能源革命不能缺少生物質(zhì)能源

       自1973年世界石油危機(jī)催醒美歐國(guó)家開(kāi)始尋求對(duì)石油的替代以來(lái)，世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)逐漸發(fā)生改變，水、核及可再生能源占比由微量上升到2013年的13.3%。能源生產(chǎn)與消費(fèi)的全球格局與版圖也在演變，世界各國(guó)都依其資源、技術(shù)和市場(chǎng)狀況而不斷調(diào)整自身的能源生產(chǎn)與消費(fèi)結(jié)構(gòu)。

崛起中的中國(guó)，能源安全乃國(guó)之大計(jì)，而安全又系之于自主，“油桶”要盡量放在自己家里與“飯碗任何時(shí)候都要牢牢端在自己手里”的道理是一樣的。但目前近60%的石油和近30%的天然氣依賴進(jìn)口并將繼續(xù)走高，中國(guó)能源有安全感嗎?

“能源自主”并非不進(jìn)口而是要主要依靠國(guó)內(nèi)，通過(guò)增加本土能源產(chǎn)出，將油氣對(duì)外依存度逐漸回落到50%以下或更低。隨著油氣資源漸竭、開(kāi)發(fā)難度與成本增加，價(jià)格戰(zhàn)與資源爭(zhēng)奪更加激烈，必須未雨綢繆地狠抓替代能源，發(fā)展生物質(zhì)煤、油、氣田，是重要的戰(zhàn)略選擇之一。

美國(guó)能源自主的啟示

1974年，尼克松總統(tǒng)首次提出能源自主。1948年，美國(guó)開(kāi)始成為石油凈進(jìn)口國(guó)，進(jìn)口所占比例逐年攀升，1985年為28%，2005年達(dá)到62%。為打破對(duì)石油進(jìn)口的過(guò)分依賴，美國(guó)積極開(kāi)發(fā)生物燃料，即憑借美國(guó)是世界最大玉米(2380, 8.00, 0.34%)生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó)的優(yōu)勢(shì)，以玉米乙醇部分替代進(jìn)口石油。

為此，布什在2005年簽署的《國(guó)家能源政策法》中專設(shè)了“乙醇訓(xùn)令”，要求燃料制造商到2012年在汽油中必須加入2250萬(wàn)噸生物乙醇，以每年減少2800萬(wàn)噸原油進(jìn)口;2007年又通過(guò)了著名的《能源自主與安全法案》，以法律形式規(guī)定，到2022年全美必須生產(chǎn)和使用1.08億噸生物燃料，并出臺(tái)了聯(lián)邦燃料乙醇強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)和提高混合比的時(shí)間表。使生物乙醇以4%的年均增速駛?cè)肟燔嚨馈?/p>

數(shù)據(jù)顯示，2013年美國(guó)能源消費(fèi)總量中可再生能源的占比是9.45%，其中生物質(zhì)能、水電、風(fēng)電、太陽(yáng)能和地?zé)岬恼急确謩e是4.62%、2.64%、1.65%、0.33%和0.21%。生物質(zhì)能源以遠(yuǎn)高于其他可再生能源的占比居于首位。

2013年美國(guó)生產(chǎn)了4000萬(wàn)噸生物乙醇，替代了13%的原油進(jìn)口量，使美國(guó)石油對(duì)外依存度由2005年的62%下降到43%;自中東進(jìn)口的石油也只占進(jìn)口總量的15.4%(2009年)。不到十年，布什在2005年提出的兩項(xiàng)計(jì)劃指標(biāo)都提前和超額完成了，國(guó)家能源自主與安全計(jì)劃取得了重大成果。

中國(guó)能源革命能提“自主”嗎?

