江億：生物質(zhì)是未來零碳能源系統(tǒng)中最重要的燃料

12月6日，“發(fā)展零碳能源，共建生態(tài)家園”——2021(第三屆)全球生物質(zhì)能創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇(下稱“高峰論壇”)順利開幕。本論壇由中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)會生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)分會、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、國際能源署生物質(zhì)能中國組聯(lián)合主辦，作為國內(nèi)目前層次最高、規(guī)模最大的生物質(zhì)能論壇，高峰論壇吸引了多位政府領(lǐng)導(dǎo)、國內(nèi)外業(yè)界專家出席。

與會期間，中國工程院院士、清華大學(xué)江億教授受邀出席，并以《生物質(zhì)能源：零碳能源系統(tǒng)中最重要的燃料》為題做出精彩演講，相關(guān)內(nèi)容特別整理如下：

第三屆全球生物質(zhì)能創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇是一次非常重要的會議，無論從學(xué)術(shù)上還是從推動“雙碳”工作的角度上，都有重要意義。對于本次會議的成功召開，我表示熱烈祝賀。在這次與大家交流的機(jī)會中，我想要分享一個觀點(diǎn)：即未來零碳能源系統(tǒng)中，生物質(zhì)能源是最重要的燃料。

當(dāng)下，人類正面臨著一個共同的任務(wù)，就是能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，以解決全球氣候變化的問題。這個任務(wù)的中心是“由以燃煤燃油燃?xì)鉃榛A(chǔ)的化石能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)為以風(fēng)電、光電、水電、核電為主的零碳能源結(jié)構(gòu)”。而在未來新的能源結(jié)構(gòu)里，可以找到的唯一的零碳燃料，就是生物質(zhì)燃料。以這個角度來看待生物質(zhì)能，生物質(zhì)的意義就非同小可了。因?yàn)槲磥砥渌茉炊际请姡瑳]有燃料，但維持社會經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，必須需要燃料。即便是電力系統(tǒng)，也不能完全依靠風(fēng)、光、水、核電，必須有一部分調(diào)峰的熱電，這就要靠燃料來支撐。與此同時，有些工業(yè)生產(chǎn)過程也需要燃料，如工業(yè)窯爐等等，就需要固體或氣體燃料。這些燃料，是未來零碳社會必須的，它們從哪來?很重要的解決方案就是依賴顆?；纳镔|(zhì)燃料和生物質(zhì)燃?xì)?。那么我們有多少生物質(zhì)燃料呢?比較激進(jìn)的分析數(shù)據(jù)是，將我國農(nóng)作物的秸稈、稻殼、玉米芯、花生殼等農(nóng)產(chǎn)品初加工剩余物，林業(yè)枝條和木材等加工廢棄物，每年禽畜糞便，以及城市綠化垃圾、廚余垃圾等生物質(zhì)來源加在一起，會生產(chǎn)出總量約10億噸標(biāo)煤/年的生物質(zhì)燃料。當(dāng)然，也有些保守的分析認(rèn)為未來會產(chǎn)生總量約5億噸標(biāo)煤/年的生物質(zhì)燃料。所以我認(rèn)為5至10億噸標(biāo)煤/年的生物質(zhì)燃料是一個科學(xué)的范圍，這對能源系統(tǒng)來說，已經(jīng)是一個很大的量了。接下來我們談一下消納問題。為什么說消納呢?因?yàn)闊o論是秸稈還是糞便、餐廚垃圾，這些都不是傳統(tǒng)意義上的能源，即便你不想要開發(fā)利用，它們都會因?yàn)閯e的社會活動而產(chǎn)生，所以就必須把它們消納掉，也就是處理掉。這就產(chǎn)生了問題，到底采用什么方式消納更好?不同消納方式對環(huán)境、氣候、碳排放都有不同的影響，而且較為復(fù)雜。我們需要找到對環(huán)境影響最小、對實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)貢獻(xiàn)最大的消納形式。

