环境增值能源或成为中国能源发展契机

该名词是由美国伊利诺伊大学教授、中国农业大学“千人计划”签约专家张源辉首次提出。

究竟何为环境增值能源，其对我国有何意义，我国应如何发展环境增值能源，来自中美两国的科学家在论坛上探讨了这些问题。

张源辉：中国更需要环境和能源技术

张源辉是美国伊利诺伊大学农业与生物环境工程学科主任和系副主任。他作为首席科学家主持了50多项来自美国能源部、农业部、国防部、卫生部及工业界的科研项目。

张源辉介绍道：在获得能源和使用能源的同时能够保护、甚至改善环境的能源就是所谓的环境增值能源。

“以前有‘环境能源’的提法，倡导对环境保护甚至改良的作用，但是很多技术途径都有局限，尤其是长远来说替代不了石油。”

张源辉说，生物废物和藻类如果能够实现大环境循环，将能够满足未来替代石油的需求，成为最好的环境增值能源。

此次作为“千人计划”签约专家应聘回国，张源辉主要是打算推广有机废弃物和藻类的热化学转换（TCC/HTP）技术。

TCC/HTP是一种在高温高压装置内将有机碳水化合物进行化学重组以生产液态油的热化学转换过程。该技术模拟自然条件下的石油形成过程，能将生物废物和藻类等在短时间内快速形成原油，从而具备商业化推广可能。美国能源部在1998年曾经评价认为TCC/HTP有望成为人类第三代生物油并有潜力最终完全替代石油。

在自然界中，有机废物埋入地下承受高温高压经数百万年后变成石油。张源辉自1996年开始的研究首次研发了一种TCC/HTP反应器及反应过程，成功将70%的猪粪干物质在30分钟内转换成了原油。据悉，该技术可用于人畜粪便、食品垃圾、活垃圾、作物秸秆以及微藻等有机废弃物的热化学转换。这种原油与自然条件下的石油特性相似，可作为燃料或用于制造工程塑料、铺路沥青等。

目前，油藻制燃料面临的瓶颈就是含油量和产量不能共存，含油量高的藻类通常生长周期也长。而TCC/HTP改变了这种传统思路，只需要生长快的藻类。张源辉表示，虽然也有一定局限性，但这条技术路径符合自然规律。

目前，这项技术的中试工厂已在美国建成投产，张源辉所在单位拥有专利。中试厂能实现很高的转化效率，每天产原油40桶。

“该技术在中国具有深远的应用前景，且更加紧迫。这也是我回国的原因。”张源辉说，“国内从环境和能源角度来说比美国更需要这些技术。”

对于在中国推广的前景，张源辉指出，污水处理厂和生物废物是今后的广阔市场。

他说，每个城市都有污水处理厂，而生物废物在中国有1.3亿吨标煤当量，北京市每天仅饭馆垃圾就达到1800吨，如果处理得当，不仅能减轻污染，还可以大规模生产能源，就能成为环境增值能源。

“中国在这些方面虽然有资源量但技术设备不够先进，因此很有希望实现能源和环境的跨越式发展。”张源辉说。

石元春：一把火“烧掉”了两座三峡水电站

两院院士石元春一直是生物质能源的支持者，他同样认为，生物质能源是环境增值能源的突破口，同时，我国的自然和地理条件适合开展环境增值能源的实验。

石元春指出，中国不含太阳能的低碳能源可开采资源量为20.3亿吨标煤，其中可再生能源占77.4%，而生物质占51.7%。

他举例说，可作为能源用的4亿吨作物秸秆是一笔巨大“矿产资源”，但目前利用方式能效很低，还有1亿吨以上被露地焚烧，污染大气。“等于一把火烧掉了两座三峡电站！”石元春说。

