周天勇：發(fā)展生物質氫能前景廣闊

　　以植物、菌藻和動物等有機質為原料，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。從生產的大規(guī)模和經濟性看，其原料主要來自于甘蔗、甜高粱、甜菜和木薯等植物。

　　生物質原料，本身因可燃燒等特性就是生物質能源，通過“生物質加工提醇—醇類制氫—氫氧反應”過程形成氫能。生物質能源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使用三個階段。人類生物質能源的生產和消費，在第一階段中直接燃燒，污染和碳排放量很大;第二階段生物質精細加工及使用，污染及碳排放減少;第三階段通過深化加工，轉制氫能，實現(xiàn)生產和使用的低污染和零排放。

　　作為第三階段的生物質氫能，其優(yōu)點在于：它屬于綠氫，由植物生長吸收陽光照熱、土壤水分和二氧化碳，并將成熟后的果實和秸稈發(fā)酵提取乙醇，再重整制氫而形成，加工轉換排碳量微小;從生物質原料到加工提取的乙醇能源，發(fā)酵蒸餾獲得乙醇轉換用能不多，并且可來自于部分秸稈或酒糟燃燒加溫或者光電風電加熱，能源轉換次數少，轉換消耗能源低;生物質直接發(fā)酵提取乙醇，并由化學反應獲得氫氣，減少了風能、光能、電解水制氫需要先儲能的環(huán)節(jié)，節(jié)省了成本和能源轉換損耗。

　　從世界范圍來看，當前各國主要通過石化原料加工制氫，而風能、光能、電解水制氫和生物發(fā)酵重整制氫的產量不到總產量的1%，其中生物氫產能不到綠氫產能的1%，生物質氫能發(fā)展還處于萌芽階段。目前生物質能源生產和消費大國主要是巴西、美國。巴西甘蔗生產的生物質乙醇等能源占其總能源消費的17.4%，輕型乘用車燃料總消耗中，生物乙醇占48.3%;美國2020年生產生物乙醇5050萬噸，70%左右用于汽車動力，大部分地區(qū)使用摻加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年生物燃料乙醇生產能力為300萬噸左右，原料主要為玉米，乙醇摻入汽油比為10%，可加注使用的地區(qū)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(qū)的部分盟地市。

　　從我國國情和生物質能源特點來看，未來15年到20年，應當先走完生物質能源發(fā)展的第二階段，為第三階段生物氫能源發(fā)展打好基礎。現(xiàn)階段應大力發(fā)展生物乙醇能源，生物質氫能是生物乙醇能源的制作再加工和產業(yè)再深化，因此乙醇生產難點，也是未來生物質氫能生產和產業(yè)鏈的難點。從上下游產業(yè)來看，集儲裝運卸環(huán)節(jié)還存在諸多堵點。例如，在上游生產方面，目前提醇和制氫技術已經攻克，主要面臨儲運成本較高問題;下游產業(yè)發(fā)展主要是生物氫能生產地與使用地之間的多次罐儲、裝卸、運輸、分銷和加注等物流服務成本高;較經濟的儲運裝卸氫能技術需要在材料和方式方面突破，新技術需考慮成本水平是否為市場需求接受;等等。

　　推進生物乙醇能源市場化，建議先發(fā)展植物乙醇，使其種植、集儲、提醇實現(xiàn)經濟性生產，將乙醇的成本降下來，形成制氫用原料規(guī)模化供給，實現(xiàn)儲裝運卸和終端使用方面關鍵性技術的突破，形成生物乙醇轉制氫能的需求市場。以原料市場保證氫能生產供給，以需求市場平衡供給和拉動生產。這方面可借鑒美國和巴西的經驗，普及摻加15%乙醇汽油和20%乙醇柴油的使用。

　　應當通過農業(yè)與工業(yè)融合，統(tǒng)籌糧食和能源發(fā)展。用土地和勞動力要素密集型投入路線，既生產乙醇和未來制氫，又形成“副產品飼料—養(yǎng)殖牲畜—產出肉奶—有機糞肥—生態(tài)蔬菜”，助力農村產業(yè)融合。考慮到甜高粱等植物特性，種植規(guī)模上以3000畝到15000畝面積為宜。如果有一體化機械作業(yè)、道路條件優(yōu)越和更低成本的集儲運模式，那么乙醇加工規(guī)模可以相應擴大。

　　(作者 周天勇 系首都經貿大學特大城市發(fā)展研究院教授)