选择字号:   本文共阅读 9071 次 更新时间: 2023-03-06 12:17:23
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中战会课题组:发展生物质能源是推进生态文明建设的关键抓手和重要物质保证
·中战会课题组
标签: 生物质能源 生态文明建设

摘要:清洁、安全与可持续的能源获取与利用方式,已成为当下全球瞩目的关注热点。生物质能源原料来源广泛,转化品种丰富,生产技术日趋成熟。从采掘能源到种植能源是人类能源生产的一大革命,特别是其三产联动、系统循环、协同发展、低熵高效的特点,势必成为未来的主流能源,也将使绿水青山真正变成金山银山,从而成为生态文明建设不可或缺的重要组成部分。

关键词:能源;环境;安全;生态文明

一、人类文明的“十字路口”

西方早期资本主义的兴起孕育了工业文明,之后两者的交互促进使工业文明登上了人类文明的顶峰,近300年创造的物质财富超过了此前所有世纪的总和。今天,人们可以用美好的文字、皇皇巨著去论述工业文明的伟大成就;但是成就的背后,人类遭受的苦难触目惊心,罄竹难书。

首先,在资本贪婪扩张的内在属性驱动下,国家逐渐沦为资本的宿主。人类从狩猎异类到狩猎同类,从食物链金字塔到人类社会金字塔,贫富分化导致地区、国家和社会阶层之间的冲突加剧,战火、屠杀、恐袭和社会动荡频仍,日趋严重的社会危机使工业文明难以为继。

其次,工业文明的发生和发展建立在大量消耗不可再生资源的基础之上。百余年前世界人口仅18亿,汽车刚开始使用,地球资源的供应几乎是无限的。如今地球人口已达74亿,且每12-14年增加10亿,全世界汽车保有量超过12亿辆。随着人类社会逐渐从“技术短缺”向“资源短缺”过渡,除了众所周知的石油等资源供应的挑战外,铜、银、铟等战略性金属矿产资源也仅够采掘20余年。

与此同时,工业文明的发展还是一个使人类贪欲膨胀、堕落成不可满足的饕餮怪物的过程。除了资本为追逐利润最大化将环境成本外部化的线性扩张外,愈来愈多的民众向往美国高消耗的生活方式。逐利无休与贪欲膨胀的恶性循环,正在加剧资源枯竭与生态恶化的自然危机,从根本上瓦解着人类文明存续的物质与环境基础,使世界进入“末日境况”。

“社会危机”与“自然危机”的双重叠加,推动了资本主义与工业文明共同终结的进程。剑桥大学教授彼得·诺兰说:“人类正处在十字路口。其中一条道路通往合作,这是一条人迹罕见的道路。而另外一条道路通往冲突,在人类历史上这是一条时常踏足的道路。”[1]英国著名物理学家斯蒂芬·霍金探究人类未来出路时,提出了“黑洞也许不是‘永恒的监狱’,而是通向平行宇宙窗口”的猜想后,又预言“随着地球人口增长,能源消耗将会增加,地球将变成一个‘熊熊燃烧的火球’,人类可能在2600年以前就会灭绝,要摆脱这场灾难,只能去寻找一个适合人类生存的星球”。他呼吁投资者支持他的“突破摄星”(Breakthrough Starshot)项目。[2]

对此,习近平主席在联合国日内瓦总部发表“共同构建人类命运共同体”的主旨演讲时如是说,“宇宙只有一个地球,人类共有一个家园。霍金先生提出关于‘平行宇宙’的猜想,希望在地球之外找到第二个人类得以安身立命的星球。这个愿望什么时候才能实现还是个未知数。到目前为止,地球是人类唯一赖以生存的家园,珍爱和呵护地球是人类的唯一选择”, [3]并向国际社会贡献了建设一个持久和平、普遍安全、共同繁荣、开放包容、清洁美丽的世界的中国智慧与方案。

在中共十九大报告中,习近平同志进一步提出了“人与自然是生命共同体”的理念,并指出:“人类必须尊重自然、顺应自然、保护自然。人类只有遵循自然规律才能有效防止在开发利用自然上走弯路,人类对大自然的伤害最终会伤及人类自身,这是无法抗拒的规律。”[4]

在我国对生态文明建设作出重大战略规划和部署的同时,“两个共同体”的论述也从哲学与价值观的角度,科学、系统地诠释了生态文明的核心要义,对人类在生命共同体的活动规范和评价准则做了概括和总结,实现了人际伦理向自然伦理的扩展,为人类保护共同体的生命个体和自然生态系统本身提供了理论依据。

