需求,随着垃圾焚烧发电市场从东部地区向中西部地区和乡镇转移,垃圾焚烧发电量将持续增长。
农林生物质发电项目利用小时数从2018年开始逐年走低,主要原因是可再生能源补贴拖欠对农林生物质发电项目影响较大。根据统计,2019年农林生物质发电利用小时数超过5000h的项目未188个,总装机为526万千瓦。据此判断约50%的项目在承受电价补贴拖欠的压力下,仍坚持项目运营。2020年农林生物质发电新增装机容量也有所下降,为217万千瓦。
山东生物质发电全国领先
总体上来看,生物质发电整体呈现东强西弱的局面。东部和南部沿海地区发展较好。
2020年,全国生物质发电量排名前五位的省份是山东、广东、江苏、浙江和安徽,发电量分别为365.5万千瓦、282.4万千瓦、242.0万千瓦、240.1万千瓦和213.8万千瓦。
2020年,全国生物质发电新增装机容量排名前五位的省份是广东、山东、江苏、浙江和安徽,分别为67.7万千瓦、64.6万千瓦、41.7万千瓦、38.9万千瓦和36.0万千瓦。
—— 更多数据请参考前瞻产业研究院《中国生物质能发电产业市场前瞻与投资战略规划分析报告》
生物质能一直是人类赖以生存的重要能源,它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源,在整个能源系统中占有重要地位。有关专家估计,生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的组成部分,到下世纪中叶,采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40%以上。
人类对生物质能的利用,包括直接用作燃料的有农作物的秸秆、薪柴等;间接作为燃料的有农林废弃物、动物粪便、垃圾及藻类等,它们通过微生物作用生成沼气,或采用热解法制造液体和气体燃料,也可制造生物炭。生物质能是世界上最为广泛的可再生能源。据估计,每年地球上仅通过光合作用生成的生物质总量就达1440~1800亿吨( 干重 ),其能量约相当于20世纪90年代初全世界总能耗的3~8倍。但是尚未被人们合理利用,多半直接当薪柴使用,效率低,影响生态环境。现代生物质能的利用是通过生物质的厌氧发酵制取甲烷,用热解法生成燃料气、生物油和生物炭,用生物质制造乙醇和甲醇燃料,以及利用生物工程技术培育能源植物,发展能源农场。 2006年(丙戌年)底全国已经建设农村户用沼气池1870万口,生活污水净化沼气池14万处,畜禽养殖场和工业废水沼气工程2,000多处,年产沼气约90亿立方米,为近8000万农村人口提供了优质生活燃料。
中国已经开发出多种固定床和流化床气化炉,以秸秆、木屑、稻壳、树枝为原料生产燃气。2006年用于木材和农副产品烘干的有800多台,村镇级秸秆气化集中供气系统近600处,年生产生物质燃气2,000万立方米。
发展生物质能源重在解决“五难”
面对全球性的减少化石能源消耗,控制温室气体排放的形势,利用生物质能资源生产可替代化石能源的可再生能源产品,已成为我国应对全球气候变暖和控制温室气体排放问题的重要途径之一,国家出台了具体的补贴措施,并且规划到2015年,生物质能发电将达1300万千瓦的目标。然而受原料收集难、政策补贴不到位等难题,生物质能源产业的发展规模和水平远远低于风能、太阳能的利用。如何发挥生物质能企业的生产积极性,尽快解决这些难题,为此,记者采访了中国农村能源行业协会生物质专委会秘书长肖明松,国家发展和改革委员会能源研究所研究员秦世平教授,以及可再生能源学会生物质能专业委员会秘书长袁振宏。
一难:认识不够
生物质能源正处在一个很尴尬的境地。国家发展和改革委员会能源研究所秦世平研究员开门见山地告诉本刊记者:“要说重要,在可再生能源中生物质能源是最重要的,但相比而言,它的产业化程度,发展规模都是最差的。这其中有一些客观原因,也有一些属于认识问题。”
生物质能源的重要性体现在以下四点,秦世平介绍:第一,我国是地少人多的国家,农林剩余物、城市垃圾等废弃物是生物质资源的主要来源,以往农民处理秸秆大多是一把火点着,城市垃圾多是填埋,但废弃物的处理是个刚性需求,随着国家对CO2的排放限制的提高,生物质的能源化利用成为更为先进和有效的方法;第二,我国化石能源短缺,其中液体燃料是最缺少的,而液体燃料只有利用生物质可以转化;第三,生物质能的各个生产阶段都是可以人为干预的,而风能、太阳能只能靠天吃饭,发电必须配合调峰,而生物质能源则不需要,甚至可以为其他能源提供调峰;第四,生物质原料需要收集,这样能够增加农民收入,刺激当地消费,可以有效促进农村经济的发展。一个2500万~3000万千瓦的电厂,在原料收集阶段农民获得的实惠约有五六千万元。“三农”问题解决好了,对于整个社会发展将起到非常重要的作用。
除了客观上发展规模受限以外,秦世平认为:对生物质能的认识各不相同,对其投资的额度,与地方的GDP增长是不相符的,资源的分散性导致生物质能源在一地的投资,最多也就2亿多;这在某些政府官员那来看,生物质能源有点像“鸡肋”,有呢吃不饱,丢了又有点可惜,并且地方政府还要帮助协调农民利益、禁烧等“麻烦事”。由此导致生物质能源整体项目规模较小,技术投入不足,尽管它是利国利农的好事,却处于发展欠佳的尴尬地位。
可再生能源学会生物质能专业委员会秘书长袁振宏也在电话里向记者表示,相比于煤炭、石油、天然气这些传统能源,生物质能源在技术上的投入显然要低得多。对于生物质能源发展,首先要从上层统一思想,提高对生物质能源重要性的认识,并要在技术上加大投入。
