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生物质能行业的聚富作用

由于在转化技术、廉价原料以及收集问题等方面的技术突破,生物质能源的生产成本有望大大压缩,在国家的引导下,成为新的投资宠儿。

  一举多得的能源转型战略

  以石油、煤炭为主的一次能源正日益枯竭,解决能源问题的关键在于能源技术的创新。而此次能源技术创新的目标是用新的可再生能源最终取代矿物质能源。

  对于我国而言,能源的多元化、可持续化并实现环境友好和降低进口依赖度已是大势所趋。为此,两院院士、中国农业大学教授石元春呼吁,应该大力发展生物质能源,实现我国能源结构的历史性转型。

  生物质能源产业是指利用可再生或循环的有机物质,包括农作物、树木和其他植物及其残体等为原料,进行生物基产品、生物燃料和生物能源生产的产业。这一新兴的产业不仅像太阳能、风能、小水电等可再生能源一样可提供能量,又能像煤炭、石油那样生产出千百种化工产品。

  “生物质能源是最具产业化、规模化前景的可再生性能源,将在我国能源结构中占据举足轻重的作用”,中国工程院副院长杜祥琬院士认为,生物质产业是真正的朝阳产业,生物质能源是中国能源可持续发展的必然战略选择之一。

“可以预见,小水电、太阳能、风能、生物质能源等可再生性能源将呈现迅速发展的势头,到2010年将占到我国能源利用总量的5%~8%,到2020争取达到10%~15%”,杜祥琬预测,在这些可再生性能源中,生物质能源最有产业化、规模化前景,将在我国的能源结构中占举足轻重的作用。

  生物质能源蕴藏的总量巨大

  生物质主要包括薪炭林、经济林、用材林、农作物秸秆、林业加工残余物和各类有机垃圾等。我国生物质资源十分丰富,资源总量不低于30亿吨干物质/年,相当于10亿多吨油当量,约为我国目前石油消耗量的3倍。世界各国在调整能源发展战略时,都把高效利用生物质能摆在优先地位,列为能源利用中的重要课题。

  我国生物质产业以丰富的农林废弃物和非农田为原料和基地,使农林废弃物和污染物无害化和资源化,生产出环境良好和高附加值能源及生物化工产品,为农民增收开辟新途径。经专家测算的数据为:如能利用我国生物质资源的一半,就相当于建设一个年产5000万吨“绿色油田”;可节省能源进口外汇150亿美元;年产值万亿元。与此同时可提高能源安全度、减排1.6亿吨一氧化碳,还可从源头上治理白色污染。

  与三农政策紧密相连

  以生物质柴油为例,欧美各国主要以油料作物为原料进行生产。中国有广大的山区、沙区可供栽种乔灌木木本油料植物。作为生物质燃料油的原料,不仅可以结合生态建设工程建立燃料油原料基地,为中国的生物质燃料油工业提供丰富的可再生资源,还有利于农村产业结构调整,增加农民收入,解决部分农村剩余劳动力的转移,保障能源安全,保护生态环境。

  中国林科院社会林业研究发展中心对我国可以作为生物质燃料油的主要能源植物的资源分布、生长及利用状况进行调查、研究,进行优良品种的选育,在现有资源的基础上建立起原料基地与良种繁育基地。在此基础上,对其油料性能、生产工艺、技术、设备进行系统配套,投入生产,不仅填补了该研究领域的空白,而且对发展中国生物质燃料油产业、推动中国生物质能源的开发利用有着重要意义。

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以种植生产乙醇的甜高梁为例,按照内蒙古的试点经验,与种植普通玉米相比,每亩可增收140元。种植麻疯树的收益也较高,即便按较低的亩产量450千克计,每亩收益也达630元。

  我国发展生物燃油的资源潜力,主要取决于用作种植能源植物的土地资源面积和单位面积产量。据统计,我国能源农业可利用的土地资源大约有760万平方公顷。按种植甜高粱计,则可生产生物乙醇约2850万吨,生物柴油1425万吨;而且所利用的土地与规划中的农业用地并无多大冲突。能源林业可利用的土地资源大约有6750万平方公顷。按种植黄连木或麻疯树计,则可生产生物柴油约2亿吨,而且能源林业用地与规划中的林业用地冲突性较小。

  技术突破赋予投资价值

  创新转化方式提高利用效率

  目前,生物质能利用技术主要有直接燃烧、生物化学转化和热化学转化三大类:

