净零排放经济中的生物质

　　提起生物质这个概念可能大家会有些陌生，但其实生物质无处不在，其提供的生物质能被誉为继煤炭、石油、天然气之外的＂第四大＂能源。那么生物质到底是什么，发展现状与前景如何，又有哪些问题点呢？让我们一起看看吧。
　　本月，ETC（能源转型委员会）在其新报告《净零排放经济中的生物资源》中明确指出，虽然生物资源原则上是可再生的，但从环境角度来看，并非所有形式的生物质利用都是有益的。
　　生物质和生物质能
　　生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，即一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质。它包括植物、动物和微生物。比如农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便。
　　生物质内部储存着来自太阳的化学能，主要用于直接燃烧以供热或通过各种过程转化为可再生的液体和气体燃料。
　　土豆生物电池。
　　生物质能，顾名思义，就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。
　　生物质能最常见于植物所制造的生物质燃料，或者用来生产纤维、化学制品和热能的动植物，也包括以生物降解的废弃物制造的燃料。那些已经变质成为煤炭或石油等的有机物质除外。
　　生物质柴油的加油站。
　　生物质能对环境相当友好，能源的原材料主要是农林业废弃物（植物、动物粪便等），不仅可以有效实现废物资源化，而且产品清洁、可再生，可降低二氧化碳排放，是一种相当理想的可再生清洁能源。
　　生物质能几乎无处不在，却又不为人熟知，目前在全世界的能源体系当中占比相对较低，这也意味着，生物质能有巨大的发展空间。随着目前全球对能源需求的持续增长，生物质能的工业发展也水涨船高。
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　　生物质能概述。
　　生物质处理方式及用途
　　生物质处理按技术难度分为低技术处理和高技术处理：
　　低技术处理  堆肥（调整和增肥土壤）   厌氧消化（使生物质腐烂以生产沼气或将污泥转为肥料）   发酵和蒸馏（用来制造乙醇）   ……
　　高技术处理  高温裂解（在缺乏空气的状态下加热有机废弃物以制造瓦斯、煤炭等燃料）   气化（生产甲烷和乙烷）   氢化（在高温高压下用一氧化碳和蒸汽将生物质转化为石油）   破坏性蒸馏（用高纤维有机废弃物生产甲醇）   酯交换（将植物脂肪、动物脂肪转化为脂肪酸甲酯，用以生产生物柴油）   ……
　　生物质除了上述当作燃料和堆肥的用途外，还可以用来制造建材、生物质可降解塑胶和纸张等。
　　生物质能的特点
　　1可再生性
　　生物质能属可再生资源，生物质能由于通过植物的光合作用可以再生，与风能、太阳能等同属可再生能源，资源丰富，可保证能源的永续利用。
　　2低污染性
　　生物质中有害物质很少，且植物生物质作为燃料时，排放出的二氧化碳与植物生长时所需的二氧化碳相当，因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零，可有效地减轻温室效应，属于清洁能源。
　　3资源丰富
　　生物质能源资源丰富，分布广泛。根据我国《可再生能源中长期发展规划》统计，我国生物质资源可转换为能源的潜力约5亿吨标准煤，随着造林面积的扩大和经济社会的发展，我国生物质资源转换为能源的潜力可达10亿吨标准煤。在传统能源日渐枯竭的背景下，生物质能源是理想的替代能源，被誉为继煤炭、石油、天然气之外的＂第四大＂能源。
　　常见生物质燃料。
　　4广泛应用性
　　生物质能源可以以沼气、压缩成型固体燃料、气化生产燃气、气化发电、生产燃料酒精、热裂解生产的生物柴油等形式存在，应用在国民经济的各个领域。
　　生物质能应用案例
　　藻类生物燃料
　　藻类生物燃料是以藻类作原料制成可以替代石化燃料的生物燃料。藻类的脂类及油性部分在提取后可以经过转化程序变成生物质柴油，而余下的碳水化合物成分可经发酵过程制成乙醇和生物丁醇。
　　藻类生物燃料本身不仅能达到二氧化碳减排的效果，而且能被生物降解，对环境影响相当小。相比其他生物燃料，藻类生物燃料也有不少好处。藻类的生产不会占用耕地，所需水资源非常少，所用的水可以是海水或废水。美国能源部估计，如果以藻类生物燃料替代石化燃料，只需要39,000平方千米的土地就能足够全美国使用，只占全美国0.42%面积。而且藻类生物燃料的用途相当广泛，可以取代相当多的石化燃料的用途。
　　藻类生物燃料研究在1970年代至90年代早期激增，在之后很短的时间内，大约从2009年到2017年左右，这种替代燃料技术成为可再生替代能源行业的宠儿，多国政府及私人公司投入资金研究减少其成本以使其能作商业应用。
　　藻类生物燃料的制造成本相当高，约是其他生物燃料的10-1,000倍，并且科研难度巨大。在经历了无数次挫折、测试失败和巨大的意外生产成本之后，许多公司退出了竞争，包括雪佛龙和壳牌。
　　尽管如此，即使最初的光芒黯淡，它今天仍然是一个基于自然的气候变化解决方案，对许多企业来说充满吸引力，包括埃克森美孚在内的一些公司仍在积极探索藻类生物燃料的高效生产技术。
　　加利福尼亚州的一个实验性的室外海藻生长池，埃克森美孚和合成基因组公司正在那里迈向大规模生产藻类生物燃料的目标。
　　沼气
　　厌氧消化设备像人类的消化系统一样生产沼气。当厌氧消化设备利用有机物进行反应——包括食物垃圾、农业残留物以及动物或人类粪便时，这些有机物会在缺氧的情况下被微生物分解并转化为沼气，可用于加热、烹饪、运输和其他需求。
