“鉆木取火”“擊石取火”……對(duì)火的使用是人類文明發(fā)展的一座重要里程碑，彰顯著人類在惡劣環(huán)境中迸發(fā)出的生存智慧。燒火做飯、照明取暖，人類用火焰點(diǎn)燃身邊最司空見慣的樹枝、秸稈等獲得熱能，支撐自己的生存和發(fā)展。在漫長(zhǎng)的古代社會(huì)，我們今天稱為生物質(zhì)能的樹枝、秸稈等是人類利用最早、最普遍、最重要的“古典”能源。
進(jìn)入近現(xiàn)代社會(huì)，隨著對(duì)煤炭、石油、天然氣等化石能源的開發(fā)和利用，人類對(duì)生物質(zhì)能的依賴程度和使用比例大幅降低。然而，以化石能源大量消耗為特征之一的傳統(tǒng)工業(yè)化帶來日益嚴(yán)重的環(huán)境問題，人類努力開發(fā)利用各種可再生能源，優(yōu)化、“綠化”能源結(jié)構(gòu)。正是在這一背景下，作為“古典”能源，具有“綠色”“環(huán)境友好”“可再生”等特征的生物質(zhì)能，在現(xiàn)代科技的推動(dòng)下重新煥發(fā)出勃勃的生機(jī)。新中國成立以來，特別是改革開放40年來，中國在生物質(zhì)能開發(fā)利用領(lǐng)域取得了豐碩成果。今天，在中國的能源結(jié)構(gòu)中，生物質(zhì)能正以平穩(wěn)快速發(fā)展的勢(shì)頭行進(jìn)在復(fù)興的道路上。
①總量豐富的綠色可再生能源
生物質(zhì)有廣義和狹義之分，廣義上的生物質(zhì)是指利用大氣、水、土地等通過光合作用而產(chǎn)生的各種有機(jī)體，即一切有生命的可以生長(zhǎng)的有機(jī)物質(zhì)通稱為生物質(zhì)，包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物為食物的動(dòng)物及其生產(chǎn)的廢棄物。有代表性的生物質(zhì)如農(nóng)作物、農(nóng)作物廢棄物、木材、木材廢棄物和動(dòng)物糞便。
狹義上的生物質(zhì)主要是指農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)過程中除糧食、果實(shí)以外的秸稈、樹木等木質(zhì)纖維素、農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)下腳料、農(nóng)林廢棄物及畜牧業(yè)生產(chǎn)過程中的禽畜糞便和廢棄物等物質(zhì)。
以生物質(zhì)為載體、由生物質(zhì)產(chǎn)生的能量便是生物質(zhì)能。生物質(zhì)能是太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物中的一種能量形式，直接或間接來源于植物的光合作用。
據(jù)估算，地球上的植物進(jìn)行光合作用所消費(fèi)的能量占太陽照射到地球總輻射量的0.2%，比例雖然很低，但絕對(duì)值驚人，可以說生物質(zhì)能是人類取之不盡用之不竭的能源寶庫。其主要來源包括薪柴、牲畜糞便、制糖作物、城市垃圾和污水、水生植物等。
生物質(zhì)能具有三大特征。一是可再生性。由于可以通過植物的光合作用而形成，生物質(zhì)能與風(fēng)能、太陽能等一樣是可再生能源，源源不斷生產(chǎn)，保障永續(xù)利用。二是綠色環(huán)保。一方面，由于生物質(zhì)中硫含量、氮含量很低，燃燒過程中基本不會(huì)造成有害氣體;另一方面，生物質(zhì)燃燒排放釋放的二氧化碳的量與其生長(zhǎng)需要的二氧化碳相當(dāng)，因而對(duì)大氣的二氧化碳凈排放量近似于零，不會(huì)加劇溫室效應(yīng)。三是分布廣泛、總量豐富。根據(jù)生物學(xué)家的估算，陸地每年生產(chǎn)1000億一1250億噸生物質(zhì);海洋年生產(chǎn)500億噸生物質(zhì)。生物質(zhì)能源的年生產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過全世界年能源需求總量。
②沼氣大規(guī)模推廣助力美麗鄉(xiāng)村建設(shè)
