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生物質(zhì)作為零碳能源，可為應(yīng)對氣候變化、保障能源安全作出重要貢獻(xiàn)，其高值資源化利用有助于推動中國經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級。我國生物質(zhì)能源以各類剩余物和廢棄物為主，包括農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物、生活垃圾、污水污泥等。黨的十八大以來，生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)作為我國七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，取得了長足的發(fā)展。黨的二十大報告中也明確提出，構(gòu)建新一代信息技術(shù)、人工智能、生物技術(shù)、新能源、新材料、高端裝備、綠色環(huán)保等一批新的增長引擎。

中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)會生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)分會、生態(tài)環(huán)境部環(huán)境工程評估中心等單位發(fā)布的《3060零碳生物質(zhì)能發(fā)展?jié)摿λ{(lán)皮書》指出，目前我國主要生物質(zhì)能源年產(chǎn)生量為34.94億噸，生物質(zhì)能源作為能源利用的開發(fā)潛力為4.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。目前，我國生物質(zhì)能源利用的主要途徑包括發(fā)電、制取成型燃料及生產(chǎn)燃?xì)猓S著其他新能源的快速發(fā)展，以生物質(zhì)能源為原料制取液體燃料或化工品的應(yīng)用前景日益明朗，為煉化行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展提供了一條有效路徑。本期邀請專家圍繞生物質(zhì)能源發(fā)展相關(guān)問題進(jìn)行研討。

本版文圖除署名外由 孫乾輝 陳子佩 杜澤學(xué) 提供

生物基材料

發(fā)展非糧生物基材料是產(chǎn)業(yè)破題關(guān)鍵

生物基材料是指以可再生的生物質(zhì)為原料，或經(jīng)由生物制造生產(chǎn)的產(chǎn)品，包括但不限于含碳的化學(xué)原料和化學(xué)制品，如生物塑料、功能糖產(chǎn)品、木塑復(fù)合材料等。在不遠(yuǎn)的將來，生物基材料有望在各個應(yīng)用領(lǐng)域有效替代傳統(tǒng)石油基材料，成為驅(qū)動能源行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型及低碳經(jīng)濟(jì)增長的強(qiáng)大引擎。

目前，我國生物基材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，構(gòu)建了較為完整的產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，骨干企業(yè)逐步壯大，重點(diǎn)產(chǎn)品應(yīng)用漸廣，但仍存在明顯的發(fā)展隱患。我國生物基材料產(chǎn)業(yè)的初始原料仍以玉米為主，存在發(fā)展隱患。以玉米為例，每生產(chǎn)1噸生物乙醇需消耗3.3噸玉米，大規(guī)模推廣后將極大增加糧食消耗量。立足我國飼料用糧和工業(yè)用糧的持續(xù)增長，玉米、豆粕等主要糧食生物質(zhì)進(jìn)口量居高不下的現(xiàn)實(shí)情境，大力發(fā)展生物基材料必將面臨“與民爭糧”“與畜爭飼”的尖銳矛盾，不利于維護(hù)國家糧食安全。因此，立足量大面廣非糧生物質(zhì)、發(fā)展非糧生物基材料，是生物基材料產(chǎn)業(yè)破題的關(guān)鍵。

2023年初，工信部、國家發(fā)展改革委、財政部、生態(tài)環(huán)境部、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、國家市場監(jiān)管總局等六部門聯(lián)合發(fā)布了《加快非糧生物基材料創(chuàng)新發(fā)展三年行動方案》（以下簡稱：行動方案）。行動方案緊密承接2022年國家發(fā)展改革委發(fā)布的《“十四五”生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》中提出的“生物產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展實(shí)現(xiàn)新跨越”發(fā)展目標(biāo)，明確提出“到2025年，我國非糧生物基材料產(chǎn)業(yè)要基本形成自主創(chuàng)新能力強(qiáng)、產(chǎn)品體系不斷豐富、綠色循環(huán)低碳的創(chuàng)新發(fā)展生態(tài)，非糧生物質(zhì)原料利用和應(yīng)用技術(shù)基本成熟，部分非糧生物基產(chǎn)品競爭力與化石基產(chǎn)品相當(dāng)，高質(zhì)量、可持續(xù)的供給和消費(fèi)體系初步建立”。