  直接燃烧包括炉灶燃烧、锅炉燃烧和成型燃料燃烧等方式。目前许多农村地区普遍采用炉灶燃烧,热效率低于15%;锅炉燃烧热效率较高,热电联产时可达90%以上;成型燃料燃烧是把生物质固化成型后再用于传统的燃烧设备,电耗较高。

  生物化学转化主要以厌氧发酵和生物酶技术为主。厌氧发酵主要适合于将工业有机废液和人畜粪便等非固体生物质分解为沼气;生物酶技术是把生物质生化转化为乙醇,但目前生物酶大规模生产还存在难度,且用于木质纤维素还存在转化速度慢和废液需要二次处理等问题。

  热化学转化主要有热解干馏、热解气化和热解液化三种。热解干馏技术可将木质生物质转化为炭、燃气和多种化学品,但缺点是利用率较低,原料适应性不强;热解气化可将生物质转化为可燃气体,既可用作生活煤气,也可用作制氢或合成气的原料,还可通过锅炉或内燃机等转化为热能或电能;热解液化是在中温闪速加热条件下使生物质迅速热解、然后对热解产物迅速冷凝获得一种称为生物油的初级液体燃料,提质后可替代柴油汽油用于内燃机。

中国科学技术大学生物质洁净能源实验室是一个专门从事生物质能研究与开发的科研实体。2004年8月该实验室成功研制出每小时处理15公斤物料的电热式热解液化工业小试装置,经过对热源进行自热式改造后,已于2005年11月通过安徽省科技厅组织的专家鉴定。2006年1月又成功研制出每小时可处理150公斤物料的自热式热解液化工业中试装置。采用木屑、稻壳、玉米秆和棉花秆等多种原料进行的热解液化试验表明,木屑产油率60%以上、秸秆产油率50%以上。生物油热值18~20 MJ/kg。不同原料制取的生物油在组成上虽然存在差异,但主要成分的相对含量十分接近,因而可以容易地混合使用。

  目前,该实验室在生物质热解液化配套技术方面的研究已取得重要进展,结果表明:生物油通过水蒸汽催化重整可以制取较高氢/碳比的富氢合成气(主要组分为H2/CO/CO2的混合气),这种合成气进一步纯化可获得氢气,也可通过不同的工艺合成制取柴油、汽油、甲醇或二甲醚等高品位的液体燃料。同时,该实验室还对催化剂再生技术进行了研究。

  资源收集问题初步解决

  鉴于生物质资源分散、原料组分复杂以及热值低、不易运输和贮存等特点,必须将其经济高效地转化为高热值的液体燃料(如醇类、汽油和柴油等),才能实现大规模利用的目的。

  中国科学技术大学生物质洁净能源实验室根据多年研究经验获得的最佳技术路线是:首先在原料产地将生物质(秸秆)规模适度地(原料收集半径控制在10~20公里)分散热解,转化为便于运输和储存的初级液体燃料——生物油,然后将各地热解得到的生物油收集、集中后进行再加工(精制提炼,制富氢合成气和氢气,合成甲醇和混合醇,合成汽油和柴油)。这样可从根本上解决生物质资源分散和受季节限制等大规模应用的瓶颈问题。

  中国科学技术大学生物质洁净能源实验室在生物质自热式热解液化、生物油成分分析与结构研究、生物油精制提炼与品质提升、生物油定向气化与合成气制备、生物质基液体燃料合成等方面开展了大量卓有成效的研究,初步形成一批具有自主知识产权和国际先进水平的研究成果。可以预料,我国在生物质能大规模应用的基础理论和应用技术研究方面将实现新的跨越。

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廉价原料纷纷出现

  生物油产业化的主要问题是成本高。据统计,生物质柴油制备成本的75%是原料成本。目前我国以陈化粮为原料生产燃料乙醇的企业还必须依靠国家补贴,主要原因就是原料成本太高。因此,寻求充足而廉价的原料供应及提高转化率从而降低成本是生物质柴油能否实用化的关键。

  技术研发将开拓新的资源空间。工程藻类的生物量巨大,一旦高产油藻开发成功并实现产业化,由藻类制生物柴油的规模可以达到数千万吨。美国可再生能源国家实验室运用基因工程等现代生物技术,已经开发出含油超过60%的工程微藻,每亩可生产2吨以上生物柴油。青岛海洋大学承担了多项国家及省部级海藻育苗育种生物技术研究,拥有一批淡水和海水藻类种质资源和积累了海洋藻类研究开发经验。如果能将现代生物技术和传统育种技术相结合、优化育种条件,就有可能实现大规模养殖高产油藻。

