中國能源網(wǎng)訊 10月29日， “2010首屆中國國際氣體能源峰會(huì)暨生物天然氣產(chǎn)業(yè)國際高峰論壇”在舉世聞名的中華古文化發(fā)源地“殷墟”所在地河南安陽隆重開幕。 

        此次峰會(huì)由中國沼氣學(xué)會(huì)、中國城市燃?xì)鈪f(xié)會(huì)、中國企業(yè)投資協(xié)會(huì)、中國可再生能源學(xué)會(huì)、中國農(nóng)村能源行業(yè)協(xié)會(huì)共同發(fā)起，在安陽市人民政府的大力支持下，由安陽貞元集團(tuán)、殷都區(qū)人民政府?dāng)y手中國能源網(wǎng)共同承辦。

        在30日上午舉行的 “生物質(zhì)能和生物天然氣的發(fā)展模式與應(yīng)用” 主題演講中，清華大學(xué)化工系教授邢新會(huì)博士進(jìn)行了主題為“低品位生物質(zhì)生產(chǎn)-氣體生物燃料技術(shù)現(xiàn)狀及其挑戰(zhàn)”的精彩演講。 

        以下是發(fā)言實(shí)錄：

        非常高興今天參加這個(gè)生物天然氣高峰論壇，再次感謝組委會(huì)的主辦。我想比較輕松的給大家介紹一下我們的想法和關(guān)于整體氣體生物燃料技術(shù)的想法和現(xiàn)狀。不管是氣體、液體生物能源也好都是生物能源。全世界的生物能源是很熱的課題或者是一個(gè)方向，在這么一個(gè)好的時(shí)代，我們?cè)谟懻撋锬茉吹臅r(shí)候更需要理性、客觀的態(tài)度討論生物能源。

        今天我的報(bào)告主要是有幾個(gè)方面，第一想強(qiáng)調(diào)一下生物能源整個(gè)系統(tǒng)分析的重要性，接下來介紹一下生燃?xì)饣蛘呤菤怏w生物然來技術(shù)的現(xiàn)狀及應(yīng)用現(xiàn)狀。第三方面介紹一下氣體生物燃料的技術(shù)挑戰(zhàn)，這里面存在很多很多的問題，這里講的氣體生物燃料包括生物氫氣和生物甲烷，這里針對(duì)制氫方面介紹一下我們的想法。

        目前來講生物能源是全球熱點(diǎn)研究領(lǐng)域，針對(duì)生物能源研究的一個(gè)關(guān)鍵問題是怎么去思考哪個(gè)能源更好，或者是哪一類的能源更好，選擇什么樣的生物能源是比較好的。一個(gè)是從生物能源的生產(chǎn)方式來講，大家熟悉的玉米是在美國做的很好的技術(shù)，玉米乙醇做的汽車燃料。還有甘蔗乙醇，還有下面的燃料發(fā)電、直接發(fā)電等等。是針對(duì)多種的可選擇的能源形式，我們?cè)趺慈ミx擇或者用什么標(biāo)準(zhǔn)選擇，這里有很多系統(tǒng)的因素。每個(gè)國家的情況不同，選擇的標(biāo)準(zhǔn)不一樣，經(jīng)濟(jì)性、能源效率、水污染、空氣污染和環(huán)境有關(guān)的因素，另外就是原料供應(yīng)，特別是用什么樣的原料做什么樣的合適的生物能源也是很重要的一塊。生物燃?xì)夂拖掠螒?yīng)用如何整合這些問題制約了選擇生物能源的一些因素。

        這是2009年3月份某媒體刊登的我認(rèn)為比較重要的內(nèi)容，從原料，農(nóng)業(yè)或者從農(nóng)作物里面拿到的原料，通過加工可以做乙醇，生物質(zhì)到乙醇的階段。另外是生物質(zhì)到電的途徑，哪個(gè)系統(tǒng)做持續(xù)的能量讓汽車跑得更遠(yuǎn)，用電做的話比用乙醇跑的遠(yuǎn)。我們?cè)诳紤]這個(gè)生物能源的時(shí)候不僅考慮后面的應(yīng)用，也要考慮整個(gè)系統(tǒng)。生物能源全過程的分析重要性，從原料到車輪的重要性，從整個(gè)生物能源系統(tǒng)來講需要考慮很重要的內(nèi)容。

