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專家認為廣東發(fā)展生物燃料產業(yè)獨具優(yōu)勢

時間:2019-03-14 09:55 作者:bspower 分享到:

在熱映國產科幻電影《流浪地球》中,陷入絕境的人類最后依靠燃燒氫氣“拯救地球”,而事實上氫能的利用早已走進日常生活中。如果說氫能太虛無縹緲,那么我們日常生活中的西瓜皮和養(yǎng)殖場里的豬糞則是最實實在在、隨處可見的能源供給物,并且它們都擁有共同的特點:潔凈。在工商業(yè)發(fā)達的珠三角地區(qū),節(jié)能減排、降低能耗是低碳發(fā)展的必由之路。作為清潔能源的生物質能正逐漸走進廣東的工業(yè)生產和日常生活領域。生物質能未來的技術革新將有望為廣東的發(fā)展提供新型“燃料”。

科普一下:什么是生物質能?

生物質能幾乎無處不在,卻又不為人熟知,目前在全世界的能源體系當中占比相當?shù)?,這也意味著,發(fā)展生物質能有巨大的提升空間。植物通過光合作用把太陽能富集并以生物質(淀粉、纖維素、糖等)作為媒介儲存起來,以此為基礎轉化出來的能源就稱之為生物質能。

目前常見的生物質能主要分為氣體、液體和固體三種,如沼氣、生物燃料乙醇和生物柴油以及顆粒燃料等其實就是在利用生物質能。同時,生物質能對環(huán)境相當友好,能源的原材料主要是農林業(yè)廢棄物(植物、動物糞便等),可以有效實現(xiàn)廢物資源化;而且產品清潔、可再生,可降低二氧化碳排放,是一種相當理想的可再生清潔能源。

熱解:比燃燒更高效更環(huán)保

在廣州,有一條路以“能源”命名,中國科學院廣州能源研究所就坐落在這條路上。據(jù)悉,中國科學院廣州能源研究所(以下簡稱“研究所”)定位是新能源與可再生能源領域的研究與開發(fā)利用,主要從事清潔能源工程科學領域的高技術研究,并以后續(xù)能源中的新能源與可再生能源為主要研究方向。

進入研究所,首先映入眼簾的是生物質能源大樓,這里將轉化出大量的科研成果,服務于能源革命。

“生物質能必須大力發(fā)展。”研究所的研究員、副主任袁浩然談及生物質能時說,“因為這不僅關系到能源的問題,同時關系到生態(tài)環(huán)境的問題。”袁浩然主攻的方向是有機固體廢棄物清潔利用,通俗地理解就是處理日常生活生產中產生的市政污泥以及生活垃圾,這些廢棄物的處理目前主要采取填埋和焚燒兩種方式。對于日益重要的土地資源來說,填埋并不符合長遠發(fā)展的需求,更是對資源的浪費。

袁浩然說:“在我們看來,這些廢棄物都是可以加以利用的資源。”這與他辦公室墻上掛著的中國科學院原院長路甬祥的題字“變廢為寶”的理念不謀而合。

普通的焚燒處理,存在先天的不足。袁浩然說,以垃圾焚燒為例,現(xiàn)在焚燒生活垃圾以全量焚燒為主,即把所有垃圾混在一起焚燒。常見的垃圾有西瓜皮、塑料袋,兩者燃燒速度并不相同。如果焚燒爐設置的參數(shù)以西瓜皮的燃燒速度為準,則焚燒需時很長,塑料袋早就燒完了,西瓜皮的焚燒卻還未結束,效率較低;如果以塑料袋的燃燒速度為準,則塑料袋燒完了,西瓜皮卻還沒燒完,導致焚燒不完全。垃圾分類全鏈條執(zhí)行的重要性由此突顯出來,更重要的是研發(fā)能解決這些問題的新技術。

鑒于目前處理廢棄物技術的不足,袁浩然帶領的團隊設法研發(fā)出更高效、更清潔的處理手段——城鎮(zhèn)及工業(yè)有機固廢高效熱解技術及大型化裝備。該項目去年年底入選2018年國家重點研發(fā)計劃“固廢資源化”重點專項。袁浩然是項目負責人,而團隊首席科學家為中國工程院院士陳勇,他也是袁浩然的老師。“到目前為止,他是我國唯一一位因為研究廢棄物而當上院士的科學家。”據(jù)了解,該項目最核心的目標是要提高熱解廢棄物的處理量,并且有效降低熱解燃燒過程中的二次污染。

