生物質(zhì)能源：腐朽與神奇間搖身一變

    歐陽(yáng)平凱，中國(guó)工程院院士，現(xiàn)任江蘇省科協(xié)主席、南京工業(yè)大學(xué)校長(zhǎng)，是我國(guó)生物化工工程研究和工程教育領(lǐng)域的先行者。長(zhǎng)期從事生物工程研究，創(chuàng)建了我國(guó)第一個(gè)生物化工專業(yè)，先后主持多項(xiàng)國(guó)家973項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目，為我國(guó)生物技術(shù)、化工領(lǐng)域的發(fā)展做出了開(kāi)創(chuàng)性的貢獻(xiàn)。榮獲過(guò)國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)，各種省部級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)以及聯(lián)合國(guó)科技創(chuàng)新獎(jiǎng)等。 

　　核心提示

　　生物質(zhì)有高低之分，像大豆、玉米等都屬于高品位生物質(zhì)，而農(nóng)作物秸稈、禽畜糞便、生活污水和工業(yè)有機(jī)廢水、城市固體廢物等則屬于低品位生物質(zhì)，簡(jiǎn)稱低生物質(zhì)。發(fā)展低生物質(zhì)能，不僅能解決能源問(wèn)題，同時(shí)還能解決水污染問(wèn)題。生物質(zhì)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(dòng)生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大軍中來(lái)。

　　我今天報(bào)告的題目是《生物質(zhì)能源的現(xiàn)狀與展望》，這個(gè)內(nèi)容不光是國(guó)內(nèi)，也是國(guó)際上的現(xiàn)狀和展望。但是重點(diǎn)我想還是結(jié)合中國(guó)以及江蘇的實(shí)際情況，從科學(xué)普及的角度，講一些生物能源的背景、現(xiàn)狀以及可再生能源將來(lái)發(fā)展的前景。

　　瑞典要建“無(wú)油國(guó)家”

　　近一二百年的強(qiáng)度開(kāi)采與消費(fèi)使不可再生的化石資源漸趨枯竭。據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，煤、石油、天然氣可供開(kāi)采的年限分別只有240年、40年和50年。另一方面，無(wú)節(jié)制地使用化石能源，給環(huán)境和生態(tài)造成了嚴(yán)重污染和破壞。尋找可再生的替代資源和能源已是大勢(shì)所趨。

　　現(xiàn)代的生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)，是指利用可再生的有機(jī)物質(zhì)，如農(nóng)作物、樹木等植物及其殘?bào)w、畜禽糞便等有機(jī)廢棄物，通過(guò)工業(yè)加工轉(zhuǎn)化，進(jìn)行生物基產(chǎn)品、生物材料和生物能源生產(chǎn)的一種新興產(chǎn)業(yè)。大自然每年產(chǎn)生1600多億噸的生物質(zhì)，是人類取之不盡的資源。在各種可再生資源中，生物質(zhì)資源是最穩(wěn)定、高效同時(shí)也最環(huán)保的一種資源。因?yàn)樯镔|(zhì)的生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)環(huán)境凈化的過(guò)程，可以吸收空氣中的二氧化碳，吸收有機(jī)污染。所以，世界科學(xué)界都把生物質(zhì)資源作為重要的替代資源。美國(guó)、日本、加拿大、歐盟都制定了各自的生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展計(jì)劃，美國(guó)提出要擺脫對(duì)中東的依賴，瑞典提出要建無(wú)油國(guó)家。

　　生物化工取代石油化工

　　我國(guó)目前每年有14億噸的農(nóng)林生物質(zhì)產(chǎn)量、25億噸畜禽糞便及大量有機(jī)廢棄物，另外還有1億多公頃不宜耕農(nóng)田可用以種植能源植物。國(guó)家提出至2020年我國(guó)農(nóng)林生產(chǎn)的生物量要相當(dāng)于15億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，相當(dāng)于每年再生多個(gè)“大慶”，這是我國(guó)發(fā)展生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)永不匱缺的資源，也是解決環(huán)境治理，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

　　我國(guó)生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)應(yīng)定位于生物質(zhì)工業(yè)和生物質(zhì)化工。如果說(shuō)能源的生產(chǎn)還有其它途徑，但未來(lái)的物質(zhì)資源生產(chǎn)（液體燃料、有機(jī)材料和各類化學(xué)品）必然來(lái)源于生物化工制造。當(dāng)前來(lái)說(shuō)可以將燃料乙醇、生物乙烯、陽(yáng)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(dǎo)產(chǎn)品。生物質(zhì)化工是近期極具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要方向，美國(guó)科學(xué)院提出至2020年生物質(zhì)化工對(duì)石油化工的取代率可以達(dá)到50%。

　　當(dāng)然，在發(fā)展生物質(zhì)工業(yè)的同時(shí)，還要發(fā)展能源作物與化工作物在農(nóng)林產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用，農(nóng)林部門每增加1000萬(wàn)公頃能源植物的種植與加工，就相當(dāng)于增加4500萬(wàn)噸石油的年生產(chǎn)能力（一個(gè)大慶），這也是建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村的一個(gè)重要方向。

