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中国生物质能可以全面替代传统能源

2011-8-30 19:39:31   来源:中国化工报   作者:沼气网   【 】 浏览:  评论:1

日前,国家能源局局长刘铁男公布了国家“十二五”生物质能的发展目标:到2015年生物质发电装机容量达到1300万千瓦,较2010年增长160%。这个目标数字超过了风头正劲的光伏装机容量。我国生物质能的发展在“十二五”将得到重视,与一批长期为中国生物质能发展奔走呼吁的科学家分不开。石元春院士就是其中之一。    

    石元春,中国科学院院士、中国工程院院士、中国农业大学原校长。这位笑称自己是“80后”的八旬老人,一直在为生物质能奔走呐喊。他曾给国务院总理上书、在会议上唇枪舌剑、在杂志报刊上据理力辩。本文就是在去年底,国家发改委针对编制“十二五”规划开展的建言献策活动中,石元春院士提出的建议。根据他的建议,已公布的“十二五”规划纲要在现代农业、战略性新兴产业和能源等几处都加强了生物质能的内容。    

    该建议原文长达1万多字。在此,我们编发部分内容,以帮助读者更好地理解生物质能。    

    生物质能可以全面替代传统能源    

    风能、水能、太阳能、地热能,以及核能、氢能和未来的核聚变等均为物理态能量,需要通过涡轮机等复杂的技术和人为设施转化为电与热,风能和太阳能很不稳定和储能性差。生物质能则别具一格,是太阳辐射经植物光合加工转化后、以生物质为载体的化学态能量,既稳定又储能,用起来也方便。自人类学会钻木取火后,生物质能就一直是主要能量来源。它的原料易得,现代加工转化技术与途径多样,产品既有热与电,又有固、液、气3态的多种能源产品,以及塑料、生物化工原料等众多的非生物基产品,这些特质与功能是其他所有物理态清洁能源所不具备的。正是生物质的这种特质与功能,使人们在需要对化石能源进行替代时,首先也主要是利用已有技术进行生物质的直燃或混燃发电;利用甘蔗、玉米和纤维素等各种原料生产乙醇和生物柴油;利用畜禽粪便和城市污水垃圾等有机废弃物生产沼气。这是一种自然和科学发展的过程和规律,不是人的意志和政策导向所能左右的。谁看不到这一点谁就会吃亏。    

    据中国工程院可再生能源发展战略咨询报告资料显示,中国水电的经济可开发量为4.02亿千瓦,年发电能力1.75万亿千瓦时,开发程度32%;中国陆地风能(离地面10米高度)的技术可开发量为2.97亿千瓦,可开发面积20万平方千米,离岸20千米海域范围内技术可开发量1.80亿千瓦,可开发面积3.7万平方千米;可利用的生物质原料资源量为11.71亿吨标煤,其中48.2%来自农林有机废弃物,51.8%来自低质边际性土地上的能源植物。中国太阳能资源丰富,但目前尚无资源量的具体数据。    

    中国不含太阳能的清洁能源年可开采资源量为21.48亿吨标煤,其中生物质能占54.5%,大水电、小水电和风电分别占18.5%、8.7%和15.5%,核能为2.8%。生物质能的资源量是水能的2倍和风能的3.5倍。在区域分布上,水能资源集中于西部,风能和太阳能资源集中于西北和青藏高原,而生物质资源则富集于经济发达的东部与南方。

所以,风能和太阳能的资源富集区与终端市场分离,需要远距离传输,而生物质能的资源靠近产品市场。    
    不同生物质原料适合生产不同的产品,经原料与产品的匹配与整合,11.71亿吨标煤的生物质原料中约4.59亿吨标煤的产能(39%)适合于生产液体燃料以替代石油;约5.59亿吨标煤产能(48%)适合于生产固体燃料以替代燃煤;约1.53亿吨标煤产能(13%)的生物质原料适合于生产气体燃料以替代天然气。    

    中国的生物质能,可以全面替代石油、煤炭和天然气。中国的生物质能是篇大文章,值得大作特作的文章。    

    生物质能可整合现有工农业资源    

    中国“三农”困境的病根是将8亿农民捆绑在人均不到0.1公顷的土地上从事附加值极低的粮食和初级农产品生产上。城乡差距现在越拉越大,这是长期执行工农二元化和城乡二元化的结果。将“三农”局限于初级农产品生产的产业结构是不行的,必须将生产链条向农产品加工和生物质产业等高附加值方向延伸,否则现代农业就是一句空话。生物质产业的原料一头在“三农”,加工和市场一头在工业和城市,是“构建新型工农、城乡关系”的最佳纽带和抓手。而且生物质能是清洁的、低碳的、可持续的。一个市场需求极旺的新时代宠儿,中国何不尽早将这个时代机遇惠及“三农”?    

