“被忽視的巨人”——生物能源

國際能源署《2018可再生能源年度報告》首次指稱生物能源是“被忽視的巨人”，具有清潔能源、保護環境和振興農村三重功能。中國發展生物能源具有得天獨厚的優勢。我國擁有豐富的，能生長能源林草的邊際性土地；中國又是農業大國，擁有豐富的作物秸稈和畜禽糞便等有機廢棄物資源，依此建設綠色的國家生物質油氣田，既可彌補能源“短板”，又有不可替代的改善生態環境與振興鄉村經濟的多重功能。

生物能源再定位

生物能源何以“被忽視”和即將躍進為可再生能源之主導？《2018 可再生能源年度報告》指出，生物能源在能源分析體系中一直有個“盲區”（blind spot），即對減排溫室氣體、車用燃料減排汙染物、減少石化工業對原油的消費等能源進化轉型的意義未受到應有的重視。簡而言之：生物質能源具有清潔能源、保護環境和振興農村三重功能，而保護環境與振興農村功能一直被忽視。生物質能源始於玉米/甘蔗乙醇。在中國，因採用燃煤耦合生物質混燒發電和高效煤電+生物質混燒+碳捕獲封存=CO2接近零排放。

倪維斗院士也在 2018 年 11 月 27 日的國際會議上指出：“煤炭仍然是中國的主要能源，中國火電容量已超過 10 億 kW，世界第一，火電佔比超過60%。‘去煤化’現在對中國是不現實的，關閉全部燃煤電廠也是不可能的。”但是中國電力必須走從“減煤”向最終“去煤”的方向發展。他也提出煤與生物質耦合混燒發電並逐步提高生物質混燒比，爭取一部分有條件的現有大型高效燃煤電廠，特別是循環流化床（CFB）電廠，轉換成 100%生物質燃燒

在新形勢下，生物質能源的生態環境功能越來越突出。“既是能源，勝似能源”，是對它的再認識和再定位。

戰略意義

沼氣-生物天然氣（產沼氣後做提純，將甲烷含量提高到90%以上，達到與化石天然氣一樣的品質）是典型的碳負排放燃料（表1、圖1）又有突出的防治農業面源汙染和振興農村功能，沼渣還可以作為有機肥料還田。

表1 主要化石燃料與生物天然氣碳排放強度對比

圖1 沼氣與其他能源溫室氣體排放率對比

沼氣-生物天然氣產業在中國起步時間不長，主要是由企業經營的沼氣生產與提純一體化模式，鄉村只是提供原料。鑑於中國集約化規模養殖與農戶養殖（專業戶、養殖小區）將長期並存，為了推進鄉村工業的發展，分佈式生產模式具有重要意義。即提倡在中小規模養殖戶/廠基礎上分散、就地生產沼氣，與集中提純相結合的分佈式（decen⁃tralization）生產模式。為了便於分散沼氣的運輸，需要解決的技術瓶頸是大幅提高沼氣的能量密度與安全性。

沼氣-生物天然氣集清潔能源、負碳排放、防治農業面源汙染、有機廢棄物資源化利用、生產有機肥以及發展鄉村工業於一身，是一種具有重要戰略意義的新能源。

實現途徑

開發生物質能源的“二代原料”。中國擁有豐富的，不適於農作而能種植能源林灌草類的邊際性土地，約 1.44 億 hm2，可以產出大量“二代原料”。基於1 km×1 km格柵，900多萬個數據，計算和繪製出淨初級生產力（NPP）及相關圖幅，以全國11類邊際性土地地類中條件較好的4類作為種植能源灌草的原料產地。又以已經實現初步商業化的生物質氣化-費託合成企業的實踐，即每4.0~4.5 t幹物質重的木質纖維類生物質可轉化出1 t生物合成柴油測算。一般人工干預條件（對邊際土地種植稍加管理）下的年生物量產出為6.3億t，可合成生物燃油約1億t。較好人工干預條件下的年生物量產出為 8.7 億 t，可合成生物燃油約1.78億t。

中國的刺槐（Acasia）、芒草（Miscanthus）、沙柳（Salix mongolica）、檸條（Caragana korshinskii）和能源柳等對中國邊際性土地皆有很好的適應性和生物量產出，還有國內外多種速生高產的能源植物有待於開發。種植能源植物還有利於保護水土和改善當地生態環境。

以多聯產提高能源產品競爭力。當前中國生物天然氣生產中，利用沼渣生產有機肥料等副產品，其營業收入多高於能源產品。生物質能源轉化生產過程中，尚可生產多種高附加值的其他化工產品。

此外，政策性爭取也有很大空間。發達國家早已普遍實行廢棄物/汙染物的處理中，廢棄物/汙染物的製造者要向生物能源企業繳納相當數目的“入門費”（gate fee）。而在中國，情況卻顛倒過來，廢棄物/汙染物的接受—轉化者反而向製造者付出原料費，造成生物能源企業經營成本普遍過高。這種局面只有通過全社會環保意識的增強、對廢棄物、垃圾處理的觀念更新，以及政府有關部門出臺相應的政策及規定才能得到解決。

建設國家生物質油氣田。中國擁有豐富的，能生長能源林草的邊際性土

地；中國又是農業大國，擁有豐富的作物秸稈和畜禽糞便等有機廢棄物資源，依此建設綠色的國家生物質油氣田，既可彌補能源“短板”，又有不可替代的改善生態環境與振興鄉村經濟的多重功能。

“生物天然氣田”是指以畜禽糞便與作物秸稈為主，輔以城鎮有機廢棄物和垃圾為原料，在畜禽和糧食作物的集中地生產沼氣（甲烷含量 50%~70%）、繼而提純為與常規天然氣完全同質的生物天然氣（甲烷含量>90%）。每個日產數萬至數十萬立方米的生物天然氣廠，可似為一口“氣井”，由數百個生物氣井群構成“氣田”。按畜禽和糧食生產集中的區域，有中原、兩湖、川渝、東北、蘇皖和冀東6大“生物天然氣田”，合計年產約1千億m3生物天然氣（圖2）。

圖2 中國生物天然氣“氣田”分佈

“生物質油田”主要是指開發邊際性土地種植能源林灌草類，轉化生產生物合成燃油。每個年產20~80萬t生物合成燃油廠，可視為一口“油井”，每個“生物油田”由約百個“生物油井”組成。按邊際土地集中化程度，有西南、長城沿線、東北、東南和新疆五大生物合成“油田”，合計年產約1億t生物合成燃油（圖3）。

圖3 中國生物質“油田”分佈

用20~30年或更長些時間，建設起中國年產千億立方米和億噸級的“生物油氣田”將是一項利國利民的戰略之舉。

作者簡介：石元春，中國科學院院士、中國工程院院士，研究方向為土壤地理、生物質能源；程序（通信作者），教授，研究方向為生物質能源、可持續農業與農村發展。

注：本文發表於《科技導報》2019年第20期，原標題為《當前中國生物質能源發展的若干戰略思考》，有刪節。