二难:补贴门槛过高
对生物质能源的支持,国家采取了多种补贴手段。但补贴门槛过高,手续繁琐、先垫付后补贴也困扰着不少企业。财政部财建[2008]735号文件规定,企业注册资本金要在1000万元以上,年消耗秸秆量要在1万吨以上,才有条件获得140元/吨的补助。对此,中国农村能源行业协会生物质专委会秘书长肖明松认为:1000万元的注册资金,是国家考虑防范企业经营风险时的必要手段,这对大企业无所谓,但对一些中小公司则很难达到。而1万吨秸秆的年消耗量,需要相当规模的贮存场地,由此带来的火灾隐患,成本增加问题也是企业不得不考虑的事情。事实上,如果扩大鼓励面的话,三五千吨也是适用的。受制于这些现实难题,财政部的万吨补贴政策遭遇落地难。
而参与国家补贴政策制定的秦世平对此解释说,国家制订政策的初衷并不鼓励生物质能源企业因陋就简,遍地开花,而是鼓励企业专门从事生物质能源,培养骨干型企业,这就需要一定的物质基础。一万吨的厂子,固定资产就大概需要400万元,加上流动资金,1000万元并不算多。而万吨规模在能源化利用上,刚称得上有点规模,只要是同一个业主,生产点可以分散,如果规模太小,补贴监管成本也太高。对于补贴方式上,秦世平承认存在一定缺陷,整个机制缺乏能源主管部门、技术部门的参与。制度怎样更有利于监管,公平公开还有待于进一步完善。而该行业的快速发展,补贴政策功不可没,但不能因为出现一些问题,因噎废食,取消这个补贴政策,那将会对刚刚起步的生物质能源化利用产业造成重大的打击。因为国家补贴不仅仅是提供资金,还表明国家对该行业的支持态度,对企业和投资具有强力的引导作用。
除此之外,固定电价也是补贴的重要一块。生物质发电是0.75元/度,垃圾和沼气发电是0.65元/度。增值税实行即征即退,所得税按销售收入的90%来计算。袁振宏则指出政府鼓励生产,生产完了没有销路,这个产业还是发展不起来。所以生产者和用户两头都要鼓励,为企业开拓市场。产业发展了国家才有政策,反过来不给政策,企业也难有市场。
三难:布局不好要吃亏
到底企业要建多大产能的好?秦世平经常碰到有企业负责人向他请教。
“没有最好,只有最适合的,适合的就是最好的。比如苏南地区每人只有几分地,那就没法收,这些地方就没法建大厂,但东北垦区就比较适合建大型电厂,有条件上规模,成本才越低,效益才越高。一定要因地制宜。密集地区可以建气化发电,做成型燃料,不一定去建发电厂。”
肖明松也建议企业要多方考虑,合理布局,否则很容易陷入发展困局。建生物质能电厂首先要考虑可持续发展,原料分散,就需要分散性利用,要考虑水资源、电力、人文环境是不是可以支撑这个项目。
四难:成本价格难控
受耕作制度的限制,我国农村土地高度分散,从资源的收集储存运输带来很大不利因素,在后续的环节上会放大很多倍。“有些人认为收集半径的扩大就是多一个油钱,实际上运输工具、人力成本都不一样。”秦世平解释说,“装机容量3万千瓦的生物质电厂,一年大概需要25万-30万吨秸秆,按我国户均10亩耕地计算,需要大约20万农户来完成,那么收购时你要带秤,光开票都需要20万张。还要一个个装车,不能实现高效的机械化。”
肖明松也非常理解企业的苦楚。“生物质能源要依赖农业,资源掌握在老百姓手里,农民的市场意识很好,完全随行就市。如果收集半径过大,需要农民花费大量时间收集、运输,那农民就会要求按外出打工时计算人力成本,如此一来,企业为原料支出的成本就会大大提高。如果企业坚持不抬价,就可能造成企业吃不饱,缩量生产,影响经济效益。每度电原料成本如果超出一定范围,无论怎么发电都是赔钱。加上人工费用近年来的快速增加,成本成了扼住企业脖子的一道枷锁。”
“所以准备入行的企业首先要考虑的是原料资源的可获得性,如果不成熟千万不要贸然进入。”肖明松认为地方政府可以进行协调,比如利用示范效应,鼓励农民种植秸秆作物,做好企业加农户的结合,平衡好企业和农户之间的利益。
五难:技术投入小
“我国的生物质能源技术与国外有一定的差距,但目前的技术加上国家的补贴可以维持产业化经营。技术进步永无止境,国外的技术、设备成本太高并不一定适合我们,轿车科技水平高,但要是去农田就不如拖拉机。”秦世平笑着向记者打了个比方。科研部门每年都在做前端的研究,力度并不大。从实验室到田间再到工业企业的规模化生产,技术的创新需要一个较长的时间。企业可以一边生产一边进行探索。
“目前存在的问题是,有些研究成果与生产有些脱节,并没有转化为生产力,推向社会。”肖明松说,一方面技术部门因缺少资金,无法进行规模化生产,另一方面为了尽可能多地收回技术成本,企业有意拉长新技术向市场投放的周期。“但是,我们现在面临的是国际化的市场,如果抱着老的技术不放,一旦有新技术投放市场,企业始终面临着效率低下,最终难以维持。”
“生物质能源的技术投入还很小,从宏观方面来说,现有能源还没有用尽。垄断企业控制着部分能源的终端,也限制了中小企业的技术投入。中石油若投入生物质能源,生产乙醇汽油很容易,因为燃料乙醇按标准要求添加到汽油里形成乙醇汽油,整个产业链他们可以控制,别人加不进去。当大能源还能够持续的时候,就不会在生物质能源上下太大的力气。”此外,国际石油、煤炭,天然气价格有一个联动关系,当他们的价格逼近生物质能源的产品价格时,企业就会有更多的利润,当化石能源资源枯竭到一定程度的时候,生物质能源的优势就体现出来了。 1. 直接燃烧
