生物质能源：腐朽与神奇间摇身一变

主讲人：中国工程院院士、南京工业大学校长 欧阳平凯

核心提示

生物质有高低之分，像大豆、玉米等都属于高品位生物质，而农作物秸秆、禽畜粪便、生活污水和工业有机废水、城市固体废物等则属于低品位生物质，简称低生物质。发展低生物质能，不仅能解决能源问题，同时还能解决水污染问题。生物质能取代化石能源，能让城市变得更漂亮、更环保、更适宜居住，呼吁全民共同参与到推动生物经济发展的大军中来。

我今天报告的题目是《生物质能源的现状与展望》，这个内容不光是国内，也是国际上的现状和展望。但是重点我想还是结合中国以及江苏的实际情况，从科学普及的角度，讲一些生物能源的背景、现状以及可再生能源将来发展的前景。

瑞典要建“无油国家”

近一二百年的强度开采与消费使不可再生的化石资源渐趋枯竭。据国际能源机构统计，煤、石油、天然气可供开采的年限分别只有240年、40年和50年。另一方面，无节制地使用化石能源，给环境和生态造成了严重污染和破坏。寻找可再生的替代资源和能源已是大势所趋。

现代的生物质产业，是指利用可再生的有机物质，如农作物、树木等植物及其残体、畜禽粪便等有机废弃物，通过工业加工转化，进行生物基产品、生物材料和生物能源生产的一种新兴产业。大自然每年产生1600多亿吨的生物质，是人类取之不尽的资源。在各种可再生资源中，生物质资源是最稳定、高效同时也最环保的一种资源。因为生物质的生产过程是一个环境净化的过程，可以吸收空气中的二氧化碳，吸收有机污染。所以，世界科学界都把生物质资源作为重要的替代资源。美国、日本、加拿大、欧盟都制定了各自的生物质产业发展计划，美国提出要摆脱对中东的依赖，瑞典提出要建无油国家。

生物化工取代石油化工

我国目前每年有14亿吨的农林生物质产量、25亿吨畜禽粪便及大量有机废弃物，另外还有1亿多公顷不宜耕农田可用以种植能源植物。国家提出至2020年我国农林生产的生物量要相当于15亿吨标准煤，相当于每年再生多个“大庆”，这是我国发展生物质产业永不匮缺的资源，也是解决环境治理，实现可持续发展的必由之路。

我国生物质产业的基础应定位于生物质工业和生物质化工。如果说能源的生产还有其它途径，但未来的物质资源生产(液体燃料、有机材料和各类化学品)必然来源于生物化工制造。当前来说可以将燃料乙醇、生物乙烯、阳光柴油、生物塑料以及沼气发电和固化成型燃烧作为主导产品。生物质化工是近期极具市场竞争力的重要方向，美国科学院提出至2020年生物质化工对石油化工的取代率可以达到50%。

当然，在发展生物质工业的同时，还要发展能源作物与化工作物在农林产业中的应用，农林部门每增加1000万公顷能源植物的种植与加工，就相当于增加4500万吨石油的年生产能力(一个大庆)，这也是建设社会主义新农村的一个重要方向。

江苏缺煤少油可开发生物质能源

发展生物质产业非常适合江苏省情。江苏的煤、石油等化石能源很少，但水资源很丰富，阳光资源很充足，生产生物量非常有条件，发展生物质产业非常适合江苏省情。江苏的生物质产业在两个方向大有文章可做：一是粮、草并用开发生物质资源和能源，二是开发城镇污水做天然气。

就像石油可以炼制出汽油、柴油、煤油等一样，生物质加工也可以通过生物炼制实现综合利用，拉长产业链。粮食、秸秆都要用。玉米能用，玉米芯和玉米秸秆也能用。既要生产酒精，用来做乙醇汽油和乙烯等化学品，还要生产乳酸、丁二酸、丁二烯，用来做塑料、做合成橡胶。用酒精做乙烯，做得好，完全可以替代石油。特别是非粮食化生产酒精这一块江苏应该做。我国有1亿吨玉米，光玉米芯就有六七千万吨，包括秸秆就有1亿多吨了。好好用起来，说一年相当于增产五六千万吨粮食是可能的.

猪：粪便大王,51%养殖在中国

粪便和秸秆是人人嫌弃的垃圾，但如果用来发电，不仅可以减排大量二氧化碳，其成本也低于风电和光电。

说到环境污染，很多人第一反应是工业发展带来的污染。其实不然，最大的污染源是农业。农业污染包括种植业、养殖业和有机废弃物。“我们中国最多的一样东西是粪便，13亿人口排的粪便数量世界第一。”除此之外，现在养殖业排放的粪便也是世界第一。中国土地只有世界陆地面积的7%，实际居住面积只有世界陆地的3%不到，但是养了占世界总数51%的猪，还养了占世界总数40%多的鸡鸭，产生了大量粪便。

这些生物质要用起来。中国发展生物质能源之路，第一不能看中粮食，第二不能看中耕地，必须利用低劣生物质，比如城市生活垃圾、农作物秸秆以及粪便等，积极稳妥地推广生物甲烷以及发电。中国生活垃圾数量很大，每年有1.55亿吨；一年粪便12亿吨，农作物秸秆7亿多吨。如果全部利用起来，至少相当于7亿吨标煤，减排二氧化碳20亿吨。

