中国科学院院士韩布兴:大力推动生物质转化利用

2022-09-07 15:25  来源:农村能源发展大会  

今日,2022(首届)农村能源发展大会暨清洁能源装备展”(简称“大会”)在北京隆重召开。


2022年8月11日,由国家能源局新能源和可再生能源司、农业农村部科技教育司和国家乡村振兴局开发指导司共同指导,中国能源研究会、国家电网有限公司共同主办,中国能源研究会城乡电力(农电)发展中心、中国能源研究会农村能源专委会和国能联合传媒集团联合承办的“2022(首届)农村能源发展大会暨清洁能源装备展”(简称“大会”)在北京隆重召开。来自政府、科研、企业等机构单位的负责人和特邀专家学者,就“落实双碳战略·服务乡村振兴·能源绿色发展”的主题,开展了交流探讨。有来自国家政府部门、央企集团、科研院所等领导、专家及产业企业、社团组织、金融、媒体机构等各方代表参会,为遵守新冠疫情防控要求,大会以线下、线上方式同步举办,农村能源工作者、相关机构的线上参会代表同时在线12万余人,累计播放总量突破100万人次。

(图)2022(首届)农村能源发展大会盛况

在大会开幕式后的院士专家论坛环节,中国科学院院士韩布兴作“生物质转化利用”的主题演讲。韩院士从农村生物质转化利用的技术、途径等方面做了详细分享,介绍了农村生物质能在我国“碳达峰”、“碳中和”任务以及农村能源清洁发展中的重要意义,提出要大力推动生物质转化利用。


(图)中国科学院院士韩布兴作主题演讲

韩院士表示,我们国家现在是碳排放最大的国家,双碳目标体现了我们国家大国的责任担当,也是我国绿色可持续发展自身的需求。涉及到能源革命、能源结构的调整、科学技术的更大进步、产业结构的调整,生产生活方式的变革等等一系列重要的问题。从资源的角度和能源角度来讲,碳能源都很重要。但是,在可预见的未来,化石能源的主导地位还是不可撼动的。因此,大力发展清洁能源、可再生能源的同时,必须要充分重视能源的高效利用。

碳资源是人类不可缺少的,人类的文明取决于碳,但是由于我们利用碳的过程中,还存在着一些问题,特别是碳排放过高导致的生态环境问题。这种情况下,我们提出和发表了“绿色碳科学”的思想和文章,详细描述了碳资源的重要性,以及如何从碳资源的角度来实现碳中和。化石资源是不可再生的且日趋枯竭存在环境污染问题,但可再生碳资源的全球量很大。粗略统计,一年大约有2000亿吨左右没有得到很好的利用。所以如何在高效利用宝贵的化石资源同时,大力开发生物质的利用技术是非常重要的。

生物质是由二氧化碳和水利用太阳能转化而来的,现在人类转变的两大主题一是绿色可持续发展,二是碳达峰、碳中和,生物质的利用和重大的战略都密切相关。生物质量很大且可转化为重要的化学品、可以是重要的燃料能源,也可以作为一种材料。所以全方位高效地利用生物质资源,特别是秸秆林业的副产品,对于乡村振兴来讲是非常重要的。

生物质除了秸秆林业产品以外,还有淀粉、微生物、蛋白质、有机垃圾等等,但是最重要的还是木质生物质。我们国家的秸秆每年大约有八九亿吨左右,没有得到有效高质化的利用。现在国内外已经看到了生物质的转化利用是实现可持续发展非常重要的途径之一。而我国开始高质化利用,其实是从1990年左右开始增加并不断开发新的技术,对我们农村来讲可以说更为重要。目前生物质转化利用发展了很多的途径,有两大类方法。

一是热化学法,全部把生物质变成一氧化碳和氢气,可以用化学方法合成化学品和高品质的燃料,比如汽油、柴油。另外还可以进一步做成材料,先把它们变成合成气再变成生物油,进一步加工处理得到我们所需要的化学品。

二是水解法,生物质分为纤维素、半纤维素、木质素,可以把它们分离,分成三大类以后再分别转化,进一步得到我们所需要的化学品、燃料等等,各有优点和缺点。

在农村和城市,除了生物质类,有机的废弃物比如废弃塑料的利用也很重要,现在全球地下和地上总量大约60亿吨,每年产生3亿吨左右。我国地上现存塑料10亿吨左右,每年产生6000万吨左右,造成了严重的环境问题,同时这也是非常重要的碳资源。此外有机垃圾和有机污染物也同样是宝贵的资源,它们的高效转化利用是非常重要的。我国要实现高质量发展,达到“双碳”目标,依赖于科学技术的重大进步,生物质和有机废弃物资源的高效利用就是其中之一,一方面可以实现可持续发展,另外本身利用它们就是碳中和的过程。

韩院士接下来介绍了一下他和他的团队在此方面的工作和成绩。

韩院士和他带领的团队,一直在从事物理化学和绿色化学交叉研究,主要研究方向有:绿色溶剂体系物理化学性质、绿色溶剂在材料合成和化学反应中的应用、生物质、二氧化碳、废弃塑料的转化利用等。比如将二氧化碳转化成不同的化学品和燃料;把生物质和废弃塑料变成重要的化学品和液体燃料。

“搞科学研究,需要和不同学科的人交叉;而技术产业化,则必须要和企业深度融合,实现互补,这样才能真正实现为社会做贡献。”韩院士说。

与企业的深度融合互补,是实现技术产业化的基础。韩院士多年以来一直践行着这个理念。

比如与河北的公司合作,把生物质做成碳。一吨变成0.4吨左右的无污染气体燃料;此外,生物质和煤进行一定比例的混合,可用于取暖、做饭和锅炉等等,还可以把煤燃烧得更充分,把它的热量全部释放出来,一举两得。未来趋势是要尽量减少煤的利用,但是在短期内还是要继续使用的,而这种技术就可以解决煤的高效清洁利用问题。

废弃塑料利用方面,与企业合作成立联合研究中心,研发的技术可以使1吨废弃塑料变成0.7吨的液体燃料,目前也正在向产业化方向不断推进。

绿色化学方面,他们与企业合作建立了绿色材料联合实验室,使涂料绿色化的同时具有高性能的特点。

二氧化碳转化利用方面,太阳能和风能是原地产生电能的,开发天然气的过程中有很多二氧化碳,如果能够原位利用可再生能源转化成燃料,也是利用风能重要的方式,目前也在和一些公司探讨进行合作。

另外,城市和农村每年有大量的餐厨垃圾,现在韩院士的研究团队与广州的企业合作,已建成万吨级生产线,将餐厨垃圾制成有机肥和饲料。传统的化肥工业每年消耗大量的能源,该项技术的推广可以节省大量的能源,同时可解决垃圾污染的问题,这也是生物质利用的重要领域。

韩院士指出:“生物质的利用是非常重要的,但还在起步阶段,只有30年左右的历史。将来如何去发展它?涉及的问题很多。现在的人们一直在利用惯性的思维:用生物质去制备化石资源产生的化学品,比如乙醇等材料,这样做有一定的道理,因为制成以后大家都知道它的用途。但是从长远考虑,因为生物质的结构和化石资源的结构差别很大,要想真正科学合理地利用它,必须充分考虑它自身的结构特性、它自身的产品体系、发展自身的生物质经济,这种生物质的综合利用非常重要。未来是多能互补、各种能源结构综合利用的时代,提高能源效率,对于减排和实现“双碳”目标是非常重要的,需要科学技术的重大进步、需要“产学研政”的共同合作,才能推动生物质经济的快速发展。”



图为技术

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