生物质的直接燃烧和固化成型技术的研究开发主要着重于专用燃烧设备的设计和生物质成型物的应用。现已成功开发的成型技术按成型物形状主要分为大三类:以日本为代表开发的螺旋挤压生产棒状成型物技术,欧洲各国开发的活塞式挤压制的圆柱块状成型技术,以及美国开发研究的内压滚筒颗粒状成型技术和设备。
2. 生物质气化
生物质气化技术是将固体生物质置于气化炉内加热,同时通入空气、氧气或水蒸气,来产生品位较高的可燃气体。它的特点是气化率可达70%以上,热效率也可达85%。生物质气化生成的可燃气经过处理可用于合成、取暖、发电等不同用途,这对于生物质原料丰富的偏远山区意义十分重大,不仅能改变他们的生活质量,而且也能够提高用能效率,节约能源。
3. 液体生物燃料
由生物质制成的液体燃料叫做生物燃料。生物燃料主要包括生物乙醇、生物丁醇、生物柴油、生物甲醇等。虽然利用生物质制成液体燃料起步较早,但发展比较缓慢,由于受世界石油资源、价格、环保和全球气候变化的影响,20世纪70年代以来,许多国家日益重视生物燃料的发展,并取得了显著的成效。
4.沼气
沼气是各种有机物质在隔绝空气(还原)并且在适宜的温度、湿度条件下,经过微生物的发酵作用产生的一种可燃烧气体。沼气的主要成分甲烷类似于天然气,是一种理想的气体燃料,它无色无味,与适量空气混合后即可燃烧。
1) 沼气的传统利用和综合利用技术
我国是世界上开发沼气较多的国家,最初主要是农村的户用沼气池,以解决秸秆焚烧和燃料供应不足的问题,后来的大中型沼气工程始于1936年,此后,大中型废水、养殖业污水、村镇生物质废弃物、城市垃圾沼气的建立扩宽了沼气的生产和使用范围。
自20世纪80年代以来,建立起的沼气发酵综合利用技术,以沼气为纽带,将物质多层次利用、能量合理流动的高效农业模式,已逐渐成为我国农村地区利用沼气技术促进可持续发展的有效方法。通过沼气发酵综合利用技术,沼气用于农户生活用能和农副产品生产加工,沼液用于饲料、生物农药、培养料液的生产,沼渣用于肥料的生产,我国北方推广的塑料大棚、沼气池、气禽畜舍和厕所相结合的“四位一体”沼气生态农业模式,中部地区以沼气为纽带的生态果园模式,南方建立的“猪-果”模式,以及其他地区因地制宜建立的“养殖-沼气”、“猪-沼-鱼”和“草-牛-沼”等模式,都是以农业为龙头,以沼气为纽带,对沼气、沼液、沼渣的多层次利用的生态农业模式。沼气发酵综合利用生态农业模式的建立使农村沼气和农业生态紧密结合,是改善农村环境卫生的有效措施,也是发展绿色种植业、养殖业的有效途径,已成为农村经济新的增长点。
2)沼气发电技术
沼气燃烧发电时随着大型沼气池建设和沼气综合利用的不断发展而出现的一项沼气利用技术,它将厌氧发酵处理产生的沼气用于发动机上,并装有综合发电装置,以产生电能和热能。沼气发电具有高效、节能、安全和环保等特点,是一种分布广泛且价廉的分布式能源。沼气发电在发达国家已收到广泛重视和积极推广。生物质能发电并网电量在西欧一些国家占能源总量的10%左右。
3) 沼气燃料电池技术
燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的装置。当源源不断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂时,它可以连续发电。依据电解质的不同,燃料电池分为碱性燃料电池(AFC)、质子交换膜(PEMFC)、磷酸(PAFC)、溶融碳酸盐(MCFC)及固态氧化物(SOFC)等。
燃料电池能量转换效率高、洁净、无污染、噪声低,既可以集中供电,也适合分散供电,是21世纪最有竞争力的高效、清洁的发电方式之一,它在洁净煤炭燃料电站、电动汽车、移动电源、不间断电源、潜艇及空间电源等方面,有着广泛的应用前景和巨大的潜在市场。
5.生物制氢
氢气是一种清洁、高效的能源,有着广泛的工业用途,潜力巨大,来生物制氢究逐渐成为人们关注的热点,但将其他物质转化为氢并不容易。生物制氢过程可分为厌氧光合制氢和厌氧发酵制氢两大类。
6. 生物质发电技术
生物质发电技术是将生物质能源转化为电能的一种技术,主要包括农林废物发电、垃圾发电和沼气发电等。作为一种可再生能源,生物质能发电在国际上越来越受到重视,在我国也越来越受到政府的关注和民间的拥护。
生物质发电将废弃的农林剩余物收集、加工整理,形成商品,及防止秸秆在田间焚烧造成的环境污染,又改变了农村的村容村貌,是我国建设生态文明、实现可持续发展的能源战略选择之一。如果我国生物质能利用量达到5亿吨标准煤,就可解决目前我国能源消费量的20%以上,每年可减少排放二氧化碳中的碳量近3.5亿吨,二氧化硫、氮氧化物、烟尘减排量近2500万吨,将产生巨大的环境效益。尤为重要的是,我国的生物质能资源主要集中在农村,大力开发并利用农村丰富的生物质能资源,可促进农村生产发展,显著改善农村的村貌和居民生活条件,将对建设社会主义新农村产生积极而深远的影响。
7.原电池
通过化学反应时电子的转移制成原电池,产物和直接燃烧相同但是能量能充分利用。 脂肪燃料快艇(说明:本词条顶部图片即为脂肪燃料快艇)
新西兰业余航海家和环境保护家皮特·贝修恩宣布,他将驾驶以脂肪为动力的快艇“地球竞赛”号,进行一次环球航行。据悉,贝休恩将于2008年3月1日从西班牙的瓦伦西亚出发,开始全长约4.5万公里的环球航行。贝休恩表示,他打算挑战英国船只“有线和无线冒险”号于1998年创造的75天环球航行的世界纪录。
