在熱映國產(chǎn)科幻電影《流浪地球》中，陷入絕境的人類最后依靠燃燒氫氣“拯救地球”，而事實上氫能的利用早已走進日常生活中。如果說氫能太虛無縹緲，那么我們?nèi)粘Ｉ钪械奈鞴掀ず宛B(yǎng)殖場里的豬糞則是最實實在在、隨處可見的能源供給物，并且它們都擁有共同的特點：潔凈。在工商業(yè)發(fā)達的珠三角地區(qū)，節(jié)能減排、降低能耗是低碳發(fā)展的必由之路。作為清潔能源的生物質(zhì)能正逐漸走進廣東的工業(yè)生產(chǎn)和日常生活領域。生物質(zhì)能未來的技術(shù)革新將有望為廣東的發(fā)展提供新型“燃料”。
科普一下：什么是生物質(zhì)能？
生物質(zhì)能幾乎無處不在，卻又不為人熟知，目前在全世界的能源體系當中占比相當?shù)?，這也意味著，發(fā)展生物質(zhì)能有巨大的提升空間。植物通過光合作用把太陽能富集并以生物質(zhì)（淀粉、纖維素、糖等）作為媒介儲存起來，以此為基礎轉(zhuǎn)化出來的能源就稱之為生物質(zhì)能。
目前常見的生物質(zhì)能主要分為氣體、液體和固體三種，如沼氣、生物燃料乙醇和生物柴油以及顆粒燃料等其實就是在利用生物質(zhì)能。同時，生物質(zhì)能對環(huán)境相當友好，能源的原材料主要是農(nóng)林業(yè)廢棄物（植物、動物糞便等），可以有效實現(xiàn)廢物資源化；而且產(chǎn)品清潔、可再生，可降低二氧化碳排放，是一種相當理想的可再生清潔能源。
熱解：比燃燒更高效更環(huán)保
在廣州，有一條路以“能源”命名，中國科學院廣州能源研究所就坐落在這條路上。據(jù)悉，中國科學院廣州能源研究所（以下簡稱“研究所”）定位是新能源與可再生能源領域的研究與開發(fā)利用，主要從事清潔能源工程科學領域的高技術(shù)研究，并以后續(xù)能源中的新能源與可再生能源為主要研究方向。
進入研究所，首先映入眼簾的是生物質(zhì)能源大樓，這里將轉(zhuǎn)化出大量的科研成果，服務于能源革命。
“生物質(zhì)能必須大力發(fā)展。”研究所的研究員、副主任袁浩然談及生物質(zhì)能時說，“因為這不僅關(guān)系到能源的問題，同時關(guān)系到生態(tài)環(huán)境的問題。”袁浩然主攻的方向是有機固體廢棄物清潔利用，通俗地理解就是處理日常生活生產(chǎn)中產(chǎn)生的市政污泥以及生活垃圾，這些廢棄物的處理目前主要采取填埋和焚燒兩種方式。對于日益重要的土地資源來說，填埋并不符合長遠發(fā)展的需求，更是對資源的浪費。
袁浩然說：“在我們看來，這些廢棄物都是可以加以利用的資源。”這與他辦公室墻上掛著的中國科學院原院長路甬祥的題字“變廢為寶”的理念不謀而合。
普通的焚燒處理，存在先天的不足。袁浩然說，以垃圾焚燒為例，現(xiàn)在焚燒生活垃圾以全量焚燒為主，即把所有垃圾混在一起焚燒。常見的垃圾有西瓜皮、塑料袋，兩者燃燒速度并不相同。如果焚燒爐設置的參數(shù)以西瓜皮的燃燒速度為準，則焚燒需時很長，塑料袋早就燒完了，西瓜皮的焚燒卻還未結(jié)束，效率較低；如果以塑料袋的燃燒速度為準，則塑料袋燒完了，西瓜皮卻還沒燒完，導致焚燒不完全。垃圾分類全鏈條執(zhí)行的重要性由此突顯出來，更重要的是研發(fā)能解決這些問題的新技術(shù)。
鑒于目前處理廢棄物技術(shù)的不足，袁浩然帶領的團隊設法研發(fā)出更高效、更清潔的處理手段——城鎮(zhèn)及工業(yè)有機固廢高效熱解技術(shù)及大型化裝備。該項目去年年底入選2018年國家重點研發(fā)計劃“固廢資源化”重點專項。袁浩然是項目負責人，而團隊首席科學家為中國工程院院士陳勇，他也是袁浩然的老師。“到目前為止，他是我國唯一一位因為研究廢棄物而當上院士的科學家。”據(jù)了解，該項目最核心的目標是要提高熱解廢棄物的處理量，并且有效降低熱解燃燒過程中的二次污染。
