創(chuàng)新生物質(zhì)高值化利用途徑

肖睿

實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和是一場(chǎng)廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革，既要在能源消費(fèi)端持續(xù)做“減法”，又要在能源供給端做“加法”。2023年國(guó)務(wù)院政府工作報(bào)告就“推動(dòng)發(fā)展方式綠色轉(zhuǎn)型”提出，推進(jìn)能源清潔高效利用和技術(shù)研發(fā)，加快建設(shè)新型能源體系，提升可再生能源占比。作為唯一含碳可再生資源的生物質(zhì)能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)化石能源的燃料和原料的“雙替代”。因此，擁有零碳排基因的生物質(zhì)能被公認(rèn)為最符合未來(lái)新型能源體系建設(shè)要求的可再生能源。國(guó)家《“十四五”生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》提出，順應(yīng)“追求產(chǎn)能產(chǎn)效”轉(zhuǎn)向“堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先”的新趨勢(shì)，發(fā)展面向綠色低碳的生物質(zhì)替代應(yīng)用；國(guó)家《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》提出“穩(wěn)步推進(jìn)生物質(zhì)能多元化開(kāi)發(fā)”。推動(dòng)生物質(zhì)能朝著規(guī)?；I(yè)化、產(chǎn)業(yè)化、多元化的方向發(fā)展，必將為能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供有力支撐。

支撐江蘇率先“碳達(dá)峰”的重要突破口

江蘇既是能源消耗和碳排放大省，也是全國(guó)碳減排的重點(diǎn)區(qū)域，要實(shí)現(xiàn)在全國(guó)碳達(dá)峰之前率先達(dá)峰這一目標(biāo)，必須在能源結(jié)構(gòu)層面深度變革。

尋找新增長(zhǎng)點(diǎn)，提升可再生能源占比。根據(jù)國(guó)家《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》，為實(shí)現(xiàn)“到2030年，非化石能源消費(fèi)比重達(dá)到25%左右”，江蘇可再生能源發(fā)展正進(jìn)入加速提升期。全省非化石能源消費(fèi)占比從2018年的不足10%持續(xù)增長(zhǎng)至2022年的14%；可再生能源裝機(jī)容量達(dá)5325萬(wàn)千瓦，約占總裝機(jī)容量的33%；風(fēng)電裝機(jī)容量占總裝機(jī)容量的13.95%，太陽(yáng)能發(fā)電占15.53%；2022年新能源發(fā)電量901.55億千瓦時(shí)，占全省發(fā)電總量的15.15%。但光、風(fēng)等新能源快速發(fā)展的同時(shí)，制約因素也逐漸顯露。如集中式光伏發(fā)電和陸上風(fēng)電的發(fā)展受土地資源紅線、電網(wǎng)消納約束日益趨緊，項(xiàng)目找地難、落地難、推進(jìn)難等情況仍較為普遍。截至2022年，全國(guó)可再生能源裝機(jī)容量達(dá)12.13億千瓦，占全國(guó)發(fā)電總裝機(jī)的47.3%，高出江蘇近15個(gè)百分點(diǎn)。

構(gòu)建適合省情的新型能源結(jié)構(gòu)。立足江蘇環(huán)境承載能力弱、能源消費(fèi)基數(shù)高的省情，善于“變廢為寶”的生物質(zhì)能，正成為我省在可再生能源替代和能源轉(zhuǎn)型升級(jí)方面的突破口。依據(jù)是否能大規(guī)模代替常規(guī)化石能源來(lái)劃分，生物質(zhì)能一般分為傳統(tǒng)生物質(zhì)能和現(xiàn)代生物質(zhì)能兩種，前者主要源自包括薪柴、秸稈、稻草、稻殼及其他農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的廢棄物和畜禽糞便等，后者主要包括垃圾焚燒發(fā)電、生物沼氣、燃料乙醇、生物柴油、微藻制油等。我省農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)，生物質(zhì)資源儲(chǔ)量豐富，碳減排潛力大。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全省年產(chǎn)秸稈量4000余萬(wàn)噸，禽畜糞便近7000萬(wàn)噸，生活垃圾2000余萬(wàn)噸，折合標(biāo)煤量約5000余萬(wàn)噸。大力發(fā)展生物質(zhì)能源化和高值化利用，優(yōu)先拓寬本地可再生能源發(fā)展空間，是構(gòu)建適合省情的新型能源結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)率先“碳達(dá)峰”目標(biāo)的重要突破口。

