1月5日，天津商業(yè)大學(xué)生物質(zhì)熱解氣化技術(shù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室副主任李健博士在“2023固廢戰(zhàn)略論壇”上指出，固廢生物質(zhì)利用應(yīng)突出資源能源屬性和環(huán)境負(fù)碳屬性，亟需技術(shù)創(chuàng)新突破，發(fā)展變革性技術(shù)（能源+X模式及技術(shù))。

李健

固廢生物質(zhì)資源化利用的背景與意義

李健表示，根據(jù)目前的測算，生物質(zhì)固廢的總量大約是33.8億噸（因?yàn)榻y(tǒng)計(jì)口徑不一樣，各個渠道的數(shù)據(jù)略微有不同），但是可獲取的資源量其實(shí)只有10億噸左右，主要包括生活垃圾、污泥、農(nóng)業(yè)（秸稈）、林業(yè)廢物以及畜禽糞便等。    

隨著其他新型生物質(zhì)和新興固廢產(chǎn)量的增加，未來可獲取的生物質(zhì)固廢資源量會更多。2060年預(yù)期達(dá)到15.7億噸，碳減排潛力可以達(dá)到每年20億噸二氧化碳。 

生物能利用技術(shù)在發(fā)展過程中主要有三方面的驅(qū)動力。

首先，最重要驅(qū)動力是環(huán)境驅(qū)動力。生物質(zhì)固體廢棄物如果不利用會帶來很大的環(huán)境壓力。比如常規(guī)的生物質(zhì)如果不經(jīng)處理或者粗放處理會帶來很嚴(yán)重的環(huán)境污染，包括空氣污染、水體富營養(yǎng)化或者土地污染。同時如果不加以利用也會導(dǎo)致大量的碳排放。而合理利用畜禽糞便或者農(nóng)林廢棄物等生物質(zhì)則會形成碳減排，根據(jù)大致測算，負(fù)碳技術(shù)可形成每年七億噸生態(tài)匯碳量。因此對生物質(zhì)能的利用是必不可少的。

第二個驅(qū)動力是能源驅(qū)動力。生物質(zhì)作為一種能源載體呈現(xiàn)出非常強(qiáng)的能源屬性，我國目前的能源結(jié)構(gòu)還是以煤、石油、天然氣等傳統(tǒng)化石能源為主，可再生能源占比大約在15.9%左右。但是石油和天然氣這兩種主要的化石能源對外依存度非常高，因此預(yù)測，未來的能源結(jié)構(gòu)中可再生能源將占到最大的比重，大概在60%左右。煤和石油天然氣也不會完全消失，這幾種能源會協(xié)同互補(bǔ)共同發(fā)揮作用。

而生物質(zhì)能也會體現(xiàn)出自己獨(dú)特的屬性，它既可以與傳統(tǒng)的化石能源相協(xié)調(diào)，比如生物質(zhì)和煤可以共燃來供能，也可以和其他的新型可再生能源互補(bǔ)。因此生物質(zhì)能從能源角度來講，體現(xiàn)出顯著的戰(zhàn)略安全性、自主可控性、穩(wěn)定靈活性和強(qiáng)大韌性。

第三個驅(qū)動力是國際驅(qū)動力，主要指碳稅貿(mào)易。以遠(yuǎn)洋航運(yùn)為例，國際運(yùn)輸碳排放占航運(yùn)碳排放的90%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于國內(nèi)運(yùn)輸，大于口岸的碳排放。國際海事組織制定的碳減排計(jì)劃提到，本世紀(jì)末實(shí)現(xiàn)航運(yùn)領(lǐng)域碳中和。因此未來遠(yuǎn)洋運(yùn)輸?shù)男滦湍茉葱枨髸兊梅浅４蟆?/p>

通過不同渠道的技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)，綠色甲醇成為航運(yùn)減碳的首選能源，而綠色甲醛的主要來源是生物質(zhì)。國際可再生能源署對綠色甲醛產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)估，到2050年綠色甲醛產(chǎn)量將增加400%。我國的遠(yuǎn)洋運(yùn)輸龍頭企業(yè)中遠(yuǎn)海運(yùn)也預(yù)測，到2030年，綠色甲醇需求量達(dá)100萬噸/ 年，絕大部分由生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化制備。因此，國際碳貿(mào)易、跨境運(yùn)輸背景下，生物質(zhì)清潔燃料（甲醇、航油）成為必然選擇。

李健用“理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)很骨感”來形容生物質(zhì)能的發(fā)展現(xiàn)狀，主要體現(xiàn)為兩方面的反差。

第一個反差是“量”的差距。2022年的數(shù)據(jù)顯示，生物質(zhì)能源利用率不足10%。同時，當(dāng)前，生物質(zhì)能總體用量和轉(zhuǎn)化生產(chǎn)能量嚴(yán)重不足，且對減碳的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)還未被充分挖掘。

