编者按:近年来,国家先后出台了一系列政策法规,鼓励生物质能源发展。生物质能源借势快速发展,生物质能发电量逐年增加,生物质能源林种植面积逐步扩大,生产生物柴油原料增加,第二代生物燃料技术也在不断进步中,生物质能源产业化脚步加快。本文以历史发展的眼光,用实践数据讨论这种大有可为的新能源的现状及发展前景。
2008到2009年间大起大落的国际原油价格让我们再一次感受到化石能源时代的最终衰落的宿命,行情显示平稳的低油价时代已经结束,取而代之将是价格跌宕起伏阶段。而从长期来看,全球石油贮存量有限,可开采年限仅为40年左右。中国石油储备更少,可开采年限仅为15年。化石能源有限的储存量无法满足我们未来能源需求,促使我们放眼周边新能源。生物质能是一种洁净的、友好的新能源,将得到广泛应用。
一 生物质能源,替代化石能源的新型能源
生物质能是可再生能源,由于它是从太阳能转化而来的,只要太阳不熄灭,生物质能源就取之不尽,用之不竭。生物能源又是一种清洁能源。生物质能的转化过程是通过绿色植物的光合作用将二氧化碳和水合成生物质,生物质能的使用过程又生成二氧化碳和水,形成一个理论上二氧化碳的净排放为零的物质循环。生物质能同时也被认为是唯一一种能被存储的太阳能,在替代化石交通燃料方面有不可比拟的优势。
生物质能有传统生物质能和现代生物质能之分。传统生物质能主要是农村生活用能,第三世界农村烧饭用的薪柴便是其中的典型例子,这只是利用生物质资源的初级形式。现代生物质能是指那些可以大规模用于代替常规能源亦即矿物类固体、液体和气体燃料的各种生物能。例如城市废物能源化利用、农村沼气、燃料乙醇、生物柴油等液体燃料等等。从技术上分,生物质能利用包括生物质沼气技术、生物质气化技术、生物质液化技术、生物质固化技术、生物质发电技术等。
二 生物质资源丰富,有待进一步开发
生物质资源可分为林业生物质资源、农业生物质资源等。我国林业生物质能资源丰富,据国家林业局2007年统计数据,全国林业生物柴油原料林基地面积达到86667公顷,木质林业剩余物资源量约为1.61亿吨,折合9200万吨标煤。
我国农业生物质资源主要包括农作物秸秆、畜禽粪便、农产品加工副产品和能源作物等,发展潜力巨大,空间广阔。根据我国农产品的产量测算,每年的秸秆资源总量约6.8亿吨。除用于肥料、饲料、基料以及造纸等工业原料外,约有5亿吨农作物秸秆可作为能源使用,折合2.5亿吨标准煤,主要包括玉米、稻谷、小麦、油料、豆类、棉花、薯类的秸秆。
我国拥有宜林荒山荒地5400多万公顷,边际性土地近1亿公顷。发展能源作物潜力巨大。目前,我国可转换为能源用途的作物和植物品种有200多种,目前适宜开发用于生产燃料乙醇的农作物主要有甘蔗、甜高粱、木薯、甘薯等(玉米、马铃薯可用于生产燃料乙醇,但易影响国家粮食安全,不宜作为主要品种开发),用于生产生物柴油的农作物主要有油菜等。我国畜禽养殖业每年产生约30亿吨粪便,预计到2010年和2015年我国适宜发展沼气农户分别为1.39亿户和1.30亿户,沼气产量分别可达到539亿立方米和502亿立方米,分别相当于替代8460万吨和7880万吨标准煤。
我国幅员辽阔,生物质能资源丰富,发展生物质能大有可为。根据《可再生能源“十一五”规划》和国家制定的《可再生能源中长期发展规划》,到2010年,生物质发电总装机容量达到550万千瓦, 沼气年利用量达到190亿立方米,户用沼气池达到4000万户,建成大型沼气工程6300处;增加非粮原料燃料乙醇年利用量200万吨,生物柴油年利用量达到20万吨。生物质固体成型燃料年利用量达到100万吨以上。到2020年,生物质发电总装机容量达到3000万千瓦,生物质固体成型燃料年利用量达到5000万吨,沼气年利用量达到440亿立方米,生物燃料乙醇年利用量达到1000万吨,生物柴油年利用量达到200万吨。
三 生物质能开发现状
(1)沼气
到2008年底,全国已经建设农村户用沼气池约3000万口,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达到2700多处,年产沼气约100亿立方米,为近8000万农村人口提供了优质的生活燃料。同时,随着沼气技术不断进步和完善,我国的户用沼气系统和零部件基本实现了标准化生产和专业化施工,大部分地区建立了沼气技术服务机构,具备了较强的技术服务能力。大中型沼气工程工艺技术成熟,已形成了专业化的设计和施工队伍,服务体系基本完备,具备了大规模发展的条件。
(2)第1、1.5代燃料乙醇
2006年,中国燃料乙醇的生产达到144万吨。2007年9月,国家发改委发布《关于促进玉米深加工业健康发展的指导意见》。《意见》指出,“十一五”期间我国原则上不再核准新建玉米深加工项目,要求各地立即停止备案玉米深加工项目,而且对在建、拟建项目进行全面清理,对已备案尚未建的项目全面叫停,并大力鼓励发展非粮食作物为原料开发燃料乙醇。2008年4月,湖北、河北、江苏、江西、重庆等5省市的生物燃料乙醇专项规划获得国家发改委的评估通过。根据专家组的评估结论:利用薯类作为燃料乙醇生产原料,符合国家“非粮替代”、“不与人争粮”的要求。同时,广西、海南等地种植大量的以木薯、甘薯、甜高粱、甘蔗等为代表的非粮作物。
(3)第2代燃料
由于全球粮食问题、土地资源限制问题,第1、1.5代燃料乙醇的发展受到限制,目前国内外普遍关注“第2代燃料乙醇”的发展。“第2代燃料乙醇”不与粮油争地,直接利用农业秸秆、木材、木屑以及动物粪便等作为能源原料。对农业废料的循环利用保证了生物能源的可持续发展。“第2代燃料乙醇”的瓶颈在于生产工艺,目前主要采用酸水解和酶水解工艺,其中较有发展前景的是酶水解,目前国内山东大学选育出的纤维素高产株的产酶能力达到国际先进水平,已进入到产业化开发阶段。中国科学院过程工程研究所在山东泽生生物科技有限公司建立了3000 吨规模的秸秆酶解发酵燃料乙醇中试装置,开展了单机试车和生产试验。国外丹麦诺维信公司的酶制剂在酶水解工艺中的处于领先地位,过去与中粮,中石化等国内大型企业进行合作。