淺談推動(dòng)新能源革命實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)

淺談推動(dòng)新能源革命實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)碳達(dá)峰、碳中和已經(jīng)成為關(guān)系國(guó)家戰(zhàn)略實(shí)現(xiàn)的重要工作與目標(biāo)。2021年4月30日召開(kāi)的中央政治局會(huì)議強(qiáng)調(diào)，要有序推進(jìn)碳達(dá)峰、碳中和工作，積極發(fā)展新能源。在諸多新能源中，唯有生物能源與農(nóng)業(yè)密切相關(guān)。我國(guó)要在2060年前實(shí)現(xiàn)“碳中和〃，就必須在交和工業(yè)原料方面不再依賴化石能源，從石油經(jīng)濟(jì)向建立在生物技術(shù)和產(chǎn)品之上的生物經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型。因此，用生物質(zhì)替代石油是一場(chǎng)新能源革命。清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院教授李十中認(rèn)為，僅利用我國(guó)現(xiàn)有秸稈的40%和5000萬(wàn)畝青貯玉米地、2億畝鹽堿地資源，對(duì)1億畝壓采地下水耕地進(jìn)行種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，生產(chǎn)乙醇、氫等生物燃料和聚乳酸等生物基材料，就能替代1.5億噸汽柴油和1億噸石油基塑料和化纖，使紡織服裝業(yè)重獲新生，進(jìn)而有望使國(guó)家逐步實(shí)現(xiàn)從石油經(jīng)濟(jì)向生物經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)型，提供5000萬(wàn)個(gè)就業(yè)崗位，引領(lǐng)全球碳中和之路。一、新興生物燃料和生物基材料產(chǎn)業(yè)舉步維艱的原因有哪些？1、缺乏國(guó)家統(tǒng)一部署和集中投入，且因涉及〃三農(nóng)〃，帶動(dòng)面廣、產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)、環(huán)節(jié)多，單個(gè)政府部門和企業(yè)也無(wú)法協(xié)調(diào)。2、相關(guān)配套政策及產(chǎn)業(yè)發(fā)展體制機(jī)制不完善，例如，2018年國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)的《全國(guó)生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)體布局方案》未能落實(shí)；2020年全國(guó)使用E10乙醇汽油的目標(biāo)落空；禁塑措施落實(shí)不到位；用可生物降解塑料替代一次性塑料產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)缺失，生物基材料進(jìn)入市場(chǎng)困難；生物燃料和生物基材料在國(guó)家科技計(jì)劃中未予重點(diǎn)支持等。二、發(fā)展生物燃料和生物基材料產(chǎn)業(yè)有哪些建議？1、 制定國(guó)家長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃。建議將發(fā)展生物經(jīng)濟(jì)作為〃十四五〃經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展工作的重點(diǎn)，在〃碳達(dá)峰碳中和工作領(lǐng)導(dǎo)小組〃下設(shè)〃生物燃料與生物基材料產(chǎn)業(yè)辦公室〃，協(xié)調(diào)各部門、行業(yè)做好產(chǎn)業(yè)規(guī)劃和布局，制定扶持政策，籌措資金支持；設(shè)立國(guó)家科技專項(xiàng)，通過(guò)重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，突破關(guān)鍵核心技術(shù)，建立產(chǎn)業(yè)化技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈集群式快速發(fā)展。2、 出臺(tái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展引導(dǎo)性扶持政策。