生物質能源：腐朽與神奇間搖身一變

    歐陽平凱，中國工程院院士，現任江蘇省科協主席、南京工業(yè)大學校長，是我國生物化工工程研究和工程教育領域的先行者。長期從事生物工程研究，創(chuàng)建了我國第一個生物化工專業(yè)，先后主持多項國家973項目和國家自然科學基金重點項目，為我國生物技術、化工領域的發(fā)展做出了開創(chuàng)性的貢獻。榮獲過國家科技進步一等獎，國家技術發(fā)明二等獎，各種省部級獎項以及聯合國科技創(chuàng)新獎等。 

　　核心提示

　　生物質有高低之分，像大豆、玉米等都屬于高品位生物質，而農作物秸稈、禽畜糞便、生活污水和工業(yè)有機廢水、城市固體廢物等則屬于低品位生物質，簡稱低生物質。發(fā)展低生物質能，不僅能解決能源問題，同時還能解決水污染問題。生物質能取代化石能源，能讓城市變得更漂亮、更環(huán)保、更適宜居住，呼吁全民共同參與到推動生物經濟發(fā)展的大軍中來。

　　我今天報告的題目是《生物質能源的現狀與展望》，這個內容不光是國內，也是國際上的現狀和展望。但是重點我想還是結合中國以及江蘇的實際情況，從科學普及的角度，講一些生物能源的背景、現狀以及可再生能源將來發(fā)展的前景。

　　瑞典要建“無油國家”

　　近一二百年的強度開采與消費使不可再生的化石資源漸趨枯竭。據國際能源機構統(tǒng)計，煤、石油、天然氣可供開采的年限分別只有240年、40年和50年。另一方面，無節(jié)制地使用化石能源，給環(huán)境和生態(tài)造成了嚴重污染和破壞。尋找可再生的替代資源和能源已是大勢所趨。

　　現代的生物質產業(yè)，是指利用可再生的有機物質，如農作物、樹木等植物及其殘體、畜禽糞便等有機廢棄物，通過工業(yè)加工轉化，進行生物基產品、生物材料和生物能源生產的一種新興產業(yè)。大自然每年產生1600多億噸的生物質，是人類取之不盡的資源。在各種可再生資源中，生物質資源是最穩(wěn)定、高效同時也最環(huán)保的一種資源。因為生物質的生產過程是一個環(huán)境凈化的過程，可以吸收空氣中的二氧化碳，吸收有機污染。所以，世界科學界都把生物質資源作為重要的替代資源。美國、日本、加拿大、歐盟都制定了各自的生物質產業(yè)發(fā)展計劃，美國提出要擺脫對中東的依賴，瑞典提出要建無油國家。

　　生物化工取代石油化工

　　我國目前每年有14億噸的農林生物質產量、25億噸畜禽糞便及大量有機廢棄物，另外還有1億多公頃不宜耕農田可用以種植能源植物。國家提出至2020年我國農林生產的生物量要相當于15億噸標準煤，相當于每年再生多個“大慶”，這是我國發(fā)展生物質產業(yè)永不匱缺的資源，也是解決環(huán)境治理，實現可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

　　我國生物質產業(yè)的基礎應定位于生物質工業(yè)和生物質化工。如果說能源的生產還有其它途徑，但未來的物質資源生產（液體燃料、有機材料和各類化學品）必然來源于生物化工制造。當前來說可以將燃料乙醇、生物乙烯、陽光柴油、生物塑料以及沼氣發(fā)電和固化成型燃燒作為主導產品。生物質化工是近期極具市場競爭力的重要方向，美國科學院提出至2020年生物質化工對石油化工的取代率可以達到50%。

　　當然，在發(fā)展生物質工業(yè)的同時，還要發(fā)展能源作物與化工作物在農林產業(yè)中的應用，農林部門每增加1000萬公頃能源植物的種植與加工，就相當于增加4500萬噸石油的年生產能力（一個大慶），這也是建設社會主義新農村的一個重要方向。

