歐陽平凱,中國工程院院士,現任江蘇省科協主席、南京工業大學校長,是我國生物化工工程研究和工程教育領域的先行者。長期從事生物工程研究,創建了我國第一個生物化工專業,先后主持多項國家973項目和國家自然科學基金重點項目,為我國生物技術、化工領域的發展做出了開創性的貢獻。榮獲過國家科技進步一等獎,國家技術發明二等獎,各種省部級獎項以及聯合國科技創新獎等。
核心提示
生物質有高低之分,像大豆、玉米等都屬于高品位生物質,而農作物秸稈、禽畜糞便、生活污水和工業有機廢水、城市固體廢物等則屬于低品位生物質,簡稱低生物質。發展低生物質能,不僅能解決能源問題,同時還能解決水污染問題。生物質能取代化石能源,能讓城市變得更漂亮、更環保、更適宜居住,呼吁全民共同參與到推動生物經濟發展的大軍中來。
我今天報告的題目是《生物質能源的現狀與展望》,這個內容不光是國內,也是國際上的現狀和展望。但是重點我想還是結合中國以及江蘇的實際情況,從科學普及的角度,講一些生物能源的背景、現狀以及可再生能源將來發展的前景。
瑞典要建“無油國家”
近一二百年的強度開采與消費使不可再生的化石資源漸趨枯竭。據國際能源機構統計,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,無節制地使用化石能源,給環境和生態造成了嚴重污染和破壞。尋找可再生的替代資源和能源已是大勢所趨。
現代的生物質產業,是指利用可再生的有機物質,如農作物、樹木等植物及其殘體、畜禽糞便等有機廢棄物,通過工業加工轉化,進行生物基產品、生物材料和生物能源生產的一種新興產業。大自然每年產生1600多億噸的生物質,是人類取之不盡的資源。在各種可再生資源中,生物質資源是最穩定、高效同時也最環保的一種資源。因為生物質的生產過程是一個環境凈化的過程,可以吸收空氣中的二氧化碳,吸收有機污染。所以,世界科學界都把生物質資源作為重要的替代資源。美國、日本、加拿大、歐盟都制定了各自的生物質產業發展計劃,美國提出要擺脫對中東的依賴,瑞典提出要建無油國家。
生物化工取代石油化工
我國目前每年有14億噸的農林生物質產量、25億噸畜禽糞便及大量有機廢棄物,另外還有1億多公頃不宜耕農田可用以種植能源植物。國家提出至2020年我國農林生產的生物量要相當于15億噸標準煤,相當于每年再生多個“大慶”,這是我國發展生物質產業永不匱缺的資源,也是解決環境治理,實現可持續發展的必由之路。
我國生物質產業的基礎應定位于生物質工業和生物質化工。如果說能源的生產還有其它途徑,但未來的物質資源生產(液體燃料、有機材料和各類化學品)必然來源于生物化工制造。當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電和固化成型燃燒作為主導產品。生物質化工是近期極具市場競爭力的重要方向,美國科學院提出至2020年生物質化工對石油化工的取代率可以達到50%。
當然,在發展生物質工業的同時,還要發展能源作物與化工作物在農林產業中的應用,農林部門每增加1000萬公頃能源植物的種植與加工,就相當于增加4500萬噸石油的年生產能力(一個大慶),這也是建設社會主義新農村的一個重要方向。
江蘇缺煤少油可開發生物質能源
發展生物質產業非常適合江蘇省情。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,生產生物量非常有條件,發展生物質產業非常適合江蘇省情。江蘇的生物質產業在兩個方向大有文章可做:一是糧、草并用開發生物質資源和能源,二是開發城鎮污水做天然氣。
就像石油可以煉制出汽油、柴油、煤油等一樣,生物質加工也可以通過生物煉制實現綜合利用,拉長產業鏈。糧食、秸稈都要用。玉米能用,玉米芯和玉米秸稈也能用。既要生產酒精,用來做乙醇汽油和乙烯等化學品,還要生產乳酸、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酒精這一塊江蘇應該做。我國有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,說一年相當于增產五六千萬噸糧食是可能的。
豬:糞便大王,51%養殖在中國
糞便和秸稈是人人嫌棄的垃圾,但如果用來發電,不僅可以減排大量二氧化碳,其成本也低于風電和光電。
說到環境污染,很多人第一反應是工業發展帶來的污染。其實不然,最大的污染源是農業。農業污染包括種植業、養殖業和有機廢棄物。“我們中國最多的一樣東西是糞便,13億人口排的糞便數量世界第一。”除此之外,現在養殖業排放的糞便也是世界第一。中國土地只有世界陸地面積的7%,實際居住面積只有世界陸地的3%不到,但是養了占世界總數51%的豬,還養了占世界總數40%多的雞鴨,產生了大量糞便。
這些生物質要用起來。中國發展生物質能源之路,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,比如城市生活垃圾、農作物秸稈以及糞便等,積極穩妥地推廣生物甲烷以及發電。中國生活垃圾數量很大,每年有1.55億噸;一年糞便12億噸,農作物秸稈7億多噸。如果全部利用起來,至少相當于7億噸標煤,減排二氧化碳20億噸。
美國向海藻要油,每天百萬桶
世界發達國家如歐盟、日本、美國對低品位生物質的處理和利用目前主要集中于生物燃氣(生物燃氣能有效地利用有機垃圾、人畜糞便、廢棄農作物秸稈等低品位生物質原料,具備綠色、清潔、環保的特點)的開發和使用。歐盟開展了生物燃氣計劃;日本啟動了Lotus計劃;瑞典的生物燃氣生產已從單純的廢物處理手段轉向以供氣、發電為主的能源產業,甚至開始種植專供制備生物燃氣的能源作物。美國2007年推出的“微型曼哈頓計劃”宗旨就是向海洋藻類要能源,目標是到2010年每天產出百萬桶生物原油,實現藻類產油的工業化。此外,紐約的斯塔藤垃圾處理站采用濕法處理垃圾,回收沼氣用于發電,同時生產肥料。
我國若將禽畜糞便資源轉化為生物燃氣可折合超過7840萬噸標煤。國內對生物燃氣的開發利用起步于50年代,主要是用糞便和農作物秸稈制取沼氣,而在大中型沼氣工程中,更多的是將對工業廢水的治理與沼氣生產結合起來,雖然取得了一些成績,但產業規模小、系統集成化低,無法適應大規模工業化的需要。2007年,內蒙古蒙牛集團建成了全球最大的畜禽類沼氣發電廠,可日產沼氣1.2萬立方米,日發電3萬千瓦時,每年可向國家電網提供1000萬千瓦時的電力,還可生產有機肥約20萬噸。
高效菌種轉化浦口區一年糞便
相當于標煤16.8萬噸
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