以植物、菌藻和動物等有機質為質料,提煉氫并使其與氧反應產生能量,用于熱源和動力,稱為生物質氫能。從出產的大規模和經濟性看,其質料主要來自于甘蔗、甜高粱、甜菜和木薯等植物。
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生物質質料,自身因可焚燒等特性便是生物質動力,經過“生物質加工提醇—醇類制氫—氫氧反應”過程構成氫能。生物質動力從碳排放程度變化看,可分為直接燃用動物油及植物、菌藻植物提取乙醇燃用和乙醇等重整制氫運用三個階段。人類生物質動力的出產和消費,在第一階段中直接焚燒,污染和碳排放量很大;第二階段生物質精細加工及運用,污染及碳排放削減;第三階段經過深化加工,轉制氫能,完成出產和運用的低污染和零排放。
作為第三階段的生物質氫能,其優點在于:它屬于綠氫,由植物成長吸收陽光照熱、土壤水分和二氧化碳,并將成熟后的果實和秸稈發酵提取乙醇,再重整制氫而構成,加工轉化排碳量細小;從生物質質料到加工提取的乙醇動力,發酵蒸餾取得乙醇轉化用能不多,并且可來自于部分秸稈或酒糟焚燒加溫或者光電風電加熱,動力轉化次數少,轉化耗費動力低;生物質直接發酵提取乙醇,并由化學反應取得氫氣,削減了風能、光能、電解水制氫需求先儲能的環節,節省了本錢和動力轉化損耗。
從世界范圍來看,當前各國主要經過石化質料加工制氫,而風能、光能、電解水制氫和生物發酵重整制氫的產值不到總產值的1%,其中生物氫產能不到綠氫產能的1%,生物質氫能開展還處于萌發階段。現在生物質動力出產和消費大國主要是巴西、美國。巴西甘蔗出產的生物質乙醇等動力占其總動力消費的17.4%,輕型乘用車燃料總耗費中,生物乙醇占48.3%;美國2020年出產生物乙醇5050萬噸,70%左右用于轎車動力,大部分地區運用摻加10%的生物乙醇汽油,近期為應對俄烏沖突提高到了15%。我國2020年生物燃料乙醇出產能力為300萬噸左右,質料主要為玉米,乙醇摻入汽油比為10%,可加注運用的地區為黑龍江、吉林、遼寧、河南、安徽和廣西,以及內蒙古、山東、湖北和河北等省區的部分盟地市。
從我國國情和生物質動力特色來看,未來15年到20年,應當先走完生物質動力開展的第二階段,為第三階段生物氫動力開展打好根底。現階段應大力開展生物乙醇動力,生物質氫能是生物乙醇動力的制作再加工和工業再深化,因此乙醇出產難點,也是未來生物質氫能出產和工業鏈的難點。從上下流工業來看,集儲裝運卸環節還存在諸多堵點。例如,在上游出產方面,現在提醇和制氫技能現已攻克,主要面臨儲運本錢較高問題;下流工業開展主要是生物氫能出產地與運用地之間的多次罐儲、裝卸、運輸、分銷和加注等物流服務本錢高;較經濟的儲運裝卸氫能技能需求在資料和方式方面突破,新技能需考慮本錢水平是否為市場需求承受;等等。
推動生物乙醇動力市場化,建議先開展植物乙醇,使其栽培、集儲、提醇完成經濟性出產,將乙醇的本錢降下來,構成制氫用質料規模化供應,完成儲裝運卸和終端運用方面關鍵性技能的突破,構成生物乙醇轉制氫能的需求市場。以質料市場保證氫能出產供應,以需求市場平衡供應和拉動出產。這方面可借鑒美國和巴西的經歷,普及摻加15%乙醇汽油和20%乙醇柴油的運用。
應當經過農業與工業交融,統籌糧食和動力開展。用土地和勞動力要素密集型投入路途,既出產乙醇和未來制氫,又構成“副產品飼料—養殖家畜—產出肉奶—有機糞肥—生態蔬菜”,助力農村工業交融。考慮到甜高粱等植物特性,栽培規模上以3000畝到15000畝面積為宜。如果有一體化機械作業、路途條件優越和更低本錢的集儲運模式,那么乙醇加工規模能夠相應擴大。來歷:經濟日報
(作者系首都經貿大學特大城市開展研究院教授)周天勇
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生物質氫能
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