雷廷宙河南生物质能化产业要布局若干重大科技工程

文/本刊记者 翟媛媛

记者：雷院长，您好，很多专家都认为生物质能化产业经过多年的技术创新和产业化应用实践，已经迎来它的春天，您怎么认为？

雷廷宙：我国生物质能多样化利用经过已经取得较大进展，生物质发电、液体燃料、燃气、成型燃料等多种利用方式并举，技术不断进步，呈现出规模化发展的良好势头。说是春天的开启并不为过。尤其是河南，在生物质能领域是有天然优势的。

在生物质能发展“十三五”规划即将启动之际，我个人认为，河南需要大力打造四项科技示范工程，以确保产业进步与发展。具体来说是：生物质成型燃料技术示范工程、餐厨垃圾能源化技术示范工程、城市垃圾高温热解技术示范工程和秸秆间接液化制乙基燃料技术示范工程。

记者：听起来是四项不同领域和不同形态的生物质能解决方案。

雷廷宙：对，我们分开来一一介绍，首先说说生物质成型燃料技术示范工程。河南作为农业大省，生物质资源十分丰富，仅农业废弃物资源量就有8000多万吨，占全国1/10。每年全国农作物秸秆产量8亿多吨，可作燃料利用的有3～4亿吨，折合1.5亿～2亿吨标煤，相当于我国每年原煤产量的1/10。农业废弃物具有资源分散、能量密度低、容重小、储运不方便等缺点，严重地制约了其大规模应用。每年如果把河南省的2000万吨秸秆等农业废弃物用作成型燃料，收集成本按照每吨200元，则2000万吨可为当地农民增收40亿元。2000万吨的秸秆可替代标煤约1000万吨，减排二氧化碳2200万吨，减排二氧化硫20万吨。

通过生物质成型燃料技术，将各类分散、没有一定形状的农业废弃物原料压缩成形状固定、密度较大的成型燃料，节约运输和储存费用，改善燃烧状况，扩大应用范围。成型燃料是实现生物质规模化利用的重要技术支撑，是生物质进行能源转化的重要前提。成型燃料不仅可直接用于发电、工业锅炉、民用炊事采暖等用能设备替代煤炭燃烧利用，还可进一步转化为生物质燃气、液体燃料等能源产品，作为城市燃气和车用燃料使用，应用领域十分广泛。结合我省的农业废弃物资源优势和成型燃料技术优势，建立成型燃料重大工程项目，一方面解决农作物秸秆随意焚烧带来的污染，另一方面替代化石能源，起到节能减排的作用。

记者：这个数据还是很惊人的。我们都知道国家《可再生能源中长期发展规划》中要求2020年生物质成型燃料年利用量达到5000万吨，“十二五”期间生物质成型燃料利用量达到2000万吨。那么河南在生物质成型燃料方面都做了哪些具体工作？