行動方案中指出，與基于傳統(tǒng)糧食原料規(guī)模化生產(chǎn)生物基材料路線相比，非糧生物基材料要以大宗農(nóng)作物秸稈及剩余物等非糧生物質(zhì)為原料生產(chǎn)，在原料預(yù)處理、糖化和發(fā)酵轉(zhuǎn)化效率、綜合成本控制等方面難度更大。目前，國內(nèi)基于非糧生物質(zhì)的生產(chǎn)技術(shù)正處于攻關(guān)爬坡階段，工業(yè)菌種（群）與酶蛋白功能元件制備、非糧生物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化采收保存及預(yù)處理、非糧生物質(zhì)高效糖化、非糧生物質(zhì)糖替代傳統(tǒng)糧食發(fā)酵轉(zhuǎn)化等關(guān)鍵平臺技術(shù)正待突破，亟待貫通各關(guān)鍵平臺技術(shù)并與現(xiàn)有工藝技術(shù)進(jìn)行無縫耦合銜接，實(shí)現(xiàn)非糧生物質(zhì)規(guī)?；a(chǎn)生物基材料的全產(chǎn)業(yè)鏈應(yīng)用示范。

新聞會客廳

嘉賓：石科院生物基呋喃二甲酸與己二酸相關(guān)課題負(fù)責(zé)人 孫乾輝

問：目前，我國發(fā)展非糧生物基材料的主要技術(shù)難題是什么？

答：非糧生物基材料化工技術(shù)發(fā)展主要面臨三方面的技術(shù)難題。一是非糧生物質(zhì)原材料的預(yù)處理難題，例如秸稈、樹皮等重要非糧生物質(zhì)，在其主要化學(xué)組成中，化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定的纖維素、木質(zhì)素占原材料干重的70%以上，目前亟須開發(fā)新型綠色預(yù)處理技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)這些原料組分的高效分離及其向平臺化合物的高效轉(zhuǎn)化。

二是生物基平臺化合物的定向轉(zhuǎn)化難題，生物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中涉及多種富含醛基、羥基等活潑化學(xué)基團(tuán)的平臺化合物或中間產(chǎn)物，需要開發(fā)新型催化體系抑制活潑基團(tuán)的副反應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)平臺化合物的定向轉(zhuǎn)化。

三是非糧生物基材料生產(chǎn)的工程技術(shù)難題，相比成熟的石油化工工藝技術(shù)，生物基材料生產(chǎn)面臨完全不同的反應(yīng)原料、催化體系、工藝條件等帶來的挑戰(zhàn)，必須開展顛覆性工作，構(gòu)建全新的工程技術(shù)知識體系，以匹配生物基材料的發(fā)展需求。

問：中國石化在非糧生物基材料方面開展了哪些工作？

答：為促進(jìn)我國非糧生物基材料創(chuàng)新發(fā)展，在集團(tuán)公司科技部的部署下，石油化工科學(xué)研究院潛心開展相關(guān)技術(shù)研發(fā)，多年來針對生物基呋喃二甲酸、己二酸、乳酸、1,3-丙二醇、己二胺等重要的生物基高分子材料聚合單體，已開發(fā)出一系列具備自主知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新技術(shù)路線，其中一部分研究已轉(zhuǎn)入中試放大階段。

問：行動方案將給生物基材料產(chǎn)業(yè)帶來哪些變化？

答：行動方案的發(fā)布無疑是振奮人心的。行動方案直指生物基材料發(fā)展“非糧化”與“規(guī)?；眱纱笠c(diǎn)，一方面強(qiáng)調(diào)生物基材料發(fā)展要杜絕“與人爭糧”；另一方面明確了生物基材料重點(diǎn)發(fā)展的品類與場景，將聚乳酸(PLA)、聚羥基脂肪酸酯（PHA）、生物基尼龍等大宗生物化工材料及其單體生產(chǎn)列為重點(diǎn)發(fā)展對象。

為將以上兩大要點(diǎn)落實(shí)落地，行動方案中又提出突破非糧生物質(zhì)高效利用關(guān)鍵技術(shù)、推進(jìn)技術(shù)放大和應(yīng)用示范、強(qiáng)化滲透能力拓展應(yīng)用領(lǐng)域、培育龍頭企業(yè)和特色產(chǎn)業(yè)基地、強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)支撐體系建設(shè)等5項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)，同時明確了加快非糧生物基材料創(chuàng)新發(fā)展的保障措施，包括強(qiáng)化統(tǒng)籌聯(lián)動、加大政策引導(dǎo)力度、加強(qiáng)財政金融支持、完善行業(yè)管理服務(wù)等，破題精準(zhǔn)、措施具體，必將促進(jìn)我國生物基材料產(chǎn)業(yè)健康、快速發(fā)展。

生物基燃料

核心技術(shù)攻關(guān)及產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)筑是發(fā)展重點(diǎn)

生物基燃料泛指由生物質(zhì)組成、萃取或轉(zhuǎn)化得到的固體、液體或氣體燃料，包括生物天然氣、生物乙醇、生物航煤、生物柴油等，可以替代由石油制取的汽油、煤油、柴油等，是可再生能源開發(fā)利用的重要方向。