如果说迄今为止的人类文明,是“自然人类”工具理性的文明进步,经由自然为人类立法到人类为自然立法的文明演进过程;那么,已成为全球广泛共识的生态文明则不是与物质文明、精神文明、政治文明、社会文明等量齐观的领域文明,而是“自觉人类”为自己立法,克服了工业文明弊端之后的身心和谐、社会和谐、人与自然和谐,是可持续发展的具有划时代转折意义的,涵盖了全球地域与不同种族的社会整体性进化状态的新文明。生态文明建设必将全面融入政治、经济、文化、科技、社会建设的各方面和全过程,融入人类活动的一切领域。

二、发展生物质能源是推进生态文明建设的关键点

资源与环境是人类社会存续与发展的物质基础。其中,粮食、淡水、矿产(金属)和能源是诸多资源中的四大基础要素,而能源更是首屈一指的核心资源。

(一)能源——发展的动力与世界秩序之锚

自人类诞生在这个星球上,就与能源结下了不解之缘。人类的先祖在火的照耀下,迎来了文明社会的曙光;18世纪,随着蒸汽机的应用,煤炭替代木柴,人类社会开启了工业时代的新纪元;步入19世纪,随着石油资源的发现与石油工业的发展①,工业文明成果集中爆发,并以几何速度攀登向自己的顶峰。

石油以其能量密度高、运输便捷的性价比优势,不仅成为交通运输的主要能量,还成为现代化工产品的重要原料,故而被称为工业社会的血液。石油资源是推动经济发展的主要动力,是科技成果赖以产生的重要载体之一。正是石化能源爆炸性的耗散,支持了工业文明的迅速繁荣。

由于石油资源特殊的经济与战略价值,以及分布的不均衡性,成为各大工业帝国的必争资源。20世纪爆发的两次世界大战,即是因各工业帝国分割、争夺包含石油产地在内的势力范围而发动,并借助石油的动力而进行。当今全球81个石油生产国中,约有31个国家存在双边或多边的冲突与潜在冲突。能源富集的国家和地区,往往动荡不安或被战火笼罩,中东更被称为“世界的火药桶”。

因为现代经济发展离不开石化资源的支持,才有了基辛格“谁控制了石油,谁就控制了所有国家”之说。1971年,布雷顿森林体系解体后,美国以强大的军事实力为依托,通过一系列运作,石油成为美元的货币之锚。从此,美国通过操控石油价格和美元汇率收割全球发展红利,更成为单极世界的主导者,因此,石油也成为不公平的全球秩序之锚。

(二)化石能源供给与安全形势展望

传统化石能源是不可再生资源。金属矿产虽然不能再生,却可以通过回收利用而逐渐达到饱和平衡,从而降低对资源的开发强度。传统化石能源只能沿热力学第二定律的时间之矢,一经耗散便不可再复而成为能量之熵。因此,化石能源的储产比可以说决定着工业文明的寿命。

据《BP世界能源统计年鉴(2017年版)》的数据显示:2016年,全球石油已探明储量为2407亿万吨,储产比为50.6年;中国已探明储量为35亿吨,全球占比1.5%,储产比为17.5年。2016年,全球天然气已探明储量为186.6万亿立方米,储产比为52.5年;中国已探明储量为5.4万亿立方米,全球占比2.9%,储产比为38.8年。[5]尽管这些数据因诸多因素每年都作出调整,但不可再生资源终将趋于枯竭却是一个无可争议的事实。

我国油气资源的供给形势尤其不容乐观。1993年是我国石油供给的一个转折点,即从一个石油净输出国成为一个石油净进口国。这一年,“净进口原油998万吨,净支出22.7亿美元”。[6]此后,我国油气资源的对外依存度与日俱增。“2016年,我国原油产量19968.5万吨,进口原油38101万吨,成品油2784万吨。对外依存度高达67.2%”,[7]大幅超过了国际能源署(IEA)警示的50%危险临界点。同年,“我国天然气产量1368.7亿立方米,进口721亿立方米,对外依存度也达到了35%”。[8]

由上可知,无论从摆脱能源困局还是从挣脱美元盘剥囚笼的角度,自主寻求和发展替代能源都是当下各国的重要战略。中国拥有巨大的人口基数和经济体量,能源需求高速增长,对外依存度过高带来空前风险。从国家战略安全、经济可持续发展和文明转型的角度考量,发展和建立清洁、可持续的能源保障体系都是国家战略的重中之重。

(三)生物质能源——未来主流能源的大趋势

现代科学证明:数亿年来,生物将碳编织进生物圈的有机结构中,地质构造运动又将碳随同生物体一道埋入地下,仅石炭纪储存到地下的碳,就远远超过了现在地表生物中的碳,已知煤和石油中的碳是地表生物碳含量的50倍。所以,我们面临的不仅是传统化石能源的日趋枯竭,还有超限量的碳排放问题。

