生物質(zhì)材料能為“雙碳”做什么

實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的這場(chǎng)仗怎么打?大規(guī)模發(fā)展可再生能源是一個(gè)突破點(diǎn)。

生物質(zhì)能作為最具潛力的可再生能源，已成為我國(guó)僅次于煤炭、石油和天然氣的第四大能源。推進(jìn)儲(chǔ)量豐富和綠色環(huán)保的生物質(zhì)材料資源化利用，是實(shí)現(xiàn)“雙碳”的有效技術(shù)途徑，也是我國(guó)節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)的重要任務(wù)，符合當(dāng)前環(huán)保節(jié)能和低碳經(jīng)濟(jì)的需求。

應(yīng)用領(lǐng)域正不斷擴(kuò)展

可資源化利用的生物質(zhì)材料主要包括直接利用光合作用合成有機(jī)物的植物，如農(nóng)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(chǎn)物而形成的有機(jī)質(zhì)，如畜禽糞便、蟹殼、蝦皮和貝殼等，以及光能自養(yǎng)型的原核生物藻類(lèi)。

目前，生物質(zhì)高效綜合利用領(lǐng)域分布在能源、生態(tài)農(nóng)業(yè)、環(huán)境修復(fù)、建材等。以能源領(lǐng)域應(yīng)用為例，包括生物質(zhì)制乙醇和生物質(zhì)發(fā)電。前者是生物質(zhì)高效綜合利用最傳統(tǒng)的途徑，我國(guó)2018年生物質(zhì)燃料乙醇產(chǎn)量約為340萬(wàn)噸，逐漸成為液體燃料的重要組成部分;后者在國(guó)家財(cái)政補(bǔ)貼的大力支持下，發(fā)電規(guī)模迅速增長(zhǎng)，生物質(zhì)發(fā)電量2019年已達(dá)1111億千瓦時(shí)。

以生態(tài)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?yàn)槔斩掃€田是重要一環(huán)，重點(diǎn)在于秸稈的收集和就近還田。生物質(zhì)通過(guò)堆肥等發(fā)酵方法制備的有機(jī)肥，可以有效提高農(nóng)田有機(jī)質(zhì)含量和土壤肥力，完善農(nóng)作物根系的生態(tài)系統(tǒng)功能，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物優(yōu)質(zhì)增產(chǎn)。

生物質(zhì)材料未來(lái)的應(yīng)用領(lǐng)域正向高值化利用方向拓展，如模塊化建材、生物質(zhì)碳纖維、生物質(zhì)儲(chǔ)能材料、生物質(zhì)環(huán)境修復(fù)材料等。

在模塊化建材方面，秸稈復(fù)合墻板、重組木、新型纖維板、木塑復(fù)合材料和生物鋼等涉及生物質(zhì)建材的幾大成型產(chǎn)業(yè)，將為建筑行業(yè)裝配式被動(dòng)房的模塊化、環(huán)?；凸?jié)能化作出重要貢獻(xiàn)。

在生物質(zhì)材料還田方面，一些新的應(yīng)用技術(shù)正接近實(shí)用化，如生物質(zhì)可降解地膜、生物炭直接還田等正獲得小規(guī)模推廣。

在生物質(zhì)碳纖維方面，優(yōu)質(zhì)的生物質(zhì)基碳纖維前驅(qū)體是重要方向。木質(zhì)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(zhì)素碳纖維，提高木質(zhì)素的熱熔性和可紡性是未來(lái)的研究趨勢(shì)。

在生物質(zhì)儲(chǔ)能方面，利用生物質(zhì)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(chǔ)能性能。在生物質(zhì)環(huán)境修復(fù)方面，生物炭材料在其中的應(yīng)用前景也最大。

全面走向?qū)嶋H應(yīng)用任重而道遠(yuǎn)

然而，生物質(zhì)材料全面走向應(yīng)用還存在一些問(wèn)題。開(kāi)發(fā)哪些種類(lèi)的生物質(zhì)材料、如何收集這些生物質(zhì)原料、如何大規(guī)模和多途徑地利用生物質(zhì)材料、如何找到生物質(zhì)材料制備的新方法等，都是當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。

