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​生物质氢能的发展前景广阔
作者:官方 来源:中国经济网-经济日报 所属栏目:行业知识 发布时间:2022-06-22 10:30
[ 导读 ]以植物、细菌、藻类和动物等有机质为原料,提取氢气,使其与氧气反应产生能量,用于热源和动力,称为生物质氢能。人类生物质能源...

以植物、细菌、藻类和动物等有机质为原料,提取氢气,使其与氧气反应产生能量,用于热源和动力,称为生物质氢能。从大规模生产和经济的角度来看,其原料主要来自甘蔗、甜高粱、甜菜和木薯等植物。

生物质原料,由于其可燃性,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。从“碳排放”程度的变化来看,生物质能源可分为三个阶段:直接燃用动物油和植物、从细菌和藻类植物中提取乙醇燃用、乙醇等重整制氢使用。人类生物质能源的生产和消费在第一阶段直接燃烧,污染和碳排放量较大;第二阶段是生物质的精细加工和使用,减少了污染和碳排放;第三阶段,通过深化加工和转化氢能,实现低污染和零排放的生产和使用。

作为生物质氢能的第三阶段,其优点是属于绿氢,通过植物生长吸收阳光、土壤水分和二氧化碳,从将成熟后的果实和秸秆发酵提取乙醇,然后重整制氢,加工和转化的碳排放量微小;从生物质原料到从加工中提取的乙醇能源,通过发酵和蒸馏获得的乙醇转化用能不多,并且可以从一些秸秆或酒糟燃烧加温或光电风电加热中获得。能量转换次数少,转换消耗能源低;生物质直接发酵提取乙醇,通过化学反应获得氢气,降低了风能、光能和电解水制氢需要先储能的环节,节约了成本和能源转换损耗。

从世界范围来看,目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%,生物质氢能的发展还处于萌芽阶段。目前,巴西和美国是生物质能源生产和消费的主要国家。巴西甘蔗生产的生物质乙醇和其他能源占其总能源消耗的17.4%,生物乙醇占轻型乘用车燃料总消耗的48.3%;2020年,美国生产了约5050万吨生物乙醇,其中约70%用于汽车动力。大多数地区使用10%的生物乙醇汽油。最近,为了应对俄罗斯和乌克兰之间的冲突,生物乙醇增加了15%。2020年,中国生物燃料乙醇生产能力约为300万吨,主要原料为玉米,乙醇掺入汽油的混合比为10%,可加注使用的地区为黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽、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的特点来看,未来15-20年应完成生物质能源发展的第二阶段,为第三阶段生物氢能源的发展奠定良好的基础。在这个阶段,我们应该大力发展生物乙醇能源。生物质氢能是生物乙醇能源生产的再加工和产业的深化。因此,乙醇生产的困难也是未来生物质氢能生产和产业链的困难。从上下游产业的角度来看,集储装运卸环节仍存在许多障碍。例如,在上游生产中,提醇和制氢技术已经克服,主要面临高储运成本问题;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;更经济的储运装卸氢能技术需要在材料和方式上取得突破,新技术需要考虑成本水平是否被市场需求接受;等等。

为促进生物乙醇能源市场化,建议首先发展植物乙醇,使其种植、集储和提醇实现经济生产,降低乙醇成本,形成大规模的制氢原料供应,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的密集型投入路线,不仅生产乙醇和未来制氢,而且形成“副产品饲料-养殖牲畜-产出肉奶-有机粪肥-生态蔬菜”,助力农村产业整合。考虑到甜高粱等植物的特点,种植规模为3000亩至15000亩为宜。如果有一体化机械作业、优越的道路条件和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 周天勇 系首都经贸大学特大城市发展研究院教授)

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