熱解跟燃燒不同，熱解過程沒有明火，而是把可燃物經(jīng)高溫裂解成小分子，如烷烴類等物質(zhì)。經(jīng)熱解后再燃燒這些小分子，可有效降低二?英、氮氧化物等污染物。目前袁浩然的團隊已與企業(yè)合作，在汕頭澄海建設一個大型的高效熱解有機固廢裝置，裝置在今年7月份可投入使用，預計每次使用處理上限可達60噸。“該項目也是今年廣東‘揚帆計劃’的一個主要內(nèi)容。”袁浩然說，高效熱解有機固廢裝置在運作時，最直觀的效果便是廢棄物經(jīng)熱解處理后，在尾氣排放管出口基本看不到有色污染氣體排出。
那么經(jīng)過這套裝置處理后，可以產(chǎn)出什么？首先，處理后剩下的殘渣碳是一種非常理想的土壤修復劑，可有效提高土壤的有機物含量；同時，殘渣碳還是一種有效的吸附劑，可吸附土壤中的重金屬，有效降低農(nóng)作物的重金屬含量，可應用到農(nóng)田和礦山的修復。此外，熱解燃燒生成的熱量可用于發(fā)電和供熱，與傳統(tǒng)焚燒發(fā)電相比，熱解燃燒的發(fā)電效率更高。
“產(chǎn)氫不見氫”：豬糞也能成為“新能源”
“這個實驗室里的儀器價值600萬元。”謝君在向廣州日報全媒體記者展示的時候自豪地說，而這僅僅是廣東省高校生物質(zhì)能源重點實驗室的其中一個子實驗室。謝君是整個實驗室的主任，同時是華南農(nóng)業(yè)大學的生物化學教授。該實驗室剛遷到新址，裝修工作正如火如荼地進行。與之相反，另外幾個子實驗室里的機器正有條不紊地安靜工作。未來這里的科研成果將為廣東發(fā)展生物質(zhì)能提供堅實的基礎。
生物質(zhì)能受到重視的同時，也面臨著許多現(xiàn)實問題：生物質(zhì)原料的能量密度比較小，而且原料比較分散導致收集、儲藏、運輸存在一定困難；其次是目前某些技術(shù)環(huán)節(jié)成本依然較高，如纖維素乙醇的酶解過程就耗費不小。這兩方面的因素導致了生物質(zhì)能產(chǎn)品效益未能盡如人意。但謝君認為，只要努力突破技術(shù)難關(guān)降低成本，生物質(zhì)能的發(fā)展前景依然相當樂觀。“我們一定要保持耐心，科學家們也要努力突破。”謝君說。
豬糞也可以成為新能源
“這里面是豬糞。”謝君指著一套正在運作的儀器說，眼前所見，玻璃器皿里放著黑褐色的物質(zhì)，那便是豬糞等的混合物，通過技術(shù)轉(zhuǎn)化便可制取沼氣，這套儀器所在的正是廣東省高校生物質(zhì)能源重點實驗室（下稱“實驗室”）。實驗室主要聚焦能源植物資源與利用和有機固廢資源化綜合利用，而謝君帶領的團隊正著手攻克一個重要的課題：將沼氣全組分轉(zhuǎn)化成甲醇，從而推動甲醇的后續(xù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
由謝君主持，中國科學院廣州能源研究所、中石化集團新星公司、廣東溫氏集團和廣東合即得能源科技有限公司聯(lián)合承擔的“2017~2019年廣東省應用科技研發(fā)重大專項計劃（2017B020238005）：有機固廢資源化與高值利用技術(shù)裝備研究及應用示范”，主要任務之一便是研制“沼氣全組分轉(zhuǎn)化甲醇成套裝置”。據(jù)謝君介紹，目前畜禽養(yǎng)殖廢棄物、農(nóng)林廢棄物、餐廚垃圾、城市污水污泥等厭氧處理產(chǎn)生大量的沼氣以及石油伴生氣難以利用，將其轉(zhuǎn)化為甲醇是有效的利用方式。城市生產(chǎn)活動所產(chǎn)生的有機固廢經(jīng)過轉(zhuǎn)化可得到沼氣、沼液和沼渣，后兩者可用作生物肥料，而沼氣經(jīng)過脫硫處理后，利用沼氣全組分轉(zhuǎn)化甲醇技術(shù)則可將沼氣全部轉(zhuǎn)化為甲醇，甲醇可與水在一定條件下發(fā)生化學反應生成氫氣。
氫氣熱值高、無污染，與氧氣燃燒只生成水，被認為是最理想的清潔能源，熱映中的國產(chǎn)科幻電影《流浪地球》中人類正是通過燃燒氫氣“絕地求生”。然而運輸及儲存的成本和技術(shù)一直是制約其廣泛使用的難題。通過謝君團隊的技術(shù)，則可大量生產(chǎn)甲醇，從而把運輸儲存氫氣轉(zhuǎn)變?yōu)檫\輸儲存甲醇，由于后者所需的技術(shù)簡單且成本低，這樣便可大大提高氫氣的使用效益。