制約生物質(zhì)能規(guī)模化發(fā)展的多重因素

通過(guò)建設(shè)城市生活垃圾焚燒發(fā)電、農(nóng)林生物質(zhì)直燃發(fā)電、沼氣發(fā)電等，江蘇已實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)發(fā)電并網(wǎng)裝機(jī)約308.3萬(wàn)千瓦，排名全國(guó)第三。但由于多重因素，相較風(fēng)電、光伏，生物質(zhì)能在全省可再生能源中占比明顯偏低。2022年全省可再生能源發(fā)電量904.25億千瓦時(shí)，其中，風(fēng)電發(fā)電量512.83億千瓦時(shí)，光伏發(fā)電量254.94億千瓦時(shí)，生物質(zhì)發(fā)電量135.72億千瓦時(shí)，只占15%。

市場(chǎng)主體規(guī)模偏小，現(xiàn)代化收儲(chǔ)運(yùn)體系有待建立。我省生物質(zhì)資源分布呈現(xiàn)由北向南逐級(jí)遞減的階梯型分布，各類生物質(zhì)資源主要分布在蘇中蘇北廣大農(nóng)村地區(qū)，其收集利用存在資源分散、季節(jié)性強(qiáng)等特點(diǎn)，面臨著收儲(chǔ)難度大、成本高、技術(shù)水平有限，以及生物質(zhì)原料質(zhì)量輕、體積大、長(zhǎng)距離運(yùn)輸受限等困難。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)家庭化，使得生物質(zhì)利用以小農(nóng)戶自用為主，收、運(yùn)、儲(chǔ)難以形成閉環(huán)，扶持政策不到位，大量秸稈露天燃燒，畜禽糞便就地遺棄，污染環(huán)境。以秸稈為例，市場(chǎng)化主體利用量?jī)H占離田總量的約16.4%。市場(chǎng)化生產(chǎn)主體的規(guī)模偏小，進(jìn)一步限制了生物質(zhì)能的規(guī)?；?，相關(guān)工程項(xiàng)目運(yùn)行成本過(guò)高，大型工業(yè)企業(yè)關(guān)注度低，產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢，難以形成規(guī)模效益。

原料成本高，產(chǎn)品價(jià)值低，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力有待提升。對(duì)于技術(shù)成熟度較高的生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)、生物乙醇、生物燃?xì)夂蜕锊裼偷绒D(zhuǎn)化利用技術(shù)，制約其發(fā)展的根本問(wèn)題在于高昂的轉(zhuǎn)化成本和低廉的產(chǎn)品價(jià)值之間的矛盾。生物質(zhì)原料能量密度低、氧含量高的天然屬性導(dǎo)致其利用過(guò)程中能量轉(zhuǎn)化率低、氧利用途徑復(fù)雜低效，最終表現(xiàn)為轉(zhuǎn)化成本高、產(chǎn)品品質(zhì)低等問(wèn)題。高企的生物質(zhì)原料收儲(chǔ)運(yùn)及預(yù)處理成本進(jìn)一步拉低工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。目前秸稈離田收儲(chǔ)成本介于200—300元/噸，部分地區(qū)甚至超過(guò)了300元/噸，僅原料成本即占據(jù)生產(chǎn)總成本的40%—60%，嚴(yán)重?cái)D壓了生物質(zhì)利用企業(yè)的利潤(rùn)空間，若離開(kāi)國(guó)家政策補(bǔ)貼難以與化石產(chǎn)品進(jìn)行市場(chǎng)化競(jìng)爭(zhēng)。