  紧跟政策准确定位

  据专家预测估计,到2010年,我国年生产生物燃油约为600万吨,其中生物乙醇500万吨,生物柴油100万吨;到2020年,年生产生物燃油将达到1900万吨,其中生物乙醇1000万吨,生物柴油900万吨。

  为推动我国生物能源、生物材料等生物质产业的技术创新和产业创新,国家发改委决定,今明两年实施生物质工程高技术产业化专项。其主要目的是加速我国生物质开发利用的产业化进程,促进生物质开发工业化成套技术的集成和应用,为我国能源结构的重大调整提供技术支撑和应用示范。据悉,生物质工程高技术产业化专项重点领域包括三类:

  一是生物能源。开展燃料乙醇、生物柴油、生物质成型燃料、工业化沼气等生物能源产品的产业化。主要包括以木薯、甘蔗、甜高粱、甜菜、秸秆等非粮食原料生产的燃料乙醇,以棉籽、油菜籽、废弃油及其他木本油料植物为原料生产的生物柴油,以秸秆、农林业废弃物等为原料压缩成型生产的生物质成型燃料以及利用有机废弃物开展大型工业化沼气的生产和利用。

二是生物材料。开展以生物质为原料生产可生物降解高分子材料和替代石油基产品的基础化工材料产业化。主要包括可生物降解生物质塑料、淀粉与可生物降解高分子材料共混得到的环境友好高分子材料单体及聚合物、生物合成高分子材料、新型炭质吸附材料等。

  三是生物质原料的高效生产。重点支持边际性土地(如沙荒地、盐碱地、山坡地等)高产作物、植物的育种及新品种的产业化,基因工程高产淀粉质、纤维质、油料作物等的品种改造与新品种产业化等。

  国家发改委官员称,通过专项的实施,促使非粮原料生物能源、生物基材料实现10万吨以上的规模化工业生产,形成我国生物质产业的工业技术基础和产业发展的基础框架,为我国生物质产业持续、快速、健康发展奠定基础。

  对如何在有条件发展生物质产业的省区发展生物质产业,杜祥琬提出,要重视生物质产业的标准化研究,建立生物质原料生产、加工工艺、产品管理、市场营销整个产业链的标准体系;对规范化的生物质企业实行一定时期的免税或零税率优惠政策;要加强省区之间以及与其他国家之间从原料到市场的合作;上项目前要做好科学论证,规避风险。


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生物质能行业的聚富作用

由于在转化技术、廉价原料以及收集问题等方面的技术突破,生物质能源的生产成本有望大大压缩,在国家的引导下,成为新的投资宠儿。

  一举多得的能源转型战略

  以石油、煤炭为主的一次能源正日益枯竭,解决能源问题的关键在于能源技术的创新。而此次能源技术创新的目标是用新的可再生能源最终取代矿物质能源。

  对于我国而言,能源的多元化、可持续化并实现环境友好和降低进口依赖度已是大势所趋。为此,两院院士、中国农业大学教授石元春呼吁,应该大力发展生物质能源,实现我国能源结构的历史性转型。

  生物质能源产业是指利用可再生或循环的有机物质,包括农作物、树木和其他植物及其残体等为原料,进行生物基产品、生物燃料和生物能源生产的产业。这一新兴的产业不仅像太阳能、风能、小水电等可再生能源一样可提供能量,又能像煤炭、石油那样生产出千百种化工产品。

  “生物质能源是最具产业化、规模化前景的可再生性能源,将在我国能源结构中占据举足轻重的作用”,中国工程院副院长杜祥琬院士认为,生物质产业是真正的朝阳产业,生物质能源是中国能源可持续发展的必然战略选择之一。

“可以预见,小水电、太阳能、风能、生物质能源等可再生性能源将呈现迅速发展的势头,到2010年将占到我国能源利用总量的5%~8%,到2020争取达到10%~15%”,杜祥琬预测,在这些可再生性能源中,生物质能源最有产业化、规模化前景,将在我国的能源结构中占举足轻重的作用。

  生物质能源蕴藏的总量巨大

  生物质主要包括薪炭林、经济林、用材林、农作物秸秆、林业加工残余物和各类有机垃圾等。我国生物质资源十分丰富,资源总量不低于30亿吨干物质/年,相当于10亿多吨油当量,约为我国目前石油消耗量的3倍。世界各国在调整能源发展战略时,都把高效利用生物质能摆在优先地位,列为能源利用中的重要课题。