　　江蘇缺煤少油可開(kāi)發(fā)生物質(zhì)能源

　　發(fā)展生物質(zhì)產(chǎn)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(yáng)光資源很充足，生產(chǎn)生物量非常有條件，發(fā)展生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)非常適合江蘇省情。江蘇的生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)在兩個(gè)方向大有文章可做：一是糧、草并用開(kāi)發(fā)生物質(zhì)資源和能源，二是開(kāi)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(zhì)加工也可以通過(guò)生物煉制實(shí)現(xiàn)綜合利用，拉長(zhǎng)產(chǎn)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(chǎn)酒精，用來(lái)做乙醇汽油和乙烯等化學(xué)品，還要生產(chǎn)乳酸、丁二酸、丁二烯，用來(lái)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(chǎn)酒精這一塊江蘇應(yīng)該做。我國(guó)有1億噸玉米，光玉米芯就有六七千萬(wàn)噸，包括秸稈就有1億多噸了。好好用起來(lái)，說(shuō)一年相當(dāng)于增產(chǎn)五六千萬(wàn)噸糧食是可能的。

　　豬：糞便大王,51%養(yǎng)殖在中國(guó)

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

　　說(shuō)到環(huán)境污染，很多人第一反應(yīng)是工業(yè)發(fā)展帶來(lái)的污染。其實(shí)不然，最大的污染源是農(nóng)業(yè)。農(nóng)業(yè)污染包括種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)和有機(jī)廢棄物。“我們中國(guó)最多的一樣?xùn)|西是糞便，13億人口排的糞便數(shù)量世界第一?！背酥猓F(xiàn)在養(yǎng)殖業(yè)排放的糞便也是世界第一。中國(guó)土地只有世界陸地面積的7％，實(shí)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(shù)51％的豬，還養(yǎng)了占世界總數(shù)40％多的雞鴨，產(chǎn)生了大量糞便。

　　這些生物質(zhì)要用起來(lái)。中國(guó)發(fā)展生物質(zhì)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(zhì)，比如城市生活垃圾、農(nóng)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(guó)生活垃圾數(shù)量很大，每年有1.55億噸；一年糞便12億噸，農(nóng)作物秸稈7億多噸。如果全部利用起來(lái)，至少相當(dāng)于7億噸標(biāo)煤，減排二氧化碳20億噸。

　　美國(guó)向海藻要油，每天百萬(wàn)桶

　　世界發(fā)達(dá)國(guó)家如歐盟、日本、美國(guó)對(duì)低品位生物質(zhì)的處理和利用目前主要集中于生物燃?xì)猓ㄉ锶細(xì)饽苡行У乩糜袡C(jī)垃圾、人畜糞便、廢棄農(nóng)作物秸稈等低品位生物質(zhì)原料，具備綠色、清潔、環(huán)保的特點(diǎn)）的開(kāi)發(fā)和使用。歐盟開(kāi)展了生物燃?xì)庥?jì)劃；日本啟動(dòng)了Lotus計(jì)劃；瑞典的生物燃?xì)馍a(chǎn)已從單純的廢物處理手段轉(zhuǎn)向以供氣、發(fā)電為主的能源產(chǎn)業(yè)，甚至開(kāi)始種植專供制備生物燃?xì)獾哪茉醋魑铩Ｃ绹?guó)2007年推出的“微型曼哈頓計(jì)劃”宗旨就是向海洋藻類要能源，目標(biāo)是到2010年每天產(chǎn)出百萬(wàn)桶生物原油，實(shí)現(xiàn)藻類產(chǎn)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(shí)生產(chǎn)肥料。

　　我國(guó)若將禽畜糞便資源轉(zhuǎn)化為生物燃?xì)饪烧酆铣^(guò)7840萬(wàn)噸標(biāo)煤。國(guó)內(nèi)對(duì)生物燃?xì)獾拈_(kāi)發(fā)利用起步于50年代，主要是用糞便和農(nóng)作物秸稈制取沼氣，而在大中型沼氣工程中，更多的是將對(duì)工業(yè)廢水的治理與沼氣生產(chǎn)結(jié)合起來(lái)，雖然取得了一些成績(jī)，但產(chǎn)業(yè)規(guī)模小、系統(tǒng)集成化低，無(wú)法適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)化的需要。2007年，內(nèi)蒙古蒙牛集團(tuán)建成了全球最大的畜禽類沼氣發(fā)電廠，可日產(chǎn)沼氣1.2萬(wàn)立方米，日發(fā)電3萬(wàn)千瓦時(shí)，每年可向國(guó)家電網(wǎng)提供1000萬(wàn)千瓦時(shí)的電力，還可生產(chǎn)有機(jī)肥約20萬(wàn)噸。

　　高效菌種轉(zhuǎn)化浦口區(qū)一年糞便

　　相當(dāng)于標(biāo)煤16.8萬(wàn)噸