周天勇：發(fā)展生物質(zhì)氫能前景廣闊

　　以植物、菌藻和動(dòng)物等有機(jī)質(zhì)為原料，提煉氫并使其與氧反應(yīng)產(chǎn)生能量，用于熱源和動(dòng)力，稱為生物質(zhì)氫能。從生產(chǎn)的大規(guī)模和經(jīng)濟(jì)性看，其原料主要來(lái)自于甘蔗、甜高粱、甜菜和木薯等植物。

　　生物質(zhì)原料，本身因可燃燒等特性就是生物質(zhì)能源，通過(guò)“生物質(zhì)加工提醇—醇類制氫—氫氧反應(yīng)”過(guò)程形成氫能。生物質(zhì)能源從碳排放程度變化看，可分為直接燃用動(dòng)物油及植物、菌藻植物提取乙醇燃用和乙醇等重整制氫使用三個(gè)階段。人類生物質(zhì)能源的生產(chǎn)和消費(fèi)，在第一階段中直接燃燒，污染和碳排放量很大;第二階段生物質(zhì)精細(xì)加工及使用，污染及碳排放減少;第三階段通過(guò)深化加工，轉(zhuǎn)制氫能，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和使用的低污染和零排放。

　　作為第三階段的生物質(zhì)氫能，其優(yōu)點(diǎn)在于：它屬于綠氫，由植物生長(zhǎng)吸收陽(yáng)光照熱、土壤水分和二氧化碳，并將成熟后的果實(shí)和秸稈發(fā)酵提取乙醇，再重整制氫而形成，加工轉(zhuǎn)換排碳量微小;從生物質(zhì)原料到加工提取的乙醇能源，發(fā)酵蒸餾獲得乙醇轉(zhuǎn)換用能不多，并且可來(lái)自于部分秸稈或酒糟燃燒加溫或者光電風(fēng)電加熱，能源轉(zhuǎn)換次數(shù)少，轉(zhuǎn)換消耗能源低;生物質(zhì)直接發(fā)酵提取乙醇，并由化學(xué)反應(yīng)獲得氫氣，減少了風(fēng)能、光能、電解水制氫需要先儲(chǔ)能的環(huán)節(jié)，節(jié)省了成本和能源轉(zhuǎn)換損耗。

　　從世界范圍來(lái)看，當(dāng)前各國(guó)主要通過(guò)石化原料加工制氫，而風(fēng)能、光能、電解水制氫和生物發(fā)酵重整制氫的產(chǎn)量不到總產(chǎn)量的1%，其中生物氫產(chǎn)能不到綠氫產(chǎn)能的1%，生物質(zhì)氫能發(fā)展還處于萌芽階段。目前生物質(zhì)能源生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)主要是巴西、美國(guó)。巴西甘蔗生產(chǎn)的生物質(zhì)乙醇等能源占其總能源消費(fèi)的17.4%，輕型乘用車(chē)燃料總消耗中，生物乙醇占48.3%;美國(guó)2020年生產(chǎn)生物乙醇5050萬(wàn)噸，70%左右用于汽車(chē)動(dòng)力，大部分地區(qū)使用摻加10%的生物乙醇汽油，近期為應(yīng)對(duì)俄烏沖突提高到了15%。我國(guó)2020年生物燃料乙醇生產(chǎn)能力為300萬(wàn)噸左右，原料主要為玉米，乙醇摻入汽油比為10%，可加注使用的地區(qū)為黑龍江、吉林、遼寧、河南、安徽和廣西，以及內(nèi)蒙古、山東、湖北和河北等省區(qū)的部分盟地市。

　　從我國(guó)國(guó)情和生物質(zhì)能源特點(diǎn)來(lái)看，未來(lái)15年到20年，應(yīng)當(dāng)先走完生物質(zhì)能源發(fā)展的第二階段，為第三階段生物氫能源發(fā)展打好基礎(chǔ)。現(xiàn)階段應(yīng)大力發(fā)展生物乙醇能源，生物質(zhì)氫能是生物乙醇能源的制作再加工和產(chǎn)業(yè)再深化，因此乙醇生產(chǎn)難點(diǎn)，也是未來(lái)生物質(zhì)氫能生產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)鏈的難點(diǎn)。從上下游產(chǎn)業(yè)來(lái)看，集儲(chǔ)裝運(yùn)卸環(huán)節(jié)還存在諸多堵點(diǎn)。例如，在上游生產(chǎn)方面，目前提醇和制氫技術(shù)已經(jīng)攻克，主要面臨儲(chǔ)運(yùn)成本較高問(wèn)題;下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展主要是生物氫能生產(chǎn)地與使用地之間的多次罐儲(chǔ)、裝卸、運(yùn)輸、分銷和加注等物流服務(wù)成本高;較經(jīng)濟(jì)的儲(chǔ)運(yùn)裝卸氫能技術(shù)需要在材料和方式方面突破，新技術(shù)需考慮成本水平是否為市場(chǎng)需求接受;等等。

　　推進(jìn)生物乙醇能源市場(chǎng)化，建議先發(fā)展植物乙醇，使其種植、集儲(chǔ)、提醇實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性生產(chǎn)，將乙醇的成本降下來(lái)，形成制氫用原料規(guī)模化供給，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)裝運(yùn)卸和終端使用方面關(guān)鍵性技術(shù)的突破，形成生物乙醇轉(zhuǎn)制氫能的需求市場(chǎng)。以原料市場(chǎng)保證氫能生產(chǎn)供給，以需求市場(chǎng)平衡供給和拉動(dòng)生產(chǎn)。這方面可借鑒美國(guó)和巴西的經(jīng)驗(yàn)，普及摻加15%乙醇汽油和20%乙醇柴油的使用。

　　應(yīng)當(dāng)通過(guò)農(nóng)業(yè)與工業(yè)融合，統(tǒng)籌糧食和能源發(fā)展。用土地和勞動(dòng)力要素密集型投入路線，既生產(chǎn)乙醇和未來(lái)制氫，又形成“副產(chǎn)品飼料—養(yǎng)殖牲畜—產(chǎn)出肉奶—有機(jī)糞肥—生態(tài)蔬菜”，助力農(nóng)村產(chǎn)業(yè)融合。考慮到甜高粱等植物特性，種植規(guī)模上以3000畝到15000畝面積為宜。如果有一體化機(jī)械作業(yè)、道路條件優(yōu)越和更低成本的集儲(chǔ)運(yùn)模式，那么乙醇加工規(guī)模可以相應(yīng)擴(kuò)大。

　　(作者 周天勇 系首都經(jīng)貿(mào)大學(xué)特大城市發(fā)展研究院教授)