美国向海藻要油，每天百万桶

世界发达国家如欧盟、日本、美国对低品位生物质的处理和利用目前主要集中于生物燃气(生物燃气能有效地利用有机垃圾、人畜粪便、废弃农作物秸秆等低品位生物质原料，具备绿色、清洁、环保的特点)的开发和使用。欧盟开展了生物燃气计划；日本启动了Lotus计划；瑞典的生物燃气生产已从单纯的废物处理手段转向以供气、发电为主的能源产业，甚至开始种植专供制备生物燃气的能源作物。美国2007年推出的“微型曼哈顿计划”宗旨就是向海洋藻类要能源，目标是到2010年每天产出百万桶生物原油，实现藻类产油的工业化。此外，纽约的斯塔藤垃圾处理站采用湿法处理垃圾，回收沼气用于发电，同时生产肥料。

我国若将禽畜粪便资源转化为生物燃气可折合超过7840万吨标煤。国内对生物燃气的开发利用起步于50年代，主要是用粪便和农作物秸秆制取沼气，而在大中型沼气工程中，更多的是将对工业废水的治理与沼气生产结合起来，虽然取得了一些成绩，但产业规模小、系统集成化低，无法适应大规模工业化的需要。2007年，内蒙古蒙牛集团建成了全球最大的畜禽类沼气发电厂，可日产沼气1.2万立方米，日发电3万千瓦时，每年可向国家电网提供1000万千瓦时的电力，还可生产有机肥约20万吨。

高效菌种转化浦口区一年粪便

相当于标煤16.8万吨

粪便和秸秆资源非常分散，如何集中处理是个难题。分散处理就可以解决这个难题，这个模式就是在农田附近挖一个大坑，把秸秆、粪便等就地收集倒进去，专家把高效的菌种撒进去，然后在旁边再建一座竖井，使生成的甲烷通过管道集中输送。就地把秸秆、粪便处理掉，剩下的沼液沼渣还可以用来还田。这样种出来的葡萄比用一般化学肥料种出来的好吃得多。

这一设想不是科学幻想。据介绍，目前瑞典等欧美国家都在建设低生物质使用网络，他们用管道来运输甲烷，比用汽车、拖拉机等运输成本要低，而且管道在地下，还不占用土地。使用低生物质处理网络后，牲畜粪便进入发酵池，病毒、病菌都死光了，蚊虫没有了，疾病传播源也就消失了。所以，发展低生物质不仅能推动生物化工的创新发展，还能改善环境，减少温室气体排放。

南京工业大学跟美国麻省理工学院合作，开发出一种高效菌种，可以使生物甲烷转化率达到99%。这种资源化利用的模式，南京工业大学已经进行试点，若将我校已有的技术应用于南京市浦口全区(总人口为57万)，将其作为一个示范点建设，总投资预算为1.83亿元，年创造经济效益约为1.81亿元。每年可处理浦口13个污水处理厂的3万吨淤泥和附近城市生活垃圾5.48万吨，年产出沼气1800万立方米，相当于标煤16.8万吨，一年减排二氧化碳20万吨、化学需氧量10万吨、氮磷1300吨。南工大准备向中央领导写建议，来推广这个模式。

比风电、光电更可靠

要解决环境压力，无疑必须走低碳经济之路，因此，可再生能源被提到了重要位置。可再生能源包括光电、风电、水能、生物质能。在可再生能源中，发展生物质能是最理想的。

为什么这么说呢？现在很多地方在上马风力发电，认为只要有风就能发电，碳排放为零。但这一说法忽略了风力发电机制造过程中投入的人工和费用，实际上制造成本越高，意味着碳排放量就高。风电还有一个问题，就是有风才有电，没风就没电。譬如在我国的内蒙古，电本身很充分，风一刮，风电再传输到电网里，电网就吃不消，容易跳闸。而光伏电的成本也很高，每度基本要在6元左右。相对而言，生物质能是最优质的，因为它不像水电、风电、光电具有不确定性。

江苏的生物质能源之路

建议将该项目纳入江苏省绿色能源发展计划，制定《低品位生物质能源发展规划纲要》，形成争取政策支持和经费补贴，特别是设立“低品位生物质综合利用基金”，用于支持该项目推广过程中的建设和试运行。

依托国家生化工程技术研究中心和江苏省工业生物技术创新中心，建立和完善该项技术的科研与应用平台。增设“低品位生物质综合利用实验室”和“生产性试验基地”，开展人员的技术培训和新技术的研发；建立咨询服务体系，利用网络、现场服务等形式进行技术咨询；建立成果推广转化部门，吸引企业参与该项成果的产业化。

建议采用重点示范、分散建设、逐步推广的方式，在全省大力发展低品位生物质的资源化综合利用技术。具体建议为：在南京浦口区着力建设低品位生物质综合利用示范点，以十年为期，将该技术辐射至全省60个具备推广利用该技术条件的县(市、区)，实现对全省低品位生物质资源的有效利用，形成社会循环可持续发展模式。在推广顺序上，建议在苏中、苏南、苏北循序进行。原因是苏中的农业、养殖业和城市化程度均比较高，相比之下苏南农业不发达、苏北城市化较低。