建議相關(guān)部門出臺(tái)引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的扶持性政策，包括補(bǔ)貼、土地、專項(xiàng)資金、稅收等，調(diào)動(dòng)農(nóng)民、相關(guān)企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)、各級(jí)政府的積極性。3、 做好區(qū)域全產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)痉?。建議在海南、吉林兩個(gè)不同資源條件的省份試點(diǎn)發(fā)展生物燃料和生物基材料產(chǎn)業(yè)，包括建設(shè)生物乙醇及乙醇制氫、聚乳酸材料示范工廠，實(shí)現(xiàn)從農(nóng)林廢棄物和邊際土地利用、乙醇與聚乳酸加工、可生物降解材料產(chǎn)品及乙醇動(dòng)力農(nóng)機(jī)或氫動(dòng)力（燃料電池或氫發(fā)動(dòng)機(jī)）車船的全產(chǎn)業(yè)鏈綜合示范應(yīng)用，取得經(jīng)驗(yàn)后再向全國(guó)推廣。01、新能源革命是國(guó)家從石油經(jīng)濟(jì)向生物經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型、實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的必經(jīng)之路開(kāi)發(fā)與利用生物能源是目前最有潛力的人類從根本上改善環(huán)境、提供燃料和材料產(chǎn)品的發(fā)展方向。生物能源的優(yōu)勢(shì)不僅在于可再生、植物自身吸收CO2,還在于其〃物質(zhì)性〃特質(zhì)使其可替代化石能源提供人類所需的燃料和材料，拓寬農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)，使綠水青山變成金山銀山。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，生物質(zhì)資源豐富，大力發(fā)展生物能源符合國(guó)情，在保證糧飼供應(yīng)的前提下，通過(guò)調(diào)整種植結(jié)構(gòu)和在邊際土地上種植能源作物、利用秸稈生產(chǎn)清潔燃料與合成材料，既可減少石油進(jìn)口，又可帶動(dòng)農(nóng)業(yè)發(fā)展和鄉(xiāng)村振興。用生物質(zhì)替代石油生產(chǎn)人類必須的燃料和材料是目前石油化工領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)碳中和的唯一途徑。從能源安全和氣候變化的角度考慮，各國(guó)都把減少化石能源消耗、發(fā)展可再生能源、保護(hù)人類共同家園作為首要任務(wù)，發(fā)達(dá)國(guó)家已把用生物質(zhì)替代石油作為國(guó)家能源戰(zhàn)略。生物燃料和生物基材料是以可再生的生物質(zhì)為原料，利用生物化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)生產(chǎn)的材料和燃料，其原料源自〃生物〃，轉(zhuǎn)化過(guò)程是能耗低的〃生物過(guò)程〃。新能源革命推動(dòng)了生物和化工領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，促進(jìn)了燃料與材料變革，使化石燃料逐步向乙醇、氫等生物燃料以及電、合成燃料轉(zhuǎn)變；石化材料逐步向生物基材料轉(zhuǎn)變。生物燃料和生物基材料產(chǎn)業(yè)具備戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的全部特征，有利于解決我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格和市場(chǎng)波動(dòng)問(wèn)題，聚焦每年進(jìn)口5億多噸石油和2百多萬(wàn)噸牛肉的巨大市場(chǎng)，可培育〃三農(nóng)〃的自身〃造血〃功能與成長(zhǎng)機(jī)制，進(jìn)而顯著增加農(nóng)民收入，解決數(shù)千萬(wàn)農(nóng)民工就業(yè)問(wèn)題，促進(jìn)鄉(xiāng)村振興，讓綠水青山真正成為金山銀山。生物燃料和生物基材料產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成。第一，生物燃料有利于溫室氣體、顆粒物減排，帶動(dòng)農(nóng)業(yè)發(fā)展。首先，生物燃料產(chǎn)業(yè)在能源安全、環(huán)保、控制氣候變化領(lǐng)域作用巨大。其次，發(fā)展生物燃料產(chǎn)業(yè)還擴(kuò)大了農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)、增加農(nóng)民收入。