    如果使每年可用于能源的4亿吨秸秆(其中1亿多吨被白白露天焚烧)得到开发,相当于8座三峡发电站的贡献,还能帮农民每年增收800亿~1000亿元;如果利用非粮低质边际性土地种植甜高粱和薯类,每年可转化为1亿吨燃料乙醇,并使农民增收1000亿~1500亿元;如果开发农林及加工业的有机废弃物,可转化为600亿~800亿立方米的天然气(相当于全国现有消费量),并使农民增收1000亿元。这是多么宝贵的绿色煤田、绿色油田和绿色气田啊!可以年年为农民挂果丰收的一片摇钱树林啊!它还可以促进农村工业化、城镇化,农村富余劳动力就近转移就业,缩小工农差距、城乡差距;可以使国家公平正义、科学和谐地发展,并维护社会稳定。这种对农民对国家功德无量的事情难道不该在“十二五”规划中浓墨重彩地写上一笔吗?    

    可惜在长期工农二元化的影响下,就能源论能源地将生物质能划为能源工业而备受歧视、欺侮和冷落。由温家宝总理担任主任的国家能源委员会,连外交部和解放军总参谋部都参与了,唯独没有农业部和国家林业局。这种落后的观念、体制和现象在美欧等国是找不到的。中国一面强调“三农”是“全党工作的重中之重”和“着力构建新型工农、城乡关系作为加快推进现代化的重大战略”,一面又排斥能“构建新型工农、城乡关系”的重要纽带和抓手,这是行政体制不健全的一种表现。希望“十二五”规划中不要再“就能源论能源”地对待生物质能了,只有打破现行的工农分隔体制,并上升到解困“三农”和实现农业现代化的战略高度,“十二五”规划中的生物质能才能科学到位。    

    燃料乙醇不能停顿,要加大步伐    

    我国“十五”以陈化粮乙醇起步,2005年过百万吨,位列世界第三。

十一五”期间,因粮食趋紧而叫停新增粮食乙醇,鼓励发展非粮乙醇,这是及时和正确的。只可惜此间粮食乙醇生产依旧,非粮乙醇只完成了新增200万吨指标的10%。在“十一五”的前4年里,我国汽车由722万辆增加到1364万辆,石油净进口量由1.68亿吨增加到2.19亿吨,而燃料乙醇仅由130万吨增加到162万吨,这只能说明应对石油和运输燃料缺口迅速扩大的办法,就是以巨资到国外去买而不重视对本国绿色替代能源的开发,这无疑是短视和有害的。    
    第1代的粮食乙醇在中国绝不可行,现有的年产100多万吨也应该尽快转型。美欧斥巨资攻关多年的第2代纤维素乙醇,因技术难度太大已宣布大幅调低2011年的生产指标,而我国在纤维素乙醇上根本没有认真下过功夫。离完成《可再生能源中长期发展规划》提出的2020年年产1000万吨燃料乙醇只剩下10年了,靠粮食乙醇吗?不行!靠纤维素乙醇吗?不切实际!靠什么?    

    2010年5月在北京举行的中美先进生物燃料论坛上,我提出了1.5代乙醇的概念,即以中国优势的非粮能源作物甜高粱、薯类和菊芋等为原料生产燃料乙醇,技术成熟,设备国产,可较快形成产业化和规模化生产。发展非粮乙醇能将我国千万公顷沉睡的边际性土地和广大农民的积极性激活起来,它是完成2020年1000万吨燃料乙醇指标的唯一和最佳选择。令人高兴的是,制约甜高粱乙醇产业化的发酵工艺瓶颈已得到解决,清华大学固体发酵技术与内蒙古特弘公司合作产业化项目的成功将推动我国具有巨大潜力的甜高粱乙醇的产业化发展。    

    据农业部2008年提供的专项调查报告,全国有可用于发展液体生物燃料的宜能荒地2680万公顷,有集中分布区8片。如加上现有种植薯类、高粱等的非粮低产农田,即具年产1亿吨燃料乙醇的生产潜力,这是多大的一片“绿色油田”。    

    “十一五”即将过去,“十二五”的燃料乙醇该有个说法了。是1代、2代,还是1.5代?新增300万吨还是500万吨?国际油价肯定会越来越高,国际形势总是变化无常,为了石油安全,建议从每年1万亿的购油款中拿出一小部分开发本土的“绿色油田”。当然,还要下真功夫抓实纤维素乙醇和微藻生物柴油的研发,做好技术储备。    