  我国生物质产业以丰富的农林废弃物和非农田为原料和基地,使农林废弃物和污染物无害化和资源化,生产出环境良好和高附加值能源及生物化工产品,为农民增收开辟新途径。经专家测算的数据为:如能利用我国生物质资源的一半,就相当于建设一个年产5000万吨“绿色油田”;可节省能源进口外汇150亿美元;年产值万亿元。与此同时可提高能源安全度、减排1.6亿吨一氧化碳,还可从源头上治理白色污染。

  与三农政策紧密相连

  以生物质柴油为例,欧美各国主要以油料作物为原料进行生产。中国有广大的山区、沙区可供栽种乔灌木木本油料植物。作为生物质燃料油的原料,不仅可以结合生态建设工程建立燃料油原料基地,为中国的生物质燃料油工业提供丰富的可再生资源,还有利于农村产业结构调整,增加农民收入,解决部分农村剩余劳动力的转移,保障能源安全,保护生态环境。

  中国林科院社会林业研究发展中心对我国可以作为生物质燃料油的主要能源植物的资源分布、生长及利用状况进行调查、研究,进行优良品种的选育,在现有资源的基础上建立起原料基地与良种繁育基地。在此基础上,对其油料性能、生产工艺、技术、设备进行系统配套,投入生产,不仅填补了该研究领域的空白,而且对发展中国生物质燃料油产业、推动中国生物质能源的开发利用有着重要意义。

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以种植生产乙醇的甜高梁为例,按照内蒙古的试点经验,与种植普通玉米相比,每亩可增收140元。种植麻疯树的收益也较高,即便按较低的亩产量450千克计,每亩收益也达630元。

  我国发展生物燃油的资源潜力,主要取决于用作种植能源植物的土地资源面积和单位面积产量。据统计,我国能源农业可利用的土地资源大约有760万平方公顷。按种植甜高粱计,则可生产生物乙醇约2850万吨,生物柴油1425万吨;而且所利用的土地与规划中的农业用地并无多大冲突。能源林业可利用的土地资源大约有6750万平方公顷。按种植黄连木或麻疯树计,则可生产生物柴油约2亿吨,而且能源林业用地与规划中的林业用地冲突性较小。

  技术突破赋予投资价值

  创新转化方式提高利用效率

  目前,生物质能利用技术主要有直接燃烧、生物化学转化和热化学转化三大类:

  直接燃烧包括炉灶燃烧、锅炉燃烧和成型燃料燃烧等方式。目前许多农村地区普遍采用炉灶燃烧,热效率低于15%;锅炉燃烧热效率较高,热电联产时可达90%以上;成型燃料燃烧是把生物质固化成型后再用于传统的燃烧设备,电耗较高。

  生物化学转化主要以厌氧发酵和生物酶技术为主。厌氧发酵主要适合于将工业有机废液和人畜粪便等非固体生物质分解为沼气;生物酶技术是把生物质生化转化为乙醇,但目前生物酶大规模生产还存在难度,且用于木质纤维素还存在转化速度慢和废液需要二次处理等问题。

  热化学转化主要有热解干馏、热解气化和热解液化三种。热解干馏技术可将木质生物质转化为炭、燃气和多种化学品,但缺点是利用率较低,原料适应性不强;热解气化可将生物质转化为可燃气体,既可用作生活煤气,也可用作制氢或合成气的原料,还可通过锅炉或内燃机等转化为热能或电能;热解液化是在中温闪速加热条件下使生物质迅速热解、然后对热解产物迅速冷凝获得一种称为生物油的初级液体燃料,提质后可替代柴油汽油用于内燃机。

中国科学技术大学生物质洁净能源实验室是一个专门从事生物质能研究与开发的科研实体。2004年8月该实验室成功研制出每小时处理15公斤物料的电热式热解液化工业小试装置,经过对热源进行自热式改造后,已于2005年11月通过安徽省科技厅组织的专家鉴定。2006年1月又成功研制出每小时可处理150公斤物料的自热式热解液化工业中试装置。采用木屑、稻壳、玉米秆和棉花秆等多种原料进行的热解液化试验表明,木屑产油率60%以上、秸秆产油率50%以上。生物油热值18~20 MJ/kg。不同原料制取的生物油在组成上虽然存在差异,但主要成分的相对含量十分接近,因而可以容易地混合使用。

  目前,该实验室在生物质热解液化配套技术方面的研究已取得重要进展,结果表明:生物油通过水蒸汽催化重整可以制取较高氢/碳比的富氢合成气(主要组分为H2/CO/CO2的混合气),这种合成气进一步纯化可获得氢气,也可通过不同的工艺合成制取柴油、汽油、甲醇或二甲醚等高品位的液体燃料。同时,该实验室还对催化剂再生技术进行了研究。