“沼氣”是生物質(zhì)能的典型代表。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院工程師王飛介紹說，沼氣作為一種方便、清潔、高品位的生物質(zhì)能，是秸稈、糞便、生活污水等有機(jī)物質(zhì)在一定水分、溫度和厭氧條件下，經(jīng)微生物發(fā)酵產(chǎn)生的可燃?xì)怏w。由于其原料豐富、技術(shù)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、環(huán)境友好的特點(diǎn)而受到國家的高度重視。
中國農(nóng)村戶用沼氣的大規(guī)模建設(shè)開始于20世紀(jì)50年代末期。1979年，國務(wù)院批轉(zhuǎn)農(nóng)業(yè)部等部門《關(guān)于當(dāng)前農(nóng)村沼氣建設(shè)中幾個(gè)問題的報(bào)告》，促進(jìn)了農(nóng)村沼氣建設(shè)，并在20世紀(jì)80年代初期出現(xiàn)了一波建設(shè)高潮。此后，到本世紀(jì)初，農(nóng)村沼氣建設(shè)平穩(wěn)發(fā)展。2000年底，全國農(nóng)村沼氣近850萬戶。2003-2015年，在中央投資帶動(dòng)下，農(nóng)村沼氣發(fā)展進(jìn)入了快速發(fā)展新階段。截至2015年底，全國戶用沼氣近4200萬戶，受益人口達(dá)2億。
沼氣的大發(fā)展為新農(nóng)村建設(shè)帶來了深遠(yuǎn)影響，具體來說，包括3個(gè)方面。
一是增強(qiáng)了農(nóng)村能源安全保障能力。農(nóng)村沼氣歷史性地解決了2億多人口炊事用能質(zhì)量提升問題，促進(jìn)了農(nóng)村家庭用能清潔化、便捷化。規(guī)模化沼氣工程在為周邊農(nóng)戶供氣的同時(shí)，也滿足了養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)部的用氣、用熱、用電等清潔用能需求。2015年，全國沼氣年生產(chǎn)能力達(dá)到158億立方米，約為全國天然氣消費(fèi)量的5%，每年可替代化石能源約1100萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，對(duì)優(yōu)化國家能源結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)國家能源安全保障能力發(fā)揮了積極作用。
二是推動(dòng)了農(nóng)業(yè)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變。農(nóng)村沼氣上聯(lián)養(yǎng)殖業(yè)，下促種植業(yè)，是促進(jìn)生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要舉措，不僅有效防止和減輕了畜禽糞便排放和化肥農(nóng)藥過量施用造成的面源污染，而且對(duì)提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全水平，促進(jìn)綠色和有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)本增效，轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式發(fā)揮了重要作用。據(jù)測(cè)算，農(nóng)村沼氣年可生產(chǎn)沼肥7100萬噸，按氮素折算可減施310萬噸化肥，每年可為農(nóng)民增收節(jié)支近500億元。
三是促進(jìn)了農(nóng)村生態(tài)文明發(fā)展。農(nóng)村沼氣實(shí)現(xiàn)了畜禽養(yǎng)殖糞便、秸稈、有機(jī)垃圾等農(nóng)業(yè)農(nóng)村有機(jī)廢棄物的無害化處理、資源化利用，緩解了困擾農(nóng)村環(huán)境的“臟亂差”問題。對(duì)實(shí)現(xiàn)農(nóng)村家園、田園、水源清潔，建設(shè)美麗宜居鄉(xiāng)村、發(fā)展農(nóng)村生態(tài)文明起到了積極作用。