自工业革命以来,燃烧及重化工业向大气排放成分复杂的污染物质,已知对环境有危害的就有100多种,其中如悬浮颗粒物、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化合物等,既改变了气候,也毒化了大气。大气中的二氧化碳浓度已从1750年的280/ppm,增加到当前的403.3/ppm,上升至80万年来的最高水平,是工业化以前水平的145%。[9]随之而来的是气候变暖、海洋酸度上升,导致生态平衡严重失调。

1、从地球生命体的视野探究未来新能源的方向

如习近平主席所说“人与自然是生命共同体”,即客观反映了自然科学的事实,体现了人文科学对自然规律的敬畏。

“地球经几亿年演化诞生了生命,经近40亿年的进化诞生了人类。地球生命的诞生和长久稳定地进化出人类,得益于它拥有一系列恰到好处的外部环境……地球的内部和外部构造也为生命的形成和进化提供了重要条件”。[10]

同时,生命也使地球的物理化学性质发生巨大变化。生物不仅曾使无自由氧的大气出现氧的积累,而且把这种积累控制在约21%的风险与收益的完美平衡点上:既不过高而使生物圈变成火海②,也不过低而使需氧生物窒息;不仅使曾经占大气95%以上的二氧化碳出现耗减,而且现把这种耗减的幅度控制在约0.03%的水平上,不因其浓度过高而发生温室效应,也不因过低而使地球结成冰球,使地球平均气温稳定在15℃左右;而且,使地球的酸碱度呈中性,海水呈弱碱性,从而适合生命繁衍。

可见,生物是地球非生物环境的产物,同时又通过生命活动改变着地球的非生物环境,使之适合生物的生存和进化。从而,生物与非生物之间,形成前者“适应”后者而进化、后者“适合”前者而改变的协同进化机制。

这种机制的形成又通过生物多样性来实现。生命通过与环境交换物质与能量来实现生存,但任何生物都不能在自己的代谢物中生存,不能单独生成动态调节环境的机制,只有进化出能相互利用代谢物的多样化形式才能继续生存。可见,不仅不同生物之间在行星尺度上必须协同进化,而且生命本身就是协同进化的产物。所以,不同生物之间都是既竞争又协同的关系,竞争是协同的动力机制,协同是生命的实现形式,竞争从属、服务于协同,淘汰不协同,从而推动协同的进化。

热力学第二定律揭示了宇宙是从低到高的熵增过程,熵增过程决定了所有生命个体都是时间舞台上的匆匆过客。

但是,生物多样性使生命成为覆盖一切生态位的全球尺度现象,并以其巨大的生物量和不同的代谢物去抗御熵增洪流,通过自我复制和繁殖使生命形式得以延续,且以远离化学平衡态的逆熵增过程,动态地调节地球环境生命适宜性的平衡,使地球成为一颗自创生、自组织、自调节、自防护的生命之星。

在人类诞生之前,地球生命体已然存在数十亿年,人类只是地球生命体的后来者,并将最初生命与地球元素嵌刻在自己体内③,正如恩格斯所说:“人本身是自然界的产物,是在他们的环境中并且和这一环境一起发展起来的。”[11]“我们连同我们的肉、血和头脑都是属于自然界和存在于自然之中的”。[12]

所以,人类是当然的地球之子。如果人类的行为威胁到地球生命系统的健康存在,将可能作为生命体的一个变异“细胞”被剔除,地球生命体仍将存在下去。如是人类从出现到消失,相对地球47亿年的历史,不过是白驹过隙的一瞬间。

因此,人类对未来大宗主流能源的选择原则,一是不能严重破坏地球进化出生命的客体条件,二是不能破坏地球与生物圈之间的协同进化机制,使地球生命体有利于万物和谐共生。

2、生物质能源的四大优势与替代过程展望

未来清洁、可持续的主流能源须具备四个基本条件:一是排放的清洁性,二是生态的安全性,三是品种的丰富性,四是资源可持续性。而生物质能源完全具备上述条件。

首先,生物质能源是公认的清洁能源,以国内某生物能源领军企业为例,其商业燃料油的气体排放已达欧V标准。特别是生物质能源的普及应用,必然促进林草产业和农业废弃物再利用的发展,从而通过吐纳循环实现碳循环平衡。

其次,生物质能源的生产原料来自于地表植被的收获物、增益部分和养护剩余物,不具有深入和大范围破坏地质结构和应力的可能。通过植物根系及根系的代谢再生,不仅可以固化土壤、改善团粒结构、减少表土流失和涵养水分,还通过植物对水分吸收-蒸腾的水循环机理,形成对生态系统稳定调节的机制。

再次,石油之所以成为重要战略资源,由于它不仅是能量的主要来源,也是重要的化工原料。而生物质能源的品种不仅覆盖了油、气、电、热、冷全领域,其衍生品或特别工艺的提取物也可以分别满足不同化学工业的生产需要。

