生物质氢能：以有机质为原料，实现低污染零排放的清洁能源

生物质原料因具有可燃烧的特性，即为生物质能源，通过“生物质加工提取酒精-酒精制氢-氢氧反应”过程形成氢能。从碳排放水平来看，生物质能源可分为三个阶段：动物油脂、植物直接燃烧、菌藻类植物提取乙醇、乙醇重整制氢。人类生产消费生物质能源第一阶段，直接燃烧污染大、碳排放大；第二阶段，生物质精细加工利用，减少污染和碳排放；第三阶段，通过深度加工转化为氢能，实现生产和使用过程中的低污染、零排放。

作为生物质氢能的第三阶段，其优势在于：是绿色氢气，由植物生长吸收阳光热量、土壤水分和二氧化碳，以及成熟的果实、秸秆发酵提取乙醇，再经过重整制氢形成，加工转化产生的碳排放量极小；从生物质原料到加工提取的乙醇能源，通过发酵、蒸馏转化为乙醇所需的能量并不多，可以来自于部分秸秆或酒糟燃烧供热，也可以来自于光伏、风电供热，能量转换次数少，转换能耗低；生物质直接发酵提取乙醇，通过化学反应获得氢气，减少了风能、光能、水电解制氢需要先储能，节省了成本和能量转换损失。

从全球来看，目前各国主要通过石化原料加工生产氢气，而风能、太阳能、水电解和生物发酵重整制氢产量占总产量不足1%，其中生物氢产能不足绿氢产能的1%生物质能源，生物质氢能发展尚处于起步阶段。目前，生物质能源主要生产国和消费国主要为巴西和美国。巴西以甘蔗生产的生物质乙醇等能源占其能源消费总量的17.4%，生物乙醇占轻型客车燃料总消费量的48.3%；美国2020年生产了5050万吨生物乙醇，其中约70%用于汽车动力。大部分地区使用的汽油中掺有10%的生物乙醇，近期为应对俄乌冲突已将比例提高到15%。 我国2020年生物燃料乙醇产能约300万吨，主要原料为玉米，乙醇与汽油配比为10%，可加油使用的地区为黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽、广西及内蒙古、山东、湖北、河北等省部分盟、市、州。

从我国国情和生物质能源特点来看，未来15至20年，应首先完成生物质能源发展的第二阶段，为生物氢能发展的第三阶段打下坚实的基础。在此阶段，应大力发展生物乙醇能源。生物质氢能是生物乙醇能源生产加工和产业深化，因此乙醇生产的难点也是未来生物质氢能生产和产业链的难点。从上下游产业来看，在采集、储存、装卸等环节还存在不少瓶颈，比如在上游生产中，目前的提醇、制氢技术已被攻克，主要问题是储运成本高；下游产业的发展主要在于生物氢能生产地与使用地之间的多个罐区储存、装卸、运输、配送、加油等物流服务成本高； 更加经济的储存、运输和装卸氢能技术需要在材料和方法上取得突破，新技术还需要考虑成本水平是否为市场需求所接受；等等。

推进生物乙醇能源市场化，建议优先发展植物乙醇，使其种植、储存、提取酒精实现经济化生产，降低乙醇成本，形成制氢原料规模化供应，突破储存、装卸、终端使用等关键技术，形成生物乙醇制氢能源需求市场。原料市场保障氢能生产供给，需求市场平衡供给、带动生产。这方面可借鉴美国、巴西经验，推广使用含15%乙醇的汽油、含20%乙醇的柴油。

农业与工业融合，协调粮食与能源发展。未来利用土地和劳动力密集的投入路线生产乙醇和氢气，形成“副产品饲料-畜禽养殖-肉奶生产-有机肥-生态蔬菜”，助力农村产业融合。考虑到甜高粱等植物的特性，种植规模应为3000至15000亩。如果有一体化机械化作业、优越的道路条件和更低成本的储运模式，乙醇加工规模可相应扩大。

（作者为首都经济贸易大学特大城市发展研究院教授）