美國(guó)在20世紀(jì)70年代為了解決農(nóng)業(yè)和農(nóng)民問(wèn)題，用玉米加工乙醇替代汽油以保持玉米價(jià)格穩(wěn)定，并就地創(chuàng)造就業(yè)崗位，保障農(nóng)民收入，〃歪打正著〃地同時(shí)解決了能源、環(huán)境、玉米價(jià)格三個(gè)棘手問(wèn)題，使美國(guó)在主導(dǎo)全球氣候變化方面有了資本。第二，生物基材料性能優(yōu)異，可生物降解塑料還解決了石油基塑料造成的污染問(wèn)題。生物基高分子材料具有優(yōu)異的性能。聚羥基脂肪酸酯系列材料有非常好的生物相容性和可降解性，廣泛應(yīng)用于骨釘、縫合線、藥物載體等醫(yī)藥材料及塑料、纖維領(lǐng)域；生物基聚氨酯環(huán)保無(wú)毒，性能比石油基產(chǎn)品更優(yōu)異，用其生產(chǎn)的人造革、油漆涂料等具有透氣、無(wú)毒的特點(diǎn)；生物基聚碳酸酯通過(guò)利用二氧化碳與生物發(fā)酵產(chǎn)生的二元醇催化聚合制備而成，不再使用有毒的雙酚A,因此環(huán)保無(wú)毒；聚乳酸無(wú)毒，既可用于一次性餐飲用具、食品包裝材料等以解決石油基塑料造成的污染問(wèn)題，又因親膚、抑菌、抗螨、防臭、阻燃等特性可替代化纖，且在服裝、床上用品等方面的應(yīng)用效果優(yōu)于棉織品?！犊茖W(xué)美國(guó)人》和世界經(jīng)濟(jì)論壇把可生物降解塑料排在2019年全球十大新興技術(shù)的第1位中國(guó)在技術(shù)上取得突破，具備了〃換道超車〃條件。大規(guī)模用玉米生產(chǎn)乙醇，會(huì)影響糧飼安全，而利用秸稈等木質(zhì)纖維素生產(chǎn)的第二代生物燃料一一纖維素乙醇尚不能商業(yè)化。相較而言用高粱生產(chǎn)乙醇則優(yōu)勢(shì)明顯。甜高粱是高粱的一個(gè)品種，其莖稈和甘蔗的蔗糖含量一樣，達(dá)到10%?15%，是能同時(shí)提供糧食、飼料和能源的多功能作物。我國(guó)自主創(chuàng)新的〃連續(xù)固體發(fā)酵生產(chǎn)甜高粱稈乙醇技術(shù)〃日臻成熟，已示范成功。甜高粱稈乙醇發(fā)酵時(shí)間僅為24小時(shí)（玉米乙醇發(fā)酵時(shí)間為50小時(shí)），乙醇收率達(dá)91%；其生產(chǎn)過(guò)程無(wú)發(fā)酵廢水排放；分離乙醇后的酒糟營(yíng)養(yǎng)成分與青貯玉米相同，替代青貯玉米喂?？扇赵鲋?.08公斤。每生產(chǎn)1萬(wàn)噸甜高粱乙醇可帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)新增經(jīng)濟(jì)效益4.3億元、提供2000個(gè)就業(yè)崗位，使農(nóng)民種植收入增加1倍以上，既可提供清潔燃料和飼料，又可推動(dòng)鄉(xiāng)村振興，讓綠水青山變金山銀山。在低成本的甜高粱乙醇基礎(chǔ)上，用46%乙醇水溶液在線重整制氫解決了可再生氫源和加氫基礎(chǔ)設(shè)施問(wèn)題。利用現(xiàn)有加油站，僅把汽、柴油換成46%乙醇，車載重整反應(yīng)器即可在線制氫供燃料電池發(fā)電，安全無(wú)憂，更無(wú)需建設(shè)昂貴、復(fù)雜的加氫站和貯運(yùn)設(shè)施；用自主創(chuàng)新技術(shù)生產(chǎn)的46%甜高粱乙醇可使車的燃料成本與用汽、柴油相同。因此，集成甜高粱乙醇重整制氫和氫動(dòng)力系統(tǒng)，有可能使我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)后來(lái)居上。在生物基材料方面，國(guó)家發(fā)改委發(fā)布的《增強(qiáng)制造業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力三年行動(dòng)計(jì)劃（2018-2020年）》中所確定的重點(diǎn)化工新材料關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目就包括新型可降解材料；中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)在《石油和化學(xué)工業(yè)〃十三五〃發(fā)展規(guī)劃指南》中將可生物降解材料作為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)列入優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域，立足自主創(chuàng)新，鼓勵(lì)企業(yè)推進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化?