值此能源轉(zhuǎn)型時(shí)代，中國(guó)近中期可實(shí)行“一手廣進(jìn)化石油氣，一手狠抓替代能源”的“兩手”戰(zhàn)略。在廣進(jìn)油氣的同時(shí)，必須未雨綢繆地狠抓替代能源，因?yàn)樘娲茉葱纬蓺夂蛐枰欢昊蚋脮r(shí)間。所以，這“一進(jìn)一替”，必須兩手都要硬，只有雙面下注才能真正提升國(guó)家能源安全。這一二十年是我國(guó)能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型關(guān)鍵期，千萬(wàn)把握好機(jī)遇，避免戰(zhàn)略失誤。

隨之而來(lái)的問(wèn)題是，我國(guó)清潔能源能擔(dān)此“一替”重任嗎?據(jù)2009年中國(guó)工程院咨詢報(bào)告，我國(guó)不含太陽(yáng)能的本土清潔能源，近中期每年可收集作能源用的資源量為21.5億噸標(biāo)煤，相當(dāng)于2013年能源消費(fèi)總量的40%，如加太陽(yáng)能可撐半壁河山。

同上資料，各類清潔能源的資源量及占比排序是：生物質(zhì)(11.71億噸標(biāo)煤，占比54.5%)、水電(5.84億噸標(biāo)煤，占比27.2%)、風(fēng)電(3.35億噸標(biāo)煤，占比15.5%)和核電(0.58億噸標(biāo)煤，占比2.7%)。生物質(zhì)資源量是水電的2倍和風(fēng)電的3.5倍。2013年我國(guó)生物質(zhì)能、太陽(yáng)能和風(fēng)能的實(shí)際產(chǎn)能分別折合為5191.5萬(wàn)噸標(biāo)煤、4722.1萬(wàn)噸標(biāo)煤和4117.5萬(wàn)噸標(biāo)煤，生物質(zhì)能源也處在首位。

政府對(duì)水電與核電的認(rèn)同度高，駕輕就熟，但也存在水利資源過(guò)度開(kāi)發(fā)(東部開(kāi)發(fā)殆盡)，河流生態(tài)狀況惡化，以及核電原料依賴進(jìn)口和安全隱患等問(wèn)題。生物質(zhì)能具有資源量大，產(chǎn)品固、液、氣態(tài)均有和易于儲(chǔ)運(yùn)等優(yōu)勢(shì)，重要的還在于它可以大規(guī)模替代石油和天然氣，而核、水、風(fēng)和太陽(yáng)能皆難勝此任。

大力開(kāi)發(fā)本土生物質(zhì)油與氣，將化石油氣對(duì)外依存度控制在50%或40%以下或更低是完全可能的。

積極發(fā)展生物質(zhì)煤、油、氣田

以下分別闡述開(kāi)發(fā)本土“生物質(zhì)煤田”、“生物質(zhì)氣田”和“生物質(zhì)油田”的發(fā)展前景。

首先，生物質(zhì)煤田。固體生物質(zhì)能源在中國(guó)是近十年才發(fā)展起來(lái)的。2013年全國(guó)生物質(zhì)直燃發(fā)電項(xiàng)目200余個(gè)，并網(wǎng)容量7790兆瓦，上網(wǎng)電量356億千瓦時(shí)，約相當(dāng)于1/3的三峽電站發(fā)電量，其中48%集中于蘇、魯、粵、浙四省。

我國(guó)“生物質(zhì)氣田”的可開(kāi)采儲(chǔ)量是多少?

生物質(zhì)成型燃料具有低灰、低硫、低氮的特點(diǎn)，接近天然氣排放水平，價(jià)格是天然氣的一半。2013年9月國(guó)務(wù)院發(fā)布《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》后，成型燃料已成為全國(guó)60余萬(wàn)個(gè)中小鍋爐年約6億噸燃煤的最佳替代能源，國(guó)家有關(guān)業(yè)務(wù)主管部門(mén)下發(fā)多項(xiàng)鼓勵(lì)性政策、條例和計(jì)劃，正在積極推進(jìn)。