在沼氣建設(shè)實(shí)踐中，中國科學(xué)家和工程技術(shù)人員進(jìn)行了一系列創(chuàng)新，開發(fā)出適應(yīng)北方地區(qū)、南方地區(qū)和西北地區(qū)的沼氣技術(shù)模式:整合沼氣池、畜禽舍、廁所、日光溫室，組成能源生態(tài)綜合利用體系的“四位一體”模式;整合沼氣池、豬舍、廁所，構(gòu)成的能源生態(tài)“三位一體”模式;由沼氣池、果園、暖圈、衛(wèi)生廁所、蓄水窖構(gòu)成的能源生態(tài)“五配套”模式。此外，在相關(guān)技術(shù)開發(fā)方面，“寒冷地區(qū)干濕耦合厭氧發(fā)酵技術(shù)”“分布式新農(nóng)村資源化技術(shù)”“原生態(tài)高活性沼氣菌種研制技術(shù)”等取得突破，為沼氣建設(shè)推廣奠定了基礎(chǔ)。
值得一提的是，中國沼氣技術(shù)走出國門，建成了突尼斯養(yǎng)雞場(chǎng)沼氣發(fā)電示范工程、坦桑尼亞劍麻廢棄物沼氣發(fā)電工程、朝鮮國家科學(xué)院恩情養(yǎng)殖場(chǎng)沼氣示范工程、摩爾多瓦沼氣示范項(xiàng)目等，為國際生物質(zhì)能開發(fā)利用和節(jié)能減排作出了積極貢獻(xiàn)。
③發(fā)電量有望提前完成“十三五”目標(biāo)
2016年末，總投資約36億元的“上海老港再生能源利用中心二期工程”項(xiàng)目舉行開工儀式。這場(chǎng)看似平常的開工儀式其實(shí)是中國生物質(zhì)能利用領(lǐng)域中的一件大事，因?yàn)樵擁?xiàng)目于2019年完工投產(chǎn)后，將使上海老港再生能源利用中心總焚燒處理生活垃圾能力提升至300萬噸/年，年發(fā)電能力將達(dá)到9億千瓦時(shí)，居世界同類電廠之首。
伴隨城市化進(jìn)程，中國大小城市產(chǎn)生的生活垃圾越來越多，而在對(duì)其進(jìn)行分類回收利用的基礎(chǔ)上，對(duì)其中的各類有機(jī)可燃物也就是生物質(zhì)進(jìn)行焚燒發(fā)電，做到物盡其用，是很多國家通行的做法。近年來，中國在城市生活垃圾處理中，在堅(jiān)持資源回收、循環(huán)利用的同時(shí)，把焚燒發(fā)電作為其無害化處理和電能生產(chǎn)的一種重要方式，投產(chǎn)了一批生物質(zhì)能發(fā)電廠。據(jù)大連理工大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授李愛民介紹，上世紀(jì)80年代后期，中國第一座工業(yè)化垃圾焚燒發(fā)電廠在深圳市建成投產(chǎn)，日處理城市生活垃圾300噸，裝機(jī)容量3000千瓦。2000年，以國產(chǎn)設(shè)備為主的珠海垃圾發(fā)電廠建成，日處理垃圾600噸，裝機(jī)容量6000千瓦。之后在上海、北京、重慶等地建設(shè)了一批城市生活垃圾焚燒發(fā)電廠。
在廣大農(nóng)村地區(qū)，玉米、小麥、水稻、高粱等脫粒后的秸稈等生物質(zhì)是發(fā)電的理想原料。有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，全國農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量約為7億噸左右，每年可作為能源加以利用的秸稈總量達(dá)3.76億噸。近年來，在相關(guān)政策支持下，一些秸稈發(fā)電項(xiàng)目陸續(xù)建設(shè)。2006年12月，總投資約3億元的山東單縣生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目正式投產(chǎn)發(fā)電，這是中國第一個(gè)竣工投產(chǎn)的國家級(jí)生物質(zhì)直燃發(fā)電示范項(xiàng)目，其裝機(jī)容量為2.5萬千瓦。該電廠所需燃料以破碎后的棉花秸稈為主，可摻燒部分樹枝、桑條、果枝等林業(yè)廢棄物。每年可消耗農(nóng)林廢棄物15萬噸-20萬噸，發(fā)電量約1.6億千瓦時(shí)。此后，在全國陸續(xù)建設(shè)了一批秸稈燃燒發(fā)電廠，以至局部地區(qū)出現(xiàn)秸稈燃料供不應(yīng)求的局面。
