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“开挂”的生物质:向化石能源“下战书”

媒体:中国石油和化工  作者:中国石油和化工
发布:关注森林资讯 2018/6/4 6:53:24

有这么一种物质,它随处可见又唾手可得;它披着垃圾的外衣,却是无价之宝;每年人们为解决它们的存放和处理问题耗费巨资,但实际上它又能创造出巨大的财富。有这么一种原料,看似百无一用又屡见不鲜,但它却能从根基上触动石油化工这项人类生活的基石。有这么一种能源,它既环保又低碳,它像“开挂”一般充满了无限可能。常有人说,21世纪是生物的世纪。没错,生物质能正在起步加速。化石能源,准备好接受挑战了吗?

燃料乙醇领衔,吹响进击冲锋号

“不丰收的时候农民难受,丰收的时候农民和政府一起难受。”一句戏谑之言却道出了我国陈粮仓储的痛点。每年我国花费在陈粮储存上的资金数额巨大。但现在有了解决办法,国投生物科技投资有限公司董事长岳国君表示,只有一个途径能够大规模消耗这些陈粮,并榨取其剩余价值,那就是发展燃料乙醇。

燃料乙醇具有极大的环保优势,具有较高的辛烷值。如果用于调和汽油,则可以提升汽油的辛烷值,同时降低其烯烃芳烃等污染组分的浓度。岳国君介绍,炼厂通常使用MTBE(甲基叔丁基醚)作为汽油辛烷值的调节剂,但醚类产品无法被人类代谢,有损健康。且MTBE本身是一种高耗能的产品,生产1吨MTBE的二氧化碳排放当量是生产1吨重整汽油的1.77倍,无法满足低碳社会的发展预期。而燃料乙醇则是目前替代MTBE最好的含氧化合物,也是汽油辛烷值短缺问题的唯一解决方案。

岳国君介绍,2014年我国汽油表观消费量已达1亿吨。考虑到天然气、电动汽车等新能源汽车保有量增加因素,未来几年,汽油消费量增速放缓。按年递增7%计算,2020年将消费1.5亿吨汽油。这些汽油如果按照10%的比例添加燃料乙醇,需要燃料乙醇1500万吨,产值约1500亿元,并减少进口原油2400亿吨,降低石油对外依存度最高可达57.8%。

生物质无限可能,向石化行业发起总攻

事实上,燃料乙醇仅仅是生物质能的一个剪影。生物质能的“开挂”体现在它可以将各种农林废物“变废为宝”。

数据显示,我国秸秆理论年产量高达9亿吨,农产品加工副产物约5.8亿吨,林业“三剩物”月1.1亿吨,畜禽粪便产生量约30多亿吨。中国林科院林产化学工业研究所蒋建春院士介绍,1吨秸秆的价值相当于0.5吨标煤,如果把50%的秸秆作为燃料利用,等同于年产4000万吨原油和33亿立方米天然气。

除了陈粮和农林废物外,还有一种非常值得关注的生物资源,即微生物。微生物利用最大的亮点是可以通过基因操纵来使其最大限度的为我所用。清华大学教授陈国强表示,目前迫切需要发展新一代生物制造技术,使生物基材料能与石油基材料在成本上竞争。

所谓的“新一代生物制造技术”又是如何操作的呢?陈国强表示,以微生物为反应物的生物制造过程,可以通过操纵微生物的基因来解决生物制造过程的缺点。如转化率低的问题,可以通过给细菌配置血红蛋白细胞提高氧气的利用力,从而降低能耗,提高转化率。再如生物制造过程往往耗费大量淡水,对此可以通过筛选出一种嗜盐细菌,从而可使用海水替代淡水进行反应。又如反应过程慢,一般需要数天或数周时间,可通过基因操作,改变细菌分裂方式,而加速反应进程。

总之,微生物就像一块橡皮泥,需要它怎样,就可以考虑将其塑造成哪样。目前,PHA制造技术已成功中试,其产业链涵盖环保塑料、可降解农膜、纺织品、饲料添加剂、3D打印材料、医学植入材料等,很多领域都与石化行业相交叠。

前路并非通途,生化仍需努力

生物质能拥有光明前景,但也像每一个行业一样,生物能在技术、政策、成本等方面,均有着束缚自身发展的瓶颈。蒋建春谈到,我国农林废弃物综合利用在研究深度、技术成熟度、系统集成和产业规模等方面,仍与国际水平存在较大差距。

山东理工大学教授易维明则提出,开发生物质能源的技术问题,就是如何高效率低成本地实现生物质脱氧。据介绍,传统化石能源石油、煤炭等主要是碳、氢组成;而生物质主要是碳、氢、氧组成。易维明表示,开发生物质能源的科学问题就是找到取出其中氧元素的路径和方法。而生物质在脱氧过程中,往往是其中的氢和氧首先结合,造成本来就少的氢元素更加稀缺。这是一个技术制约难题。

而针对产品经济价值低的问题,记者了解到,当前生物质主要利用方式是燃烧发电、气化和发酵,这些利用途径在经济上无法与传统化石能源竞争。对此,肖睿表示,应结合生物质自身的特点,走高值化利用道路。如生物质油制备多元醇醚,尤其是香草醛、丁香醛等,能够广泛应用于化妆品、香水等时尚品中,具有极高的附加值。

蒋建春同样表示,生物质的前景在高附加值的产品,而不是仅作为燃烧的能源。“生物质与其他可再生能源不能在发电上比高低。”蒋建春谈到,生物质的价值在于发展不可或缺的产品,而不仅仅是就能源论能源。从化工的角度考虑,生物基平台化合物炼制、低成本生物及精细化学品制造、复合材料制造等材料化关键技术,都是实现产品高值化的重要途径。而从燃料角度来看,高品质生物燃料、纤维类生物质航空煤油等都具有发展前景。

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