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生物质高值利用:“变废为宝”可以更高效
发布:lee_9124   时间:2018/5/9 22:42:41   阅读:223 
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一提到可再生能源,人们总会先想到太阳能、风能,最后才能想到生物质能源。长期以来,生物质能源虽被纳入可再生能源之列,却始终发展得“不温不火”。如今,我国大力推进生态文明建设,生物质的利用迎来了新的发展机遇。

5月8日至9日,香山科学会议第625次学术讨论会上,科学家建议,生物质应从传统的能源利用方式变成资源,并协同解决其中的一些基础科学问题,同时,国家应高度重视生物质高值利用,在国家重点研发计划中设立“生物质高效综合利用”专项,系统开展多联产技术创新和工程示范推广。

换个思路谋发展

2001年,中国加入世界贸易组织,中国经济发展进入持续、高速增长的时期。很快,化石能源短缺问题出现,并为生物质能源提供了发展空间。

在此背景下,21世纪的最初15年,生物质利用的基础科学研究、技术研究、转化应用、装备研发都成为国家计划支持的重点,一系列重大项目先后启动。

“在重大项目的支持下,生物质利用领域取得了巨大成就。” 科技部中国农村技术开发中心主任、研究员贾敬敦说。

但是,尽管技术突破为生物质利用开创了新业态,但与太阳能、风能发展的“热火朝天”相比,生物质能源发展仍显得“叫好不叫座”。

习近平总书记在“十九大”报告中指出,发展清洁能源是改善能源结构、保障能源安全、推进生态文明建设的重要任务。与此同时,我国经济由高速增长向高质量发展转变。生物质利用面临绿色发展的新的现实需求。

生物质包括农作物秸秆、林业剩余物、农产品加工废弃物、畜禽粪便、城市生活垃圾等。据统计,目前全球生物质资源有1700亿吨,中国正在以不到世界7%的土地,承载着全球近三分之一的中低品位生物质排放。

“人类社会废弃的生物质是环境污染的最大源头,总量超过70%,若不加以充分利用,会形成严重的排放问题。”南京工业大学教授、中国工程院院士欧阳平凯说。

转变生物质利用发展思路迫在眉睫。“利用生物制造,将秸秆等废弃生物质高值化利用,对解决环境、能源、材料的转型升级将发挥重要作用。”欧阳平凯说。

生物质有新用途

2016年底我国发布的“生物质能发展十三五规划”指出,到2020年燃料乙醇产量达400万吨。

制备能源是生物质最为传统的利用方向,但目前燃料酒精大多以粮食为原料,生物质制备燃料酒精的潜能有待发掘。

“由于生物质是自然界最丰富的含碳有机大分子功能体,生物质炼制成为降低燃料酒精成本的重要途径。以木质素高值化利用为方向的第四代燃料乙醇技术,可以使木质纤维素酒精比传统用粮食酒精的成本降低30%以上,是提高木质纤维素酒精竞争力的有效途径。”欧阳平凯说。

生物质还可以用来制备生物基材料。“传统的高分子材料存在白色污染、生物安全性差等缺陷,生物基材料过程安全性高、生物可降解性好、生物安全性好、材料性能也有所提升。”欧阳平凯说。

此外,欧阳平凯表示,通过合成生物学技术改造细胞工厂,以木质纤维素水解液中的五碳糖和六碳糖为原料,可以生产油脂,缓解我国对进口大豆的依赖。

贾敬敦告诉记者,生物质能源的发展应该与美丽乡村建设相结合,与城市发展相结合,充分发挥生物质产业技术在生态环境改善和清洁能源产品方面的双向清洁作用。同时,技术研究应瞄准注入生物基材料、化学品、高附加值燃料等高值化的转化途径,利于产业的推进发展。

科技支撑高值化

生物质高值化利用的各个方向,都有亟待解决的科学问题。“生物质的高值科技,是研发高值产品的支撑。”贾敬敦在会议发言时说。

在生物质制备燃料酒精方面,中国科学院过程工程研究所研究员陈洪章表示,要使生物质炼制燃料酒精产业形成竞争力,还需要用科学研究层面破解天然生物质抗降解屏障,突破生物质转化过程的效率问题,并实现生物质资源工农一体化利用新模式。

生物制氢过程中也存在诸多制约技术工业化应用的科学问题。“科技工作者还需要探讨各类生物质原料的高效预处理、高效产氢微生物选育方法和技术、生化反应动力学特征及调控方法、工艺技术优化方法等问题,以提高产氢效率、降低生物制氢成本。”在河南农业大学副校长张国全说。

中科院广州能源研究所所长、研究员马隆龙表示,生物质能转化利用仍存在转化过程效率低、产品附加值低、成本高等瓶颈,需要在定向解聚、催化材料等生物质高值转化的共性科学问题方面形成新的理论突破。

在利用生物质制备新材料方面,“与发达国家相比,我国无论是在专利与产品的数量,还是产业的规模和水平上都还存在较大的差距。”中国林业科学研究院副院长储富祥表示,我国亟待突破生物基材料生物合成、定向重组、功能化等前沿技术,开发生物基材料绿色高效制备技术,降低生产成本,提高产品经济型与产品性能。

此外,生物质资源的开发利用是一个多学科交叉、融合的新兴研究领域。“生物质资源开发利用需要物理、化学、植物学、微生物学等多个学科的知识。”在中国生物质能技术研究开发中心副理事长、中国工程院院士蒋剑春看来,促进学科间相互渗透、交叉,是解决木质纤维类生物质的重要前提。


来源:科学网
 
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