第二個反差是“質(zhì)”的缺失。靈活多樣的轉(zhuǎn)化利用形式是生物質(zhì)的特點(diǎn)，但目前未能體現(xiàn)優(yōu)勢。生物質(zhì)利用可以產(chǎn)生很多固體產(chǎn)物，包括炭肥/土壤修復(fù)劑，油/氣能源或者氫能/化學(xué)品，但從我國目前的市場行情來看，轉(zhuǎn)化出來的產(chǎn)物在市場中的占比還非常小，并沒有充分體現(xiàn)出生物質(zhì)能本身靈活多樣的特點(diǎn)。

同時生物質(zhì)具備“三多一復(fù)雜” （原料種類多源、轉(zhuǎn)化技術(shù)多變、轉(zhuǎn)化 產(chǎn)物多樣、轉(zhuǎn)化過程與污染控制系統(tǒng)復(fù)雜）的特點(diǎn)，導(dǎo)致效率低、品質(zhì)差、經(jīng)濟(jì)性差。

現(xiàn)實(shí)反差與困難挑戰(zhàn)催生了技術(shù)的進(jìn)步，亟需技術(shù)創(chuàng)新突破，發(fā)展變革性技術(shù)（能源+X模式及技術(shù))。從傳統(tǒng)的熱化學(xué)法、生物法技術(shù)逐步演化到方法的結(jié)合以及方法的耦合，減碳量貢獻(xiàn)也會越來越大。

固廢生物質(zhì)利用模式的六大技術(shù)創(chuàng)新思考

雙碳背景下的固廢生物質(zhì)利用模式應(yīng)該選擇怎樣的發(fā)展模式？李健表示，應(yīng)突出生物質(zhì)/有機(jī)廢物的資源能源屬性和環(huán)境負(fù)碳屬性。從減碳量出發(fā)，強(qiáng)化能源轉(zhuǎn)化利用為載體的利用模式。探索驗(yàn)證推動“能源+X”的變革思路，將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成氫能、高品質(zhì)合成氣體燃料、新型生物基材料、化學(xué)品、高端液體燃料等，擁抱美好的新舊能源系統(tǒng)與X協(xié)同

第一個思考是價(jià)值導(dǎo)向的理念與模型。在上述思路指引下，進(jìn)行這樣的模式和技術(shù)變革，從高校比較關(guān)注的研究層面來講，首先應(yīng)該解決價(jià)值導(dǎo)向的理念與模型。傳統(tǒng)生物質(zhì)能利用的技術(shù)評判標(biāo)準(zhǔn)比較單一，是以主產(chǎn)物的經(jīng)濟(jì)價(jià)值為衡量標(biāo)準(zhǔn)。但如今碳減排和環(huán)境效益得到越來越多關(guān)注的時候，應(yīng)該分析判斷生物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中能量、物質(zhì)、環(huán)境流（碳流）的相互影響，實(shí)現(xiàn)其協(xié)同調(diào)控。

以熱解炭化為例，傳統(tǒng)的熱解炭化我們只關(guān)注炭的產(chǎn)品，其實(shí)也伴隨產(chǎn)生了油氣，并且會導(dǎo)致負(fù)面效應(yīng)，如土壤的二次污染等。正-負(fù)效益的博弈，需要重新構(gòu)建（正負(fù)價(jià)值計(jì)量）價(jià)值理論體系，指導(dǎo)平衡調(diào)控，實(shí)現(xiàn)雙贏。

應(yīng)該如何實(shí)現(xiàn)新型價(jià)值體系的構(gòu)建？李健表示，首先需要對每一個過程環(huán)節(jié)中的基本要素進(jìn)行分析，以生物質(zhì)熱解氣化為例，要聚焦能量流、物質(zhì)流和環(huán)境流，對過程中的輸入價(jià)值和輸出價(jià)值，包括正負(fù)價(jià)值進(jìn)行對比分析，明晰轉(zhuǎn)化過程的關(guān)鍵要素流向，為價(jià)值趨向判斷提供依據(jù)。

然后，基于關(guān)鍵要素流向分析，聚焦應(yīng)用場景，從投入與產(chǎn)出視角解耦系統(tǒng)能量、物質(zhì)、環(huán)境三方面的效益與損失（正負(fù)價(jià)值），推動且加速變革新技術(shù)發(fā)展。

第二個思考是生物法×熱化學(xué)法技術(shù)交叉的關(guān)鍵科學(xué)問題。生物質(zhì)能利用的主體有兩類技術(shù)，一類是生物法，一類是熱化學(xué)法。當(dāng)單一技術(shù)的發(fā)展觸及天花板的時候，能不能通過技術(shù)的耦合來實(shí)現(xiàn)新的高品質(zhì)的、更高層次的、更高效果的產(chǎn)物制備。李健所在的研究團(tuán)隊(duì)提出了生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)交叉耦合的動力學(xué)匹配機(jī)制，首先利用厭氧發(fā)酵對生物質(zhì)進(jìn)行簡單預(yù)處理，進(jìn)行生物質(zhì)的初步解聚，再對解聚后的生物質(zhì)進(jìn)行熱解氣化，兩個過程進(jìn)行形成的產(chǎn)品進(jìn)行聯(lián)合，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)能源化、系統(tǒng)燃?xì)饣男释黄啤?

編輯：徐冰冰