碳中和攻坚战之七: 替代化石能源 绿碳稀缺成终极瓶颈

泛泛人海2024-06-03 11:35:47  122

自2023年起,绿色甲醇成为公认的最佳储能介质。

不到一年,人们竟发现,消纳风光电解水制氢合成绿色甲醇,另一主要生产原料绿色碳源却告急成发展最大瓶颈。

绿碳属于CO2零排放

碳源(Carbon Source)二氧化碳来源,来自化石能源工业的碳排放称为灰色碳源,来自生物质产生的碳源称为绿色碳源。

绿色碳,即来源于大气固碳所得,因此在利用、转化到排放,属于回归大气,不会产生大气二氧化碳增量,即属于零碳排放;绿色碳源经炭化回田或转化成为碳素材料,不再释放到大气的时候,属于负碳排放,这正是可碳交易的碳汇来源。

根据欧盟标准,只有从生物质和直接从空气捕捉的二氧化碳才是绿碳。而人工从不足0.05%含量的大气中捕捉二氧化碳,可以作为前瞻性技术研究,但是,期望其能够经济性地浓缩,虽不能妄下定义其会遥遥无期,至少几乎无法寄希望于其来实现碳中和。

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生物质中的挥发碳经过热解会同时形成绿氢、绿色CO和绿色二氧化碳,绿氢和绿色CO就可以直接合成绿色甲醇;多余的绿色二氧化碳分离出来就可以成为风光氢产业向绿电绿色甲醇延伸所急需的绿色碳源。因此,绿色碳源的最大来源和最经济来源就是也只能是生物质。

负碳产业路径清晰

从现在延续到未来一定时间内煤、石油、天然气还会是人类工业的主要能源。因此,负碳的获取和生产就成为实现碳中和的最重要任务之一。人类许多工业过程,例如冶金、水泥等行业,绿色转型代价巨大,而且实现转型还存在很多需要解决的技术创新难题。

所以通过绿色碳源固碳,形成负碳产业,是一条非常好的、可加快实现碳中和的新路。

实践来看,生物质固碳是目前负碳产业最靠谱的路径。

秸秆生物炭改良土壤 种植炭基大米

我国丰富的农业和林业资源,实际上一直没有当作绿色碳源加以很好地利用,生物质含有固定碳和挥发碳,把固定碳炭化分离出来,其实是非常成熟的技术工艺,有各种设备可以实现。

能态学家认为:与其发展工业二氧化碳的碳捕捉封存的CCS,还不如对生物质进行炭气联产,热解气产液态阳光,炭化所得的生物炭可称其为固态阳光,用固态阳光回田不仅没有危险,还能改良土壤。

科学家研究计算,如果人类在现有150亿亩耕地上,每年每亩回田生物炭1吨,连续8年可以将全部耕地修复成人造黑土地,连续20年就可以将地球大气修复到工业革命前的碳氧生态平衡的水平。

单纯靠农林秸秆是远远不够的,这就是能态学家早在人类提出碳中和之前,因此呼吁要发展能源种植的原因。能源种植领域近几年的速生植物品种培育得到了极大的突破,只要有合适的土地资源,就可以大力发展能源种植,大量获得生物质绿色碳源。我国边际用地总面积达到11.7亿亩,如果用来改造成能源耕地,必然可以产出大量的生物质,就不用再为绿色碳源稀缺而发愁了。

经过数年液态阳光零碳排放产业的发展,一个地道的负碳产业——生物炭——固态阳光产业正健步走来。

液态阳光的绿色碳源固态阳光

纵观前几年各级政府发展新能源战略规划,生物质总是排在末位不受待见,直到今年突然大家开始关注生物质的利用。

其实,中国早在2013年出版的《能态时代》就已经在倡导发展能源农业,其所要解决的就是绿色碳源。利用地球的基础资源土地、阳光、空气和水,发展绿色甲醇新能源产业。能态学家呼吁和等待了12年,才兜兜转转的回归到12年前能态学所指明的正确之路上。

把生物质当作燃料去做热值全分析,人们就会得到水分、挥发份、固定碳、灰份、硫,高位热值和低位热值等完整的数据。固定碳和灰份人们可以采用热解的方式转化成固态的生物炭,分离出来。即是能态学所说的固态阳光,压制成炭颗粒就可以远程输送。

在丰富的风光电力资源地,用绿色炭颗粒实现煤炭工业的绿色转型。同时再进行绿色二氧化碳捕捉就可以解决绿色碳源,就近利用风光电解水制氢,合成绿色甲醇。按这个工艺路线,人们会发现,绿色炭颗粒热值高于6300kcal/kg的属于绿色焦炭,

据悉,浙江大学能态科技创新团队用竹块已经成功实现工业化生产出来的高温竹炭,经第三方能源检测高位热值已经达到8040kcal/kg,标志着绿色焦炭横空出世。同理,低于6300 kcal/kg绿色炭颗粒可以称之为绿色煤炭。

绿色炭颗粒可方便地实现远程输送,用绿色炭颗粒可以直接代替现有的重碳排放工业的焦炭或煤炭的使用,如钢铁冶金、水泥建材等,完全可以不需要技术改造投资就可以一瞬间实现绿色转型。而且,这时进行碳捕捉获得的是绿色碳源,和绿氢合成甲醇就是绿电绿色甲醇。