目前，生物基燃料在全球范圍均受到廣泛重視，被賦予重要的能源戰(zhàn)略定位。世界各國通過制定相關(guān)政策法規(guī)推動生物燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展，其中美國、德國、巴西等國的生物質(zhì)相關(guān)政策法規(guī)體系較完善。美國政府實(shí)施以美國農(nóng)業(yè)法案為主的一系列立法、規(guī)劃和政策制定等舉措，通過聯(lián)邦資金投入建立起生物質(zhì)能技術(shù)開發(fā)體系，并對生物質(zhì)能相關(guān)研究和生物燃料進(jìn)行資金支持，持續(xù)推動生物質(zhì)資源的研究、開發(fā)和利用。

目前，生物基燃料也被我國列為能源行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展重要方向。2022年，國家發(fā)展改革委發(fā)布《“十四五”循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》，明確提出，要推進(jìn)資源節(jié)約集約利用，構(gòu)建資源循環(huán)型產(chǎn)業(yè)體系和廢舊物資循環(huán)利用體系，保障國家資源安全，推動實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和。此外，國務(wù)院于2021年印發(fā)的《2030年前碳達(dá)峰行動方案》中也提出，要因地制宜發(fā)展生物質(zhì)發(fā)電、生物質(zhì)清潔供暖和生物天然氣產(chǎn)業(yè)。

作為燃料來源，生物質(zhì)高值利用的方式主要有三種：一是燃燒發(fā)電，具有秸稈利用率高、減少傳統(tǒng)能源消耗、產(chǎn)生的電力便于遠(yuǎn)距離輸送等優(yōu)點(diǎn)，生態(tài)、社會和經(jīng)濟(jì)效益顯著。截至2020年底，我國已投產(chǎn)生物質(zhì)發(fā)電并網(wǎng)裝機(jī)容量2952萬千瓦，年提供的清潔電力超過1100億千瓦時，減排量超過8600萬噸。二是生物質(zhì)厭氧發(fā)酵，目前國內(nèi)已建成大型沼氣、生物天然氣工程7700余項(xiàng)，產(chǎn)能約13.7億立方米/年，供氣47.8萬戶。其中，規(guī)模化生物天然氣項(xiàng)目數(shù)量超過20個，年產(chǎn)氣量超過3億立方米。據(jù)測算，目前生物天然氣的使用相當(dāng)于替代標(biāo)準(zhǔn)煤超過160萬噸，減排量超過400萬噸。三是氣化-費(fèi)托合成液體燃料，目前工業(yè)化應(yīng)用項(xiàng)目數(shù)量有限。

新聞會客廳

嘉賓：石科院高級專家 杜澤學(xué)

問：目前，我國生物基燃料行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展面臨哪些挑戰(zhàn)？

答：一是原料獲取難度大。生物質(zhì)資源具有資源分散、種類繁雜、難以收集的特點(diǎn)。與諸如農(nóng)林廢棄物回收機(jī)構(gòu)等資源擁有者建立戰(zhàn)略同盟關(guān)系，為產(chǎn)業(yè)鏈長期穩(wěn)定供應(yīng)價格適宜的原料，是發(fā)展生物基燃料產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵。

二是技術(shù)鏈仍在構(gòu)建。主體技術(shù)亟待成熟完善，諸如生物質(zhì)氣化-費(fèi)托制備液體燃料技術(shù)、高效“三廢”綜合利用技術(shù)等關(guān)鍵核心技術(shù)仍處于研發(fā)小試向中試或工業(yè)示范推進(jìn)階段，技術(shù)成熟度有待進(jìn)一步提高。

三是全產(chǎn)業(yè)鏈統(tǒng)籌能力不足，目前產(chǎn)業(yè)鏈尚不完善。從原料、生產(chǎn)過程到產(chǎn)品的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不健全，市場不規(guī)范，無序競爭較為嚴(yán)重，難以實(shí)現(xiàn)跨領(lǐng)域、跨區(qū)域資源和市場統(tǒng)籌。

問：中國石化在生物基燃料方面開展了哪些工作？

答：一是發(fā)揮科學(xué)技術(shù)“第一生產(chǎn)力”作用，開展關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)。目前，石科院已自主研發(fā)以餐飲廢油為原料制備生物航煤技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)跨洋商業(yè)飛行。同時，石科院正在開發(fā)針對不同生物質(zhì)采用氣化或厭氧發(fā)酵技術(shù)轉(zhuǎn)化為合成氣或者沼氣的先進(jìn)技術(shù)，通過與重整、費(fèi)托合成、油品提質(zhì)等技術(shù)耦合，可生產(chǎn)綠色清潔的生物柴油、生物航煤等生物基燃料。在已掌握的較為成熟的費(fèi)托合成技術(shù)和油品提質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)上，中國石化與國內(nèi)知名研究機(jī)構(gòu)合作開展了氣化、發(fā)酵等生物質(zhì)產(chǎn)氣技術(shù)的開發(fā)，爭取盡快實(shí)現(xiàn)全流程示范。