脂肪当燃料“地球竞赛”号被称为世界上最快的生态船,造价240万美元,融合多项高科技。“地球竞赛”号长约23.8米,形似一只展翅欲飞的天鹅。船身有三层外壳保护,内有两个功能先进的发动机,最高时速可达每小时40节(约74公里),即使航行在巨浪中,速度也不会减慢。
虽然动物脂肪种类丰富,但贝修恩计划只利用人类脂肪转化成的生物燃料作为“地球竞赛号”的动力来源,百分之百采用生物燃料完成一次环游世界的环保之旅。
为了能募集到足够的脂肪生物燃料,贝修恩身先士卒,主动躺到了手术台上。然而整形医生尽管做了很大努力,从他体内抽出的脂肪也只够制造100毫升的生物燃料。他的两名助手抽出的10升脂肪能够制成7升生物燃料,可供“地球竞赛”号航行15公里。
而皮特进行“绿色”环游世界之旅,以打破英国“有线和无线冒险者”号于1998年创造的75天环游世界的纪录,总共需要7万升的生物燃料,也就是说,皮特需要胖子志愿者们捐赠出大约7万公斤的脂肪。
生物质能利用的方式主要是直接燃烧、发电、气化和转变为成型燃料。所谓生物质气化是指利用工业手段将秸秆变成天然气,用秸秆转变而成的天然气虽然与煤相比缺乏竞争力,但是和煤气、天然气相比是具有竞争力的。秸秆气化也可解决小区域集中供气问题。此外生物质成型燃料是替代煤的好产品。成型燃料在我国已实践了几年,技术已比较成熟,如秸秆固化成型是成熟的技术。
近年来,随着对可再生能源的加大开发、利用,生物质能发电得到了快速发展。2016年我国生物质能发电项目装机容量达到1224.8万千瓦,较2015年再增加104.9万千瓦,发电量达到634.1亿千瓦时,相当于2/3个三峡水电。数据显示,目前我国生物质发电项目达到了665个,仅2016年一年内就再添66个项目,成为投资领域的新宠。
图表:2012-2017年生物质能发电项目累计装机容量(单位:GW)
生物质发电成为分布式能源发展新动力
生物质发电在国际上越来越受到重视,在国内也越来越受到政府的关注。根据“十三五”生物质能源发展规划,到2020年,生物质能利用量将达5700万吨标准煤,其中生物质能锅炉供热每小时将达2万蒸吨,生物质能固体燃料年利用量达1000万吨标准煤;生物天然气达100亿立方米;生物质液体燃料总量将达600万吨,其中燃料乙醇400万吨,生物柴油200万吨。
此外,按照可再生能源中长期发展规划要求,到2020年,我国生物质发电总装机容量要达到3000万千瓦。可以认为生物质发电,将是分布式能源发展的又一重大市场。
图表:生物质发电总装机容量预测(单位:GW)
——以上数据及分析均来自于前瞻产业研究院发布的《中国分布式能源行业商业模式创新与投资前景预测分析报告》。
据悉,欧盟决定全力发展以本地资源为重点的节约型能源,其中,风力发电、太阳能发电垃圾发电和生物能源最被看好。
在众多替代能源中,目前最令人青睐的是生物能源。统计表明,2003年欧盟生物能源的产量逾174万吨,而2002年只有137万吨,一年时间就增加了26%左右。
根据欧盟的计划,到2010年生物能源的产量可望增加到1100万吨。
据介绍,所谓生物能源,目前主要是指生物乙醇和生物石油。生物乙醇的原料是秸秆、玉米、甜菜、甘蔗、小麦、大麦等,通过发酵和糖分转化等加工过程,制成酒精。
这种酒精按一定比例可直接与石油相混合,也可与汽油相混合,目前与汽油混合的比例在5%-10%。使用这种混合燃料的发动机可不用做任何改动,不但不会降低发动机的功率,还有助于减少有害气体的排放,同时使汽油得到更加充分的燃烧,从而减少了大气污染,达到保护环境的目的。
生物柴油来自所有含油的植物和动物油脂,专家认为,生物柴油是优质石油最有前途的替代品。与传统的柴油相比,生物柴油使用时的燃烧更加充分,同时也更加安全,便于储存。
在同样情况下,使用生物柴油可以节油15%-30%,温室效应气体排放可减少45%左右。正因如此,欧盟各个成员国先后制定了各种法律法规,这种法律法规从资金、税收、研发贷款、立项等各个方面提供方便,从而推动了欧盟生物能源的发展。
生物能源的发展前景
摘要:目前,生物质能的利用占世界总能耗的14%,相当于12.57亿吨石油。在发展中国家,生物质能占总能耗的35%,相当于11.88亿吨石油。目前全世界仍有25亿人口用生物质能做饭。取暖和照明。但是生物质利用总量还不到其生产总量的1%,由此可见,生物质能的开发利用前景十分广阔。生物质能的开发利用有利于改善环境,同时可以满足我们对能源的需求。由绿色植物派生的生物质包括:城市垃圾、有机废水、粪便、林业生物质、农业废弃物、水生植物以及能源植物等。
多少年来,人类文明发展主要依赖于节制地开发利用煤、石油、天然气等化石燃料等自然资源。对由此带来的环境污染,走的是先污染后治理的路子。为此我们付出了怎样的代价?它给人类带来沉痛的教训是:奢侈的资源浪费,过低的能源利用率和不可容忍的环境污染。
人类使用的三大主要能源是原油、天然气和煤炭,但它们都是不可再生的能源。据国际能源机构的统计,这三种能源还能供开采的年限,分别只有40年、50年和240年。开发新能源已成为人类发展中的紧迫课题,核能还将有所发展,太阳能、风能、地热能、波浪能和氢能这五种新能源,今后将会优先获得开发利用。另一个值得重视的新能源是可再生的生物能源。
