生物液體燃料：變廢物為綠能，讓環(huán)境和經(jīng)濟(jì)雙贏

文／本刊記者 馬愛平

面對(duì)碳減排的巨大壓力，使用具有良好降碳屬性的生物液體燃料將成為交通領(lǐng)域減排的重要手段。國(guó)際能源署和國(guó)際糧農(nóng)組織的綜合研究表明，生物液體燃料能在一定程度上減少溫室氣體排放。以生物燃料乙醇為例，自2008年以來，根據(jù)可再生燃料標(biāo)準(zhǔn)（RFS）要求使用的乙醇和其他生物燃料已使美國(guó)交通運(yùn)輸溫室氣體排放量減少了9.8億噸；僅在2021年，生物燃料乙醇的使用就減少了5450萬(wàn)噸的溫室氣體排放量。

不僅國(guó)外開始使用生物燃料乙醇這樣的生物液體燃料，我國(guó)也開始在生物液體燃料方面發(fā)力。清華大學(xué)化工系應(yīng)化所所長(zhǎng)劉德華指出，經(jīng)過20多年的發(fā)展，我國(guó)生物燃料乙醇已實(shí)現(xiàn)部分汽油替代，為綠色交通提供了支撐。

我國(guó)躋身燃料乙醇生產(chǎn)大國(guó)行列

生物液體燃料是指把生物質(zhì)以發(fā)酵提純或者生化合成的方式制造成乙醇或油類等液體燃料，目前主要包括生物柴油、生物乙醇等。我國(guó)生物燃料乙醇，起初主要的生產(chǎn)原料依賴玉米、稻谷和常見的糧作物，后來生產(chǎn)原料轉(zhuǎn)向木薯等非糧作物。

“與傳統(tǒng)淀粉基原料燃料乙醇相比，如今纖維素乙醇的主要原料則為農(nóng)林廢棄物，包括秸稈、糠皮、藤蔓、木屑、皮殼、鋸末、灌木枝、枯樹葉、食品加工業(yè)排出的殘?jiān)?。纖維素乙醇生產(chǎn)技術(shù)有生物化學(xué)轉(zhuǎn)化、熱化學(xué)轉(zhuǎn)化和化學(xué)轉(zhuǎn)化三種方法，目前主要以生物化學(xué)轉(zhuǎn)化法為主。將秸稈等經(jīng)預(yù)處理后通過酶水解和發(fā)酵產(chǎn)生乙醇，再精餾提純?yōu)楹细癞a(chǎn)品，廢酒糟液經(jīng)分離濃縮后在生物質(zhì)鍋爐中作為燃料，可為乙醇生產(chǎn)裝置供電供熱?！眹?guó)投生物科技投資有限公司副總經(jīng)理劉勁松在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)表示。

多年來，我國(guó)生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)遵循“核準(zhǔn)生產(chǎn)、定向流通、封閉運(yùn)行、有序發(fā)展”的原則，已形成穩(wěn)定的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。我國(guó)燃料乙醇生產(chǎn)主要來自于生物基。至2021年底，我國(guó)燃料乙醇已投產(chǎn)能力達(dá)到529.5萬(wàn)噸/年，年產(chǎn)量為290萬(wàn)噸。燃料乙醇配制的乙醇汽油已在全國(guó)12個(gè)?。ㄗ灾螀^(qū)）投入使用，燃料乙醇已成為我國(guó)新興的綠色生物產(chǎn)業(yè)，我國(guó)也已躋身世界燃料乙醇生產(chǎn)大國(guó)行列。

生物柴油作為一種綠色能源，具備環(huán)保、可再生等特性，一般與化石柴油摻混使用。在“雙碳”背景下，海外各國(guó)通過規(guī)定化石柴油中生物柴油的強(qiáng)制添加比例催生出每年超4000萬(wàn)噸的全球生物柴油市場(chǎng)。我國(guó)生物柴油的主要市場(chǎng)在歐盟，國(guó)內(nèi)主要用于環(huán)保型增塑劑的制造。

