中國能源網訊 10月29日， “2010首屆中國國際氣體能源峰會暨生物天然氣產業國際高峰論壇”在舉世聞名的中華古文化發源地“殷墟”所在地河南安陽隆重開幕。 

        此次峰會由中國沼氣學會、中國城市燃氣協會、中國企業投資協會、中國可再生能源學會、中國農村能源行業協會共同發起，在安陽市人民政府的大力支持下，由安陽貞元集團、殷都區人民政府攜手中國能源網共同承辦。

        在30日上午舉行的 “生物質能和生物天然氣的發展模式與應用” 主題演講中，清華大學化工系教授邢新會博士進行了主題為“低品位生物質生產-氣體生物燃料技術現狀及其挑戰”的精彩演講。 

        以下是發言實錄：

        非常高興今天參加這個生物天然氣高峰論壇，再次感謝組委會的主辦。我想比較輕松的給大家介紹一下我們的想法和關于整體氣體生物燃料技術的想法和現狀。不管是氣體、液體生物能源也好都是生物能源。全世界的生物能源是很熱的課題或者是一個方向，在這么一個好的時代，我們在討論生物能源的時候更需要理性、客觀的態度討論生物能源。

        今天我的報告主要是有幾個方面，第一想強調一下生物能源整個系統分析的重要性，接下來介紹一下生燃氣或者是氣體生物然來技術的現狀及應用現狀。第三方面介紹一下氣體生物燃料的技術挑戰，這里面存在很多很多的問題，這里講的氣體生物燃料包括生物氫氣和生物甲烷，這里針對制氫方面介紹一下我們的想法。

        目前來講生物能源是全球熱點研究領域，針對生物能源研究的一個關鍵問題是怎么去思考哪個能源更好，或者是哪一類的能源更好，選擇什么樣的生物能源是比較好的。一個是從生物能源的生產方式來講，大家熟悉的玉米是在美國做的很好的技術，玉米乙醇做的汽車燃料。還有甘蔗乙醇，還有下面的燃料發電、直接發電等等。是針對多種的可選擇的能源形式，我們怎么去選擇或者用什么標準選擇，這里有很多系統的因素。每個國家的情況不同，選擇的標準不一樣，經濟性、能源效率、水污染、空氣污染和環境有關的因素，另外就是原料供應，特別是用什么樣的原料做什么樣的合適的生物能源也是很重要的一塊。生物燃氣和下游應用如何整合這些問題制約了選擇生物能源的一些因素。

        這是2009年3月份某媒體刊登的我認為比較重要的內容，從原料，農業或者從農作物里面拿到的原料，通過加工可以做乙醇，生物質到乙醇的階段。另外是生物質到電的途徑，哪個系統做持續的能量讓汽車跑得更遠，用電做的話比用乙醇跑的遠。我們在考慮這個生物能源的時候不僅考慮后面的應用，也要考慮整個系統。生物能源全過程的分析重要性，從原料到車輪的重要性，從整個生物能源系統來講需要考慮很重要的內容。

        關鍵因素是原料怎么來？原料所消耗的能源，對環境所造成的影響應該怎么分析。從原料來講，應該可以從玉米來做生物能源，這在中國是走不通的，不能與人爭糧、不能與人爭地這是基本國情。第二是能源作物，低品位的生物質，成分復雜、利用比較困難的廢棄物，這也是一大類的生物質。這幾年很熱的領域就是微藻作為燃料選擇重要的源泉。

        我們考慮這么多的生物質，很重要的指標就是獲取這些生物質消耗多少水，不展開講了，這些論文有興趣的同行可以去查一下這個論文。這個論文是講美國一個故事，從不同的植物和不同的草，他在種植過程中所消耗的水或者是需要的土地做一個系統的分析。對選擇生物能源原料的時候考慮水是很重要的因素。從玉米做乙醇，大豆油做生物柴油的時候，生物能源很重要的問題就是用大量的水。怎么節省水是生物能源考慮很重要的問題。

        第二是用化學物質，包括農藥，這不同的燃料，不同的作物，不同的生物質所需要的氮源和肥料或者是所需要的除草劑和殺蟲劑，這是對環境影響的評價。

        下面介紹一下，所謂低品位的生物質資源有多大，根據各種各樣的統計，中國每年有7億噸可收集到的生物質，50%以上是農業秸稈可用的資源。低品位的范圍和多樣性很大，組織很復雜，一般做生物發酵的時候用起來比較難用。這一類的資源處理不好變成環境問題或者是資源浪費，這是我們考慮中國生物質資源特點的一個很重要的內容。

        把中國能用的生物質資源粗略換算一下，假如說用生產氣體來講，不用分離或者分離成本很便宜，第一做成氫氣，第二階段做成甲烷，日過可以把中國的生物質都用起來的話，粗略估算可以產生1900萬噸的氫氣和7700萬噸的甲烷。08年工業用氫是800萬噸，這個量是非?？捎^的一個資源量或者是做生物燃氣很重要一個數據。這個數據對二氧化碳意味著呢？估算一下每年可以減排12億噸的碳，相當于中國09年的碳排放的18%左右，這對二氧化碳減排起到很重要的作用。報告的專家都講到了，這個液氧發酵完之后剩下這些廢棄物可以做肥料和返田，這個資源效用也是非常大的一個數據。