　　江蘇缺煤少油可開發(fā)生物質能源

　　發(fā)展生物質產業(yè)非常適合江蘇省情。江蘇的煤、石油等化石能源很少，但水資源很豐富，陽光資源很充足，生產生物量非常有條件，發(fā)展生物質產業(yè)非常適合江蘇省情。江蘇的生物質產業(yè)在兩個方向大有文章可做：一是糧、草并用開發(fā)生物質資源和能源，二是開發(fā)城鎮(zhèn)污水做天然氣。

　　就像石油可以煉制出汽油、柴油、煤油等一樣，生物質加工也可以通過生物煉制實現綜合利用，拉長產業(yè)鏈。糧食、秸稈都要用。玉米能用，玉米芯和玉米秸稈也能用。既要生產酒精，用來做乙醇汽油和乙烯等化學品，還要生產乳酸、丁二酸、丁二烯，用來做塑料、做合成橡膠。用酒精做乙烯，做得好，完全可以替代石油。特別是非糧食化生產酒精這一塊江蘇應該做。我國有1億噸玉米，光玉米芯就有六七千萬噸，包括秸稈就有1億多噸了。好好用起來，說一年相當于增產五六千萬噸糧食是可能的。

　　豬：糞便大王,51%養(yǎng)殖在中國

　　糞便和秸稈是人人嫌棄的垃圾，但如果用來發(fā)電，不僅可以減排大量二氧化碳，其成本也低于風電和光電。

　　說到環(huán)境污染，很多人第一反應是工業(yè)發(fā)展帶來的污染。其實不然，最大的污染源是農業(yè)。農業(yè)污染包括種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)和有機廢棄物。“我們中國最多的一樣東西是糞便，13億人口排的糞便數量世界第一?！背酥?，現在養(yǎng)殖業(yè)排放的糞便也是世界第一。中國土地只有世界陸地面積的7％，實際居住面積只有世界陸地的3％不到，但是養(yǎng)了占世界總數51％的豬，還養(yǎng)了占世界總數40％多的雞鴨，產生了大量糞便。

　　這些生物質要用起來。中國發(fā)展生物質能源之路，第一不能看中糧食，第二不能看中耕地，必須利用低劣生物質，比如城市生活垃圾、農作物秸稈以及糞便等，積極穩(wěn)妥地推廣生物甲烷以及發(fā)電。中國生活垃圾數量很大，每年有1.55億噸；一年糞便12億噸，農作物秸稈7億多噸。如果全部利用起來，至少相當于7億噸標煤，減排二氧化碳20億噸。

　　美國向海藻要油，每天百萬桶

　　世界發(fā)達國家如歐盟、日本、美國對低品位生物質的處理和利用目前主要集中于生物燃氣（生物燃氣能有效地利用有機垃圾、人畜糞便、廢棄農作物秸稈等低品位生物質原料，具備綠色、清潔、環(huán)保的特點）的開發(fā)和使用。歐盟開展了生物燃氣計劃；日本啟動了Lotus計劃；瑞典的生物燃氣生產已從單純的廢物處理手段轉向以供氣、發(fā)電為主的能源產業(yè)，甚至開始種植專供制備生物燃氣的能源作物。美國2007年推出的“微型曼哈頓計劃”宗旨就是向海洋藻類要能源，目標是到2010年每天產出百萬桶生物原油，實現藻類產油的工業(yè)化。此外，紐約的斯塔藤垃圾處理站采用濕法處理垃圾，回收沼氣用于發(fā)電，同時生產肥料。

　　我國若將禽畜糞便資源轉化為生物燃氣可折合超過7840萬噸標煤。國內對生物燃氣的開發(fā)利用起步于50年代，主要是用糞便和農作物秸稈制取沼氣，而在大中型沼氣工程中，更多的是將對工業(yè)廢水的治理與沼氣生產結合起來，雖然取得了一些成績，但產業(yè)規(guī)模小、系統(tǒng)集成化低，無法適應大規(guī)模工業(yè)化的需要。2007年，內蒙古蒙牛集團建成了全球最大的畜禽類沼氣發(fā)電廠，可日產沼氣1.2萬立方米，日發(fā)電3萬千瓦時，每年可向國家電網提供1000萬千瓦時的電力，還可生產有機肥約20萬噸。

　　高效菌種轉化浦口區(qū)一年糞便

　　相當于標煤16.8萬噸