雷廷宙：目前，根据河南省的农作物秸秆资源情况，我省科研单位已经全面系统地进行了农业废弃物的干燥、粉碎、成型特性和机理的研究。研发出多个具有国际先进水平的成熟高效、可独立使用的农业废弃物干燥、粉碎、成型及燃烧、气化等关键设备，完成了农业废弃物板式干燥机、粉碎机、平模成型机、环模颗粒成型机等成型成套设备的研制，设备技术指标先进，运行稳定可靠，具有广泛的物料适用性；完成了成型燃料炊事炉、分段燃烧炉、工业锅炉及炉窑等高效燃烧设备及MW级固定床气化炉的研发，设备能源转换效率高，污染排放小，应用领域广，为农业废弃物成型燃料的规模化应用及该行业产业链的建立奠定了良好基础。研究设计出包括农业废弃物干燥、粉碎、水分调整、输送、压缩成型、冷却干燥分离等在内的成型燃料一体化封闭的洁净生产系统；实现了物料的高效干燥、洁净粉碎、连续和低电耗成型，从而降低了全系统能耗、污染和成本费用，减少了操作工作量，改善了操作环境；采用控制理论和技术，根据原料种类、含水率和进料量等条件的变化，自动调整设备运行工况；通过对热源、干燥设备、粉碎设备、加水系统、成型设备等单元的自动控制，实现了物料和成型燃料的温度、湿度、流量、料位等参数的监测和成型系统的自动化控制，从而实现整套设备智能化运行；系统运行连续稳定，减少了人工操作，实现了清洁化生产，达到国际先进水平。建立了成型燃料生产厂原料收集最佳半径数学模型及原料最佳收集模式；以降低能耗、减少人工操作、降低粉尘等为目的，通过系统集成和优化设计，建立了集干燥、粉碎、水分调整、输送、压缩成型、冷却干燥分离等一套完整实用、密闭防尘的成型燃料生产成套设备及生产工艺流程，有效降低噪声及粉尘污染，实现了工业化清洁生产；以成型燃料生产工艺与装备要求指标、资源能源利用指标、成型燃料产品指标等为依据，进行了成型燃料清洁生产分析，建立了成型燃料清洁生产模式；以能源消耗和环境排放为目标，建立了成型燃料的生命周期能源消耗、环境排放分析模型，得出了客观、科学、全面的农业废弃物成型燃料全生命周期分析数据。目前我省的生物质成型燃料生产规模约年产50万吨，发展潜力巨大，我省的生物质成型燃料技术在国内处于领先地位，无论是资源还是技术，我省都具有很强的优势，因此，有必要加大对这方面的支持，开展成型燃料重大工程项目。

记者：看来我们在生物质成型技术方面还是很有基础的。再换个话题，近年来，地沟油的地下非法利益链逐渐浮出水面，媒体、社会公众加大了对餐厨垃圾的关注度，如何对餐厨垃圾的进行能源化、资源化处理，成为迫在眉睫的问题。特别是随着我国经济社会的快速发展和城镇化进程的加快，餐厨垃圾产生量持续上升。目前我国平均每1万人日产生1吨餐厨垃圾，仅我国城市每年产生的餐厨垃圾不低于6000万吨。您所说的餐厨垃圾能源化示范工程就是解决这些问题的吧？

雷廷宙：这是个综合解决方案。作为人口大省、粮食大省，我省近年来经济发展迅速，城镇人口不断增加，餐厨垃圾增加迅速，同时也面临着更为严峻的环境卫生、食品安全等问题。特别是餐厨垃圾中废弃油脂的含量在5%～20%之间，初步过滤后废弃油脂的含量在20%～80%之间，因此被非法人员会用来制作地沟油，并向餐饮业销售。因此，要结合国家“打击地沟油地下经济”和“扶持生物质能供应体系”的相应政策指导，将餐厨垃圾能源化、规模化地合理解决。

作为一种独特的垃圾，餐厨垃圾利用得不好会形成危害和污染，利用得好将会成为很好的资源，完全实现变废为宝。与城市生活垃圾相比，餐厨垃圾组成较简单，有毒有害物质含量少，主要以蛋白质、淀粉和动物脂肪类为主要成分，富含氮、磷、钾、钙以及各种微量元素，具有营养元素齐全、再利用价值高的特点，经适当处理后可作有机肥料或饲料原料等进行再利用。利用餐厨垃圾联合厌氧发酵处理工艺，首先可将餐厨垃圾中油脂进行分离，经净化提纯后可作为工业油脂使用；餐厨垃圾中的固体部分在进行厌氧发酵无害化处理以后，可产生沼气用于发电、燃烧照明以及给汽车作为动力等，发酵残渣则可以制成肥料用于农林业，从而最大程度实现餐厨垃圾资源化利用的目的。

