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碳中和技术:生物乙醇变废为宝 实现环境经济双赢

【解码生物经济①】 我国生物技术和生物产业加快发展,生物经济成为推动高质量发展的强劲动力。生物经济以广泛深度融合农业、能源、环保等产业为特征,正在勾勒人类社会未来发展的美好蓝图。据此,本报推出“解码生物经济”系列报道,展现生物技术是如何赋能经济社会发展的。   面对碳减排的巨大压力,使用具有良好降碳属性…

【解码生物经济①】

我国生物技术和生物产业加快发展,生物经济成为推动高质量发展的强劲动力。生物经济以广泛深度融合农业、能源、环保等产业为特征,正在勾勒人类社会未来发展的美好蓝图。据此,本报推出“解码生物经济”系列报道,展现生物技术是如何赋能经济社会发展的。

  面对碳减排的巨大压力,使用具有良好降碳属性的生物液体燃料将成为交通领域减排的重要手段。国际能源署和国际粮农组织的综合研究表明,生物液体燃料能在一定程度上减少温室气体排放。以生物燃料乙醇为例,自2008年以来,根据可再生燃料标准(RFS)要求使用的乙醇和其他生物燃料已使美国交通运输温室气体排放量减少了9.8亿吨;仅在2021年,生物燃料乙醇的使用就减少了5450万吨的温室气体排放量。  不仅国外开始使用生物燃料乙醇这样的生物液体燃料,我国也开始在生物液体燃料方面发力。清华大学化工系应化所所长刘德华指出,经过20多年的发展,我国生物燃料乙醇已实现部分汽油替代,为绿色交通提供了支撑。

  我国跻身燃料乙醇生产大国行列

  生物液体燃料是指把生物质以发酵提纯或者生化合成的方式制造成乙醇或油类等液体燃料,目前主要包括生物柴油、生物乙醇等。我国生物燃料乙醇,起初主要的生产原料依赖玉米、稻谷和常见的粮作物,后来生产原料转向木薯等非粮作物。

  “与传统淀粉基原料燃料乙醇相比,如今纤维素乙醇的主要原料则为农林废弃物,包括秸秆、糠皮、藤蔓、木屑、皮壳、锯末、灌木枝、枯树叶、食品加工业排出的残渣等。纤维素乙醇生产技术有生物化学转化、热化学转化和化学转化三种方法,目前主要以生物化学转化法为主。将秸秆等经预处理后通过酶水解和发酵产生乙醇,再精馏提纯为合格产品,废酒糟液经分离浓缩后在生物质锅炉中作为燃料,可为乙醇生产装置供电供热。”国投生物科技投资有限公司副总经理刘劲松在接受科技日报记者采访时表示。

  多年来,我国生物燃料乙醇产业遵循“核准生产、定向流通、封闭运行、有序发展”的原则,已形成稳定的产业基础。我国燃料乙醇生产主要来自于生物基。至2021年底,我国燃料乙醇已投产能力达到529.5万吨/年,年产量为290万吨。燃料乙醇配制的乙醇汽油已在全国12个省(自治区)投入使用,燃料乙醇已成为我国新兴的绿色生物产业,我国也已跻身世界燃料乙醇生产大国行列。

  生物柴油作为一种绿色能源,具备环保、可再生等特性,一般与化石柴油掺混使用。在“双碳”背景下,海外各国通过规定化石柴油中生物柴油的强制添加比例催生出每年超4000万吨的全球生物柴油市场。我国生物柴油的主要市场在欧盟,国内主要用于环保型增塑剂的制造。

  生物液体燃料兼具环境、经济效益

  在交通领域应用方面,生物液体燃料具有巨大的发展潜力。以生物柴油为例,它不仅可以完全替代普通柴油,而且可在不占用土地、不与人争粮的情况下,通过植物或废弃物的碳汇形成闭环,进而实现碳排放“零增长”,是降低交通运输领域碳排放直接、有效的手段之一。“生物液体燃料作为可再生能源的重要组成部分,可为交通领域碳减排开拓新途径。”刘劲松说。

  根据预测,从2021年到2030年左右,生物燃料乙醇和生物柴油将是公路运输重要减排方式之一,生物航空燃油也会逐渐在航空领域使用。预计到2030年后,生物液体燃料总使用量将达到7000万吨,为交通领域减排二氧化碳约4亿吨。

  使用生物液体燃料不仅能带来环境效益还能获得经济收益。

  刘劲松指出,我国是农业生产大国,也是农业秸秆资源大国,每年有近2亿吨秸秆被直接焚烧,造成资源浪费及环境污染。

  发展生物液体燃料一方面可显著降低秸秆焚烧量,减少污染;另一方面可拉动就业,直接增加农民收入,并间接带动秸秆收储、运输、农机制造等协同产业的发展,形成产业集群效应,带来显著经济效益。原国家车用乙醇汽油推广工作领导小组特邀顾问乔映宾算了一笔账:按5吨秸秆生产1吨纤维素乙醇计,1亿吨秸秆就能生产2000万吨纤维素乙醇,掺烧到汽油中,能减少近7000万吨二氧化碳排放,每年还可减少1亿多吨原油进口。“用好纤维素乙醇,就是把能源的饭碗端在自己手里。”乔映宾直言。

  迎来更大发展需以技术突破降低成本

  长期来看发展以纤维素乙醇等产品为代表的先进生物液体燃料是未来发展趋势,对实现经济可持续发展和环境质量保护将起到积极作用。

  2021年7月,国家能源局印发《2021年能源工作指导意见》明确提出,要加快推进纤维素等非粮生物燃料乙醇产业示范,并指出发展纤维素乙醇将是生物燃料乙醇的重点发展方向。

  相比传统生物液体燃料,先进生物液体燃料具有更好的减排效果,前景广阔。在国际能源署2050净零排放情景中,大部分生物燃料产量的增长来自先进生物液体燃料,其在生物液体燃料中的占比将从2020年的不足1%跃升至2030年的近45%和2050年的90%。

  目前生物液体燃料的生产成本仍然较高,是制约其发展的重要原因。目前燃料乙醇和生物柴油的成本在市场上还不具备竞争力,但是其成本仍低于氢能成本。如果未来以秸秆为原料的纤维素乙醇能够实现技术突破,预计成本将会大幅降低,将会有较大的发展空间。

  在刘劲松看来,当前先进生物能源技术和生物制造技术仍处于产业化前期,包括纤维素乙醇“负碳”工程等重大工业示范项目与新技术孵化仍需要资助,以加速产业成长。同时,需要通过产品补贴和税收减免降低生物液体燃料的成本,提高市场接受度,促进其发展。

原标题:生物液体燃料:变废物为绿能,让环境和经济双赢

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