，F(xiàn)我國(guó)已開(kāi)發(fā)出從玉米到聚乳酸，再到下游可生物降解塑料和纖維的全產(chǎn)業(yè)鏈新材料制備技術(shù)，成為與美國(guó)、荷蘭并駕齊驅(qū)掌握核心技術(shù)與裝備的三個(gè)國(guó)家之一。02、用生物質(zhì)替代石油是〃換道超車〃、大規(guī)模發(fā)展生物經(jīng)濟(jì)需具備的條件我國(guó)大規(guī)模發(fā)展生物經(jīng)濟(jì)有技術(shù)和原料保障，可以使綠水青山成為金山銀山，形成具有中國(guó)特色、引領(lǐng)全球的碳中和之路。依托自主創(chuàng)新技術(shù)生產(chǎn)的乙醇、聚乳酸經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng)。甜高粱耐貧瘠，水肥用量是玉米的一半。采用國(guó)際領(lǐng)先的連續(xù)固體發(fā)酵技術(shù)，16噸含糖13?14%的莖稈可生產(chǎn)1噸乙醇；蒸餾分離乙醇后的酒糟除了替代青貯玉米喂牛（羊）外，還可用于機(jī)械法造紙，能耗比現(xiàn)行機(jī)械磨漿工藝低31%,或可用于改良重度鹽堿地，每畝施用2?4噸酒糟，2?3年即可將其改造成良田；通過(guò)蒸餾時(shí)加堿破壞甜高粱秸稈結(jié)構(gòu)，節(jié)省預(yù)處理能耗，可經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)纖維素乙醇、乳酸或納米纖維素，并副產(chǎn)木質(zhì)素，而每公斤木質(zhì)素可治理20平方米沙漠。由于甜高粱得到充分利用，沒(méi)有廢水處理問(wèn)題，所以乙醇成本能與油價(jià)50美元/桶的汽油相競(jìng)爭(zhēng)。乙醇可先滿足全國(guó)使用E10乙醇汽油的需求，再擴(kuò)大產(chǎn)量為氫燃料電池或氫發(fā)動(dòng)機(jī)汽車提供燃料。我國(guó)開(kāi)發(fā)的過(guò)渡金屬催化劑乙醇重整制氫技術(shù)居國(guó)際領(lǐng)先水平，氫收率高達(dá)90%，再結(jié)合低成本的甜高粱乙醇，有望在綠氫領(lǐng)域先撥頭籌。我國(guó)不僅是三個(gè)掌握聚乳酸全產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)技術(shù)、裝備的國(guó)家之一，而且我國(guó)聚乳酸生產(chǎn)成本比國(guó)外產(chǎn)品低20%。政策法規(guī)保障加之聚乳酸環(huán)保、無(wú)毒、阻燃等優(yōu)點(diǎn)，可以使民眾接受以聚乳酸替代一次性塑料制品；聚乳酸纖維成本已低于天絲、莫代爾等天然植物纖維，與棉花相近，但性能優(yōu)于棉織品，具備一定的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，因此有望使傳統(tǒng)的輕紡工業(yè)重獲新生。用甜高粱生產(chǎn)乙醇和牛羊飼料相得益彰。甜高粱和連續(xù)固體發(fā)酵生產(chǎn)乙醇技術(shù)可以同時(shí)解決乙醇原料和牲畜飼料兩個(gè)難題，乙醇替代汽油還可減排CO2。調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，將青貯玉米改為甜高粱，可提高飼料供給能力甜高粱已被農(nóng)業(yè)農(nóng)村部納入《糧改飼工作實(shí)施方案》和《2017年推進(jìn)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整工作方案》之中。預(yù)計(jì)到2030年，全國(guó)將種植1億畝青貯玉米，如果改種甜高粱，可飼養(yǎng)6000萬(wàn)頭牛、副產(chǎn)3300萬(wàn)噸乙醇。再通過(guò)種植甜高粱改造8000萬(wàn)畝鹽堿化耕地、利用1.2億畝鹽堿荒地、調(diào)整1億畝壓采地下水耕地種植結(jié)構(gòu)，又可以生產(chǎn)1.1?1.2億噸乙醇，副產(chǎn)飼料、土壤改良劑、紙漿、纖維素乙醇或乳酸等產(chǎn)品。每噸甜高粱乙醇替代汽油能減排2噸CO2，1.5億噸乙醇就可減排3億噸CO2。用玉米和秸稈生產(chǎn)聚乳酸帶動(dòng)一二三產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展?？缮锝到饩廴樗崴芰夏軌蛲苿?dòng)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，使農(nóng)業(yè)減排CO2成為現(xiàn)實(shí)。聚乳酸是可生物降解高分子，能替代塑料、化纖，解決塑料污染問(wèn)題?