    沼气替代天然气应提上议事日程    

    上世纪70年代,在中国开始发展农村户用沼气的时候,德国与瑞典等国开发了沼气的规模化生产与工业性用途,我们叫产业沼气。30多年过去了,中国农村户用沼气池发展到了3000多万个和年产沼气120亿立方米,而欧洲的产业沼气也由以城市污水和有机垃圾为原料发展到以畜禽粪便和专用能源作物为原料;由传统厌氧发酵工艺发展到连续搅拌发酵(CSTR)和中高温发酵工艺;由供热发电发展到对天然气的替代;由环保目标发展到能源环保目标。德国有4780家沼气厂(2009年),装机容量1600兆瓦;瑞典有沼气驱动车1.5万辆(2007年),加气站遍布全国,预计2040年前后全国天然气消费将由产业沼气替代。

俄乌“斗气”加速了欧洲沼气对天然气的替代,欧盟十分看好产业沼气的发展前景,技术进步很快。    
    我国继石油进口依存度过半后,液化石油气也达30%。由于天然气缺口迅速扩大和供应吃紧,近年以巨资向澳大利亚、土库曼斯坦、伊朗、俄罗斯等大规模引进天然气,并在沿海大规模设立LNG接收站,而国内丰富的沼气原料资源却被弃置一旁。我国仅大中型养殖场废水、工业有机废水和城市污水3项原料资源,就具备年产830亿立方米沼气或700亿立方米天然气的资源潜力,相当于现全国天然气的年消费总量。产业沼气的原料比较集中,易于收集和规模化生产,生产过程即有机污染物的无害化和资源化过程,与资源循环利用和环保融为一体,与发展农村经济和新农村建设密切结合。在碳水化合物转化中以厌氧反应的能耗最低,减排效率最高,可以充分保存植物营养物质还田,还有纯化后的沼气可以共用天然气输运系统的优势。    

    我国目前沼气的容积产气率和规模化程度低,分离纯化技术和设备刚起步,但这些是可以很快弥补和赶上的,预计一两年内我国将在北京、河南、山东、海南、河北等地生产经纯化压缩的车用沼气CBG。只要扶持政策和标准制订到位,逐步健全物流系统和培育市场,产业沼气必将有个大的发展,为减轻国家天然气缺口压力作出贡献。    

    发展产业沼气需要观念创新与升级,即在继续发展农村户用沼气的同时向产业沼气升级;农村能源向商业能源升级;有机废弃物的环保处理向能源生产升级。建议在制订“十二五”规划中将农村户用沼气与产业沼气分开来,产业沼气中的自用与商用分开,供热发电与替代天然气的CBG分开,分别提出发展指标要求。    

    回答对发展生物质能的种种质疑    

    质疑之一是怕影响国家粮食安全。这都是被美国玉米乙醇闹的。生产产业沼气会影响粮食安全吗?不会!非粮乙醇和生物柴油会影响粮食安全吗?不会!生物燃料可走的路那么多,为什么非要在粮食安全问题上纠缠不清呢?也许有人说,薯类和甜高粱也是粮食,这就不讲道理了。薯类和高粱从来就是生产淀粉和酒的工业原料和饲料而不是人的口粮,再说它们只是用那些种不了粮食的低质土地。    

    质疑之二是生物燃料会不会引起作物秸秆和薯类甜高粱等原料的价格上涨。随着社会需求和商品价格而调整原料价格是一种正常的市场行为,哪种商品和原料都是如此,有什么可大惊小怪的?使毫无或很低经济价值的秸秆和畜禽粪便等污染物无害化、资源化和增值化有什么不好?在需求旺盛和附加值较高的能源产品拉动下,合理提高薯类和甜高粱等的价格,增加农民收入有什么不好?    

    质疑之三是国家的补贴多了。这应当是指目前对100多万吨粮食乙醇而言,因为对成型燃料和产业沼气还没有补助政策,对生物质发电的补助也低于风能和太阳能发电。国家为发展战略性新兴产业,扶持与补贴是正常和必要的,各国都是如此,且力度大得多。如果说国家对风能和太阳能的补贴给的是企业,那么生物质发电和燃料乙醇成本中原料占六成,政府对企业的补贴实际上是转移支付给了农民,这有什么不好?

质疑之四是垦殖荒地会不会破坏生态。对于可以利用而尚未利用的土地,闲在那里无人问,一说垦殖就忧心忡忡,奇怪逻辑。现在国家那么缺油少气,能源安全形势那么严峻,为什么不能启用这些储备性土地去建绿色煤田、绿色油田和绿色气田?资本不流通是“死钱”,该用的地不用就是不能实现价值的“废地”。    

    质疑之五是生物质能的技术不成熟。实际上,中国的生物质能技术与国外差距并不大,自主性强,装备国产化程度高,这点比风能和太阳能更有优势。   

 


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