對于生物質(zhì)，我們普遍認(rèn)為是零碳的，但是不同的消納方式都會產(chǎn)生氧化亞氮還有甲烷，這兩種氣體屬于非二氧化碳溫室氣體，而且比二氧化碳產(chǎn)生的溫室效應(yīng)更厲害。人類社會要緩解氣候變化，中國要實(shí)現(xiàn)碳中和，這就不止是整治二氧化碳了，也要解決其他溫室氣體的排放問題，我國提出的碳中和目標(biāo)，包括對非二溫室氣體的中和。在中國生物質(zhì)消納方式中，水稻秸稈還田產(chǎn)生的非二氧化碳溫室氣體占我國的非二溫室氣體排放中的很大比例。因此，怎樣處理消納秸稈，使其排放最少，是實(shí)現(xiàn)碳中和這一目標(biāo)中必須面對和解決的重要任務(wù)。比如說，用堆肥方式來處理秸稈的話，其甲烷+氧化亞氮的排放，每公斤產(chǎn)生接近1200g 的等效二氧化碳，所以堆肥雖然能補(bǔ)充有機(jī)肥，但是對于氣候影響還是較為嚴(yán)重的。如果不堆肥，而是做成沼氣，然后用沼渣、沼液再來補(bǔ)充有機(jī)肥，就不會有這么多的非二氧化碳溫室氣體排放了。

另一方面，用沼氣發(fā)酵做成的生物燃?xì)?/strong>，還可以頂替作為化石能源的常規(guī)天然氣，所以秸稈制燃?xì)饩捅戎苯佣逊矢哂袦p排效益。

此外，將秸稈做成成型燃料，1噸就等于0.5噸標(biāo)煤，此時再燃燒就不會產(chǎn)生非二氣體排放了。而這時產(chǎn)生的二氧化碳是莊稼生長過程中通過光合作用從大氣中固化而來，不需要計算在碳排放中，這樣就秸稈制成的成型燃料就成為零碳燃料。

但是有人說，堆肥是有機(jī)肥，還可以替代天然氣制造的合成氨，合成氨也有溫室氣體排放因子。我們有分析，即使考慮到等效力合成氨的替代，即用堆肥去替代天然氣制造合成氨，最后的結(jié)果也是增加了排放，達(dá)不到減排的目的。而制備生物燃?xì)膺^程中產(chǎn)生的沼渣沼液進(jìn)一步加工后又可成為優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥，替代合成氨，產(chǎn)生減碳效果。

所以，從碳中和角度看待生物質(zhì)的合理化消納，最好的方式是——對于干生物質(zhì)，就是先制成成型燃料，再燃燒，整個過程就不再有非二氣體排放;對于濕生物質(zhì)來說，就是沼氣發(fā)酵，再分離出二氧化碳，利用或填埋這部分二氧化碳，剩下的甲烷是生物燃?xì)?，沼渣、沼液是有機(jī)肥，可以頂替一部分化肥，這么綜合起來，可能就是最好的處理方式。

在此背景下，歐洲這些年做的碳中和規(guī)劃，各國基本是要在2050年前實(shí)現(xiàn)碳中和，在他們的規(guī)劃里，生物質(zhì)能有非常大的作用。如丹麥、瑞典，這些國家生物質(zhì)資源豐富，生物質(zhì)能在規(guī)劃的未來總能源中承擔(dān)30%到40%，這樣，就解決了零碳燃料從哪來的問題。

在歐洲，生物質(zhì)顆粒燃料為他們的采暖做出特別大的貢獻(xiàn)，相對中國來說，咱們不管是城市還是農(nóng)村，近些大量依靠煤改氣、煤改電解決采暖問題，煤改生物質(zhì)比例比歐洲都要小得多。

除了顆粒燃料之外，歐洲還制取沼氣，從沼氣處理中得到生物質(zhì)燃?xì)夂蜕镔|(zhì)柴油，這些他們都做了很好的探索，而且在他們未來的燃料構(gòu)成中真正占有很大比例。

我們再看看中國怎么做。

這些年，經(jīng)過大規(guī)模農(nóng)村資源普查，我們得到一個結(jié)論，即盡管農(nóng)村建筑規(guī)模不大，但是屋頂面積特別大，包括住房、糧房、倉庫、豬圈等，把這些屋頂裝上光伏，充分開發(fā)利用起來，裝機(jī)容量幾乎可以達(dá)到20億千瓦，全年發(fā)電量可達(dá)到3萬億kWh， 這遠(yuǎn)大于目前我國農(nóng)村的全年用電量。于是，可以考慮：是否應(yīng)該發(fā)展以屋頂光伏為基礎(chǔ)的全部電氣化的農(nóng)村新能源系統(tǒng)，靠光伏電力解決農(nóng)村的全部用能?在山西芮城，就有一個代表性模式。