记者：这也算变废为宝，创造双赢了，技术方面有没有难点？

雷廷宙：目前，我省的科研单位和相关企业已经初步掌握了餐厨垃圾能源化处理的技术，已建立了餐厨垃圾能源化项目。餐厨垃圾能源化处理系统包括了收运系统、前分选系统、厌氧发酵系统、沼气净化发电系统、油脂分离回收系统、废气处理系统以及电气及自动化控制等九部分组成。其中前分选系统主要由原料储仓、一级进料螺旋、金属分选机、破碎风选机、固液分离设备和均浆设备等部分组成，厌氧发酵系统主要由生物发酵设备、水解酸化调节罐、厌氧发酵罐等设备组成，沼气净化发电系统主要由沼气净化和沼气发电两部分组成等。此外，在污染物控制方面，污水进入污水处理系统进行处理，臭气等污染物则进入臭气处理系统等，完成系统污染达标排放。

通过生物柴油技术，沼气发酵技术等，将餐厨垃圾转化为生物柴油、沼气、肥料和沼液等产品，结合我省资源优势，以郑州、洛阳、开封等城市为中心，建立餐厨垃圾能源化、规模化利用和示范基地，然后以点带面，将技术路线、示范项目和运行模式逐步推广全省乃至全国，解决餐厨垃圾的环境和安全问题，促进生物质能产业和节能减排的快速发展。

记者：除了餐厨垃圾之外还有城市垃圾也很让人头疼。我国目前正处于工业化、城镇化高速发展期，然而快速的经济发展也带来了日益增大的能源缺口和严峻的环境问题。人们不仅对自然资源开发和利用的规模和强度上不断扩大，消耗资源速度也在大大加快。一方面给社会带来了文明，提高了人们生活质量，另一方面也意味着加速了垃圾的增长，垃圾就是环境污染的重要原因之一。如果放任自流。疏于管理和处理，那它就会造成公害，破坏生态环境，危及到人们的健康。

雷廷宙：你说的这个就是我们马上要说的第三个工程——城市垃圾高温热解技术示范工程。这是利用城市垃圾的高温热解工艺技术及设备，实现城市垃圾的集中处理，同时，利用热解产生的高热值燃气，建立内燃机发电及余热蒸汽供应系统，实现城市垃圾的无害化处理和能源化高效利用。建设一个年处理城市垃圾处理10000吨的示范工程，每年生产的能源可替代标煤1500吨，实现二氧化碳减排3300吨，实现新增劳动就业30-50人。

目前，我省科研团队初步开发出完整的垃圾热解处理系统，具有气化系统稳定，对各类城市垃圾适应性强的特点。系统控制系统完善，有效控制炉温，保证了燃气质量和灰质量，杜绝炉内结焦，实现连续稳定运行；净化系统采用间接式降温、电捕焦等方法替代水洗方式除尘，无焦油污水排放，利用换热器替代水洗降温，不会造成二次污染，同时可回收部分余热；气化过程空气消耗量低，燃气的热值可以稳定达到5MJ/m3，气化效率达到70%。

记者：有数据说，中国城市人均年产垃圾约440千克；全国主要城市年产生活垃圾1.6亿吨，足可以使一个100万人口的城市被覆盖1米；同时，城市生活垃圾还在以年增长率8%～10%以上的速度增长。中国城市生活垃圾的处理率只有58.2%，无害化处理率更是仅为35.7%，远低于世界许多国家的水平。

雷廷宙：垃圾发电具有巨大的环境效益。随着城市规模的不断扩大，城市生活垃圾也在不断地增长，大量的垃圾堆放，不仅影响市容整洁，而且污染环境。垃圾的简单填埋虽然投资少，简单方便，但这种方法不能使垃圾的体积减小，需要占用大量土地资源。而将垃圾热解汽化后进行发电，可解决垃圾填埋造成的土地浪费和焚烧过程造成的污染，实现垃圾的无害化处理，达到环保要求有实现废弃资源发电代替一次能源的问题，项目示范市场前景广阔。垃圾发电是一项利国利民的环保产业，我国政府也在政策以及法律上为环保产业营造了良好的投资环境，再加上国际环境的推动，为垃圾发电产业创造了有利的发展条件。垃圾发电不同于其他的发电形式，其重点在于环境保护而不是发电，因此，并不能单纯地追求发电量，垃圾发电厂的建设也要根据城市的发展状况而定。垃圾发电的优势在于其所创造的综合效益，垃圾减量处理和转换为能源是其突出优点。虽然现在垃圾发电还存在着不少问题，在焚烧锅炉的设计以及排放废气的处理等方面还有待提高与改善，但是随着人们环保意识的不断增强，垃圾发电必将成为环保产业的一支生力军。

