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以植物、細(xì)菌、藻類和動(dòng)物等有機(jī)質(zhì)為原料，提取氫氣，使其與氧氣反應(yīng)產(chǎn)生能量，用于熱源和動(dòng)力，稱為生物質(zhì)氫能。從大規(guī)模生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)的角度來看，其原料主要來自甘蔗、甜高粱、甜菜和木薯等植物。
生物質(zhì)原料，由于其可燃性，是生物質(zhì)能源，通過“生物質(zhì)加工提醇-醇類制氫-氫氧反應(yīng)”過程形成氫能。從“碳排放”程度的變化來看，生物質(zhì)能源可分為三個(gè)階段：直接燃用動(dòng)物油和植物、從細(xì)菌和藻類植物中提取乙醇燃用、乙醇等重整制氫使用。人類生物質(zhì)能源的生產(chǎn)和消費(fèi)在第一階段直接燃燒，污染和碳排放量較大；第二階段是生物質(zhì)的精細(xì)加工和使用，減少了污染和碳排放；第三階段，通過深化加工和轉(zhuǎn)化氫能，實(shí)現(xiàn)低污染和零排放的生產(chǎn)和使用。
作為生物質(zhì)氫能的第三階段，其優(yōu)點(diǎn)是屬于綠氫，通過植物生長(zhǎng)吸收陽光、土壤水分和二氧化碳，從將成熟后的果實(shí)和秸稈發(fā)酵提取乙醇，然后重整制氫，加工和轉(zhuǎn)化的碳排放量微?。粡纳镔|(zhì)原料到從加工中提取的乙醇能源，通過發(fā)酵和蒸餾獲得的乙醇轉(zhuǎn)化用能不多，并且可以從一些秸稈或酒糟燃燒加溫或光電風(fēng)電加熱中獲得。能量轉(zhuǎn)換次數(shù)少，轉(zhuǎn)換消耗能源低；生物質(zhì)直接發(fā)酵提取乙醇，通過化學(xué)反應(yīng)獲得氫氣，降低了風(fēng)能、光能和電解水制氫需要先儲(chǔ)能的環(huán)節(jié)，節(jié)約了成本和能源轉(zhuǎn)換損耗。
從世界范圍來看，目前各國(guó)主要通過石化原料加工制氫，而風(fēng)能、光能、電解水制氫和生物發(fā)酵重整制氫的產(chǎn)量不到總產(chǎn)量的1%，其中生物氫產(chǎn)能不到綠氫產(chǎn)能的1%，生物質(zhì)氫能的發(fā)展還處于萌芽階段。目前，巴西和美國(guó)是生物質(zhì)能源生產(chǎn)和消費(fèi)的主要國(guó)家。巴西甘蔗生產(chǎn)的生物質(zhì)乙醇和其他能源占其總能源消耗的17.4%，生物乙醇占輕型乘用車燃料總消耗的48.3%；2020年，美國(guó)生產(chǎn)了約5050萬噸生物乙醇，其中約70%用于汽車動(dòng)力。大多數(shù)地區(qū)使用10%的生物乙醇汽油。最近，為了應(yīng)對(duì)俄羅斯和烏克蘭之間的沖突，生物乙醇增加了15%。2020年，中國(guó)生物燃料乙醇生產(chǎn)能力約為300萬噸，主要原料為玉米，乙醇摻入汽油的混合比為10%，可加注使用的地區(qū)為黑龍江、吉林、遼寧、河南、安徽、廣西，以及內(nèi)蒙古、山東、湖北和河北等省區(qū)的部分盟地市。
從我國(guó)國(guó)情和生物質(zhì)能源的特點(diǎn)來看，未來15-20年應(yīng)完成生物質(zhì)能源發(fā)展的第二階段，為第三階段生物氫能源的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。在這個(gè)階段，我們應(yīng)該大力發(fā)展生物乙醇能源。生物質(zhì)氫能是生物乙醇能源生產(chǎn)的再加工和產(chǎn)業(yè)的深化。因此，乙醇生產(chǎn)的困難也是未來生物質(zhì)氫能生產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)鏈的困難。從上下游產(chǎn)業(yè)的角度來看，集儲(chǔ)裝運(yùn)卸環(huán)節(jié)仍存在許多障礙。例如，在上游生產(chǎn)中，提醇和制氫技術(shù)已經(jīng)克服，主要面臨高儲(chǔ)運(yùn)成本問題；下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展主要是生物氫能生產(chǎn)地與使用地之間的多次罐儲(chǔ)、裝卸、運(yùn)輸、分銷和加注等物流服務(wù)成本高；更經(jīng)濟(jì)的儲(chǔ)運(yùn)裝卸氫能技術(shù)需要在材料和方式上取得突破，新技術(shù)需要考慮成本水平是否被市場(chǎng)需求接受；等等。
為促進(jìn)生物乙醇能源市場(chǎng)化，建議首先發(fā)展植物乙醇，使其種植、集儲(chǔ)和提醇實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，降低乙醇成本，形成大規(guī)模的制氫原料供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)裝運(yùn)卸和終端使用方面關(guān)鍵性技術(shù)的突破，形成生物乙醇轉(zhuǎn)制氫能的需求市場(chǎng)。以原料市場(chǎng)保證氫能生產(chǎn)供給，以需求市場(chǎng)平衡供給和拉動(dòng)生產(chǎn)。這方面可借鑒美國(guó)和巴西的經(jīng)驗(yàn)，普及摻加15%乙醇汽油和20%乙醇柴油的使用。
應(yīng)當(dāng)通過農(nóng)業(yè)與工業(yè)融合，統(tǒng)籌糧食和能源發(fā)展。用土地和勞動(dòng)力要素的密集型投入路線，不僅生產(chǎn)乙醇和未來制氫，而且形成“副產(chǎn)品飼料-養(yǎng)殖牲畜-產(chǎn)出肉奶-有機(jī)糞肥-生態(tài)蔬菜”，助力農(nóng)村產(chǎn)業(yè)整合?？紤]到甜高粱等植物的特點(diǎn)，種植規(guī)模為3000畝至15000畝為宜。如果有一體化機(jī)械作業(yè)、優(yōu)越的道路條件和低成本的集儲(chǔ)運(yùn)模式，那么乙醇加工規(guī)模可以相應(yīng)擴(kuò)大。
（作者 周天勇 系首都經(jīng)貿(mào)大學(xué)特大城市發(fā)展研究院教授）
