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发展生物质氢能前景广阔

作者:
周天勇
来源:
经济日报
2022/06/22 16:33
浏览量
【摘要】:
生物质原料,本身因可燃烧等特性就是生物质能源,通过“生物质加工提醇—醇类制氢—氢氧反应”过程形成氢能。

以植物、菌藻和动物等有机质为原料,提炼氢并使其与氧反应产生能量,用于热源和动力,称为生物质氢能。从生产的大规模和经济性看,其原料主要来自于甘蔗、甜高粱、甜菜和木薯等植物。

生物质原料,本身因可燃烧等特性就是生物质能源,通过“生物质加工提醇—醇类制氢—氢氧反应”过程形成氢能。生物质能源从碳排放程度变化看,可分为直接燃用动物油及植物、菌藻植物提取乙醇燃用和乙醇等重整制氢使用三个阶段。人类生物质能源的生产和消费,在第一阶段中直接燃烧,污染和碳排放量很大;第二阶段生物质精细加工及使用,污染及碳排放减少;第三阶段通过深化加工,转制氢能,实现生产和使用的低污染和零排放。

作为第三阶段的生物质氢能,其优点在于:它属于绿氢,由植物生长吸收阳光照热、土壤水分和二氧化碳,并将成熟后的果实和秸秆发酵提取乙醇,再重整制氢而形成,加工转换排碳量微小;从生物质原料到加工提取的乙醇能源,发酵蒸馏获得乙醇转换用能不多,并且可来自于部分秸秆或酒糟燃烧加温或者光电风电加热,能源转换次数少,转换消耗能源低;生物质直接发酵提取乙醇,并由化学反应获得氢气,减少了风能、光能、电解水制氢需要先储能的环节,节省了成本和能源转换损耗。

从世界范围来看,当前各国主要通过石化原料加工制氢,而风能、光能、电解水制氢和生物发酵重整制氢的产量不到总产量的1%,其中生物氢产能不到绿氢产能的1%,生物质氢能发展还处于萌芽阶段。目前生物质能源生产和消费大国主要是巴西、美国。巴西甘蔗生产的生物质乙醇等能源占其总能源消费的17.4%,轻型乘用车燃料总消耗中,生物乙醇占48.3%;美国2020年生产生物乙醇5050万吨,70%左右用于汽车动力,大部分地区使用掺加10%的生物乙醇汽油,近期为应对俄乌冲突提高到了15%。我国2020年生物燃料乙醇生产能力为300万吨左右,原料主要为玉米,乙醇掺入汽油比为10%,可加注使用的地区为黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽和广西,以及内蒙古、山东、湖北和河北等省区的部分盟地市。

从我国国情和生物质能源特点来看,未来15年到20年,应当先走完生物质能源发展的第二阶段,为第三阶段生物氢能源发展打好基础。现阶段应大力发展生物乙醇能源,生物质氢能是生物乙醇能源的制作再加工和产业再深化,因此乙醇生产难点,也是未来生物质氢能生产和产业链的难点。从上下游产业来看,集储装运卸环节还存在诸多堵点。例如,在上游生产方面,目前提醇和制氢技术已经攻克,主要面临储运成本较高问题;下游产业发展主要是生物氢能生产地与使用地之间的多次罐储、装卸、运输、分销和加注等物流服务成本高;较经济的储运装卸氢能技术需要在材料和方式方面突破,新技术需考虑成本水平是否为市场需求接受;等等。

推进生物乙醇能源市场化,建议先发展植物乙醇,使其种植、集储、提醇实现经济性生产,将乙醇的成本降下来,形成制氢用原料规模化供给,实现储装运卸和终端使用方面关键性技术的突破,形成生物乙醇转制氢能的需求市场。以原料市场保证氢能生产供给,以需求市场平衡供给和拉动生产。这方面可借鉴美国和巴西的经验,普及掺加15%乙醇汽油和20%乙醇柴油的使用。

应当通过农业与工业融合,统筹粮食和能源发展。用土地和劳动力要素密集型投入路线,既生产乙醇和未来制氢,又形成“副产品饲料—养殖牲畜—产出肉奶—有机粪肥—生态蔬菜”,助力农村产业融合。考虑到甜高粱等植物特性,种植规模上以3000亩到15000亩面积为宜。如果有一体化机械作业、道路条件优越和更低成本的集储运模式,那么乙醇加工规模可以相应扩大。

(作者系首都经贸大学特大城市发展研究院教授)周天勇

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