生物液體燃料兼具環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益

在交通領(lǐng)域應(yīng)用方面，生物液體燃料具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。以生物柴油為例，它不僅可以完全替代普通柴油，而且可在不占用土地、不與人爭(zhēng)糧的情況下，通過植物或廢棄物的碳匯形成閉環(huán)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)碳排放“零增長(zhǎng)”，是降低交通運(yùn)輸領(lǐng)域碳排放直接、有效的手段之一。“生物液體燃料作為可再生能源的重要組成部分，可為交通領(lǐng)域碳減排開拓新途徑?！眲潘烧f。

根據(jù)預(yù)測(cè)，從2021年到2030年左右，生物燃料乙醇和生物柴油將是公路運(yùn)輸重要減排方式之一，生物航空燃油也會(huì)逐漸在航空領(lǐng)域使用。預(yù)計(jì)到2030年后，生物液體燃料總使用量將達(dá)到7000萬(wàn)噸，為交通領(lǐng)域減排二氧化碳約4億噸。

使用生物液體燃料不僅能帶來環(huán)境效益還能獲得經(jīng)濟(jì)收益。

劉勁松指出，我國(guó)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，也是農(nóng)業(yè)秸稈資源大國(guó)，每年有近2億噸秸稈被直接焚燒，造成資源浪費(fèi)及環(huán)境污染。

發(fā)展生物液體燃料一方面可顯著降低秸稈焚燒量，減少污染；另一方面可拉動(dòng)就業(yè)，直接增加農(nóng)民收入，并間接帶動(dòng)秸稈收儲(chǔ)、運(yùn)輸、農(nóng)機(jī)制造等協(xié)同產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，形成產(chǎn)業(yè)集群效應(yīng)，帶來顯著經(jīng)濟(jì)效益。原國(guó)家車用乙醇汽油推廣工作領(lǐng)導(dǎo)小組特邀顧問喬映賓算了一筆賬：按5噸秸稈生產(chǎn)1噸纖維素乙醇計(jì)，1億噸秸稈就能生產(chǎn)2000萬(wàn)噸纖維素乙醇，摻燒到汽油中，能減少近7000萬(wàn)噸二氧化碳排放，每年還可減少1億多噸原油進(jìn)口?！坝煤美w維素乙醇，就是把能源的飯碗端在自己手里。”喬映賓直言。

迎來更大發(fā)展需以技術(shù)突破降低成本

長(zhǎng)期來看發(fā)展以纖維素乙醇等產(chǎn)品為代表的先進(jìn)生物液體燃料是未來發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境質(zhì)量保護(hù)將起到積極作用。

2021年7月，國(guó)家能源局印發(fā)《2021年能源工作指導(dǎo)意見》明確提出，要加快推進(jìn)纖維素等非糧生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)示范，并指出發(fā)展纖維素乙醇將是生物燃料乙醇的重點(diǎn)發(fā)展方向。

相比傳統(tǒng)生物液體燃料，先進(jìn)生物液體燃料具有更好的減排效果，前景廣闊。在國(guó)際能源署2050凈零排放情景中，大部分生物燃料產(chǎn)量的增長(zhǎng)來自先進(jìn)生物液體燃料，其在生物液體燃料中的占比將從2020年的不足1%躍升至2030年的近45%和2050年的90%。

目前生物液體燃料的生產(chǎn)成本仍然較高，是制約其發(fā)展的重要原因。目前燃料乙醇和生物柴油的成本在市場(chǎng)上還不具備競(jìng)爭(zhēng)力，但是其成本仍低于氫能成本。如果未來以秸稈為原料的纖維素乙醇能夠?qū)崿F(xiàn)技術(shù)突破，預(yù)計(jì)成本將會(huì)大幅降低，將會(huì)有較大的發(fā)展空間。

在劉勁松看來，當(dāng)前先進(jìn)生物能源技術(shù)和生物制造技術(shù)仍處于產(chǎn)業(yè)化前期，包括纖維素乙醇“負(fù)碳”工程等重大工業(yè)示范項(xiàng)目與新技術(shù)孵化仍需要資助，以加速產(chǎn)業(yè)成長(zhǎng)。同時(shí)，需要通過產(chǎn)品補(bǔ)貼和稅收減免降低生物液體燃料的成本，提高市場(chǎng)接受度，促進(jìn)其發(fā)展。