　　由生物质废物产生的沼气（也称为可再生天然气）含有多种成分，主要是二氧化碳和可燃甲烷——虽然这两种气体都是强效GHG(温室气体)，但是废物转化技术可以捕获原本会排放到大气中的温室气体，并将其用于生产，从而节省能源。沼气工程技术有助于帮助实现循环经济发展、环境保护、减少温室气体排放和生产可再生能源等目标。
　　2010年至2018年间，全球沼气产量每年增长约4%，这意味着该行业在过去十年中增长了约40%。目前，全球有超过130,000个大中小型厌氧消化设备在运行，主要分布在欧洲、中国和美国。虽然目前沼气消费仅占全球能源结构的0.3%，但预计到2040年这一数字将翻一番。
　　然而值得注意的是，这种形式的生物质能只有在使用废物作为原料，同时能有效减少甲烷净排放量，而且是代替化石燃料使用的情况下才会产生气候效益。
　　安装在密歇根州立大学内的厌氧消化池。
　　生物塑料
　　生物塑料来自于可再生的生物质，如植物油、米淀粉、豌豆淀粉或微生物群。常见的塑料，如化石燃料塑料是从石油中提炼，这些塑料更多地依赖化石燃料并产生更多的温室气体，然而不是全部的生物塑料都可以生物降解。
　　可生物降解的生物塑料在无氧或有氧环境能够分解，它们的可降解能力取决于制造方式。生物塑料可以由各种各样的材料组成，包括：淀粉、纤维素或其他生物聚合物。生物塑料的一些常见应用包括包装材料、餐具、食品包装和绝缘等。
　　一般而言，生物塑料的最大优势是对生态系统污染小，以及能源碳排放较少。其他优点还包括生物塑料不含BPA（双酚A），可用于食品储存和婴儿喂养用品行业。
　　欧洲奥地利推出OK biobased标签，并会标明生物塑料产品中生物基的含量，鼓励消费者消费绿色环保的生物塑料。
　　生物质能利用现状和展望
　　许多关于实现净零碳排放经济的分析都认为生物质能发挥了重要作用。对生物质能的需求正在强劲增长，公共政策也支持生物能源在多个领域的应用。
　　根据中投产业研究院发布的《2020-2024年中国生物质能利用产业深度分析及发展规划咨询建议报告》显示，2020年上半年，生物质发电量达到618.2亿千瓦时，同比增长23.7%，其中，生活垃圾焚烧发电量355.9亿千瓦时，同比增长40.8%；农林生物质发电244.3亿千瓦时，同比增长5.6%；沼气发电18亿千瓦时，同比增长13.8%。各行业的生物质发电需求均保持增长势头。
　　2020年，生物质能提供约13亿度电能，相当于美国一年能源消耗总量的4.9%。
　　由于环保的要求，英国石油公司、道达尔和埃尼集团计划到2030年将生物燃料产能提高2至5倍；摩根士丹利（一家成立于美国纽约的国际金融服务公司）表示，到2025年，美国的年消费量将从目前的8,100万升增长到75亿升，增长近10倍……
　　随着巨头向生物燃料转型，生物燃料行业将迅速发展壮大，市场空间也将迅速增长。
　　存在的问题
　　能源转型委员会主席Adair Turner
　　虽然生物质可以为世界脱碳做出非常宝贵的贡献，但真正可持续的生物质数量有限。因此，生物质能源必须优先集中应用在没有替代脱碳方案的领域。令人庆幸的是清洁电气化和氢能常常能提供更实惠的解决办法。政策制定者面临的挑战是要在快速开发这些替代品的同时，支持将生物质作为一个补充方案用于最需要它的领域--材料、航空和除碳，并持续关注，确保生物质的供应真正具有可持续性。
　　ETC在报告中指出：生物质的可持续供应总量是非常有限的，而且植物通过光合作用获取太阳能的效率非常低。因此使用生物质能来满足能源需求会导致对土地的大量需求，可能会与粮食生产、生物多样性或使用天然森林等生态系统作为碳储存的方式产生冲突。对土地使用的不利影响，加上生物能源生产中的大量转化损失，意味着某些形式的生物质能在其生命周期内远远达不到净零碳排放。
　　另外对生物质能不断暴涨的需求如果不加以控制，将使生物不可持续管理的风险增加，包括森林砍伐、生物多样性损失和土壤耗竭。
　　因此，生物质利用战略必须从仔细评估可持续供应总量开始，ETC鼓励在没有替代减排方案的少数几个行业优先考虑使用生物质。
　　引用 1. https://www.eia.gov/energyexplained/biomass/
　　2. https://news.mongabay.com
　　/2021/07/converting-biowaste-to-
　　biogas-could-power-cleaner-sustainable-earth-future/
　　3. https://news.mongabay.com/
　　2021/07/playing-the-long-game-exxonmobil-gambles-on-algae-biofuel/
　　4. https://www.energytransitions.org/publications/bioresources-within-a-net-zero-emissions
　　economy/#download-form
　　5. http://www.qibebt.cas.cn/xwzx/kydt/202003/t20200309_5509099.htm
　　6. https://www.163.com/dy/article/
　　GEC79OLK051494RM.html
　　7. https://baijiahao.baidu.com/s?id=1680147087870816816&wfr=spider&for=pc
　　8. https://v.qq.com/x/page/x0500memive.html
　　9. https://blogs.edf.org/energy
　　exchange/2019/04/15/not-all-biogas-is-created-equal/
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