近日,中国能源学会专家委副主任委员、南京林业大学教授周建斌收到来自俄罗斯自然科学院O. L. Kuznetsov院长发来的贺信,祝贺他当选为俄罗斯自然科学院外籍院士。
1985年,周建斌读本科时候学的就是木材热解与木炭、活性炭专业,30多年间,他的研究领域已拓宽到整个生物质能领域。生物质能也一从当年的“冷门学科”发展成如今助力碳达峰、碳中和目标实现的重点发力行业之一。
周建斌教授最为业内熟知的,是他从2002年开始主持开发的生物质气化发电多联产技术。这项技术在2018年获评国家林业和草原局首届科技成果发布会的五大成果之一,并获得了2018年梁希林业科技进步一等奖、江苏省科技进步一等奖、2021年项目技术获由科技部主办的首届全国颠覆性技术创新大赛总决赛优秀奖等多项荣誉。
我国生物质能发展现状和市场前景如何?生物质气化发电多联产技术的成功点在哪里?是怎样的信念支撑周建斌教授在生物质领域一步步走到今天?带着这些问题,《中国能源报》近日对周建斌教授进行了专访。
能:目前全球范围内发展生物质能比较成功的国家有哪些?我国目前处于哪个发展阶段?
周:目前,全球范围内发展生物质能比较成功的国家主要有位于欧洲地区的芬兰、瑞典、英国等。例如英国Drax电厂一期3台660兆瓦燃煤机组建于1970年代,1980年代扩建二期3台660兆瓦燃煤机组,是英国以及西欧最大的碳排放项目。Drax电厂于2005年开始在1号机进行33兆瓦(660兆瓦×5%)的生物质直接耦合改造,后续陆续进行了10%、40%、100%的改造,最终在2018年完成了4台660兆瓦机组100%生物质燃料转换改造,成为一个生物质发电项目。2021年,Drax电厂生物质发电量再创新高,达到148亿千瓦时,同比增长了4.96%,相当于近百个小型生物质发电厂的电量。2021年,该电厂碳排放量相比2012年降低了95%,接近零排放。
而总体来看,我国的生物质发电发展举步维艰。在运行的生物质直燃电厂或者热电厂,如果没有国家补贴,几乎全行业亏损。以凯迪生态环境科技股份有限公司为例,该公司以直接燃烧生物质发电或者热电联产为主,近几年经营陷入困境,已于2021年进入破产重整程序。
能:在您看来,发展农林生物质对于我国提出的碳中和目标意味着什么?
周:发展农林生物质发电联产炭、肥、热技术,对推动我国实现碳中可以发挥不可替代的作用。我认为,推广使用生物质气化多联产技术更可以助力我国提前3—5年实现碳中和目标。
能:如果能将碳中和目标提前3—5年实现,将是很了不起的贡献!请您具体介绍一下生物质气化发电多联产技术。
周:生物质气化发电多联产技术就是以农林加工剩余物的生物质为原料,采用我们自主研发且为世界首创的专利技术——生物质气化多联产技术与装置,在不需要外加能源,也不需要添加任何化学药品、助剂、添加剂、催化剂的条件下,同时生产气、固、液三相产物并分别进行高值化利用。产出的生物质可燃气,可替代煤炭或天然气供锅炉燃烧供热或蒸汽带动汽轮机发电或与燃煤耦合发电;产出的生物质炭,根据原料不同,木竹及果壳类用于活性炭、工业用炭、机制烧烤炭行业,秸秆类用于生产炭基肥料、炭基土壤改良剂、炭基栽培基质等;产生的生物质提取液,可以用于复配生物基液体肥以及叶面肥;系统中余热可用于余热锅炉工业供热、大棚供热、城镇供暖或生产中的烘干工艺(如原料、肥料的干燥)等。
一是非常环保。该技术在不需要外加能源,也不需要添加任何化学药品、添加剂、催化剂的条件下同时生产可燃气、生物质炭、生物质液三相产物,并可分别进行高值化利用,完全符合绿色、可持续发展的要求。
二是经济效益和环境效益好。生物质炭或者生物质肥经济价值高,可以满足原料及运行费用,生物质发电或者供热实现零成本;由于生物质中的碳、氮、硫等污染性元素大部分保留或者固定在生物质炭和生物质液中,没有像生物质直接燃烧一样排放到大气中,所以是更环保的技术。
三是减碳效果非常明显,可助力碳中和目标早日实现。地球上每年生物能总量达1600亿—1800亿吨/年,相当于世界总能耗的5倍,发展潜力十分巨大。以我国为例,我国有18亿亩耕地,年产秸秆10亿吨左右、48亿亩林地(不包括城市、道路、小区绿化)、60亿亩草地(林草百亿吨),如果把林业当作农业来做,每年可再生的量达百亿吨以上。采用生物质气化发电多联产技术,将100亿吨用于气化多联产技术与产业,可发电约8万亿千瓦时(约等于目前我国全年用电量),减排二氧化碳约80亿吨,同时生产生物质炭20亿吨,固定二氧化碳约60亿吨,总减排二氧化碳约140亿吨,相当于我国全年二氧化碳排放总量。这对我国甚至世界清洁能源、节能减排、绿色发展都具有重要意义。
