特邀嘉賓：
石元春（中國科學院院士、中國工程院院士）
閔恩澤（中國科學院院士、中國工程院院士）
王 濤（中國工程院院士）
李十中（中國農業大學教授）
緣 起
「鹽鹼地上可以種出『石油』來」,來自中國工程院「生物質工程」科技論壇專家投出的「一石」,激起了傳媒的「千層浪」。其實,在巨大的能源和環境壓力下,以農林廢棄物、油料植物為原料的清潔可再生能源———生物質能源已經越來越成為人們注目的焦點,我國科研人員已在加緊生物質能源的研發以及商業化運作的實踐。今天,我們請來研究生物質工程的院士、專家,為我們展開這幅新產業蓬勃發展的壯美畫卷。
年產5000萬噸的「綠色油田」
記者：什麼是生物質產業 生物質能源為什麼受到如此高的重視？
石元春：生物質產業是指利用可再生或循環的有機物質，包括農作物、樹木和其他植物及其殘體、畜禽糞便、有機廢棄物,以及利用邊緣性土地種植能源植物為原料,進行生物基產品、生物燃料和生物能源生產的產業。
在化石能源漸趨枯竭,可持續發展、保護環境和循環經濟漸成發展趨勢的時候,世界開始將目光聚焦到可再生能源,特別是生物質能源上。太陽能、風能、小水電等可再生能源自身不能進行物質生產,而生物質既能貢獻能量,又能像煤炭和石油那樣生產出千百種化工產品。可以說,它是農業大樹上萌發出的一叢茁壯新枝。除此之外,發展生物質產業還能解決秸稈露地燃燒、畜禽糞便汙染、石油基地膜等對環境的汙染。
利用我國現有生物質資源的一半,以生物質為原料生產乙醇、生物柴油、生物基塑料各達年產1200萬噸生產能力,可減少1.6億噸二氧化碳淨排放量,相當於對5000萬噸石油的替代和建設一個大慶油田;相當於2003年進口石油量的55%和節約150億美元外匯,或從俄羅斯進口量的9倍。這樣可以大大減輕我國外交、援助、貸款的壓力,降低受訛詐、受制於人的危險,也減少大量資金投入和政治外交代價。從某種程度上說,這是保障國家能源安全、國防安全和經濟安全的大戰略。
閔恩澤：從長遠發展戰略來看,這將是我國啟動循環經濟、起步邁上生物質經濟的開始,利用農林生物質資源發展生物煉油廠是貫徹我國以人為本、全面協調可持續發展的科學發展觀的一條途徑。目前我國大量進口石油,進口依存度近40%。近中期大力推廣生物柴油,可以代替一小部分石油產品,可以緩和石油進口的增長,提高能源安全度。
同時,生物柴油是清潔運輸燃料,可以大大降低汽車尾氣排放引起的城市空氣汙染,減少二氧化碳引起的溫室效應;農林生物質資源可以生產生物塑料和纖維,具有生物降解性,不會引起白色汙染;還可生產許多高附加值精細化工產品,如表面活性劑、溶劑、潤滑劑等,也具有生物可降解性。
解決「三農」問題的「奇兵」
記者：您曾經在報告中提到,發展生物質產業可以為解決「三農」問題另闢蹊徑。
石元春：的確如此。生物質產業利用我國豐富的農林廢棄物和非農田為原料和基地,生產市場前景廣闊、與環境友好和高附加值的能源及生物化工產品,既解決了我國部分農村剩餘勞動力的就業問題,又增加了農業和農民收入。
我們算過這樣一筆帳,動用我國50%的低質地,即5億畝,就可以實現年產值約1萬億元。加上秸稈、畜禽糞便等,生物質產業就可以催生1000個生物質企業,帶動500萬農戶,促進5000萬農業勞動力轉移,農民增收400億元,使4000萬農戶生活用能效提高2－3倍。
《孫子兵法》上說：「凡戰者,以正合,以奇勝。」我相信,生物質產業就是解決「三農」問題的一支「奇兵」,它將繼傳統農業由初級農產品生產向農產品加工業領域拓展之後,農業和農民增收的「第三戰場」。
記者：國外生物質產業的發展情況如何呢？