记者：2013年以来，我国北方多个城市频繁出现雾霾天气，严重的空气污染给我国“高污染、高能耗、高排放”的工业发展模式敲响了警钟。同时，随着国家能源政策的调整，“煤改气”工程不断实施，导致天然气需求量激增，供需缺口随之扩大。据测算，2015年至2017年，我国天然气消费量将达3000亿立方米，对外依存度将超过50%。那么是否有一种燃料可以来替代天然气，减少公众对其的依赖？

雷廷宙：利用秸秆解耦气化制合成气的技术和工艺，建立新型秸秆气化制备合成气工艺技术，提高秸秆原料碳转化率；集成创新秸秆气化制合成气-乙基燃料合成-产物分离一体化新工艺，提高乙基醇类合成过程中的能量效率和资源利用率，降低生物质基液态燃料的生产成本，建设秸秆间接液化制乙基燃料的示范工程，可实现秸秆资源的液体燃料高效转化。

记者：早在我国生物质工程兴起之初，就有人测算，充分利用生活垃圾与有机废弃物，每年可产生1000亿立方米的生物天然气，相当于2010年全国天然气消费量；利用好每年约6.9亿吨的可收集秸秆资源量，亦可产生相当于6座三峡发电站的生物质电厂。

雷廷宙：目前生物质能的发展虽然还达不到那么大的体量，但凭现在的技术水平，预期生产1吨乙基燃料需要5吨农林固体废弃物，在原料200元/吨的条件下，合成乙基燃料生产成本低于6000元/吨，形成生物质间接液化制乙基燃料示范平台。按每吨秸秆收购价200元计算，一个年产3000吨级的乙基燃料企业每年可为当地农民增加收入300万元，至少可提供30个就业岗位，每年可节约标煤6000吨，减排二氧化碳1.32万吨。

当前，我省联合国内优势企业，已经在秸秆定向气化、高性能催化剂的开发、合成醇技术等方面有较大的创新，采用气流床气化制备合成气，通过运行控制系统调节气化过程参数，实现定向气化控制燃气组分，满足合成需求。合成气不含焦油、原料碳转化率高、有效组分(H2+CO)含量高；开发出了高活性、长寿命的金属催化剂，以便自由控制生物质气体中H2和CO的比例，保证合成气质量；利用分子筛涂层技术修饰研发的Fe/CuZn催化剂，提高催化剂的反应寿命，增加乙醇的选择性；采取甲醇气回流合成反应器技术，提高C2+醇含量。液态能源的稳定供应已经成为国家和地区进一步发展的先决条件，需要尽快实现能源供应的多样化，它的解决，也有助于社会均衡发展。通过示范项目的建立，实现秸秆制液态燃料的高效转化，为建立多元化的液态能源供应路线提供创新技术，保障生物质能源新兴产业的发展，以充分利用我省现有的农作物秸秆资源，从而缓解我国能源紧张局面，减轻对传统化石能源的依赖，有效降低交通运输业中的二氧化碳排放量，对优化能源结构具有十分重要的战略意义。

编后：早在几年前就有人预测，到2050年，人类所使用能源中，将有50%是来自生物质能源。我国生物质能源潜力巨大，“十一五”已完成实验研究，“十二五”逐步应用，至“十三五”期间，我国生物质能源将大面积推广。对于未来生物质能的推广项目和范围，我们希望正如雷教授所说的那样切实解决我们的现实问题，为经济和社会的发展腾飞助力！