中国农业大学石元春、程序:大力推广燃煤耦合生物质发电和BECCUS

12月6日,“发展零碳能源,共建生态家园”——2021(第三届)全球生物质能创新发展高峰论坛(下称“高峰论坛”)开幕。作为国内目前层次最高、规模最大的生物质能论坛,高峰论坛邀请了多位政府领导、国内外业界专家出席。

中国科学院、中国工程院、第三世界科学院院士、中国农业大学原校长石元春,中国农业大学教授程序共同研究了关于“碳中和中的温室气体负排放和生物性碳捕获与留存”的课题,其中,程序在本次论坛上就该课题做了演讲。

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程序表示:生物质能是全生命周期分析(LCA)意义上的碳平衡和碳“零排放”能源,这一点已广为人知;但迄今,生物质独特的负碳排放作用以及生物性碳捕获与留存功能则鲜为人知,在国内几乎未被人们谈及。现在,光靠减排不够,还需要用负排放产生的减量,抵消掉相当一部分的排放量。在这种情况下,应该大力推广燃煤耦合生物质发电和BECCUS。

程序  中国农业大学教授

 

以下是程序先生演讲的精彩内容:

我今天想和各位交流一下关于“碳中和中的温室气体负排放和生物性碳捕获与留存”的主题,大家可能有点陌生,因为生物性碳捕获与留存是一个新的提法。

习主席提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中的目标,是时代强音,伟大承诺和艰巨的国家使命。”现在,生物质在这项伟业中应占什么位置,发挥何种作用,值得深入探讨。

在本世纪末想要将全球温升稳定在一个给定的水平,例如2℃,意味着需要使全球“净”温室气体排放大致下降至零。但目前,人类活动产生的温室气体排放的大部分是CO2,因此在各国提出的中和或净零排放目标中,也常用碳来代指温室气体, 称为温室气体中和或碳中和。

生物质能是全生命周期分析(LCA)意义上的碳平衡和碳“零排放”能源,这一点已广为人知;但迄今,生物质独特的负碳排放作用以及生物性碳捕获与留存功能则鲜为人知,在国内几乎未被人们谈及。 

因此,光靠减排不够,还需要用负排放产生的减量,抵消掉相当一部分的排放量。

为什么这么说?从数据来看,2019年,全球大气中CO2浓度已达410.5ppm。考虑到这些年来CO2浓度一直在以年增约3ppm的速率上升,对比本世纪末全球温升控制在2℃以下所对应的CO2浓度是达到470 ppm,显然,按照目前二氧化碳的增速,2℃的温控指标恐难实现。

负碳排放恰恰意味着将大气中已积累下的CO2吸出、并加以固定、储存/封存,可增大控制全球温升的可能性。而生物质正独具负碳排放和生物性碳捕获与留存功能,是迄今为止任何一种温室气体减排手段都不具备的,值得引起高度重视。

一方面,生物质通过植物和某些微生物吸收空气中的CO2,可用于种植植物CO2施肥和养殖藻类。最终也进入土壤中被长期留存。另一方面,避免生物质自然分解释放沼气甲烷,也具有温室气体负排放作用。

下面我们看一下,所谓的负排放到底是什么?

负排放是指CO2、CH4等温室气体被吸收或被处理,不但没有向大气排放的量,反而从大气中“吸出”一定量的CO2;或因阻止了CH4的排放,折算出减少温室气体的增温效应所对应的CO2当量。两者皆为负值,可统称为负碳排放。

从负碳排放的两大类型来看:

一类是通过减少CH4和N2O等非CO2温室气体的产生,或转变它们的化学结构,均可以免除其数十、百倍于CO2的增温效应。将这种效应折算出的CO2当量,就相当于碳负排放的数量。

另一类负碳排放机制是生物(性)碳捕获与留存。是通过植物的光合作用从大气中吸收CO2,以碳水化合物为主的形态贮存在植物体、动物体和某些微生物中。让它们死亡后进入土壤转化为腐殖质,可在土壤中储存数十或上百年 ;或加工成为生物炭,以有机肥和土壤改良剂形态存在于在土壤中,上千年不分解。