        關(guān)鍵因素是原料怎么來？原料所消耗的能源，對(duì)環(huán)境所造成的影響應(yīng)該怎么分析。從原料來講，應(yīng)該可以從玉米來做生物能源，這在中國是走不通的，不能與人爭糧、不能與人爭地這是基本國情。第二是能源作物，低品位的生物質(zhì)，成分復(fù)雜、利用比較困難的廢棄物，這也是一大類的生物質(zhì)。這幾年很熱的領(lǐng)域就是微藻作為燃料選擇重要的源泉。

        我們考慮這么多的生物質(zhì)，很重要的指標(biāo)就是獲取這些生物質(zhì)消耗多少水，不展開講了，這些論文有興趣的同行可以去查一下這個(gè)論文。這個(gè)論文是講美國一個(gè)故事，從不同的植物和不同的草，他在種植過程中所消耗的水或者是需要的土地做一個(gè)系統(tǒng)的分析。對(duì)選擇生物能源原料的時(shí)候考慮水是很重要的因素。從玉米做乙醇，大豆油做生物柴油的時(shí)候，生物能源很重要的問題就是用大量的水。怎么節(jié)省水是生物能源考慮很重要的問題。

        第二是用化學(xué)物質(zhì)，包括農(nóng)藥，這不同的燃料，不同的作物，不同的生物質(zhì)所需要的氮源和肥料或者是所需要的除草劑和殺蟲劑，這是對(duì)環(huán)境影響的評(píng)價(jià)。

        下面介紹一下，所謂低品位的生物質(zhì)資源有多大，根據(jù)各種各樣的統(tǒng)計(jì)，中國每年有7億噸可收集到的生物質(zhì)，50%以上是農(nóng)業(yè)秸稈可用的資源。低品位的范圍和多樣性很大，組織很復(fù)雜，一般做生物發(fā)酵的時(shí)候用起來比較難用。這一類的資源處理不好變成環(huán)境問題或者是資源浪費(fèi)，這是我們考慮中國生物質(zhì)資源特點(diǎn)的一個(gè)很重要的內(nèi)容。

        把中國能用的生物質(zhì)資源粗略換算一下，假如說用生產(chǎn)氣體來講，不用分離或者分離成本很便宜，第一做成氫氣，第二階段做成甲烷，日過可以把中國的生物質(zhì)都用起來的話，粗略估算可以產(chǎn)生1900萬噸的氫氣和7700萬噸的甲烷。08年工業(yè)用氫是800萬噸，這個(gè)量是非?？捎^的一個(gè)資源量或者是做生物燃?xì)夂苤匾粋€(gè)數(shù)據(jù)。這個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)二氧化碳意味著呢？估算一下每年可以減排12億噸的碳，相當(dāng)于中國09年的碳排放的18%左右，這對(duì)二氧化碳減排起到很重要的作用。報(bào)告的專家都講到了，這個(gè)液氧發(fā)酵完之后剩下這些廢棄物可以做肥料和返田，這個(gè)資源效用也是非常大的一個(gè)數(shù)據(jù)。