據(jù)悉，目前行業(yè)內(nèi)正加緊研發(fā)水氫高氫機，把甲醇儲存在內(nèi)即可隨時制取高純度氫氣，而且氫氣即產(chǎn)即用，可達到產(chǎn)氫不見氫的水平。這些技術(shù)一旦突破成功、鋪開使用，以甲醇為基礎的生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)鏈條將被拓寬，氫能的發(fā)展將因此而被推動，未來廣東地區(qū)的清潔能源體系也將得到巨大補充，從而加緊發(fā)展具有鮮明地域特色的生物質(zhì)能。
專家觀點
發(fā)揮廣東制糖的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢
助力生物燃料乙醇的發(fā)展
2018年8月22日，國務院總理李克強主持召開國務院常務會議，要求大力發(fā)展纖維素燃料乙醇等先進液體燃料，確定了生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)總體布局。廣東是經(jīng)濟大省，也是能源消耗大省，近20年汽柴油累計消費位居全國第一位。與此同時，廣東面臨傳統(tǒng)油氣資源短缺的問題。然而，目前廣東在生物燃料乙醇方面的運用仍處于空白。
廣東省高校生物質(zhì)能源重點實驗室主任、華南農(nóng)業(yè)大學生物化學教授謝君說，甘蔗制糖是廣東的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，且多具乙醇產(chǎn)能。蔗渣和糖蜜是制糖的副產(chǎn)物，由于含糖高、數(shù)量大、易收集儲運，是大規(guī)模生產(chǎn)生物燃料乙醇優(yōu)良的纖維素和糖質(zhì)的原料。薯蕷皂素是現(xiàn)代醫(yī)藥工業(yè)重要的原料藥，其價值高，產(chǎn)品經(jīng)濟效益突出；菊葉薯蕷是薯蕷皂素最重要的原料，原產(chǎn)于墨西哥，它與燃料乙醇最具經(jīng)濟性的原料木薯相比，產(chǎn)量約是其2~3倍，淀粉含量相當高；與我國皂素的主栽品種盾葉薯蕷相比，產(chǎn)量、皂素和淀粉含量都是其2~3倍。因此，與木薯、盾葉薯蕷相比，菊葉薯蕷是更理想的乙醇和皂素原料。
他進一步解釋說，如果將廣東蔗渣、糖蜜原料的可持續(xù)供應性和菊葉薯蕷產(chǎn)品生產(chǎn)的經(jīng)濟性相結(jié)合，可形成“蔗渣—糖蜜—薯蕷渣”的乙醇混合原料組合，建立生物燃料乙醇原料常年互補均衡供給體系；可開發(fā)乙醇聯(lián)產(chǎn)高值產(chǎn)品薯蕷皂素及廢液渣安全處置和綜合利用技術(shù)，有效提高產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟效益。“這樣做既可克服燃料乙醇原料供給不可持續(xù)和經(jīng)濟效益差等短板，又可解決薯蕷皂素生產(chǎn)的資源短缺等問題。”謝君說，該技術(shù)體系是廣東發(fā)展生物燃料乙醇最現(xiàn)實的選擇，也必將推動我國薯蕷皂素產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。
在謝君看來，發(fā)揮廣東制糖的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，選擇其副產(chǎn)物蔗渣、糖蜜為原料，再結(jié)合新型熱帶能源與藥用植物——菊葉薯蕷產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，利用其薯蕷渣副產(chǎn)物，形成華南特色的“蔗渣—糖蜜—薯蕷渣”生物質(zhì)資源組合，可有效整合制糖企業(yè)的乙醇產(chǎn)能，助力廣東生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與鄉(xiāng)村振興政策的實施。