熱解跟燃燒不同,熱解過程沒有明火,而是把可燃物經高溫裂解成小分子,如烷烴類等物質。經熱解后再燃燒這些小分子,可有效降低二?英、氮氧化物等污染物。目前袁浩然的團隊已與企業(yè)合作,在汕頭澄海建設一個大型的高效熱解有機固廢裝置,裝置在今年7月份可投入使用,預計每次使用處理上限可達60噸。“該項目也是今年廣東‘揚帆計劃’的一個主要內容。”袁浩然說,高效熱解有機固廢裝置在運作時,最直觀的效果便是廢棄物經熱解處理后,在尾氣排放管出口基本看不到有色污染氣體排出。

那么經過這套裝置處理后,可以產出什么?首先,處理后剩下的殘渣碳是一種非常理想的土壤修復劑,可有效提高土壤的有機物含量;同時,殘渣碳還是一種有效的吸附劑,可吸附土壤中的重金屬,有效降低農作物的重金屬含量,可應用到農田和礦山的修復。此外,熱解燃燒生成的熱量可用于發(fā)電和供熱,與傳統(tǒng)焚燒發(fā)電相比,熱解燃燒的發(fā)電效率更高。

“產氫不見氫”:豬糞也能成為“新能源”

“這個實驗室里的儀器價值600萬元。”謝君在向廣州日報全媒體記者展示的時候自豪地說,而這僅僅是廣東省高校生物質能源重點實驗室的其中一個子實驗室。謝君是整個實驗室的主任,同時是華南農業(yè)大學的生物化學教授。該實驗室剛遷到新址,裝修工作正如火如荼地進行。與之相反,另外幾個子實驗室里的機器正有條不紊地安靜工作。未來這里的科研成果將為廣東發(fā)展生物質能提供堅實的基礎。

生物質能受到重視的同時,也面臨著許多現(xiàn)實問題:生物質原料的能量密度比較小,而且原料比較分散導致收集、儲藏、運輸存在一定困難;其次是目前某些技術環(huán)節(jié)成本依然較高,如纖維素乙醇的酶解過程就耗費不小。這兩方面的因素導致了生物質能產品效益未能盡如人意。但謝君認為,只要努力突破技術難關降低成本,生物質能的發(fā)展前景依然相當樂觀。“我們一定要保持耐心,科學家們也要努力突破。”謝君說。

豬糞也可以成為新能源

“這里面是豬糞。”謝君指著一套正在運作的儀器說,眼前所見,玻璃器皿里放著黑褐色的物質,那便是豬糞等的混合物,通過技術轉化便可制取沼氣,這套儀器所在的正是廣東省高校生物質能源重點實驗室(下稱“實驗室”)。實驗室主要聚焦能源植物資源與利用和有機固廢資源化綜合利用,而謝君帶領的團隊正著手攻克一個重要的課題:將沼氣全組分轉化成甲醇,從而推動甲醇的后續(xù)產業(yè)發(fā)展。

由謝君主持,中國科學院廣州能源研究所、中石化集團新星公司、廣東溫氏集團和廣東合即得能源科技有限公司聯(lián)合承擔的“2017~2019年廣東省應用科技研發(fā)重大專項計劃(2017B020238005):有機固廢資源化與高值利用技術裝備研究及應用示范”,主要任務之一便是研制“沼氣全組分轉化甲醇成套裝置”。據(jù)謝君介紹,目前畜禽養(yǎng)殖廢棄物、農林廢棄物、餐廚垃圾、城市污水污泥等厭氧處理產生大量的沼氣以及石油伴生氣難以利用,將其轉化為甲醇是有效的利用方式。城市生產活動所產生的有機固廢經過轉化可得到沼氣、沼液和沼渣,后兩者可用作生物肥料,而沼氣經過脫硫處理后,利用沼氣全組分轉化甲醇技術則可將沼氣全部轉化為甲醇,甲醇可與水在一定條件下發(fā)生化學反應生成氫氣。