固態(tài)生物質(zhì)能源的原料主要是作物秸稈和林業(yè)剩余物，根據(jù)中國(guó)工程院資料，二者可收集作能源用的年資源量分別為4.7億噸和3.5億噸。如一半用于氣態(tài)和液態(tài)燃料，剩下的一半用于固態(tài)燃料，則“生物質(zhì)煤田”的年可能源用資源量約4.1億噸，可替代3億多噸煤炭。據(jù)2012年統(tǒng)計(jì)，全國(guó)農(nóng)作物秸稈的82%來(lái)自糧食作物，其中玉米、小麥和稻谷分別占46.0%(3.55億噸)、20.4%(1.57億噸)和15.8%(1.22億噸)，說(shuō)明資源是相對(duì)集中的。糧產(chǎn)區(qū)即秸稈主產(chǎn)區(qū)，糧田即“生物質(zhì)煤田”，其中黃淮海平原和東北平原糧區(qū)是兩片“富礦”。

3.5億噸林業(yè)剩余物主要產(chǎn)自全國(guó)各個(gè)林區(qū)，多集中于我國(guó)西南和中南諸省。經(jīng)數(shù)十年的建設(shè)，我國(guó)林區(qū)有健全的國(guó)家林場(chǎng)管理系統(tǒng)，林業(yè)生物質(zhì)能源一旦得以開(kāi)發(fā)，林場(chǎng)即生物煤場(chǎng)，可控性和操作性很強(qiáng)。

開(kāi)發(fā)“生物質(zhì)煤田”的關(guān)鍵在于政府的膽識(shí)、決心和得力配套政策;在于引進(jìn)資本和實(shí)力較強(qiáng)企業(yè);在于解決好原料收集難點(diǎn);在于探求和建立適合不同原料和市場(chǎng)條件的多種商業(yè)模式。

第二，“生物質(zhì)氣田”。當(dāng)前國(guó)家最為緊缺和大量進(jìn)口的是天然氣，本土“生物質(zhì)氣田”能替代幾何?

對(duì)畜禽糞便、城市污泥污水、加工業(yè)廢水廢渣，以及作物秸稈等有機(jī)廢棄物和污染源作無(wú)害化和資源化處理的最佳方式，是經(jīng)微生物厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣。如果說(shuō)固態(tài)生物質(zhì)燃料是零碳排放，沼氣則是負(fù)碳排放，是一種“神奇”的能源。

2008年前后，北京德清源、山東民和、河南天冠、上海白龍港污水處理廠等日產(chǎn)2萬(wàn)～9萬(wàn)m3的大型沼氣生產(chǎn)廠陸續(xù)投產(chǎn)和發(fā)電上網(wǎng)。中國(guó)企業(yè)正緊跟生物天然氣(BNG)國(guó)際發(fā)展形勢(shì)。BNG生產(chǎn)在我國(guó)不存在技術(shù)與裝備障礙，經(jīng)濟(jì)上可行，市場(chǎng)需求巨大。

生產(chǎn)微生物發(fā)酵型沼氣的原料主要是兩類，一類是畜禽糞便和秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物;一類是加工業(yè)排放的高COD(化學(xué)需氧量)值有機(jī)廢水、廢渣及城市污水、污泥。中國(guó)是養(yǎng)殖業(yè)大國(guó)，豬與雞的飼養(yǎng)量世界第一，牛羊位居前列，畜禽糞便資源十分豐富。且80%以上養(yǎng)殖場(chǎng)集中于農(nóng)區(qū)，特別是糧食產(chǎn)區(qū)，所以糧產(chǎn)區(qū)即作物秸稈與畜禽糞便資源富集的優(yōu)質(zhì)生物質(zhì)氣田。

據(jù)中國(guó)工程院資料，2009年我國(guó)規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)的畜禽糞便具年產(chǎn)472億m3沼氣的資源潛力。如按1:1配入作物秸稈，則具年產(chǎn)約1000億m3沼氣或630億m3BNG的潛力，黃淮海平原與東北平原無(wú)疑是生物質(zhì)氣田的富產(chǎn)區(qū)。另一類生物質(zhì)氣田則是經(jīng)處理的工業(yè)廢水廢渣和城市生活污水，有大分散小集中和易收集特點(diǎn)，其資源量具年50億m3沼氣或32億m3BNG的生產(chǎn)潛力。兩類“生物質(zhì)氣田”合計(jì)可年產(chǎn)出662億m3BNG。