技術(shù)創(chuàng)新能力不足，開(kāi)發(fā)利用水平受限。研究開(kāi)發(fā)能力弱、技術(shù)創(chuàng)新不足、開(kāi)發(fā)利用水平受限是當(dāng)前制約我國(guó)生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的又一瓶頸問(wèn)題。相比于風(fēng)能和光伏利用技術(shù)，我國(guó)的生物質(zhì)能的開(kāi)發(fā)利用起步晚、國(guó)家投入少、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，大部分生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)尚處于試驗(yàn)示范階段，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)匱乏，部分關(guān)鍵技術(shù)難題至今未能得到突破，這不僅是我省的主要問(wèn)題，也是全國(guó)范圍內(nèi)普遍存在的困難。此外，生物質(zhì)能技術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)分散、專業(yè)人才匱乏、原始創(chuàng)新少，技術(shù)研究、產(chǎn)業(yè)應(yīng)用以科研力量較為薄弱的中小型企業(yè)為主，簡(jiǎn)單技術(shù)改造及組裝生產(chǎn)能力尚可，重大技術(shù)攻關(guān)能力不足，對(duì)國(guó)外技術(shù)和進(jìn)口設(shè)備依賴嚴(yán)重，難以達(dá)到大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用要求，嚴(yán)重制約生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)利用水平的進(jìn)步。

釋放生物質(zhì)降碳減排的“潛能”

江蘇“雙碳”目標(biāo)時(shí)間緊、任務(wù)重，大力發(fā)展生物質(zhì)能源，構(gòu)建適合江蘇省情的新型能源結(jié)構(gòu)，就必須堅(jiān)持改革創(chuàng)新科技研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用體制，制定近、中、遠(yuǎn)期發(fā)展規(guī)劃，將生物質(zhì)降碳減排的“潛力”真正轉(zhuǎn)化為“能力”。

積極推動(dòng)秸稈離田利用，建立現(xiàn)代化收儲(chǔ)運(yùn)體系。加大秸稈打包技術(shù)裝備攻關(guān)，制定秸稈打捆技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)展秸稈打包離田技術(shù)培訓(xùn)，因地制宜科學(xué)開(kāi)展秸稈打包離田作業(yè)，提高秸稈打包離田效率、降低原料收集成本。建立政府引導(dǎo)、市場(chǎng)經(jīng)營(yíng)、農(nóng)民參與的專業(yè)化、一體化收儲(chǔ)運(yùn)產(chǎn)業(yè)體系，推動(dòng)秸稈收儲(chǔ)運(yùn)體系納入農(nóng)業(yè)配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃，鼓勵(lì)生物質(zhì)資源就地消納就近利用。

依托重大科研載體，創(chuàng)新高值化利用技術(shù)。充分利用江蘇科教優(yōu)勢(shì)，依托重大科研載體，整合省內(nèi)資源，集智攻關(guān)重大技術(shù)難題。立足生物質(zhì)資源特性，合理設(shè)定近、中、遠(yuǎn)期科技攻關(guān)目標(biāo)，近期力量集中于生物質(zhì)發(fā)電、摻燒等能源化利用技術(shù)及裝備國(guó)產(chǎn)化攻關(guān)，中期目標(biāo)關(guān)注生物質(zhì)制綠氫、生物航空燃油、生物質(zhì)基儲(chǔ)氫液體等資源化利用技術(shù)開(kāi)發(fā)，遠(yuǎn)景目標(biāo)關(guān)注高附加值生物質(zhì)基化學(xué)品及材料研發(fā)。重點(diǎn)支持前沿性、顛覆性技術(shù)研發(fā)，積極推動(dòng)高校、科研院所技術(shù)成果轉(zhuǎn)化。

加強(qiáng)政策層面引導(dǎo)，做好產(chǎn)業(yè)政策支持。加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)服務(wù)體系建設(shè)，完善產(chǎn)業(yè)補(bǔ)貼機(jī)制，健全監(jiān)督管理體系，建立碳市場(chǎng)調(diào)節(jié)機(jī)制，促進(jìn)生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。優(yōu)先支持建設(shè)一批生物質(zhì)全產(chǎn)業(yè)鏈高值化利用示范工程，選擇一批產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)好、生物質(zhì)資源豐富的重點(diǎn)縣作為產(chǎn)業(yè)化試點(diǎn)，加快推進(jìn)生物質(zhì)高值化利用產(chǎn)業(yè)化技術(shù)熟化和推廣應(yīng)用。

（作者系東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院院長(zhǎng)、教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任）

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