生物质炭具有发达的孔隙结构、蛋较大的比表面积、特异的表面官能团,可同时将土壤中紧缺的氮、磷、钾、铜、铁、钼等元素返回到土壤中。炭基肥有利于提高农作物的产量和品质,减少化肥用量30%以上,生物质炭基肥和液体肥的使用实现了传统化肥和农药的减量,如将10%—30%的生物质炭和生物液添加到肥料中,按照我国每年肥料用量7000万吨计,每年可减少肥料用量1400万吨,将大力促进农业的绿色、循环及可持续发展。
周:一是颠覆创新了世界传统生物质气化(能源)的技术(100多年)。传统的生物质气化技术存在废渣和废水污染,而生物质气化发电多联产技术不仅有生物质能源(可燃气),还能同时生产生物质炭、肥料,且生产过程中不额外产生废渣和废水。
二是颠覆创新了世界传统活性炭生产的技术(100多年)。传统活性炭生产1吨需要烧煤2吨,而生物质气化发电多联产技术不仅不需外加能源,在生产活性炭过程中还同时发电、供热、产肥料。
三是颠覆创新了世界烧炭技术(3000多年)。传统烧炭产生烟雾,污染环境、效率低、劳动强度大,生物质气化发电多联产技术在生产炭的同时还可以发电、生产肥料,且没有污染环境的烟气产生。
四是创新了肥料历史。使用炭基肥料和提取液肥料,可以直接减少10%—30%的肥料用量,并且具有一定的药效,同时还可修复退化、板结、酸化、污染的土壤。
能:这项技术在皖、冀、苏、赣、湘、浙、滇等省及国外都得到了利用,您认为推动产业化成功的主要原因有哪些?
周:我认为推动产业化成功的主要原因有三点:一是这项技术本身创造的经济效益和环境效益非常好。这也是上述我提过的这项技术的优势之一。二是这项技术成熟、设备可靠、自动化程度高。技术的适配场景十分广泛,在原有的活性炭厂、木材加工企业、大米加工企业和需要燃煤锅炉用热的企业都可以使用。三是地方政策的驱动。各地方的淘汰燃煤锅炉、减少煤炭使用量的要求和减排二氧化碳的需求迫使各地使用生物质能源。
能:目前企业投资发展生物质能的积极性如何?您认为未来我国的生物质能可以达到怎样的市场规模?
周:目前,企业投资发展生物质能的积极性比较高,但是我们国内缺少统一认识,比如有的部门和专家把农林生物质作为高污染燃料,使项目落地遇到困难。此外,当前的生物质能发展主要以个体企业、小企业投资为主,缺乏像光伏和风能这样的国企、央企、上市公司投资。我认为,未来我国的生物质能可以替代化石能源煤炭,市场潜力非常大。
能:潜力如此巨大,您认为生物质能是否已经迎来爆发期?
周:理论上,生物质能已经迎来爆发期,但是现在国内外生物质能技术鱼龙混杂,大部分停留在研究和发表文章,真正能够产业化并且有经济效益和环境效益的技术项目不多。
能:您从1985年本科入学到现在,可以说,您是同这个行业一起成长、发展的。对此,您有什么感想吗?
周:做一件事情,要先产生兴趣,再持之以恒,才能真正了解和掌握其中的科学道理。实际上,在2000年前,生物质能源、生物质炭只有少数几个林业大学有相应的学科和专业。因为行业比较小、企业多数在比较偏远的地方,加上生物质能源、生物质炭无论是实验和工程,都是比较辛苦的,所以一直属于冷门专业,大专院校的师资仅有少数十几个。
我大学本科学的就是木材热解与活性炭专业,留校后也一直做生物质热解与炭材料的教学、研究与产业化工作。2000年左右,我国出现焚烧秸秆现象。我从2001年开始做秸秆炭化,因为我知道秸秆灰分含量高,用秸秆炭做不了活性炭、工业用炭,甚至烧烤炭也没有市场,所以就把秸秆炭往肥料方面去研究,2002年做了秸秆炭的元素分析和秸秆炭对肥料的缓释效果研究,2004年又申请了秸秆炭和秸秆醋液肥料的国家专利,2006年还进行了成果鉴定。
自从2006年《Nature》杂志发表了生物质炭在肥料、能源、环境、土壤等方面的文章后,国内几乎所有农业大学、农科院都更加重视这方面的研究,一大批研究人员参与到生物质炭的研究,特别是生物质炭基肥料的研究与应用中。
我认为农林生物质能源和生物质炭的研究与应用,是利国利民、利环境、利投资者的大好事。所以30多年来,我始终觉得付出非常值得。
浏览:次
收藏