第三，生物質(zhì)油田。2013年全球生產(chǎn)生物液體燃料9300萬(wàn)噸，并保持4.5%的年均增速，其中燃料乙醇占80%以上。

燃料乙醇在中國(guó)有一個(gè)曲折而踏步不前的經(jīng)歷。世紀(jì)之交，中國(guó)因大量陳化糧積存而將陳化糧乙醇列為國(guó)家“十五”計(jì)劃中的重點(diǎn)工程，2006年即以年產(chǎn)152萬(wàn)噸而位居世界第三。但隨著陳化糧的消失和糧食吃緊，政府停批糧食乙醇而鼓勵(lì)發(fā)展非糧乙醇。然而木薯乙醇踏步不前，纖維素乙醇攻關(guān)不克，甜高粱乙醇步履維艱，160萬(wàn)噸燃料乙醇的年產(chǎn)紀(jì)錄保持8年至今。美國(guó)玉米乙醇也因生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大而沖擊玉米市場(chǎng)，正力圖尋求纖維素乙醇技術(shù)的突破。

在生物平臺(tái)上攻關(guān)纖維素乙醇技術(shù)的同時(shí)，熱化學(xué)平臺(tái)上也探索著生物質(zhì)氣化-合成燃油技術(shù)。

我國(guó)陽(yáng)光凱迪新能源集團(tuán)公司經(jīng)過(guò)近10年的研發(fā)，非糧生物質(zhì)氣化與費(fèi)托合成技術(shù)流程已打通，工藝已經(jīng)成功，生產(chǎn)出了高品質(zhì)高清潔的航空煤油、生物質(zhì)柴油和輕質(zhì)油商品。陽(yáng)光凱迪正在武漢和廣西北海分別設(shè)計(jì)建設(shè)單線年產(chǎn)30萬(wàn)噸和年產(chǎn)60萬(wàn)噸規(guī)模的兩個(gè)生產(chǎn)廠，計(jì)劃2016年底投產(chǎn)運(yùn)行。看來(lái)，此重大領(lǐng)域的國(guó)際技術(shù)競(jìng)賽中，中國(guó)跑在了世界前面。

此外，中國(guó)內(nèi)蒙古金驕集團(tuán)則在生物化學(xué)平臺(tái)上研制出燃燒性能優(yōu)異、環(huán)保性能優(yōu)于常規(guī)柴油的高品位生物柴油，于2009年和2012年分別在包頭與赤峰建成年產(chǎn)能為10萬(wàn)噸和8萬(wàn)噸的生產(chǎn)廠。

生物質(zhì)組分中木質(zhì)素占約4成，因植物組織結(jié)構(gòu)致密而難以水解，至今只能一燒了之。生物質(zhì)氣化-合成燃油的重大意義在于，如果在木質(zhì)素轉(zhuǎn)化為高品位燃料上取得了技術(shù)突破和實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，將使年產(chǎn)3.5億噸的林業(yè)“三剩物”不僅可用于固體燃料，也可用于轉(zhuǎn)化為近億噸的優(yōu)質(zhì)生物燃油。進(jìn)而，與我國(guó)農(nóng)田面積相當(dāng)?shù)?.31億公頃毫無(wú)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出的宜林荒山荒坡也可通過(guò)種植能源植物并轉(zhuǎn)化1億噸以上的生物燃油。科技是第一生產(chǎn)力，林業(yè)“三剩物油田”和“宜林荒山荒坡油田”可以提供生物質(zhì)油品2億噸以上。

我國(guó)大面積的濱海鹽漬土與海涂，是可盛產(chǎn)甜高粱乙醇的另一片生物質(zhì)油田。技術(shù)進(jìn)步使生物質(zhì)液體燃料可以徹底遠(yuǎn)離糧田，擺脫與糧食的干系，“影響糧食安全”的誤解應(yīng)該排除了。