同时，生物质能具有液体、气体、固体燃料三种形式，分别可以替代石油、天然气和煤炭。因此，潜力巨大。

各种形式的生物质燃料中，石元春认为，中国最缺的是石油，自主性和安全性最差的也是石油，特别是车用燃油，应当作为替代的战略重点，目前忽视发展燃料乙醇的倾向是错误的。

对于我国目前的发展现状，石元春特别指出，我国在发展燃料乙醇上必须迅速改变目前既不积极推动粮食乙醇（1代）向非粮乙醇（1.5代）转型，又不积极部署纤维素乙醇（2代）研发的犹豫和无所作为的现实。

他认为，中国10年内纤维素乙醇不可能形成实质性替代规模和完成1000万吨的2020年目标，因此正确的做法是大力发展非粮乙醇和积极准备纤维素乙醇，不要犹豫误事。

目前正在我国宁夏利用沙柳发电的毛乌素生物质发电厂被石元春称为“一项负碳和环境增值实验。”在那里，沙柳除了固沙、吸碳，还能发电、减排。实验证实，只要方法得当，年降水量250mm以上的沙生植覆盖度可恢复到60%以上。

石元春表示，我国北方四大沙地面积约1000万公顷，其中固定、半固定沙丘及丘间农田是中国北方沙尘暴的一道生态屏障。年降水量200~400毫米，每毫米降水的年公顷生物量产出为10公斤（干重），总计4000万吨，且风能和太阳能资源丰富。

他建议在四大沙地上建设以生物质能源为基础的可再生能源基地，这也是中国发展负碳经济和环境增值能源的一个广阔的试验场。

骆仲泱：项目集群破解重复研究

环境增值能源这个名词虽然比较新，但这种理念在科学界一直存在。

作为本次论坛的联席主席之一，浙江大学能源工程学系主任骆仲泱向《科学时报》记者介绍了他对环境增值能源的认识：一般认为能源的利用会对环境产生损坏，但是环境增值能源不仅不会产生负效应，还会对环境有正影响。

他认为，除了生物质能易于实现“增值”的目标，包括风能、太阳能在内的其他可再生能源也都可以往这个方向努力。

不过，骆仲泱表示，实际做到“增值”很难。他说：“现在我们的很多技术只能叫做近零排放，连零排放都不敢提，更别说还对环境有正效应。环境友好型是我们努力的方向，但必须全生命周期核算。”

在生物质能发展的三代技术中，对于短期商业化前景，骆仲泱明确表示看好第二代生物质能。认为其若辅之以附加产品多联产，则完全能够实现增值的效果。

“第一代技术的正负效应都很明白了；第二代还在研究、中试的阶段；而第三代虽然科研方向明确，但产业化前景并不明确，尤其是是否能在未来替代石油还很不确定。”骆仲泱分析道。

对于一直困扰藻类生物质能源发展的生长速度和转化效率之间的矛盾，美国国家可再生能源实验室做过了长期的系统研究。其应用科学部主任AlDarzins也出席了本次论坛，并报告了他们的研究结果。他估计，藻类生物质燃料真正实现商业应用可能还需要10年时间。

除了作出有说服力的研究成果，美国国家实验室的体系和体制也令国内科学家感慨。

骆仲泱说：“藻类生物质研究虽然很有潜力，但现在太火了，甚至出现了科研同质化的倾向，特点、主攻方向、难点都没有区分，很多人并没有抓住关键问题在研究。”他建议，我国应针对生物质能中的几个难点方向进行统筹规划，将生物质能作为一个重大科学问题，采取项目集群的方式，瞄准重点方向合力攻关。

在本次论坛上，中国工程院院士、中国石化集团高级顾问曹湘洪也指出，生物燃料工程研发应引入国家重大科技专项。

他认为，生物燃料工程重大专项应以生物燃料产业化为主线，同时要包括利用边际性土地的能源作物增产技术、农作物秸秆和林业废弃物收集技术与装备，由科技部和国家能源局联合组织科技攻关，中科院及有科研能力的国有大型企业应是攻关主体。