经过固态阳光改造的重碳排放工业,再进行绿色碳捕捉,就可以为现在纠结寻找绿色碳源的风光氢产业,妥妥地输送源源不断的绿色二氧化碳,转化成液态阳光——绿色甲醇。

人们可以发现,采取固态阳光改造重碳排放工业,几乎不增加重碳排放工业的生产成本。绿色焦炭和绿色煤炭获得的价格应该是化石焦炭和煤炭的价格再加上其碳汇的价格;使用后经碳捕捉获得的绿色二氧化碳,生产液态阳光绿电绿色甲醇,和蓝色甲醇的差价就是1.3725倍的碳排放差价,不计整个过程的绿色二氧化碳泄漏。

实际上,对重碳排放工业而言,前端支付碳税,后端回收碳税,前后是平衡的,需要的只是对现有生产过程进行碳捕捉的生产装备的技术改造,其投资比目前任何绿色转型改造方案的投资要少很多。

南能北粮和南炭北调

显然,要用绿色炭颗粒来改造重碳排放工业,仅靠农林秸秆是远远不够的,单纯中国的钢铁工业每年消耗焦炭总量就超过4亿吨。中国竹林总面积1.1亿亩,可产出1.5亿吨竹子,全部炭化最多只能产出0.3亿吨的绿色焦炭,不足需求的10%。

所以,要把眼光放在可以快速生产生物质的热带区块上的边际用地的能源耕地改造上,在南方发展能源种植产业。

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南能北粮和南炭北调,是能态学家为中国碳中和之路开出的创新之路。

南能北粮——南方重在发展能源种植,特别是热带气候,一年四季可以生长能源速生植物,例如巨菌草和芦竹,亩产可超过30吨,折算成含水量30%的生物质原料大于12吨/亩,产高温生物炭比例超过13%,产生物绿色甲醇比例超过20%,相当于每亩可产出1.56吨绿色焦炭或绿色煤炭;产出2.4吨生物绿色甲醇。

经专家分析,一年生的芦竹产高温炭热值可以超过6300kcal/kg,满足绿色焦炭的标准。按4亿吨焦炭的需求,只要在南方热带区块开拓2.5亿亩的芦竹能源种植,就可以实现中国钢铁工业的整体绿色转型。总投资约5万亿人民币,不计绿色焦炭产出,单纯计算副产物生物绿色甲醇的总产量就超过6亿吨;按4500元/吨,就可形成2.7万亿的生物绿色甲醇的收益,生产成本用绿色焦炭收益足以冲抵。

换言之投资5万亿,每年可获利2.7万亿,同时可以实现中国钢铁全行业的绿色转型。再结合绿色碳捕捉耦合风光电解水制氢,还能产出8.7亿吨的绿电绿色甲醇,可消纳风光绿电总量超过8万亿度,风光电力将迎来新一轮的爆发需求。

耕地分粮食耕地和能源耕地,北方作物生长周期长,粮食和果蔬营养整体比南方好,口感好;南方作物生长快,有利于速生植物生长。因此耕地的发展,应该遵循南能北粮为原则。

南方能源种植发展起来,采用生物炭颗粒远程输送到北方风光电力丰富之地,南炭北调改造重碳排放工业,使之成为固态阳光转化成液态阳光的复合型工业。

中国的碳中和之路

按能态学家的观点:人类实现碳中和及修复地球大气的关键点是在实现碳循环,要让人类生产活动和地球大气之间的二氧化碳形成循环,而最理想的循环之路就是开启人类第三次生产力革命,发展能源农业和固碳工业,构建以绿色甲醇为核心的新能源体系;用生物炭颗粒继承式地实现重碳排放工业绿色转型。

世界新能源之旅,源起风光电;弃风光引爆物理储能产业的高发期;紧接着物理储能不争气而人们转向绿氢储能;绿氢的安全隐患和高成本,逼迫人们转向绿氨和绿色甲醇储能,相比之下绿色甲醇优于绿氨。

到今天,人们发现绿氢、绿碳两源头相距甚远,绿氢丰富之地缺少绿色碳源,绿色碳源丰富之地竟然缺少绿氢。而绿色甲醇必须是由绿氢和绿碳合成,绿氢加灰碳合成的是蓝色甲醇,燃烧消耗蓝色甲醇排放1.3725倍的二氧化碳属于灰碳,依然需要征收碳税。

绿醇产能火热但远抵不上需求量,尤其欧盟市场奇缺,价格已达1000美元/每吨。

人们可能还没有关注到一个残酷的现象:绿氢产业的从业者多数是非化工从业队伍,而从事生物质研究的化工队伍又受传统化石能源化工生产经验影响,对生物质转化绿色甲醇的产业,全世界竟然没有看到围绕生物质特性的创新工艺的出现。

笔者获悉,一种生物质能源化的全新技术突破已经在中国的大地上出现,生物质轻合成甲醇工艺,这将会成为中国碳中和之路上的一个重要技术创新里程碑。期待这项创新能够为世界带来的不仅是源源不断的绿色碳源,而是推动碳中和更快实现的新动力。(完)

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