        對(duì)氣體生物燃料值得關(guān)注，特別是中國來講，氣體生物燃料是很重要的。為什么考慮氣體？工業(yè)來講，一個(gè)生產(chǎn)的速度，一個(gè)是從生物質(zhì)考慮的能源回收率最大化是很重要的指標(biāo)。低碳生物質(zhì)能跟液體相比，氣體是比較好的選擇，氫氣、甲烷和乙醇。乙醇是液體的生物燃料，乙醇是最高的。我們要把氫氣和甲烷聯(lián)在一起共同生產(chǎn)可以達(dá)到什么效應(yīng)呢？第一步是能量回收率可以大幅度的顯著提高，假設(shè)用生物方法把兩者疊加在一起，是協(xié)同作用的一個(gè)效果。和乙醇相比，乙醇要蒸餾需要獲得大量的水。把氫氣加到甲烷里面做的話，因?yàn)楫a(chǎn)氫的過程很快，整體的發(fā)酵時(shí)間會(huì)大大縮短，這是氫和甲烷聯(lián)產(chǎn)比較重要的。[page]甲烷或者是氫氣，我們國內(nèi)分散性農(nóng)村沼氣的建設(shè)在中國推廣非常快，數(shù)量很多。包括歐洲、美國、日本這種大規(guī)模的甲烷發(fā)酵，針對(duì)氫氣和甲烷兩階段發(fā)酵，目前處于研究或者是中試階段。關(guān)鍵問題就是氫氣生產(chǎn)怎么能穩(wěn)定和高效生產(chǎn)這是關(guān)鍵的問題，大家知道今天來了很多德國和瑞典的專家，德國和瑞典在這方面用生物燃?xì)庾銎噯?dòng)也是走的非?？壳暗捻?xiàng)目。這是大連用污泥產(chǎn)沼氣的項(xiàng)目，從大量的工程實(shí)踐，應(yīng)該說沼氣從成本上來講還是非常合適的能源狀態(tài)。和其他的產(chǎn)氫方式相比，用電解水來產(chǎn)氫氣相比，用生物質(zhì)產(chǎn)氫預(yù)測(cè)的成本來講還是比較理想的燃料狀態(tài)。

        另外一個(gè)就是能源效率，從油井到車輪的能源效率，一公頃的生物質(zhì)生成不同的生物能源的時(shí)候，推動(dòng)車走的距離，生物甲烷推動(dòng)車走的距離最遠(yuǎn)，這是比較好的能源狀況。還有用生物燃?xì)夂蜕锾烊粴?，一個(gè)是從油井到車輪釋放二氧化碳的量比較小的。還有一個(gè)是用甲烷用起來有雙重減排二氧化碳的效應(yīng)。

        另外一個(gè)比較重要的應(yīng)用方式就是假設(shè)能把氫氣和甲烷大規(guī)模做起來的話，除了做燃?xì)夂妥鲕囕d燃料之外，從化工來講可以很容易把氫氣和甲烷反應(yīng)之后做出來，可以作成低碳的化合物，工業(yè)很重要的化合物質(zhì)。

        面對(duì)比較好的氣體生物燃料的現(xiàn)狀，它存在什么樣的技術(shù)問題？大家知道甲烷發(fā)酵過程比較復(fù)雜，周期比較長，啟動(dòng)時(shí)間比較長，溫度影響比較大，大規(guī)模來講沼氣溫度控制很重要。如何從低品位生物質(zhì)生產(chǎn)氫氣和甲烷？假設(shè)我們把這兩個(gè)反應(yīng)做起來，很好控制一部分的能量占領(lǐng)氫氣，剩下的有機(jī)酸產(chǎn)甲烷的有機(jī)酸，兩階段比一階段的能量回收率有優(yōu)勢(shì)，還有大家講到的環(huán)境問題。

        可以描述一下，通過強(qiáng)化水解的路線，可以獲得氫氣，同時(shí)構(gòu)建一個(gè)比較好的有機(jī)酸圖，讓它更有利產(chǎn)生甲烷，提高整體的能量回收率，低碳生物質(zhì)或者是氣體生物燃料的循環(huán)途徑。目前存在關(guān)鍵的問題，產(chǎn)氫過程的穩(wěn)定性有待進(jìn)一步的研究結(jié)果，還有就是產(chǎn)氫發(fā)酵的時(shí)間比較長，另外技術(shù)的問題就是怎么和甲烷的發(fā)酵進(jìn)行緊密的偶聯(lián)。這是產(chǎn)氫的代謝途徑，從葡萄糖，生物質(zhì)水解之后產(chǎn)生糖，糖產(chǎn)生氫氣這個(gè)過程很復(fù)雜，還有復(fù)合物的產(chǎn)生。怎么控制這個(gè)網(wǎng)絡(luò)讓更多碳、更多能量流入氫氣，形成比較好的有機(jī)酸普。我們拿到菌之后讓它產(chǎn)生作用，怎么讓它更有效的產(chǎn)生菌群，讓它高效的產(chǎn)生氫氣和甲烷的過程是非常重要的。

