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      生物質材料能為“雙碳”做什么

      瀏覽人次:25人  發布時間:2021年7月16日

      生物質能作為最具潛力的可再生能源,已成為我國僅次于煤炭、石油和天然氣的第四大能源。推進儲量豐富和綠色環保的生物質材料資源化利用,是實現“雙碳”的有效技術途徑,也是我國節能減排和環境保護的重要任務,符合當前環保節能和低碳經濟的需求。

      應用領域正不斷擴展

      可資源化利用的生物質材料主要包括直接利用光合作用合成有機物的植物,如農作物秸稈、稻殼、玉米芯、廢棄木材和城市垃圾等;還包括間接利用光合作用產物而形成的有機質,如畜禽糞便、蟹殼、蝦皮和貝殼等,以及光能自養型的原核生物藻類。

      目前,生物質高效綜合利用領域分布在能源、生態農業、環境修復、建材等。以能源領域應用為例,包括生物質制乙醇和生物質發電。前者是生物質高效綜合利用最傳統的途徑,我國2018年生物質燃料乙醇產量約為340萬噸,逐漸成為液體燃料的重要組成部分;后者在國家財政補貼的大力支持下,發電規模迅速增長,生物質發電量2019年已達1111億千瓦時。

      以生態農業領域為例,秸稈還田是重要一環,重點在于秸稈的收集和就近還田。生物質通過堆肥等發酵方法制備的有機肥,可以有效提高農田有機質含量和土壤肥力,完善農作物根系的生態系統功能,實現農作物優質增產。

      生物質材料未來的應用領域正向高值化利用方向拓展,如模塊化建材、生物質碳纖維、生物質儲能材料、生物質環境修復材料等。

      在模塊化建材方面,秸稈復合墻板、重組木、新型纖維板、木塑復合材料和生物鋼等涉及生物質建材的幾大成型產業,將為建筑行業裝配式被動房的模塊化、環?;凸澞芑鞒鲋匾暙I。

      在生物質材料還田方面,一些新的應用技術正接近實用化,如生物質可降解地膜、生物炭直接還田等正獲得小規模推廣。

      在生物質碳纖維方面,優質的生物質基碳纖維前驅體是重要方向。木質素含碳量比纖維素高,采用干噴濕紡碳化和熔融紡絲的工藝制備木質素碳纖維,提高木質素的熱熔性和可紡性是未來的研究趨勢。

      在生物質儲能方面,利用生物質材料制備炭材料,用作電池中石墨的替代品,提升鋰離子電池的儲能性能。在生物質環境修復方面,生物炭材料在其中的應用前景也最大。

      全面走向實際應用任重而道遠

      然而,生物質材料全面走向應用還存在一些問題。開發哪些種類的生物質材料、如何收集這些生物質原料、如何大規模和多途徑地利用生物質材料、如何找到生物質材料制備的新方法等,都是當前亟待解決的問題。

      可以制備生物質材料的原料種類繁多,篩選時要考慮儲量、成本、性能和工藝等多重因素。目前應用比較廣泛的生物質有稻草、秸稈、鋸末、廢棄木材、糞肥、餐廚垃圾、廢舊包裝紙盒等。這些原料大多具有儲量豐富、碳含量高、制備材料工藝簡單等特點。

      我國生物質材料雖然來源廣泛,但是耕地較為分散,農業機械化程度低。以大規模開發秸稈為例,全國各地秸稈產量分布不均,收集秸稈需要消耗大量人力物力,由此產生的物流費用是秸稈利用需要考慮的重要因素。因此,推廣秸稈就近利用是其走向大規模應用的必然趨勢。

      除此之外,需要不斷更新和發明生物質原料制備低碳環保材料的新方法。目前研究較多的是單一組分的生物質材料,而生物質復合材料的研究才剛剛起步,研發復合材料過程中能否實現精細化生產、使用的各種溶劑是否綠色環保,都是未來推廣中需要投入研究的重要方面。

      從管理、經濟、技術層面推進

      盡管生物質材料是實現“碳中和”的經濟有效技術,但是該研究仍然處于方興未艾階段,有很多工作需要快速推進。

      從管理層面看,需要大力引導碳中和背景下生物質材料的推廣應用,加大生物質材料研究開發的扶持力度和資本投入,通過專項補貼等措施激勵生物質低碳固碳利用,并在一段時期內能維持補貼政策的穩定性和執行力度,強化生物質材料在碳中和實現路徑中的戰略地位。

      從經濟層面看,將生物質材料對碳中和的貢獻納入碳排放交易市場,用生物質材料的負碳排放貢獻通過碳排放權的登記、交易和結算,獲得的相應回報支付農民的燃料收購,可以為鄉村提供更多就業崗位,符合我國鄉村振興戰略,也有利于推進美麗鄉村建設。同時,將生物質材料應用的各個領域納入綠色金融支持范圍,扶持生物質材料的各個產業鏈。

      從技術層面看,需要吸引更多能源、材料、環保和農業等領域的人才,投身生物質材料應用開發。通過實驗室研究、中試測試和產業化推廣三者結合,不斷完善生物質材料加工技術的清潔化。針對不同規模的生物質材料利用項目,設計不同的非標準規范和要求,未來進一步完善生物質材料行業的技術指南、建設規程和行業標準,推動行業持續快速發展。

      開發利用生物質材料,能夠同時實現環境治理、供應清潔能源和應對氣候變化,具有多重環境效益和社會效益,符合我國生態文明建設思想,是實現生態環境保護、建設美麗中國等國家戰略的重要途徑。在“雙碳”背景和“十四五”規劃開局之際,生物質材料將以其綠色環保、量多價廉、可再生的優勢,迎來更為廣泛的發展。

      研發更加清潔的制備方法、優化現有的制備工藝、提高復合材料的產率、實現工業化大規模生產,是未來生物質材料研發有待進一步解決的問題。

      文章來源:中國水泥網

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