；谖覈?guó)當(dāng)前玉米15753萬(wàn)噸飼用、8152萬(wàn)噸深加工用的現(xiàn)狀，通過(guò)發(fā)展聚乳酸產(chǎn)業(yè)來(lái)調(diào)整玉米加工業(yè)結(jié)構(gòu)，拉動(dòng)玉米市場(chǎng)、維持玉米的高價(jià)位，激發(fā)農(nóng)民種糧積極性，提高農(nóng)民收入，既能達(dá)到保障糧飼供應(yīng)的目的，又能滿足全球限塑、禁塑需求，還能帶動(dòng)輕紡、服裝工業(yè)，形成產(chǎn)業(yè)集群，進(jìn)而新增萬(wàn)億元GDP經(jīng)濟(jì)規(guī)模，實(shí)現(xiàn)新時(shí)代東北振興、形成西部大開(kāi)發(fā)新格局。同時(shí)，聚乳酸還能和甜高粱乙醇聯(lián)產(chǎn)。甜高粱耐鹽堿、耐干旱，適合在邊際土地上生長(zhǎng)，高粱米可為糧飼，并可采用自主研發(fā)技術(shù)把甜高粱稈中的蔗糖轉(zhuǎn)化為乙醇，用剩余的秸稈生產(chǎn)乳酸，再聚合為聚乳酸。由于玉米、秸稈和甜高粱稈全部轉(zhuǎn)化為聚乳酸材料和木質(zhì)素，使玉米、甜高粱生長(zhǎng)過(guò)程吸收的CO2都被固定，不再經(jīng)過(guò)糧飼利用后釋放到大氣中，因此可產(chǎn)生顯著的CO2減排效果。1噸玉米聚乳酸能固定8.24噸CO2、1噸甜高粱聚乳酸可固定11.22噸CO2。推廣以乙醇為動(dòng)力的農(nóng)業(yè)機(jī)械，促進(jìn)石油農(nóng)業(yè)向生態(tài)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)大量使用以石油產(chǎn)品為動(dòng)力的農(nóng)機(jī)和以石油制品為原料的化肥、農(nóng)藥等農(nóng)用化學(xué)品，被稱為“石油農(nóng)業(yè)〃。我國(guó)農(nóng)機(jī)每年消耗1468萬(wàn)噸柴油，既排放CO2，又增加農(nóng)民負(fù)擔(dān)。農(nóng)機(jī)亦屬于難以電動(dòng)化的領(lǐng)域。落實(shí)2021年中央一號(hào)文件〃強(qiáng)化現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技和物質(zhì)裝備支撐〃的要求與部署，可利用我國(guó)在國(guó)際上領(lǐng)先的〃壓燃式高辛烷值燃料發(fā)動(dòng)機(jī)〃技術(shù)，開(kāi)發(fā)乙醇替代以柴油為動(dòng)力的農(nóng)機(jī)，使農(nóng)業(yè)不僅可以通過(guò)光合作用吸收CO2，而且可提供農(nóng)業(yè)自身生產(chǎn)過(guò)程所需能源，實(shí)現(xiàn)“負(fù)碳〃排放構(gòu)建“甜高粱種植/低成本飼料和燃料/乙醇農(nóng)機(jī)/優(yōu)質(zhì)肉奶〃低碳農(nóng)工生態(tài)產(chǎn)業(yè)，可〃一舉多得〃地解決糧食和飼料、農(nóng)民增收、低成本農(nóng)機(jī)用油、農(nóng)業(yè)減排CO2等多重問(wèn)題，引領(lǐng)世界農(nóng)業(yè)從石油農(nóng)業(yè)向生態(tài)農(nóng)業(yè)過(guò)渡。03、加快以生物質(zhì)替代石油帶動(dòng)鄉(xiāng)村振興、改善生態(tài)環(huán)境意義重大有利于解決〃三農(nóng)〃問(wèn)題，規(guī)避石油斷供風(fēng)險(xiǎn)。用生物質(zhì)替代石油與〃三農(nóng)〃問(wèn)題的解決密切相關(guān)，既能保證糧飼供應(yīng)，又能從根本上解決農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)出路問(wèn)題，顯著增加農(nóng)民收入，帶動(dòng)鄉(xiāng)村振興。同時(shí)，減少進(jìn)口石油，能有效規(guī)避石油斷供風(fēng)險(xiǎn)，從國(guó)際地緣政治角度看，可改變因石油進(jìn)口受制于人的局面，增加外交主動(dòng)權(quán)；從軍事角度看，可避免為石油保供而發(fā)生武裝沖突的風(fēng)險(xiǎn)。有利于實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，消除大氣污染。一方面，生物質(zhì)在生長(zhǎng)過(guò)程中吸收CO2,利用邊際土地改善生態(tài)環(huán)境，替代石油生產(chǎn)的燃料與材料又可減排CO2；另一方面，汽車尾氣是造成霧霾等大氣污染的主要原因之一，使用乙醇燃料，尾氣排放顆粒物僅是使用汽油的1/10，而氫作為燃料時(shí)尾氣排放顆粒物更是低為〃零〃。有利于經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)