  资源收集问题初步解决

  鉴于生物质资源分散、原料组分复杂以及热值低、不易运输和贮存等特点,必须将其经济高效地转化为高热值的液体燃料(如醇类、汽油和柴油等),才能实现大规模利用的目的。

  中国科学技术大学生物质洁净能源实验室根据多年研究经验获得的最佳技术路线是:首先在原料产地将生物质(秸秆)规模适度地(原料收集半径控制在10~20公里)分散热解,转化为便于运输和储存的初级液体燃料——生物油,然后将各地热解得到的生物油收集、集中后进行再加工(精制提炼,制富氢合成气和氢气,合成甲醇和混合醇,合成汽油和柴油)。这样可从根本上解决生物质资源分散和受季节限制等大规模应用的瓶颈问题。

  中国科学技术大学生物质洁净能源实验室在生物质自热式热解液化、生物油成分分析与结构研究、生物油精制提炼与品质提升、生物油定向气化与合成气制备、生物质基液体燃料合成等方面开展了大量卓有成效的研究,初步形成一批具有自主知识产权和国际先进水平的研究成果。可以预料,我国在生物质能大规模应用的基础理论和应用技术研究方面将实现新的跨越。

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廉价原料纷纷出现

  生物油产业化的主要问题是成本高。据统计,生物质柴油制备成本的75%是原料成本。目前我国以陈化粮为原料生产燃料乙醇的企业还必须依靠国家补贴,主要原因就是原料成本太高。因此,寻求充足而廉价的原料供应及提高转化率从而降低成本是生物质柴油能否实用化的关键。

  技术研发将开拓新的资源空间。工程藻类的生物量巨大,一旦高产油藻开发成功并实现产业化,由藻类制生物柴油的规模可以达到数千万吨。美国可再生能源国家实验室运用基因工程等现代生物技术,已经开发出含油超过60%的工程微藻,每亩可生产2吨以上生物柴油。青岛海洋大学承担了多项国家及省部级海藻育苗育种生物技术研究,拥有一批淡水和海水藻类种质资源和积累了海洋藻类研究开发经验。如果能将现代生物技术和传统育种技术相结合、优化育种条件,就有可能实现大规模养殖高产油藻。

  紧跟政策准确定位

  据专家预测估计,到2010年,我国年生产生物燃油约为600万吨,其中生物乙醇500万吨,生物柴油100万吨;到2020年,年生产生物燃油将达到1900万吨,其中生物乙醇1000万吨,生物柴油900万吨。

  为推动我国生物能源、生物材料等生物质产业的技术创新和产业创新,国家发改委决定,今明两年实施生物质工程高技术产业化专项。其主要目的是加速我国生物质开发利用的产业化进程,促进生物质开发工业化成套技术的集成和应用,为我国能源结构的重大调整提供技术支撑和应用示范。据悉,生物质工程高技术产业化专项重点领域包括三类:

  一是生物能源。开展燃料乙醇、生物柴油、生物质成型燃料、工业化沼气等生物能源产品的产业化。主要包括以木薯、甘蔗、甜高粱、甜菜、秸秆等非粮食原料生产的燃料乙醇,以棉籽、油菜籽、废弃油及其他木本油料植物为原料生产的生物柴油,以秸秆、农林业废弃物等为原料压缩成型生产的生物质成型燃料以及利用有机废弃物开展大型工业化沼气的生产和利用。

二是生物材料。开展以生物质为原料生产可生物降解高分子材料和替代石油基产品的基础化工材料产业化。主要包括可生物降解生物质塑料、淀粉与可生物降解高分子材料共混得到的环境友好高分子材料单体及聚合物、生物合成高分子材料、新型炭质吸附材料等。

  三是生物质原料的高效生产。重点支持边际性土地(如沙荒地、盐碱地、山坡地等)高产作物、植物的育种及新品种的产业化,基因工程高产淀粉质、纤维质、油料作物等的品种改造与新品种产业化等。

  国家发改委官员称,通过专项的实施,促使非粮原料生物能源、生物基材料实现10万吨以上的规模化工业生产,形成我国生物质产业的工业技术基础和产业发展的基础框架,为我国生物质产业持续、快速、健康发展奠定基础。

  对如何在有条件发展生物质产业的省区发展生物质产业,杜祥琬提出,要重视生物质产业的标准化研究,建立生物质原料生产、加工工艺、产品管理、市场营销整个产业链的标准体系;对规范化的生物质企业实行一定时期的免税或零税率优惠政策;要加强省区之间以及与其他国家之间从原料到市场的合作;上项目前要做好科学论证,规避风险。


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