我国虽已探明煤储量6000亿t,石油70亿t,水力发电6.8亿k但由于1978年以来我国总的能源利用率已超过30%,能源分布不均匀,能源产量低和农村能源供应短缺等因素,致使能源供应趋于紧张。开发利用生物能源,在这方面可以起到显著的缓解作用。特别是在农村年产稻壳3225万t,玉米芯1250万t,甘蔗渣400万t,棉籽壳200万t,糠醛渣30万t,人畜粪便1380万t的条件下,可用微生物作用年产沼气达14.28×108m3,相当于25.94×106t标准煤,从而彻底改变现在农村能源短缺的状况。
我国现在因利用能源而导致严重的环境污染,例如烟尘和SO2年排放量为2857万t,燃烧后的垃圾排放为年均573000万t,因薪柴之用破坏森林植被导致每年土壤流失50亿t。利用生物生产能源和对其进行利用,不仅没有环境污染问题出现,而且还可使目前污染严重的环境状况得以缓解。
数百年来在燃料王国里唱“主角”的煤和石油都是远古时代的动植物生成的,那么能否种植能源作物,直接从能源作物生产燃料?这是21世纪普遍关注的一个新问题。理想的生物燃料作物应具有高效光合能力,到目前为止,科学家们已发现了40多种能够生产“石油”的植物。
生物质能是由植物与太阳能的光合作用而贮存于地球上植物中的太阳能,最有可能成为21世纪主要的新能源之一。据估计,植物每年贮存的能量相当于世界主要燃料消耗的10倍,而作为能源的利用量还不到其总量的1%。通过生物质能转换技术,可以高效地利用生物质能源,生产各种清洁燃料,替代煤炭、石油和天然气等燃料。由此可见,发展生物质能源,对保障我国未来能源安全具有重要作用。
专家分析,石油已不是可持续发展的理想汽车燃料,过度依赖存在四大问题,包括:国内资源短缺和国际石油争夺剧烈的双重风险;汽柴油的性能已不能满足汽车高水平和高清洁的可持续发展要求;油价居高不下,用户负担增加;依靠进口,要花大量外汇,影响国内就业。巨大的国际采购会使我国原油陷入类似现在铁矿砂市场的“价格合围”。适应汽车消费需求,建设车用燃料替代体系成为必然趋势。
据了解,目前中国汽车保有量超过2000万辆,2010年将达到5000万辆至6000万辆。届时,国内汽车年生产量将达1000万辆以上,汽车用成品油市场就将有数千亿元。另一方面,环境保护逼迫中国采取石油替代技术。北京、上海等大城市较早对公共交通车辆实行天然气替代石油等措施,主要是出于环境因素。目前,天然气、煤炭、生物质能等技术路线替代石油,其燃烧排放都小于石油类40%左右。按我国城市进程,2020年前还将有4亿人口“进城”,汽车保有量将急剧增加,不采用洁净的替代能源将无法维持人类适宜的城市居住环境。有人这样计算:大城市里按每车每天用15KG汽、柴油计,100万台车即用1.5万吨汽、柴油,它将耗尽18338万立方米空气中的氧气,使之变成只含二氧化碳和和氮气等的无氧气体。又因二氧化碳比空气重得多,所以,它们大都分布在地面附近,可在100平方公里范围内堆积1.83米厚,比正常的中国人还高出一巴掌。如果没有大自然赐予的空气流动,这将是一种多么可怕的情景呀!
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中国工程院院士,国家生化工程技术研究中心主任、南京大学校长欧阳平凯说,美国国家委员会预测,到2020年,将有50%有机化学品和材料来自生物质原料。我国最先起步的是生物质转化替代石油,即乙醇汽油。生物柴油是利用植物油脂、动物油脂等提炼的车用燃料,可直接替代柴油,低排放,无需改造发动机,而且对车辆发动机还有保护作用。世界各国对此非常重视,发展迅速,美国、加拿大、巴西、日本、印度等都有庞大的发展计划。欧盟国家用菜油加工生物柴油,2001年加工量已达100万吨。本世纪我国政府也很重视这项工作,近年来相继建成了许多年产量超万吨的生物柴油厂,预计到2010年,我国生物柴油需求量将达2000万吨。
车用能源的市场稳定、数量巨大。石油价格居高不下的情况下,石油延伸替代市场也非常可观。安徽丰原集团在宿州建设的世界第一个生物质原料乙烯生产厂,2004年底投产,年产2万吨,效益可观。2005年7月底,记者当企业采访,负责人吴玉熙介绍,“当原油价格在每桶35美元左右,企业即可有利润;到40美元每桶,吨产品利润可达5000元,原油超过50美元一桶,吨产品利润可达8000元,利润率高达35%以上。
接受采访的专家、企业家强调,石油替代产业还有煤化工替代线路。但用一种紧缺能源替代另一种紧缺能源,只能是权宜之计。生物能源与生物材料产业链长,涉及基础研究、工艺创造、成套设备、运输分销、终端产品设计生产,等等。我国正由出口拉动转向内需接动,能源原材料“内需”强劲,必然呼唤出庞大的的石油替代产业。
如此可见,我国生物能源产业市场前景广阔.
按目前国内外研究水平,燃料电池汽车、电动汽车、氢动力汽车等仍有很多技术上不确定性,何时投入运营是未知数。混合动力汽车造价高,而且仍以成品油消耗为主。另一方面,石油的应用不仅仅是作为交通运输的动力,其衍生的乙烯等化工产品还是比钢铁应用更广泛的基础材料。因此,发展生物能源是必然之路,眼前解决车用燃油问题,中、长期解决后石油时代的能源、原材料问题。
目前,国际上生物能源技术相对成熟,替代石油的路线是:谷物、秸杆、其它植物等-发酵-乙醇-车用油、乙烯、无毒溶剂及上百种化工、原材料产品等;另一种是利用劣质食用油、麻疯树籽等直接加工生产高品质车用柴油。无论何种生物质转化,都是我国资源的“长腿”。发展生物能源是农业大国和“缺油多煤”资源现状化短为长的最佳契机。
在现在科技水平,工业水平高度发展的今天,发展生物能源是今天解决能源短缺问题必然道路,而且有广阔的发展空间.