通過這一方式，農(nóng)村靠光伏就可以滿足農(nóng)民的生活、生產(chǎn)和交通用能，替代了煤、油、氣和柴禾。如此一來，面對自然生產(chǎn)出的生物質(zhì)資源，就可以好好把它們加工成商品化生物質(zhì)燃料，進(jìn)入市場。也就是說，農(nóng)村應(yīng)該以能源商品為目的，面向能源市場，全面開發(fā)各類生物質(zhì)燃料，把光留給自己，滿足自己的能源需求，把生物質(zhì)變成燃料，推向市場，形成新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。為什么要留下光電，發(fā)展商品化生物質(zhì)燃料?因?yàn)榘堰@些可能的能源都算上，農(nóng)村可產(chǎn)出的能源遠(yuǎn)高于其需要的能源，農(nóng)村就從以前的能源消費(fèi)者轉(zhuǎn)為新的零碳能源的提供者。而作為輸出的能源，其可儲存性、可運(yùn)輸性、可靈活使用性都非常重要。與生物質(zhì)燃料比，光伏電力的可儲存性、可運(yùn)輸性和可靈活使用性都差。也就是說，加工好的生物質(zhì)燃料更有利于儲存、運(yùn)輸、和靈活應(yīng)用，因此應(yīng)優(yōu)先作為輸出的商品化燃料，而電力在這些方面相對不足，應(yīng)優(yōu)先自用。

現(xiàn)有數(shù)據(jù)是：顆粒型，如玉米秸稈、果樹枝條，加工后市價在1000元/噸;大塊型，如麥秸、稻草，加工后市價約500~700元/噸;規(guī)?；谱髡託?，再分離出CO2，成為優(yōu)質(zhì)生物燃?xì)狻Ｕ釉右菏莾?yōu)質(zhì)有機(jī)肥，加工后全過程的綜合能源效率從目前的10~15%提高到40%以上。

所以我們要強(qiáng)調(diào)生物質(zhì)能源的商品化，通過商品化和金融支持，促進(jìn)生物質(zhì)能的充分利用。以前生物質(zhì)為什么總發(fā)展不好，就是因?yàn)槲覀兲珡?qiáng)調(diào)生物質(zhì)優(yōu)先自用了。那些秸稈還要制成顆粒，然后再燒，有這些功夫，還不如直接燒了，這就是為什么這些年生物質(zhì)能源總不能全面充分地應(yīng)用和推廣。一斤小麥目前大約是1元錢，其秸稈收集起來，加工后，弄好了也可以賣0.5元。農(nóng)民非常辛苦地把每一粒麥子都采集回來，拿到市場上去賣，為了這1塊錢，為什么就看不上可以賣0,5元的秸稈?所以關(guān)鍵是沒形成市場，不知道它可以賣。秸稈就應(yīng)該和長在上面的麥粒一樣，被珍惜，成為農(nóng)業(yè)產(chǎn)出的重要部分。

另外，生物質(zhì)材料加工為商品能源的主要成本是加工耗電，這可能也是以前發(fā)展商品化生物質(zhì)燃料的障礙。而現(xiàn)在屋頂光伏又可以提供充足廉價的電力，光伏和生物質(zhì)結(jié)合，對生物質(zhì)的利用大有好處。

由此來說，我們就要建立以屋頂光伏為基礎(chǔ)的農(nóng)村新型能源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全面電氣化，替代所有的化石能源。全面解決環(huán)境、固廢、健康問題，置換出生物質(zhì)能源，與光伏電力合作制成零碳燃料，供應(yīng)能源市場，給農(nóng)區(qū)、林區(qū)農(nóng)民增加新的收入來源，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村土地糧食和能源的“雙生產(chǎn)雙輸出”，成為我國解決三農(nóng)問題的重要措施。

下沉到生物質(zhì)發(fā)展方向來說，就是發(fā)展商品化生物質(zhì)燃料，用來替代化石燃料，減少化石能源燃燒產(chǎn)生的直接碳排放。推廣沼氣集中供氣工程，實(shí)現(xiàn)各類可發(fā)酵有機(jī)廢棄物的消納，尤其應(yīng)在水稻秸稈資源豐富的地區(qū)，通過將稻草進(jìn)行有組織的集中式發(fā)酵生產(chǎn)生物天然氣，解決直接還田所帶來的溫室氣體無組織排放問題，但應(yīng)加大CH4的回收率，減少使用過程中的泄漏。

再一次對大會的成功召開表示祝賀，謝謝大家!