        最后簡單介紹一下氫的瓶頸的問題，有沒有思路可以解決，這是通常的厭氧污泥可以產(chǎn)氫，第一階段是氫氣，第二階段是甲烷。我們用的燃料是純秸稈，發(fā)酵時(shí)間可以大大縮短。第二階段用菌的時(shí)候，這里面產(chǎn)氫的菌占的比例非常少。僅僅用厭氧污泥做的話系統(tǒng)穩(wěn)定性會(huì)越來越差。一個(gè)在水解階段通過人工菌群強(qiáng)化之后，可以得到一個(gè)很理想的效果。這是用普通的厭氧污泥秸稈獲得能量是15%左右，是比較低的。通過人工菌群構(gòu)建之后，優(yōu)化之后，可以再到54%以上的水平上，這是非常有潛力的方法。

        這里面主要的原因通過人工菌群控制之后，一個(gè)可以增加整個(gè)過程的發(fā)酵速度，另外很重要一點(diǎn)通過生物質(zhì)轉(zhuǎn)成氫氣沒有優(yōu)化的體系相比是明顯的提高，這里面有科學(xué)問題需要解決，菌和菌相互之間的機(jī)理，還有菌和菌網(wǎng)絡(luò)的途徑，設(shè)計(jì)人工菌群讓他們穩(wěn)定存在，穩(wěn)定發(fā)生作用，反應(yīng)器開發(fā)也是非常重要的內(nèi)容。

        超級(jí)產(chǎn)氫菌構(gòu)建的代謝工程和合成生物學(xué)有可能解決產(chǎn)氫的速度，高速度的問題。大家知道氫是很重要的，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)分析清楚之后，知道哪些地方是控制的，我們把這些關(guān)鍵點(diǎn)控制好清楚之后，不需要的地方可以不要，可以留下氫的思路圖。這是我們實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建的從菌種的優(yōu)變到最后構(gòu)建合理的產(chǎn)生代謝網(wǎng)絡(luò)的圖。

        我們做的一個(gè)案例，目前合成生物學(xué)已經(jīng)打破了生物界限，可以把植物很好的起到作用，打破了原有的環(huán)境，產(chǎn)生了氫的得力。外來的氫酶引入之后，可以干擾內(nèi)源的產(chǎn)氫途徑，解決一些技術(shù)上的問題，這塊是挑戰(zhàn)，怎么獲得更多的氫酶。怎么把厭氧途徑整合起來，從何產(chǎn)氫途徑，更多能量涌入產(chǎn)氫，這是國內(nèi)外開展比較熱門的研究。

        有了這些氫之后怎么做反應(yīng)器的研究，前期我們做了一些工作，特殊的載體可以把產(chǎn)氫的速度做得非常理想的水平。這里面包括將來產(chǎn)氫反應(yīng)器的優(yōu)化和設(shè)計(jì)，還有整個(gè)過程的優(yōu)化。我今天想講的一個(gè)就是生物燃料全系統(tǒng)能量分析的重要性，特別是在生物領(lǐng)域非常重要的思路。在中國來講低品位生物質(zhì)作為原料的多方面資源和能源效應(yīng)，理想的生物燃料生產(chǎn)模式選擇生物氫氣和生物甲烷是考慮的重要的方向。需要解決問題是包括菌群的合理設(shè)計(jì)，合成生物學(xué)在構(gòu)建理想代謝網(wǎng)絡(luò)的性，物產(chǎn)氫的開發(fā)。

        謝謝大家。


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