另外,来看BECCS,它是一类典型的生物性负碳排放。生物质能不论是何种形态都来自生物质;植物和藻类在生长过程中将碳从大气中“吸出”;如果再加上与生物质能配套的碳捕获-封存技术,可大幅度减少其在利用时重新排放到大气中的CO2。最终即产生负碳排放的效果。 

从负碳排放的途径来看,国际能源署(IEA)在其“能源技术展望2017: 加速能源技术变革”报告中,提出了以下8种,生物质能+二氧化碳捕获和储存(BECCS);造林;生物质制生物炭并用作土壤改良剂;改良农业种植方式;通过工程措施捕捉、或直接从空气中捕捉CO2后,封存在深层废矿井中(CCS)等。其中前四种属于生物性碳捕获与留存,后四种则是地质性封存。

在我国,ccs只有神华集团一家,而且注入的CO2总量也不过区区万吨左右,还不到该厂排放量的1%。

真正切实可行的,是以生物质能利用加碳捕获封存(BECCS)为首、充分发挥生物质独特作用。

到现在,迄今为止最为成熟的一项生物性碳减排技术是生物质直接/与煤耦合发电。例如位于英国英格兰北部约克郡的Drax电厂,2020年生物质燃料的发电量141亿度,成为全球最大的生物质燃料火发电厂。通过生物质燃料替代煤,电厂的CO2排放降低了90%以上。 

在我国,内蒙古毛乌素生物电厂不但实现了碳减排。利用种植的沙柳作燃料,并收集利用烟道中的CO2,养殖藻类,从而实现了BECCUS,也就是负碳排放。

此外,沼气-生物天然气对负碳排放有特殊的重要性,但当前产业发展遭遇瓶颈。而且作为沼气的主要原料之一的农作物秸秆,年产出逾10亿t,而目前能源利用率不足3%。

剖析原因,从客观原因看,最关键的是缺乏真正落地政策的支持。一方面,城市有机废弃物被归结为“市政垃圾”,有专项处置经费。而农村产生的有机废弃物则无部门负责,作为生产沼气的原料,沼气厂还需要自己出钱购买,造成工厂经济性很差。

另一方面,作为新兴产业,国家对沼气-生物天然气行业的财政补贴始终没有到位。

好消息是今年起,国家实行了严格的能源“双控”政策,规定了每个地区的碳排放总额,不得超出。成为对发展新工业/ 制造业项目的强制性制约。因此,如果能够通过负碳减排拿到排放额度,就能非常有力地支持地方发展经济。

不过,虽然2021年9月,中办、国办印发了《关于深化生态保护补偿制度改革的意见》,明确将林业、可再生能源、甲烷利用等领域的自愿减排量项目纳入全国碳市场。但我们认为还是覆盖面太少,碳排放配额比例太低。只覆盖了很少几个试点省市,而且规定冲抵配额占碳排放配额的比例过低(5%),加之当前农业领域列入的项目过少,起不到应有的示范作用。

为什么重视甲烷排放,因为仅凭现有的技术措施,就可以免费或低成本地将人为甲烷排放量每年减少20%左右。假设如果实现国家能源局中期规划指标即年产200亿m3生物天然气,就可以年减排潜力可达7.3-9.1亿t CO2-eq(二氧化碳当量)。

最后,提五点建议:一是大力推广燃煤耦合生物质发电和BECCUS;二是充分利用有机废弃物,扩大边际土地种植能源植物;三是挖掘生物性碳捕获与留存的巨大潜力;四是真正落实对沼气-生物天然气的政策支持;五是加大纳入碳排放权交易的生物质特别是甲烷减排的份额。

现在,不仅负碳排放受国际重视,在我国,生物质独特的碳中和特性和负碳排放功能,以及生物性碳捕获与留存尚未被广泛认识,也需要上上下下更新观念,吸取国际成功经验,珍视国内已有的成功案例,确定适合国情的途径, 并制定相应的规划及激励政策,建立示范基地,使生物质的独特作用在碳中和和负碳排放的伟大事业中大放异彩。
 
 
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创建时间:2021-12-07 10:36
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