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国际能源署《2018可再生能源年度报告》首次指称生物能源是“被忽视的巨人”，具有清洁能源、保护环境和振兴农村三重功能。中国发展生物能源具有得天独厚的优势。我国拥有丰富的，能生长能源林草的边际性土地；中国又是农业大国，拥有丰富的作物秸秆和畜禽粪便等有机废弃物资源，依此建设绿色的国家生物质油气田，既可弥补能源“短板”，又有不可替代的改善生态环境与振兴乡村经济的多重功能。  生物能源再定位 生物能源何以“被忽视”和即将跃进为可再生能源之主导？《2018 可再生能源年度报告》指出，生物能源在能源分析体系中一直有个“盲区”（blind spot），即对减排温室气体、车用燃料减排污染物、减少石化工业对原油的消费等能源进化转型的意义未受到应有的重视。简而言之：生物质能源具有清洁能源、保护环境和振兴农村三重功能，而保护环境与振兴农村功能一直被忽视。生物质能源始于玉米/甘蔗乙醇。在中国，因采用燃煤耦合生物质混烧发电和高效煤电+生物质混烧+碳捕获封存=CO2接近零排放。 倪维斗院士也在 2018 年 11 月 27 日的国际会议上指出：“煤炭仍然是中国的主要能源，中国火电容量已超过 10 亿 kW，世界第一，火电占比超过60%。‘去煤化’现在对中国是不现实的，关闭全部燃煤电厂也是不可能的。”但是中国电力必须走从“减煤”向最终“去煤”的方向发展。他也提出煤与生物质耦合混烧发电并逐步提高生物质混烧比，争取一部分有条件的现有大型高效燃煤电厂，特别是循环流化床（CFB）电厂，转换成 100%生物质燃烧 在新形势下，生物质能源的生态环境功能越来越突出。“既是能源，胜似能源”，是对它的再认识和再定位。 战略意义 沼气-生物天然气（产沼气后做提纯，将甲烷含量提高到90%以上，达到与化石天然气一样的品质）是典型的碳负排放燃料（表1、图1）又有突出的防治农业面源污染和振兴农村功能，沼渣还可以作为有机肥料还田。  表1 主要化石燃料与生物天然气碳排放强度对比  图1 沼气与其他能源温室气体排放率对比 沼气-生物天然气产业在中国起步时间不长，主要是由企业经营的沼气生产与提纯一体化模式，乡村只是提供原料。鉴于中国集约化规模养殖与农户养殖（专业户、养殖小区）将长期并存，为了推进乡村工业的发展，分布式生产模式具有重要意义。即提倡在中小规模养殖户/厂基础上分散、就地生产沼气，与集中提纯相结合的分布式（decen⁃tralization）生产模式。为了便于分散沼气的运输，需要解决的技术瓶颈是大幅提高沼气的能量密度与安全性。 沼气-生物天然气集清洁能源、负碳排放、防治农业面源污染、有机废弃物资源化利用、生产有机肥以及发展乡村工业于一身，是一种具有重要战略意义的新能源。 实现途径 开发生物质能源的“二代原料”。中国拥有丰富的，不适于农作而能种植能源林灌草类的边际性土地，约 1.44 亿 hm2，可以产出大量“二代原料”。基于1 km×1 km格栅，900多万个数据，计算和绘制出净初级生产力（NPP）及相关图幅，以全国11类边际性土地地类中条件较好的4类作为种植能源灌草的原料产地。又以已经实现初步商业化的生物质气化-费托合成企业的实践，即每4.0~4.5 t干物质重的木质纤维类生物质可转化出1 t生物合成柴油测算。一般人工干预条件（对边际土地种植稍加管理）下的年生物量产出为6.3亿t，可合成生物燃油约1亿t。较好人工干预条件下的年生物量产出为 8.7 亿 t，可合成生物燃油约1.78亿t。 中国的刺槐（Acasia）、芒草（Miscanthus）、沙柳（Salix mongolica）、柠条（Caragana korshinskii）和能源柳等对中国边际性土地皆有很好的适应性和生物量产出，还有国内外多种速生高产的能源植物有待于开发。种植能源植物还有利于保护水土和改善当地生态环境。 以多联产提高能源产品竞争力。当前中国生物天然气生产中，利用沼渣生产有机肥料等副产品，其营业收入多高于能源产品。生物质能源转化生产过程中，尚可生产多种高附加值的其他化工产品。 此外，政策性争取也有很大空间。发达国家早已普遍实行废弃物/污染物的处理中，废弃物/污染物的制造者要向生物能源企业缴纳相当数目的“入门费”（gate fee）。而在中国，情况却颠倒过来，废弃物/污染物的接受—转化者反而向制造者付出原料费，造成生物能源企业经营成本普遍过高。这种局面只有通过全社会环保意识的增强、对废弃物、垃圾处理的观念更新，以及政府有关部门出台相应的政策及规定才能得到解决。 建设国家生物质油气田。中国拥有丰富的，能生长能源林草的边际性土 地；中国又是农业大国，拥有丰富的作物秸秆和畜禽粪便等有机废弃物资源，依此建设绿色的国家生物质油气田，既可弥补能源“短板”，又有不可替代的改善生态环境与振兴乡村经济的多重功能。 “生物天然气田”是指以畜禽粪便与作物秸秆为主，辅以城镇有机废弃物和垃圾为原料，在畜禽和粮食作物的集中地生产沼气（甲烷含量 50%~70%）、继而提纯为与常规天然气完全同质的生物天然气（甲烷含量>90%）。每个日产数万至数十万立方米的生物天然气厂，可似为一口“气井”，由数百个生物气井群构成“气田”。按畜禽和粮食生产集中的区域，有中原、两湖、川渝、东北、苏皖和冀东6大“生物天然气田”，合计年产约1千亿m3生物天然气（图2）。  图2 中国生物天然气“气田”分布 “生物质油田”主要是指开发边际性土地种植能源林灌草类，转化生产生物合成燃油。每个年产20~80万t生物合成燃油厂，可视为一口“油井”，每个“生物油田”由约百个“生物油井”组成。按边际土地集中化程度，有西南、长城沿线、东北、东南和新疆五大生物合成“油田”，合计年产约1亿t生物合成燃油（图3）。  图3 中国生物质“油田”分布 用20~30年或更长些时间，建设起中国年产千亿立方米和亿吨级的“生物油气田”将是一项利国利民的战略之举。 本文作者：石元春，程序，朱万斌 作者简介：石元春，中国科学院院士、中国工程院院士，研究方向为土壤地理、生物质能源；程序（通信作者），教授，研究方向为生物质能源、可持续农业与农村发展。 注：本文发表于《科技导报》2019年第20期，原标题为《当前中国生物质能源发展的若干战略思考》，有删节。 |
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