可以制備生物質(zhì)材料的原料種類(lèi)繁多，篩選時(shí)要考慮儲(chǔ)量、成本、性能和工藝等多重因素。目前應(yīng)用比較廣泛的生物質(zhì)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(chǔ)量豐富、碳含量高、制備材料工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

我國(guó)生物質(zhì)材料雖然來(lái)源廣泛，但是耕地較為分散，農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度低。以大規(guī)模開(kāi)發(fā)秸稈為例，全國(guó)各地秸稈產(chǎn)量分布不均，收集秸稈需要消耗大量人力物力，由此產(chǎn)生的物流費(fèi)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(guī)模應(yīng)用的必然趨勢(shì)。

除此之外，需要不斷更新和發(fā)明生物質(zhì)原料制備低碳環(huán)保材料的新方法。目前研究較多的是單一組分的生物質(zhì)材料，而生物質(zhì)復(fù)合材料的研究才剛剛起步，研發(fā)復(fù)合材料過(guò)程中能否實(shí)現(xiàn)精細(xì)化生產(chǎn)、使用的各種溶劑是否綠色環(huán)保，都是未來(lái)推廣中需要投入研究的重要方面。

從管理、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)層面推進(jìn)

盡管生物質(zhì)材料是實(shí)現(xiàn)“碳中和”的經(jīng)濟(jì)有效技術(shù)，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(jìn)。

從管理層面看，需要大力引導(dǎo)碳中和背景下生物質(zhì)材料的推廣應(yīng)用，加大生物質(zhì)材料研究開(kāi)發(fā)的扶持力度和資本投入，通過(guò)專(zhuān)項(xiàng)補(bǔ)貼等措施激勵(lì)生物質(zhì)低碳固碳利用，并在一段時(shí)期內(nèi)能維持補(bǔ)貼政策的穩(wěn)定性和執(zhí)行力度，強(qiáng)化生物質(zhì)材料在碳中和實(shí)現(xiàn)路徑中的戰(zhàn)略地位。

從經(jīng)濟(jì)層面看，將生物質(zhì)材料對(duì)碳中和的貢獻(xiàn)納入碳排放交易市場(chǎng)，用生物質(zhì)材料的負(fù)碳排放貢獻(xiàn)通過(guò)碳排放權(quán)的登記、交易和結(jié)算，獲得的相應(yīng)回報(bào)支付農(nóng)民的燃料收購(gòu)，可以為鄉(xiāng)村提供更多就業(yè)崗位，符合我國(guó)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，也有利于推進(jìn)美麗鄉(xiāng)村建設(shè)。同時(shí)，將生物質(zhì)材料應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域納入綠色金融支持范圍，扶持生物質(zhì)材料的各個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈。

從技術(shù)層面看，需要吸引更多能源、材料、環(huán)保和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的人才，投身生物質(zhì)材料應(yīng)用開(kāi)發(fā)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室研究、中試測(cè)試和產(chǎn)業(yè)化推廣三者結(jié)合，不斷完善生物質(zhì)材料加工技術(shù)的清潔化。針對(duì)不同規(guī)模的生物質(zhì)材料利用項(xiàng)目，設(shè)計(jì)不同的非標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和要求，未來(lái)進(jìn)一步完善生物質(zhì)材料行業(yè)的技術(shù)指南、建設(shè)規(guī)程和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)行業(yè)持續(xù)快速發(fā)展。

開(kāi)發(fā)利用生物質(zhì)材料，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)環(huán)境治理、供應(yīng)清潔能源和應(yīng)對(duì)氣候變化，具有多重環(huán)境效益和社會(huì)效益，符合我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)思想，是實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)、建設(shè)美麗中國(guó)等國(guó)家戰(zhàn)略的重要途徑。在“雙碳”背景和“十四五”規(guī)劃開(kāi)局之際，生物質(zhì)材料將以其綠色環(huán)保、量多價(jià)廉、可再生的優(yōu)勢(shì)，迎來(lái)更為廣泛的發(fā)展。

研發(fā)更加清潔的制備方法、優(yōu)化現(xiàn)有的制備工藝、提高復(fù)合材料的產(chǎn)率、實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，是未來(lái)生物質(zhì)材料研發(fā)有待進(jìn)一步解決的問(wèn)題。