減碳背景下生物質(zhì)資源化利用的機遇與挑戰(zhàn)
“30碳達峰60碳中和”是基于推動構(gòu)建人類命運共同體和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展作出的重大戰(zhàn)略決策，是中國對世界莊嚴(yán)承諾的階段性控碳目標(biāo)，必將影響到整個經(jīng)濟社會的發(fā)展?？靥嫉慕K極目標(biāo)是減碳，一切經(jīng)濟社會活動都要錨定這個減碳目標(biāo)；在此背景下，生物質(zhì)資源化利用將迎來新機遇和新挑戰(zhàn)。
1.新機遇
減碳之要在于以整個大氣作為一個控制體，使輸入大氣的二氧化碳總量少于輸出大氣的二氧化碳總量，從而減小大氣中二氧化碳的含量。
減碳為生物質(zhì)資源化利用帶來新機遇。我們知道，二氧化碳的輸入大氣的根本途徑是大氣控制體之外的煤炭、石油、天然氣等含碳燃料的燃燒；二氧化碳的輸出大氣的最可靠的途徑是通過光合作用將大氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化成生物質(zhì)，再就是碳捕集、利用和封存。減碳就要減少煤、油、氣的燃燒利用以減少二氧化碳輸入大氣的總量和加強光合作用及碳捕集、利用、封存以增大二氧化碳輸出大氣的總量；這將提升生物質(zhì)能作為煤、油、氣的替代能源和生物質(zhì)作為生產(chǎn)生活的替代原料的地位，帶給生物質(zhì)能量利用和物質(zhì)利用2大新機遇。
根據(jù)《3060零碳生物質(zhì)能發(fā)展?jié)摿λ{皮書（2021年9月）》，我國主要生物質(zhì)年產(chǎn)量2020年高達34.94億噸，預(yù)計將以1.1%年增率增長，2030年達到37.95億噸，2060年達到53.46億噸，生物質(zhì)的資源量豐富。但生物質(zhì)的資源化利用率很低，如2020年農(nóng)林種養(yǎng)殖業(yè)生物質(zhì)的年產(chǎn)量高達30.47億噸，但其能量利用率僅為10.1%（能量利用總量3.09億噸），物質(zhì)利用率數(shù)據(jù)不詳?shù)膊粫摺Ｉ镔|(zhì)資源化利用，無論是能量利用還是物質(zhì)利用，大有作為。
2.新挑戰(zhàn)
如何提高生物質(zhì)資源化利用的減碳效果，又如何拓寬生物質(zhì)資源化利用途徑和提高生物質(zhì)資源化利用的效率，是生物質(zhì)資源化利用在減碳背景下遇到的新挑戰(zhàn)。
1）提高生物質(zhì)綜合利用水平
生物質(zhì)是光合作用吸收、轉(zhuǎn)化大氣中二氧化碳的產(chǎn)物；如果生物質(zhì)被物質(zhì)利用，那么，這部分二氧化碳便成為大氣中二氧化碳的凈減小量，生物質(zhì)物質(zhì)利用具有“直接”減碳效果（固碳效果）；如果生物質(zhì)直接燃燒利用，這部分二氧化碳又將重新回到大氣，即生物質(zhì)直接燃燒利用沒有“直接”減碳效果。
但要注意的是，生物質(zhì)物質(zhì)利用會間接增碳，而生物質(zhì)能量利用會間接減碳。實際過程中，生物質(zhì)物質(zhì)利用需要外加能量（包括水、電、氣、熱力等），生產(chǎn)這些能量可能會產(chǎn)生二氧化碳并增加大氣中二氧化碳含量（增碳），即生物質(zhì)物質(zhì)利用可能會間接增碳；生物質(zhì)直接燃燒利用可向生物質(zhì)直接燃燒利用系統(tǒng)外的生產(chǎn)生活提供能量，從而起到“間接”減碳效果，因為這部分能量如果來自煤、油、氣燃燒利用會產(chǎn)生并排入大氣二氧化碳，這是生物質(zhì)作為煤、油、氣的替代燃料的間接減碳作用。
由此可見，生物質(zhì)物質(zhì)利用具有直接減碳效果和間接增碳可能，而生物質(zhì)能量利用沒有直接減碳效果但具有間接減碳效果。總體講，發(fā)揮生物質(zhì)的減碳效果應(yīng)堅持“推廣生物質(zhì)資源化利用”“推廣生物質(zhì)能量利用與物質(zhì)利用并舉的綜合利用”和“提高生物質(zhì)綜合利用水平”的生物質(zhì)資源化利用路線；具體情況下應(yīng)協(xié)調(diào)生物質(zhì)能量利用與物質(zhì)利用的比例，提高生物質(zhì)的綜合減碳效果；目前情況下應(yīng)增大生物質(zhì)的物質(zhì)利用比例，但不能非此即彼。
2）拓寬生物質(zhì)資源化利用途徑
是否可以開發(fā)出更多的生物質(zhì)物質(zhì)利用和能量利用途徑，甚至具有直接減碳效果的生物質(zhì)能量利用途徑呢？相信答案是肯定的，但具有挑戰(zhàn)性。
拓寬生物質(zhì)資源化利用途徑的方向大致有三：一是直接利用生物質(zhì)，如將生物質(zhì)制成種養(yǎng)殖原料和建筑材料等；二是先將生物質(zhì)（經(jīng)動物、微生物、物理化學(xué)）轉(zhuǎn)化為中間物再直接或改性利用，如將農(nóng)林種養(yǎng)殖垃圾、廚余垃圾先轉(zhuǎn)化成沼氣，再沼氣直接燃燒發(fā)電，或沼氣去碳（甲烷裂解制氫）后燃燒發(fā)電，或沼氣用作化工原料等；值得強調(diào)的是喂養(yǎng)動物不僅是生物質(zhì)的一條重要途徑，也是生物質(zhì)經(jīng)動物轉(zhuǎn)化后再利用的一條重要途徑；三是利用生物質(zhì)資源化利用的二次廢棄物，如利用沼渣堆肥、種養(yǎng)殖，又如近期較受關(guān)注的煙氣資源化利用等。
