一提到可再生能源，人們總會先想到太陽能、風能，最后才能想到生物質(zhì)能源。長期以來，生物質(zhì)能源雖被納入可再生能源之列，卻始終發(fā)展得“不溫不火”。如今，我國大力推進生態(tài)文明建設，生物質(zhì)的利用迎來了新的發(fā)展機遇。
5月8日至9日，香山科學會議第625次學術(shù)討論會上，科學家建議，生物質(zhì)應從傳統(tǒng)的能源利用方式變成資源，并協(xié)同解決其中的一些基礎科學問題，同時，國家應高度重視生物質(zhì)高值利用，在國家重點研發(fā)計劃中設立“生物質(zhì)高效綜合利用”專項，系統(tǒng)開展多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新和工程示范推廣。
換個思路謀發(fā)展
2001年，中國加入世界貿(mào)易組織，中國經(jīng)濟發(fā)展進入持續(xù)、高速增長的時期。很快，化石能源短缺問題出現(xiàn)，并為生物質(zhì)能源提供了發(fā)展空間。
在此背景下，21世紀的最初15年，生物質(zhì)利用的基礎科學研究、技術(shù)研究、轉(zhuǎn)化應用、裝備研發(fā)都成為國家計劃支持的重點，一系列重大項目先后啟動。
“在重大項目的支持下，生物質(zhì)利用領域取得了巨大成就。” 科技部中國農(nóng)村技術(shù)開發(fā)中心主任、研究員賈敬敦說。
但是，盡管技術(shù)突破為生物質(zhì)利用開創(chuàng)了新業(yè)態(tài)，但與太陽能、風能發(fā)展的“熱火朝天”相比，生物質(zhì)能源發(fā)展仍顯得“叫好不叫座”。
習近平總書記在“十九大”報告中指出，發(fā)展清潔能源是改善能源結(jié)構(gòu)、保障能源安全、推進生態(tài)文明建設的重要任務。與此同時，我國經(jīng)濟由高速增長向高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)變。生物質(zhì)利用面臨綠色發(fā)展的新的現(xiàn)實需求。
生物質(zhì)包括農(nóng)作物秸稈、林業(yè)剩余物、農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物、畜禽糞便、城市生活垃圾等。據(jù)統(tǒng)計，目前全球生物質(zhì)資源有1700億噸，中國正在以不到世界7%的土地，承載著全球近三分之一的中低品位生物質(zhì)排放。
“人類社會廢棄的生物質(zhì)是環(huán)境污染的最大源頭，總量超過70%，若不加以充分利用，會形成嚴重的排放問題。”南京工業(yè)大學教授、中國工程院院士歐陽平凱說。
轉(zhuǎn)變生物質(zhì)利用發(fā)展思路迫在眉睫。“利用生物制造，將秸稈等廢棄生物質(zhì)高值化利用，對解決環(huán)境、能源、材料的轉(zhuǎn)型升級將發(fā)揮重要作用。”歐陽平凱說。
生物質(zhì)有新用途
2016年底我國發(fā)布的“生物質(zhì)能發(fā)展十三五規(guī)劃”指出，到2020年燃料乙醇產(chǎn)量達400萬噸。
制備能源是生物質(zhì)最為傳統(tǒng)的利用方向，但目前燃料酒精大多以糧食為原料，生物質(zhì)制備燃料酒精的潛能有待發(fā)掘。
“由于生物質(zhì)是自然界最豐富的含碳有機大分子功能體，生物質(zhì)煉制成為降低燃料酒精成本的重要途徑。以木質(zhì)素高值化利用為方向的第四代燃料乙醇技術(shù)，可以使木質(zhì)纖維素酒精比傳統(tǒng)用糧食酒精的成本降低30%以上，是提高木質(zhì)纖維素酒精競爭力的有效途徑。”歐陽平凱說。
生物質(zhì)還可以用來制備生物基材料。“傳統(tǒng)的高分子材料存在白色污染、生物安全性差等缺陷，生物基材料過程安全性高、生物可降解性好、生物安全性好、材料性能也有所提升。”歐陽平凱說。
此外，歐陽平凱表示，通過合成生物學技術(shù)改造細胞工廠，以木質(zhì)纖維素水解液中的五碳糖和六碳糖為原料，可以生產(chǎn)油脂，緩解我國對進口大豆的依賴。
賈敬敦告訴記者，生物質(zhì)能源的發(fā)展應該與美麗鄉(xiāng)村建設相結(jié)合，與城市發(fā)展相結(jié)合，充分發(fā)揮生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)技術(shù)在生態(tài)環(huán)境改善和清潔能源產(chǎn)品方面的雙向清潔作用。同時，技術(shù)研究應瞄準注入生物基材料、化學品、高附加值燃料等高值化的轉(zhuǎn)化途徑，利于產(chǎn)業(yè)的推進發(fā)展。
科技支撐高值化
生物質(zhì)高值化利用的各個方向，都有亟待解決的科學問題。“生物質(zhì)的高值科技，是研發(fā)高值產(chǎn)品的支撐。”賈敬敦在會議發(fā)言時說。
在生物質(zhì)制備燃料酒精方面，中國科學院過程工程研究所研究員陳洪章表示，要使生物質(zhì)煉制燃料酒精產(chǎn)業(yè)形成競爭力，還需要用科學研究層面破解天然生物質(zhì)抗降解屏障，突破生物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程的效率問題，并實現(xiàn)生物質(zhì)資源工農(nóng)一體化利用新模式。
生物制氫過程中也存在諸多制約技術(shù)工業(yè)化應用的科學問題。“科技工作者還需要探討各類生物質(zhì)原料的高效預處理、高效產(chǎn)氫微生物選育方法和技術(shù)、生化反應動力學特征及調(diào)控方法、工藝技術(shù)優(yōu)化方法等問題，以提高產(chǎn)氫效率、降低生物制氫成本。”在河南農(nóng)業(yè)大學副校長張國全說。
中科院廣州能源研究所所長、研究員馬隆龍表示，生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用仍存在轉(zhuǎn)化過程效率低、產(chǎn)品附加值低、成本高等瓶頸，需要在定向解聚、催化材料等生物質(zhì)高值轉(zhuǎn)化的共性科學問題方面形成新的理論突破。
在利用生物質(zhì)制備新材料方面，“與發(fā)達國家相比，我國無論是在專利與產(chǎn)品的數(shù)量，還是產(chǎn)業(yè)的規(guī)模和水平上都還存在較大的差距。”中國林業(yè)科學研究院副院長儲富祥表示，我國亟待突破生物基材料生物合成、定向重組、功能化等前沿技術(shù)，開發(fā)生物基材料綠色高效制備技術(shù)，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品經(jīng)濟型與產(chǎn)品性能。
此外，生物質(zhì)資源的開發(fā)利用是一個多學科交叉、融合的新興研究領域。“生物質(zhì)資源開發(fā)利用需要物理、化學、植物學、微生物學等多個學科的知識。”在中國生物質(zhì)能技術(shù)研究開發(fā)中心副理事長、中國工程院院士蔣劍春看來，促進學科間相互滲透、交叉，是解決木質(zhì)纖維類生物質(zhì)的重要前提。