        對氣體生物燃料值得關注，特別是中國來講，氣體生物燃料是很重要的。為什么考慮氣體？工業來講，一個生產的速度，一個是從生物質考慮的能源回收率最大化是很重要的指標。低碳生物質能跟液體相比，氣體是比較好的選擇，氫氣、甲烷和乙醇。乙醇是液體的生物燃料，乙醇是最高的。我們要把氫氣和甲烷聯在一起共同生產可以達到什么效應呢？第一步是能量回收率可以大幅度的顯著提高，假設用生物方法把兩者疊加在一起，是協同作用的一個效果。和乙醇相比，乙醇要蒸餾需要獲得大量的水。把氫氣加到甲烷里面做的話，因為產氫的過程很快，整體的發酵時間會大大縮短，這是氫和甲烷聯產比較重要的。[page]甲烷或者是氫氣，我們國內分散性農村沼氣的建設在中國推廣非?？欤瑪盗亢芏唷０W洲、美國、日本這種大規模的甲烷發酵，針對氫氣和甲烷兩階段發酵，目前處于研究或者是中試階段。關鍵問題就是氫氣生產怎么能穩定和高效生產這是關鍵的問題，大家知道今天來了很多德國和瑞典的專家，德國和瑞典在這方面用生物燃氣做汽車啟動也是走的非常靠前的項目。這是大連用污泥產沼氣的項目，從大量的工程實踐，應該說沼氣從成本上來講還是非常合適的能源狀態。和其他的產氫方式相比，用電解水來產氫氣相比，用生物質產氫預測的成本來講還是比較理想的燃料狀態。

        另外一個就是能源效率，從油井到車輪的能源效率，一公頃的生物質生成不同的生物能源的時候，推動車走的距離，生物甲烷推動車走的距離最遠，這是比較好的能源狀況。還有用生物燃氣和生物天然氣，一個是從油井到車輪釋放二氧化碳的量比較小的。還有一個是用甲烷用起來有雙重減排二氧化碳的效應。

        另外一個比較重要的應用方式就是假設能把氫氣和甲烷大規模做起來的話，除了做燃氣和做車載燃料之外，從化工來講可以很容易把氫氣和甲烷反應之后做出來，可以作成低碳的化合物，工業很重要的化合物質。

        面對比較好的氣體生物燃料的現狀，它存在什么樣的技術問題？大家知道甲烷發酵過程比較復雜，周期比較長，啟動時間比較長，溫度影響比較大，大規模來講沼氣溫度控制很重要。如何從低品位生物質生產氫氣和甲烷？假設我們把這兩個反應做起來，很好控制一部分的能量占領氫氣，剩下的有機酸產甲烷的有機酸，兩階段比一階段的能量回收率有優勢，還有大家講到的環境問題。

        可以描述一下，通過強化水解的路線，可以獲得氫氣，同時構建一個比較好的有機酸圖，讓它更有利產生甲烷，提高整體的能量回收率，低碳生物質或者是氣體生物燃料的循環途徑。目前存在關鍵的問題，產氫過程的穩定性有待進一步的研究結果，還有就是產氫發酵的時間比較長，另外技術的問題就是怎么和甲烷的發酵進行緊密的偶聯。這是產氫的代謝途徑，從葡萄糖，生物質水解之后產生糖，糖產生氫氣這個過程很復雜，還有復合物的產生。怎么控制這個網絡讓更多碳、更多能量流入氫氣，形成比較好的有機酸普。我們拿到菌之后讓它產生作用，怎么讓它更有效的產生菌群，讓它高效的產生氫氣和甲烷的過程是非常重要的。

        最后簡單介紹一下氫的瓶頸的問題，有沒有思路可以解決，這是通常的厭氧污泥可以產氫，第一階段是氫氣，第二階段是甲烷。我們用的燃料是純秸稈，發酵時間可以大大縮短。第二階段用菌的時候，這里面產氫的菌占的比例非常少。僅僅用厭氧污泥做的話系統穩定性會越來越差。一個在水解階段通過人工菌群強化之后，可以得到一個很理想的效果。這是用普通的厭氧污泥秸稈獲得能量是15%左右，是比較低的。通過人工菌群構建之后，優化之后，可以再到54%以上的水平上，這是非常有潛力的方法。

        這里面主要的原因通過人工菌群控制之后，一個可以增加整個過程的發酵速度，另外很重要一點通過生物質轉成氫氣沒有優化的體系相比是明顯的提高，這里面有科學問題需要解決，菌和菌相互之間的機理，還有菌和菌網絡的途徑，設計人工菌群讓他們穩定存在，穩定發生作用，反應器開發也是非常重要的內容。

        超級產氫菌構建的代謝工程和合成生物學有可能解決產氫的速度，高速度的問題。大家知道氫是很重要的，這個網絡分析清楚之后，知道哪些地方是控制的，我們把這些關鍵點控制好清楚之后，不需要的地方可以不要，可以留下氫的思路圖。這是我們實驗室構建的從菌種的優變到最后構建合理的產生代謝網絡的圖。

        我們做的一個案例，目前合成生物學已經打破了生物界限，可以把植物很好的起到作用，打破了原有的環境，產生了氫的得力。外來的氫酶引入之后，可以干擾內源的產氫途徑，解決一些技術上的問題，這塊是挑戰，怎么獲得更多的氫酶。怎么把厭氧途徑整合起來，從何產氫途徑，更多能量涌入產氫，這是國內外開展比較熱門的研究。

        有了這些氫之后怎么做反應器的研究，前期我們做了一些工作，特殊的載體可以把產氫的速度做得非常理想的水平。這里面包括將來產氫反應器的優化和設計，還有整個過程的優化。我今天想講的一個就是生物燃料全系統能量分析的重要性，特別是在生物領域非常重要的思路。在中國來講低品位生物質作為原料的多方面資源和能源效應，理想的生物燃料生產模式選擇生物氫氣和生物甲烷是考慮的重要的方向。需要解決問題是包括菌群的合理設計，合成生物學在構建理想代謝網絡的性，物產氫的開發。

        謝謝大家。


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