將生物質(zhì)直接燃燒的煙氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化成甲烷是有吸引力的。目前有2種思路，一是二氧化碳與水光催化反應(yīng)生成甲烷，二是二氧化碳加氫催化反應(yīng)（Sabatier反應(yīng)）生成甲烷。已有企業(yè)試圖將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成甲烷等資源。日本昭和殼牌石油公司的一種技術(shù)利用太陽光在常溫常壓下將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成甲烷等資源。據(jù)介紹，該公司利用燃料電池中使用的氣體擴散電極和新研發(fā)的催化劑，在常溫常壓條件下僅利用太陽光就可直接將水和二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷和乙烯。該公司認為，這一技術(shù)是減少二氧化碳排放和新能源合成領(lǐng)域的重要進展。日本政府試圖利用Sabatier反應(yīng)將二氧化碳催化加氫甲烷化。日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省將與日本制鐵、三菱商事等19家企業(yè)磋商，研究如何加強二氧化碳甲烷化的技術(shù)研發(fā)。日本產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟省提出的分階段是，到2030年以合成甲烷置換1%以上的民用燃氣，到2050年一舉擴大至90%。日本燃氣協(xié)會的測算顯示，1%的置換量可以減排80萬噸二氧化碳，而90%的置換量則能夠減排8000萬噸二氧化碳，分別相當(dāng)于日本總排放量的0.07%和7%。日本計劃能否成功取決于太陽能發(fā)電制氫成本能否控制住。
拓寬生物質(zhì)物質(zhì)利用與能量利用途徑事關(guān)生物質(zhì)資源化利用的發(fā)展前景，需要加大研究開發(fā)生物質(zhì)綜合利用途徑、技術(shù)、工藝、設(shè)備和產(chǎn)品的力度。
3）提高生物質(zhì)資源化利用效率
如何提高生物質(zhì)物質(zhì)利用的直接減碳效果（固碳效果）和減小其間接增碳效果，又如何提高提高生物質(zhì)能量利用的間接減碳效果呢？這需要提高資源回收利用率和降低資源化利用系統(tǒng)的自耗能量，換言之，需要提高生物質(zhì)資源化利用系統(tǒng)的效率。
不同的生物質(zhì)資源化利用途徑、技術(shù)、工藝和設(shè)備具有不同的效率。建設(shè)和改擴建生物質(zhì)資源化利用項目時要選用效率較高的途徑、技術(shù)、工藝和設(shè)備（選型）以提高資源回收利用率，并優(yōu)化節(jié)能方案和完善信息化、智能化、智慧化管理方案以降低資源化利用系統(tǒng)的自耗能量，保障生物質(zhì)資源化利用系統(tǒng)達到較高的效率。生物質(zhì)資源化利用的選型、節(jié)能和管理的增效減碳空間較大。
以生物質(zhì)能量利用為例。生物質(zhì)直接燃燒/蒸汽輪機發(fā)電系統(tǒng)只有22%左右的發(fā)電效率，但生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成沼氣/內(nèi)燃式沼氣發(fā)電系統(tǒng)，因沼氣含水率較低和內(nèi)燃式沼氣發(fā)電機組較蒸汽輪機發(fā)電機組具有更高的能量轉(zhuǎn)化效率，將具有28%以上的發(fā)電效率（假定生物質(zhì)的固料轉(zhuǎn)化成沼氣的轉(zhuǎn)換率為60%）；發(fā)電效率越高，單位二氧化碳產(chǎn)量的發(fā)電量便越大，因此，生物質(zhì)能量回收發(fā)電系統(tǒng)的間接減碳效果就越大；擴大而言，生物質(zhì)能量利用系統(tǒng)的能量回收利用效率越高，其間接減碳效果越大，可以引進“單位回收利用能量的二氧化碳產(chǎn)量”指標(biāo)代替能量回收利用效率指標(biāo)來衡量生物質(zhì)能量利用系統(tǒng)的間接減碳效果的高低。除發(fā)電效率或能量回收利用率外，系統(tǒng)節(jié)能方案和管理水平將影響系統(tǒng)的自耗能量的高低，這也會影響系統(tǒng)的間接減碳效果；目前生物質(zhì)直接焚燒發(fā)電系統(tǒng)的自耗電占比大多在10%至15%范圍內(nèi)變化，這種差異除選型因素外，就是節(jié)能與管理水平因素。
