创新生物质高值化利用途径

肖睿

实现碳达峰碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，既要在能源消费端持续做“减法”，又要在能源供给端做“加法”。2023年国务院政府工作报告就“推动发展方式绿色转型”提出，推进能源清洁高效利用和技术研发，加快建设新型能源体系，提升可再生能源占比。作为唯一含碳可再生资源的生物质能，可实现对化石能源的燃料和原料的“双替代”。因此，拥有零碳排基因的生物质能被公认为最符合未来新型能源体系建设要求的可再生能源。国家《“十四五”生物经济发展规划》提出，顺应“追求产能产效”转向“坚持生态优先”的新趋势，发展面向绿色低碳的生物质替代应用；国家《“十四五”可再生能源发展规划》提出“稳步推进生物质能多元化开发”。推动生物质能朝着规模化、专业化、产业化、多元化的方向发展，必将为能源结构转型和碳达峰、碳中和目标的实现提供有力支撑。

支撑江苏率先“碳达峰”的重要突破口

江苏既是能源消耗和碳排放大省，也是全国碳减排的重点区域，要实现在全国碳达峰之前率先达峰这一目标，必须在能源结构层面深度变革。

寻找新增长点，提升可再生能源占比。根据国家《2030年前碳达峰行动方案》，为实现“到2030年，非化石能源消费比重达到25%左右”，江苏可再生能源发展正进入加速提升期。全省非化石能源消费占比从2018年的不足10%持续增长至2022年的14%；可再生能源装机容量达5325万千瓦，约占总装机容量的33%；风电装机容量占总装机容量的13.95%，太阳能发电占15.53%；2022年新能源发电量901.55亿千瓦时，占全省发电总量的15.15%。但光、风等新能源快速发展的同时，制约因素也逐渐显露。如集中式光伏发电和陆上风电的发展受土地资源红线、电网消纳约束日益趋紧，项目找地难、落地难、推进难等情况仍较为普遍。截至2022年，全国可再生能源装机容量达12.13亿千瓦，占全国发电总装机的47.3%，高出江苏近15个百分点。

构建适合省情的新型能源结构。立足江苏环境承载能力弱、能源消费基数高的省情，善于“变废为宝”的生物质能，正成为我省在可再生能源替代和能源转型升级方面的突破口。依据是否能大规模代替常规化石能源来划分，生物质能一般分为传统生物质能和现代生物质能两种，前者主要源自包括薪柴、秸秆、稻草、稻壳及其他农业生产产生的废弃物和畜禽粪便等，后者主要包括垃圾焚烧发电、生物沼气、燃料乙醇、生物柴油、微藻制油等。我省农业发达，生物质资源储量丰富，碳减排潜力大。据不完全统计，全省年产秸秆量4000余万吨，禽畜粪便近7000万吨，生活垃圾2000余万吨，折合标煤量约5000余万吨。大力发展生物质能源化和高值化利用，优先拓宽本地可再生能源发展空间，是构建适合省情的新型能源结构、实现率先“碳达峰”目标的重要突破口。

制约生物质能规模化发展的多重因素

通过建设城市生活垃圾焚烧发电、农林生物质直燃发电、沼气发电等，江苏已实现生物质发电并网装机约308.3万千瓦，排名全国第三。但由于多重因素，相较风电、光伏，生物质能在全省可再生能源中占比明显偏低。2022年全省可再生能源发电量904.25亿千瓦时，其中，风电发电量512.83亿千瓦时，光伏发电量254.94亿千瓦时，生物质发电量135.72亿千瓦时，只占15%。