根據(jù)今年初國家能源局新聞發(fā)布會(huì)上的信息，2017年，中國生物質(zhì)發(fā)電794億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)22.7%;生物質(zhì)發(fā)電新增裝機(jī)274萬千瓦，同比增長(zhǎng)22.6%。截至2017年底，生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)1488萬千瓦。《生物質(zhì)能“十三五”規(guī)劃》提出的各項(xiàng)指標(biāo)有望提前完成。
④為綠色出行提供可再生能源新選擇
2017年11月1日，中石化上海奉賢莊行加油站和中石化浦東機(jī)場(chǎng)緯三加油站開始提供一類新的油品:B5生物柴油。它是由俗稱的“地溝油”加工而成的生物柴油與石油柴油按照一定比例混合而成。此前，上海的公交車和環(huán)衛(wèi)車已經(jīng)使用B5生物柴油。實(shí)踐證明，車輛在使用這種生物柴油之后，不僅發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行正常，而且重金屬以及細(xì)顆粒物等污染氣體排放降低了10%以上，氮氧化物凈化效率達(dá)80%以上，此外，其銷售價(jià)格比傳統(tǒng)柴油低5%，這種油品也因此受到很多消費(fèi)者歡迎。中石化相應(yīng)加大了該油品的市場(chǎng)供應(yīng)。根據(jù)中石化上海分公司擬定的相關(guān)方案，至2019年底，B5車用柴油銷售網(wǎng)點(diǎn)將力爭(zhēng)達(dá)到200座，市場(chǎng)供應(yīng)能力達(dá)到每年40萬噸。
生物柴油是動(dòng)植物油脂與醇經(jīng)酯交換反應(yīng)得到的，與傳統(tǒng)的石化能源相比，其硫等含量較低，具有良好的潤(rùn)滑性。中國生產(chǎn)生物柴油的主要原料與國際上有所不同，國際上主要是從油菜、大豆、棕櫚等農(nóng)作物上獲取，中國則以“地溝油”為原料。
與生物柴油獲取類似，生物航空煤油也是以動(dòng)植物油脂為原料，經(jīng)過加氫技術(shù)和催化等獲取的，并且在中國已經(jīng)投入使用。2013年4月，一架東航客機(jī)加注了國產(chǎn)生物航油試飛成功，中國由此成為世界上第四個(gè)掌握生物航油技術(shù)的國家。2017年11月，一架海南航空航班加注了國產(chǎn)生物航油，完成了跨洋商業(yè)載客飛行，標(biāo)志著中國生物航油自主研發(fā)生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)成熟。
近年來，中國在生物液體燃料方面取得的一大發(fā)展就是生物燃料乙醇的大規(guī)模生產(chǎn)與應(yīng)用。生物燃料乙醇是優(yōu)良的燃料，其主要生產(chǎn)原料是高粱、玉米、木薯、海藻等，是可再生能源。
中國生物燃料乙醇發(fā)展迅速。2001年，國家五部委頒布《陳化糧處理若干規(guī)定》，規(guī)定陳化糧主要用于生產(chǎn)乙醇、飼料等，并批準(zhǔn)建立4家乙醇企業(yè)。之后，年產(chǎn)60萬噸和年產(chǎn)30萬噸生物燃料乙醇項(xiàng)目分別在吉林和河南開工建設(shè)。隨后，車用乙醇汽油的試用工作在一些地方展開。據(jù)中國經(jīng)濟(jì)網(wǎng)報(bào)道，2015年，中國成為繼美國、巴西之后的第三大燃料乙醇生產(chǎn)國和消費(fèi)國。2017年，生物燃料乙醇產(chǎn)量達(dá)到260萬噸。根據(jù)《生物質(zhì)能發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，到2020年，生物燃料乙醇年產(chǎn)將達(dá)到400萬噸。2017年9月下發(fā)的《關(guān)于擴(kuò)大生物燃料乙醇生產(chǎn)和推廣使用車用乙醇汽油的實(shí)施方案》明確提出，到2020年，在全國范圍內(nèi)推廣使用車用乙醇汽油，基本實(shí)現(xiàn)全覆蓋。這就意味著中國的生物燃料乙醇正迎來跨越式發(fā)展機(jī)遇。