石元春：美國已做出到2010年生物質基產品要由2001年佔總產品量的5%增加到12%,燃料乙醇由佔運輸燃料總量的0.5%提高到4%的規劃;歐盟委員會提出到2020年運輸燃料的20%將用生物柴油和燃料乙醇等生物燃料替代;日本制訂了「陽光計劃」;印度制訂了「綠色能源工程計劃」。上世紀末,加拿大驚呼落後於美歐,政府調整政策後,正迎頭趕上。世界經合組織於2004年9月6日公布的最新研究報告建議各國政府應大力支持和鼓勵生物質能源領域的技術創新,減小它與傳統原油及天然氣產品的價格差距,以最終達到替代的結果。
閔恩澤：國外一些大企業欲佔先機。美國嘉吉公司、杜邦公司、加拿大愛俄井公司都已經建立了從玉米生產燃料、化纖原料以及從秸稈生產乙醇的工業或工業示範裝置,進行規模化生產的試驗。
技術突破我國獨領風騷
記者：我國在發展生物質產業上有什麼優勢嗎？
王濤：中國是一個人口大國,人均耕地不到0.1公頃,要完全以農產品為原料生產生物質燃料油是不可能的。但中國有廣大的山區、沙區可供栽種喬灌木油料植物,作為生物質燃料油的原料。
為此,我們對我國適合於作生物質燃料油原料的主要木本資源進行全面普查。調查發現,我國主要生物質燃料油是木本原料植物黃連木。根據對中國11個省市進行初步調查顯示,目前我國黃連木現有資源量100萬畝,以每畝平均產量500公斤種子計,則100萬畝可產種子5億公斤,以2500公斤生產1噸生物質燃料油計算,則可生產生物質燃料油20萬噸,而且中國荒山、沙地造林任務大,如果結合造林進行種源基地的建設,則可為生物質燃料油提供充足的原料。
目前,我們已經對黃連木的分布、生長及可利用狀況進行了分析,正著手在資源集中地區建立主要生物質燃料油木本植物資源基地,並正在進行優良類型的選育並對其生物學特性、經濟性狀進行研究,建立起良種繁育基地。
李十中：從技術角度講,我國在生物質工程方面也有很強的競爭力。在生物質工程中,國際公認有三個需要解決的重大工程技術問題。一是克服木質纖維素分子對生物轉化的抗性———由多糖降解為可發酵糖,二是通過微生物代謝工程和基因工程研究,高速、高效、高收率的利用可發酵糖生物轉化,三是簡捷、高效的下遊過程技術———產物分離,其中第一步將大分子多糖降解為可生物利用的還原糖是目前最大的技術屏障。
儘管我國生物質技術整體水平較低,但恰恰是在這三個生物質生物利用關鍵技術難題方面有獨到的技術優勢。首先,我國採用分子振動技術與微生物酶法相結合處理木質纖維素,可以提高纖維素水解速度和水解液中還原糖濃度,顯著降低可發酵糖成本。第二,在五碳糖、六碳糖微生物共代謝研究方面,我國不僅構建了可以利用木糖產乙醇的基因工程細菌,提高了用秸稈生產乙醇的經濟性,還篩選、誘變得到了共代謝木糖、葡萄糖生產高光學純度乳酸的真菌等。第三,我國開發的一體式膜生物反應器連續發酵技術,不僅解決了產物對菌種生長的抑制問題可以使微生物在高濃度發酵,而且不含細胞和生物高分子雜質的澄清發酵液有利於目標產物的分離純化,可以簡化下遊提取過程。
這三方面的技術突破,可以使我國在新興的生物質產業領域取得國際領先地位,我們將率先在世界上有經濟效益地生產燃料乙醇,降低聚乳酸前體乳酸的生產成本,使生態塑料聚乳酸樹脂具備與石油基塑料競爭的經濟性,最終構建起我國的生物質產業。
閔恩澤：生物質能源的工業化生產技術也在試驗過程中。從我國的農林生物質資源優勢與已有科研和開發工作基礎出發,我國科研人員設想了一個以植物油為原料的生物柴油煉油化工廠。中石化石油化工科學研究院與石家莊煉油化工股份分公司合作正在開發高溫醇解工藝以實現這一目標,中型試驗裝置正在設計中。這一工藝的特點是原料適應性強,預處理簡單,不用催化劑,流程短,副產甘油濃度高,無廢水排放,是一種對環境無害的綠色加工工藝。另外,國內其他單位也在進行各種酯交換技術的研究,包括酶催化、固體鹼催化、超聲波輻射強化反應等,為生物柴油生產提供了更多選擇。