市场主体规模偏小，现代化收储运体系有待建立。我省生物质资源分布呈现由北向南逐级递减的阶梯型分布，各类生物质资源主要分布在苏中苏北广大农村地区，其收集利用存在资源分散、季节性强等特点，面临着收储难度大、成本高、技术水平有限，以及生物质原料质量轻、体积大、长距离运输受限等困难。农业生产家庭化，使得生物质利用以小农户自用为主，收、运、储难以形成闭环，扶持政策不到位，大量秸秆露天燃烧，畜禽粪便就地遗弃，污染环境。以秸秆为例，市场化主体利用量仅占离田总量的约16.4%。市场化生产主体的规模偏小，进一步限制了生物质能的规模化利用，相关工程项目运行成本过高，大型工业企业关注度低，产业发展缓慢，难以形成规模效益。

原料成本高，產品价值低，市场竞争力有待提升。对于技术成熟度较高的生物质热电联产、生物乙醇、生物燃气和生物柴油等转化利用技术，制约其发展的根本问题在于高昂的转化成本和低廉的产品价值之间的矛盾。生物质原料能量密度低、氧含量高的天然属性导致其利用过程中能量转化率低、氧利用途径复杂低效，最终表现为转化成本高、产品品质低等问题。高企的生物质原料收储运及预处理成本进一步拉低工艺技术经济性。目前秸秆离田收储成本介于200—300元/吨，部分地区甚至超过了300元/吨，仅原料成本即占据生产总成本的40%—60%，严重挤压了生物质利用企业的利润空间，若离开国家政策补贴难以与化石产品进行市场化竞争。

技术创新能力不足，开发利用水平受限。研究开发能力弱、技术创新不足、开发利用水平受限是当前制约我国生物质能产业发展的又一瓶颈问题。相比于风能和光伏利用技术，我国的生物质能的开发利用起步晚、国家投入少、产业基础薄弱，大部分生物质能开发利用技术尚处于试验示范阶段，运行经验匮乏，部分关键技术难题至今未能得到突破，这不仅是我省的主要问题，也是全国范围内普遍存在的困难。此外，生物质能技术研发机构分散、专业人才匮乏、原始创新少，技术研究、产业应用以科研力量较为薄弱的中小型企业为主，简单技术改造及组装生产能力尚可，重大技术攻关能力不足，对国外技术和进口设备依赖严重，难以达到大规模产业化应用要求，严重制约生物质能开发利用水平的进步。

释放生物质降碳减排的“潜能”

江苏“双碳”目标时间紧、任务重，大力发展生物质能源，构建适合江苏省情的新型能源结构，就必须坚持改革创新科技研发和产业化应用体制，制定近、中、远期发展规划，将生物质降碳减排的“潜力”真正转化为“能力”。

积极推动秸秆离田利用，建立现代化收储运体系。加大秸秆打包技术装备攻关，制定秸秆打捆技术标准，开展秸秆打包离田技术培训，因地制宜科学开展秸秆打包离田作业，提高秸秆打包离田效率、降低原料收集成本。建立政府引导、市场经营、农民参与的专业化、一体化收储运产业体系，推动秸秆收储运体系纳入农业配套基础设施建设规划，鼓励生物质资源就地消纳就近利用。

依托重大科研载体，创新高值化利用技术。充分利用江苏科教优势，依托重大科研载体，整合省内资源，集智攻关重大技术难题。立足生物质资源特性，合理设定近、中、远期科技攻关目标，近期力量集中于生物质发电、掺烧等能源化利用技术及装备国产化攻关，中期目标关注生物质制绿氢、生物航空燃油、生物质基储氢液体等资源化利用技术开发，远景目标关注高附加值生物质基化学品及材料研发。重点支持前沿性、颠覆性技术研发，积极推动高校、科研院所技术成果转化。

加强政策层面引导，做好产业政策支持。加强产业服务体系建设，完善产业补贴机制，健全监督管理体系，建立碳市场调节机制，促进生物质能产业持续健康发展。优先支持建设一批生物质全产业链高值化利用示范工程，选择一批产业基础好、生物质资源丰富的重点县作为产业化试点，加快推进生物质高值化利用产业化技术熟化和推广应用。

（作者系东南大学能源与环境学院院长、教育部重点实验室主任）

责任编辑：何乐