二是承擔(dān)國有企業(yè)社會責(zé)任，立足頂層設(shè)計高度，為行業(yè)健康發(fā)展建言獻(xiàn)策。今年的全國“兩會”上，全國政協(xié)委員，中國石化董事長、黨組書記馬永生提出《協(xié)調(diào)推進(jìn)廢塑料和生物質(zhì)資源化利用 推動煉化行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展》的提案，從加強(qiáng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)頂層設(shè)計、加強(qiáng)關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)、強(qiáng)化政府引導(dǎo)資源整合三個方面提出了具體的建議。針對生物質(zhì)資源化利用，馬永生建議，支持國有大型企業(yè)建立生物質(zhì)資源化統(tǒng)籌利用技術(shù)國家級創(chuàng)新中心，發(fā)揮其在廢棄有機(jī)質(zhì)資源化利用技術(shù)方面的優(yōu)勢。鼓勵地方政府和國有大型企業(yè)聯(lián)合，發(fā)揮各自在技術(shù)和資源方面的優(yōu)勢，優(yōu)化資源合理配置。支持國家層面統(tǒng)籌產(chǎn)、學(xué)、研聯(lián)合攻關(guān)，推進(jìn)協(xié)同創(chuàng)新，由龍頭石化企業(yè)牽頭，加大廢棄生物質(zhì)循環(huán)利用關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)力度，盡快建立工業(yè)示范。

問：下一步，如何推動生物基燃料產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展？

答：石科院將持續(xù)推動生物基材料和燃料與傳統(tǒng)石油化工體系耦合發(fā)展，提高生物基材料和燃料供應(yīng)質(zhì)量，豐富供應(yīng)類型，增強(qiáng)市場綜合競爭力，不斷發(fā)展壯大生物產(chǎn)業(yè)，形成對現(xiàn)有石化基材料和燃料的部分替代和有效補(bǔ)充，為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)及能源行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展貢獻(xiàn)石化力量。

知識鏈接

●什么是生物質(zhì)能源？

根據(jù)國際能源署（IEA）的定義，生物質(zhì)是光合作用的產(chǎn)物，是指生物通過光合作用而形成的各種有機(jī)體，包括農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)過程中除糧食、果實(shí)外的秸稈、樹木等木質(zhì)纖維素，農(nóng)林廢棄物，以及畜牧業(yè)生產(chǎn)過程中的禽畜糞便和廢棄物等物質(zhì)。顧名思義，通過生物質(zhì)獲取的能源被稱為生物質(zhì)能源。

●生物質(zhì)能源有什么優(yōu)點(diǎn)？

由于來自生物，生物質(zhì)能源最突出的兩個優(yōu)點(diǎn)就是易得性和可再生性。相比存在潛在生態(tài)環(huán)境風(fēng)險的核能、大型水力，以及受地理?xiàng)l件制約較大的風(fēng)能和地?zé)岬饶茉?，生物質(zhì)能源受環(huán)境制約較小，容易獲取。同時，由于來自生物，生物質(zhì)能源具備可再生性，還可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料及化學(xué)品。例如煤、石油、天然氣等能源，實(shí)質(zhì)上也是由生物質(zhì)能源經(jīng)過漫長的演變轉(zhuǎn)變而來的。因此，生物質(zhì)能源在能源系統(tǒng)中占據(jù)著重要的地位，被稱為除煤炭、石油、天然氣之外的“第四大能源”。

●我國生物質(zhì)能源發(fā)展前景如何？

我國生物質(zhì)能源以各類農(nóng)林生物質(zhì)為主，包括農(nóng)作物及其廢棄物、林業(yè)廢棄物、生活垃圾、污水污泥等。據(jù)預(yù)測，到2030年我國各類生物質(zhì)能利用將為全社會減碳超過9億噸，到2060年將實(shí)現(xiàn)減碳超過20億噸。

●生物質(zhì)能源如何轉(zhuǎn)化利用？

生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化利用技術(shù)按照產(chǎn)品領(lǐng)域可以分為生物基材料技術(shù)和生物基燃料技術(shù)兩大類，近年來，我國在這兩大領(lǐng)域多點(diǎn)發(fā)力，推出了一系列指導(dǎo)、鼓勵政策，并在技術(shù)方面取得了突破性進(jìn)展。