“鉆木取火”“擊石取火”……對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。在漫長的古代社會，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，隨著對煤炭、石油、天然氣等化石能源的開發(fā)和利用，人類對生物質(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)代科技的推動下重新煥發(fā)出勃勃的生機。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)生的各種有機體，即一切有生命的可以生長的有機物質(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需要的二氧化碳相當(dāng)，因而對大氣的二氧化碳凈排放量近似于零，不會加劇溫室效應(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)簡單、造價低廉、環(huán)境友好的特點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)中幾個問題的報告》，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個方面。
一是增強了農(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，也滿足了養(yǎng)殖場內(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量的5%，每年可替代化石能源約1100萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，對優(yōu)化國家能源結(jié)構(gòu)、增強國家能源安全保障能力發(fā)揮了積極作用。
二是推動了農(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，而且對提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全水平，促進(jìn)綠色和有機農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)，實現(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)村沼氣實現(xiàn)了畜禽養(yǎng)殖糞便、秸稈、有機垃圾等農(nóng)業(yè)農(nóng)村有機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。對實現(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)殖場沼氣示范工程、摩爾多瓦沼氣示范項目等，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”項目舉行開工儀式。這場看似平常的開工儀式其實是中國生物質(zhì)能利用領(lǐng)域中的一件大事，因為該項目于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，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，而在對其進(jìn)行分類回收利用的基礎(chǔ)上，對其中的各類有機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，在堅持資源回收、循環(huán)利用的同時，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)電項目正式投產(chǎn)發(fā)電，這是中國第一個竣工投產(chǎn)的國家級生物質(zhì)直燃發(fā)電示范項目，其裝機容量為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。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)布會上的信息，2017年，中國生物質(zhì)發(fā)電794億千瓦時，同比增長22.7%;生物質(zhì)發(fā)電新增裝機274萬千瓦，同比增長22.6%。截至2017年底，生物質(zhì)發(fā)電裝機1488萬千瓦?！渡镔|(zhì)能“十三五”規(guī)劃》提出的各項指標(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場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。實踐證明，車輛在使用這種生物柴油之后，不僅發(fā)動機運行正常，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，其銷售價格比傳統(tǒng)柴油低5%，這種油品也因此受到很多消費者歡迎。中石化相應(yīng)加大了該油品的市場供應(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)點將力爭達(dá)到200座，市場供應(yīng)能力達(dá)到每年40萬噸。
生物柴油是動植物油脂與醇經(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)展機遇。