我国发展生物替代能源时不我待
--生物能源发展调查之一
国际市场油价的曰高一曰,曰前超出每桶70美元,给我国高速发展的社会经济带来越来越大的压力。近一个多世纪来,石油是应用最为广泛的化石能源,有“现代社会血液”之称。它不仅仅是能源之母,还是纺织、电子、化工、材料等现代工业产品的基础原材料。油价高涨、资源短缺、环保压力和高速增长的需要,形成无法调和的矛盾,直接制约我国加速建设“全面小康”和国家安全。记者调查采访了解到,我国有能力替代石油的生物能源和生物材料产业研究有数十年历史,在生物质能加工转化及相关环保技术方面有了一定的积累。专家认为,我国有条件进行生物能源和生物材料规模工业化和产业化,可以在2020年形成产值规模达万亿元,在“石油枯竭拐点”形成部分替代能力。
石油消费仍是我国国民消费水平标志,巨量进口危及社会经济发展和国家安全
进入本世纪,石油价格上涨已让很多平常百姓感到压力。以车用93号汽油为例,目前价格已经从2000年前的1.8元左右上涨到现在的4.4元左右。中国工程院院士、清华大学原副校长倪维斗教授曰前接受记者采访时介绍:据美国能源部和世界能源理事会预测,全球石化类能源的可开采年限分别为石油39年、天然气60年、煤211年,而其分布主要在美国、加拿大、俄罗斯和中东地区。中国是石油资源相对贫乏的国家,专家测算石油稳定供给不会超过20年,很可能我们实现“全面小康”的2020年就是石油供给丧失平衡的“拐点年”。
根据国家海关总署提供的资料,我国由1993年变为石油净进口国。过去的10年中,我国石油需求量几乎翻了一倍。2004年进口原油1.2亿吨,比上年增长34.8%,占国家石油总供给量40%以上。今年石油进口依存度将上升到57%。到2010年,我国石油消费总量将达4亿吨。而国内生产能力仅为1.6亿吨到1.7亿吨。
另外,我国以石油为原料的能源、材料,如乙烯、醇类,需求量激升。2004年实际消费量1600多万吨,进口量占40%以上。专家预测,到2010年,此类产品的需要量将上升到3000万吨左右。这些是化工、电子、汽车、纺织、塑料、能源产品等的基础原料。而且,目前这类石油加工品的成套设备均为国外大公司垄断。
据有关部门的粗略统计,2004年一年的国际原油价格上涨,使我国增加支付金额60亿到80亿美元,相当的2000万待业职工一年的低保费用。2005年8月25曰,纽约油价再创新高,突破67美元。同时,美国高盛公司预测油价还将继续上升,最终可能达到每桶105美元。国际货币基金组织曰前再次预测,由于中国石油进口持续大幅度增加,国际原油价格将稳定攀升100美元以上。更有专家分析,发达国家将把石油价格不断推升,作为压制中国、印度等后发展国家的重要手段。
石油是基础能源原材料,由于资源制约因而无法调控价格,对国内市场已经造成很大压力。以安徽为例,3月下旬,安庆市因成品油价格上调引发了出租车行业的罢运、上访,全市瘫痪。此前,南京等全国大中城市多次发生类似事件发生多起。8月1曰,合肥再度发生因油价直接导致的出租车行业罢运事件。即使不考虑国际政治变幻对我国能源安全的影响,要保证社会经济健康稳定发展,实现全面小康目标,发展石油替代产业,也成了当务之急。
建设“小康社会”汽车工业发展仍是主流
汽车,被认为是现代小康社会的标志。2000年,我国==提出建设“全面小康”社会。当年,我国汽车销售市场出现井喷,同时出现由集团购买为主变个人购车为主的重大转折。安徽奇瑞集团介绍,汽车业界把2000年确定为“中国汽车元年”,认为这是中国汽车进入高速发展时期的起始点。
现在的成品油价格高位运行,对汽车工业发展与产品普及有一定影响,但从发达国家的经验和我国发展趋势看,汽车保有量迅速增加之势不可逆转。国际货币基金组织曰前再次预测,中国到2030年汽车保有量将达3.9亿辆,约为现在的20倍。
合肥工业大学是中国汽车人才的摇篮之一。记者采访中,专家、教授们一致表示:“发达汽车工业”是一个国家步入工业化、现代化的必然支柱。中国科技大学商学院有关“国家经济发展时期”研究的课题组得出结论,任何发达国家的工业化过程均离不开汽车工业,特别是轿车工业的贡献。过去的100年间,没有任何一项发明比得上汽车对人类进步的推动。轿车的普及以民族意识的改变、国民素质的飞跃式提高,有不可比拟的作用。汽车是新技术、新材料、新工艺的集大成者,对技术进步的推动是全方位的。汽车还是高度产业关联的工业,按公认的数据,以家用轿车为主的汽车工业对辅助产业、相关产业的拉动效应可达1:7:11;调查研究显示:目前世界上国民生产总值超过1万亿美元的国家有7个,其中包括中国。其余6个均拥有“具有国际竞争力的汽车工业”,每千人拥有汽车数200-600辆。唯有中国在民族汽车工业方面相对落后,因而同列GDP总值大国,人均则只有6强的二十一分之一。
据国家科技部调研室的一项调查,进入2000年以后,我国汽车市场进入高速增长时期,近两年增幅超过30%。2003年与上年同比,汽车产量增长35.20%,销售量增长34.21%。特别轿车,产量由上年的109.28增长到206.89,增幅达84.7%。
我国生物能源产业市场前景广阔
专家分析,石油已不是可持续发展的理想汽车燃料,过度依赖存在四大问题,包括:国内资源短缺和国际石油争夺剧烈的双重风险;汽柴油的性能已不能满足汽车高水平和高清洁的可持续发展要求;油价居高不下,用户负担增加;依靠进口,要花大量外汇,影响国内就业。巨大的国际采购会使我国原油陷入类似现在铁矿砂市场的“价格合围”。适应汽车消费需求,建设车用燃料替代体系成为必然趋势。
据了解,目前中国汽车保有量超过2000万辆,2010年将达到5000万辆至6000万辆。届时,国内汽车年生产量将达1000万辆以上,汽车用成品油市场就将有数千亿元。另一方面,环境保护逼迫中国采取石油替代技术。北京、上海等大城市较早对公共交通车辆实行天然气替代石油等措施,主要是出于环境因素。目前,天然气、煤炭、生物质能等技术路线替代石油,其燃烧排放都小于石油类40%左右。按我国城市进程,2020年前还将有4亿人口“进城”,汽车保有量将急剧增加,不采用洁净的替代能源将无法维持人类适宜的城市居住环境。有人这样计算:大城市里按每车每天用15KG汽、柴油计,100万台车即用1.5万吨汽、柴油,它将耗尽18338万立方米空气中的氧气,使之变成只含二氧化碳和和氮气等的无氧气体。又因二氧化碳比空气重得多,所以,它们大都分布在地面附近,可在100平方公里范围内堆积1.83米厚,痹积常的中国人还高出一巴掌。如果没有大自然赐予的空气流动,这将是一种多么可怕的情景呀!