氫氣熱值高、無污染,與氧氣燃燒只生成水,被認為是最理想的清潔能源,熱映中的國產科幻電影《流浪地球》中人類正是通過燃燒氫氣“絕地求生”。然而運輸及儲存的成本和技術一直是制約其廣泛使用的難題。通過謝君團隊的技術,則可大量生產甲醇,從而把運輸儲存氫氣轉變?yōu)檫\輸儲存甲醇,由于后者所需的技術簡單且成本低,這樣便可大大提高氫氣的使用效益。

據(jù)悉,目前行業(yè)內正加緊研發(fā)水氫高氫機,把甲醇儲存在內即可隨時制取高純度氫氣,而且氫氣即產即用,可達到產氫不見氫的水平。這些技術一旦突破成功、鋪開使用,以甲醇為基礎的生物質能產業(yè)鏈條將被拓寬,氫能的發(fā)展將因此而被推動,未來廣東地區(qū)的清潔能源體系也將得到巨大補充,從而加緊發(fā)展具有鮮明地域特色的生物質能。

專家觀點

發(fā)揮廣東制糖的產業(yè)優(yōu)勢

助力生物燃料乙醇的發(fā)展

2018年8月22日,國務院總理李克強主持召開國務院常務會議,要求大力發(fā)展纖維素燃料乙醇等先進液體燃料,確定了生物燃料乙醇產業(yè)總體布局。廣東是經濟大省,也是能源消耗大省,近20年汽柴油累計消費位居全國第一位。與此同時,廣東面臨傳統(tǒng)油氣資源短缺的問題。然而,目前廣東在生物燃料乙醇方面的運用仍處于空白。

廣東省高校生物質能源重點實驗室主任、華南農業(yè)大學生物化學教授謝君說,甘蔗制糖是廣東的優(yōu)勢產業(yè),且多具乙醇產能。蔗渣和糖蜜是制糖的副產物,由于含糖高、數(shù)量大、易收集儲運,是大規(guī)模生產生物燃料乙醇優(yōu)良的纖維素和糖質的原料。薯蕷皂素是現(xiàn)代醫(yī)藥工業(yè)重要的原料藥,其價值高,產品經濟效益突出;菊葉薯蕷是薯蕷皂素最重要的原料,原產于墨西哥,它與燃料乙醇最具經濟性的原料木薯相比,產量約是其2~3倍,淀粉含量相當高;與我國皂素的主栽品種盾葉薯蕷相比,產量、皂素和淀粉含量都是其2~3倍。因此,與木薯、盾葉薯蕷相比,菊葉薯蕷是更理想的乙醇和皂素原料。

他進一步解釋說,如果將廣東蔗渣、糖蜜原料的可持續(xù)供應性和菊葉薯蕷產品生產的經濟性相結合,可形成“蔗渣—糖蜜—薯蕷渣”的乙醇混合原料組合,建立生物燃料乙醇原料常年互補均衡供給體系;可開發(fā)乙醇聯(lián)產高值產品薯蕷皂素及廢液渣安全處置和綜合利用技術,有效提高產業(yè)經濟效益。“這樣做既可克服燃料乙醇原料供給不可持續(xù)和經濟效益差等短板,又可解決薯蕷皂素生產的資源短缺等問題。”謝君說,該技術體系是廣東發(fā)展生物燃料乙醇最現(xiàn)實的選擇,也必將推動我國薯蕷皂素產業(yè)的健康發(fā)展。

在謝君看來,發(fā)揮廣東制糖的產業(yè)優(yōu)勢,選擇其副產物蔗渣、糖蜜為原料,再結合新型熱帶能源與藥用植物——菊葉薯蕷產業(yè)的發(fā)展,利用其薯蕷渣副產物,形成華南特色的“蔗渣—糖蜜—薯蕷渣”生物質資源組合,可有效整合制糖企業(yè)的乙醇產能,助力廣東生物燃料乙醇產業(yè)的發(fā)展與鄉(xiāng)村振興政策的實施。

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