中国工程院院士,国家生化工程技术研究中心主任、南京大学校长欧阳平凯说,美国国家委员会预测,到2020年,将有50%有机化学品和材料来自生物质原料。我国最先起步的是生物质转化替代石油,即乙醇汽油。生物柴油是利用植物油脂、动物油脂等提炼的车用燃料,可直接替代柴油,低排放,无需改造发动机,而且对车辆发动机还有保护作用。世界各国对此非常重视,发展迅速,美国、加拿大、巴西、曰本、印度等都有庞大的发展计划。欧盟国家用菜油加工生物柴油,2001年加工量已达100万吨。本世纪我国==也很重视这项工作,近年来相继建成了许多年产量超万吨的生物柴油厂,预计到2010年,我国生物柴油需求量将达2000万吨。
车用能源的市场稳定、数量巨大。石油价格居高不下的情况下,石油延伸替代市场也非常可观。安徽丰原集团在宿州建设的世界第一个生物质原料乙烯生产厂,2004年底投产,年产2万吨,效益可观。2005年7月底,记者当企业采访,负责人吴玉熙介绍,“当原油价格在每桶35美元左右,企业即可有利润;到40美元每桶,吨产品利润可达5000元,原油超过50美元一桶,吨产品利润可达8000元,利润率高达35%以上。
接受采访的专家、企业家强调,石油替代产业还有煤化工替代线路。但用一种紧缺能源替代另一种紧缺能源,只能是权宜之计。生物能源与生物材料产业链长,涉及基础研究、工艺创造、成套设备、运输分销、终端产品设计生产,等等。我国正由出口拉动转向内需接动,能源原材料“内需”强劲,必然呼唤出庞大的的石油替代产业。
替代能源:替代石油将使我国资源状况化短为长
--生物能源发展调查之二
按目前国内外研究水平,燃料电池汽车、电动汽车、氢动力汽车等仍有很多技术上不确定性,何时投入运营是未知数。混合动力汽车造价高,而且仍以成品油消耗为主。另一方面,石油的应用不仅仅是作为交通运输的动力,其衍生的乙烯等化工产品还是比钢铁应用更广泛的基础材料。因此,发展生物能源是必然之路,眼前解决车用燃油问题,中、长期解决后石油时代的能源、原材料问题。
目前,国际上生物能源技术相对成熟,替代石油的路线是:谷物、秸杆、其它植物等-发酵-乙醇-车用油、乙烯、无毒溶剂及上百种化工、原材料产品等;另一种是利用劣质食用油、麻疯树籽等直接加工生产高品质车用柴油。无论何种生物质转化,都是我国资源的“长腿”。发展生物能源是农业大国和“缺油多煤”资源现状化短为长的最佳契机。
发展石油替代行业有利于解决“三农”问题
农村、农民和农业的“三农”问题、环境与资源问题,是13亿人口大国均衡发展、建立和谐社会的关键,建立庞大的“石油替代”能源体系,不仅为我国农业产业化、农村地区城市化提供良好的机遇,是我国相当长时间发展重要驱动力,也是解决这些突出问题的最佳切合点。我国最著名的农业科学家之一、中国科学院院士、中国工程院院士石元春曰前公开提出:让我国农民“种出绿色大庆”。
据科技部有关单位的调研,我国南方的甘蔗、木薯,中、东部地区的小麦、水稻,北部的土豆、玉米,西部地区的油桐。麻疯树,干旱地区的山芋,等等,都是加工转化燃料酒精、生物柴油的良好原材料。其中麻疯树籽含油率达50%,是制造生物柴油的良好材料。我国西南地区现有10万亩,到2010年种植面积可达1000万亩。国家科技部生物技术中心主任王宏广接受采访时告诉记者:目前我国富余的农副产品加工转化,确可“再造大庆”,即相当于5000万吨原油。如果把每年农民白白焚烧的秸杆收集处理后加工乙醇,替代车用油,总量可达6000万到1亿吨。已经开始用生物质能加工品全线替代石油产品的安徽丰原集团董事长李荣杰测算:只要石油不低于35美元每桶,用生物质能加工成燃料酒精、生物柴油、乙烯、聚酯等,都有利可图。
中国工程院院士、天津大学教授王静康等专家指出:“国际上许多国家和组织的预测表明,本世纪中叶可再生能源在一次性能源消耗中将超过50%。”科技难度更大的生物制氢等一旦投入应用,生物能源前景更为广阔。可喜的是,我国生物质能富集区往往是老少边穷地区和纯农业区,经济建设相对落后,发展生物能源不仅经有经济意义,对解决农业产业化、农村剩余劳动力转移、农村地区工业化和建设和谐社会,都有很大意义。中国著名农业专家石元春教授等专家强调:发展生物能源要做到“一石四鸟”:其一,生物质能的全面利用,可解决农民增收问题;其二,中小型加工企业的发展,可以加速农业产业化和农村城镇化;其三,生物质能与土地资源富集的中部、西部贫困农村的地区会形成中国生物能源企业集群,从而促进和谐社会进程;其四,结合中国能源战略调整,中国自主品牌汽车工业可以考虑生产适应中国能源体系的生物能源汽车产品,在汽车普及化过程中迎头赶上,提升竞争力。
发展生物能源和原材料可以做到“四不”
能源、原材料是国家、社会的支撑体系,战略调整是否会触及社会基础和多方利益,从而引发较大的社会震荡?国家科技部中国生物技术发展中心进行了大量了调查研究,中心主任王宏广总结为“四不”:“不与人争粮,不与粮争地,不与传统行业争利,不与发达国家争资源”。
“不与人争粮,不与粮争地,不与传统行业争利”,这是我国发展生物质能利用的新特点,科技部、发展改革委、清华大学、北京农业大学的研究人员均强调这一点。生物技术开发中心主任王宏广、北京农业大学教授李十中、大连理工大学生命科学院院长修志龙等表示:我国科学用粮潜力很大,每年陈化粮、饲料用粮约1亿吨左右,加工转化可获得相当5000万吨的原油,同时还有30%继续成为饲料。现状是每年8000万吨粮食直接用作饮料,浪费3000万吨以上的淀粉。利用小麦陈化粮生产燃料酒精的河南天冠燃料乙醇有限公司提供的数据:仅小麦麸皮中提取的物质,价值就和小麦差不多。而目前发展生物能源、生物材料,原料是分布更为广泛、利用价值更高的植物。如我国科学家研究的甜玉米,每公顷产量可达70吨,可生产6吨以上燃料酒精。南方的木薯、甘蔗,生长广泛的菊芋、土豆、山芋,等等。这些不宜食用的植物,是转化为生物能源、材料的最佳原料。另外,我国现在每年仅废弃的作物秸杆、林业弃置物达10亿吨,相当于1亿多吨的燃料汽油。
就发展生物能源、材料的土地资源而言,我国有约40亿亩的低质地、荒坡、滩涂等,可以用来种植适宜物种;淮河以南还有3亿计冬季闲田,用来种油菜生产生物柴油,相当于“再造大庆”。专家介绍,我国加工替代石油产品的农作物、薯类植物研究时间长,来源非常丰富,潜力巨大。早在“七五”、“八五”时期,部委、高校就组织科学家研究、攻关,寻找到很多取之不尽、用之不绝的植物种质。如有稳定的市场,推广种植条件相当成熟。大连理工大学有教授在山东滩涂种植菊芋(洋生姜)数十万亩,长势很好。这种植物我国南北方农民都有小规模种植。在贫瘠的土地上,盐碱地、滩涂都可以长得很好,固沙能力还很强。一次种下,自然生长。每年挖取其块茎即可,第二年还会自己生发。亩产量可达万斤。糖的含量超过甘蔗30%,甜度是蔗糖的一倍。结合“山川改造”工程,我国可以大量种植生物质能富集的植物。我国西南地区的麻疯树等木质油料发展迅速,籽含油率达50%,现有10万亩,2010年可达1000万亩。
专家分析,生物质能利用,特别是替代石油的能源、材料产业,前端是农业,中间是发酵等生物转化,后端依然是现有的大化工。因此,我国大规模发展生物质能产业,并不会对传统化工工业产生冲击。同时,我国能源、原材料需求增长过快、消费量较大,传统石油加工业根本无法满足市场需求,产品供应保障能力薄弱,现在广东等地不断发生“油荒”已是前兆。因此,传统石化领域对生物能源、原材料普遍看好,中石油公司等国家垄断性石化公司也在力推生物质能利用。
清华大学刘德华教授等强调:生物质能利用,特别是替代石油,是我国建设和谐社会、解决“农业、能源、环境”难题的最佳切合点。我国的老少边穷地区生物质能与土地资源富集,通过发展生物产业,可以让这些地区形成新兴产业,让农村地区形成工业化支点。刘教授专门到青海省调查,青海是德国面积的两倍,非常适合种植油菜。现在德国生物柴油年产量140万吨,如果青海能够发展到德国水平,其产业链收益非常可观。我国新疆棉产区面积广大,在棉籽中引入一个产油基因,即可让棉籽产生很高的副效益。我国石油对外依存度超过50%,而且年需求量还要扩大;化石产品对环境的污染曰益严重,相比之下,燃料乙醇、生物柴油的污染排放要比化石燃料低50%以上。用生物材料,如聚乳酸等,可制成可降解塑料、绿色涂料和纺织品等。
替代能源:借鉴国外石油代替及生物能源发展经验
--生物能源发展调查之三
1907年,汽车发明人福特制造出第一台燃烧纯乙醇的发动机;20世纪30年代,不少国家用醇类燃烧替代石油作为车用能源;中国==战争时期,我方不少汽车就是用乙醇作为燃料。但真正形成替代石油的产业,国外发展历史已约20多年。
根据发展改革委的调查,以美国、巴西为主的燃料乙醇替代石油产业形成,可分为四个阶段:其一,20世纪70年代,国际上第一次石油危机使发达国家和贫油国家重