又次,植物是地球生态系统中的生产者,它既可通过主动繁殖实现自我复制,又可通过人工种植、收获不断往复,实现持续循环。因此,以生物质为原料的能源生产具备可持续性。

从这个意义上说,它能够和必须实现对化石能源的最终替代。

纵观历史,能源替代是一个漫长的过程,通常以世纪计,并以此消彼长为替代特征。例如,早在2000多年前的春秋战国时期,我国就已经开始用煤做燃料,但直到工业革命前后由于勘探和开采技术的进步,煤炭才成为大宗主流能源。

生物质能源虽是具有朝阳产业特点的新鲜事物,但从现有工业体系的寿命周期、能源替代的折损成本和社会稳定性的角度看,替代化石能源一定是此消彼长的过程。不同的是,传统能源供给和生态承载力危机,已迫切需要只争朝夕地加快这一替代过程的进度。那么,除去常规的石油和天然气,非常规的化石能源以及风电和光电在这一替代过程中会起到哪些作用呢?

首先是页岩气和可燃冰(又称天然气或甲烷水合物)。它们同属清洁能源,虽然不是可再生资源,但探明的储量特别巨大,可供人类使用三百年到上千年,而且具有较高的经济性。它们给人类的能源需求注入了一针兴奋剂的同时,在地质安全和环境保护方面却饱受争议。

页岩气开发受到的质疑,主要集中在受压裂岩层应力的快速释放可能诱发地震或山体滑坡,以及对地下水和地表水体造成污染,还会对地表植被造成破坏。可燃冰开发受到的质疑更为强烈。比如,海底可燃冰分解可能导致陆坡区稳定性降低,会使海底滑塌;温度升高与压力降低会使可燃冰改变形态,大量甲烷溢出可能造成海水翻腾和海啸,溢出至大气导致的温室效应是二氧化碳的20倍以上,将造成生态灾难。更有甚者,据“可燃冰喷射假说”(clathrate gun hypothesis)称:甲烷气体逸出时,将导致温度进一步升高,并搅动可燃冰,这实际上是启动了一个失控的不可逆的过程,一旦发生犹如枪口连续发射。当发生“喷射”时,可能导致人类的寿命时间尺度内突发失控性变暖,恢复到二叠纪至三叠纪恐龙灭绝时期的状态。

不论开发上述能源对环境的破坏程度是否如此耸人听闻,我们都寄望先进技术和可控措施能够避免重大生态灾难的发生。但可以确定的是,无论页岩气或可燃冰,都是地球生命体亿万年来通过反馈机制和自组织演化而存储的结果,也是地球结构与质量的组成部分。所以,这些不可再生的资源,充其量能延缓工业文明的存续,而不能阻止其消亡。如果全球都把它们当作一场化石能源的饕餮盛宴,那么一旦发生大范围、高烈度的扰动和减质量活动,不同程度的生态损害恐难避免,甚至可能引发人类不能承受的生态灾难。

隆纳·莱特曾形象地警示:“一次猎杀一头长毛象是生存;一次猎杀两头长毛象是进步;当猎人学会把整群猎物逐下悬崖,一次猎杀两百头长毛象时,则是进步过了头。他们将享有一时的衣食丰足,之后,却只得饿死。”[13]

可见,任何事物性质的变化都是由量变到质变的过程。如果控制扰动范围,降低开发烈度,亦即取之有度、用之有节,从而使可能的生态损害控制在可控范围之内,使上述非常规化石能源在一定时期内成为向生物质能源过渡的“桥梁”而非“彼岸”,不失是一种能源替代过程中相对安全与经济的选项。

其次,光电、风电是清洁能源,又具有资源的可持续性。但其不足之处是,风能、太阳能只能转化成1-2个产品,品种单一,能源补偿比低,连续、稳定性较差,是资金密集型且投入产出比较低的产业。但因地制宜,充分利用地域资源的比较优势,可提高光电、风电的能源效能,降低成本,这也是能源多元化战略的组成部分之一。而它们用于偏远地区和山地等电网无法覆盖处、航天及卫星探测等领域,反而具有不可替代性。

如果说不可再生资源是地球生命体的本金,那么生物则是其源源不断的利息。人类文明的存续与发展,必须仰赖自然资本产生的利息,如果无节制地糟蹋本金,必将遭受文明反噬。这既是发展生物质能源的应有之义,也是建设生态文明的关键点。

三、发展生物质能源的可行性

生物质能源既然具备了替代传统化石能源并成为未来清洁、可持续的主流能源的必备要素,那么规模发展生物质能源产业还需具备三种基本可行性。

(一)发展生物质能源的技术可行性

目前的生物质能源转化技术,基本集中在生物法、水解法、热化学法三个典型的技术领域。这些领域内的创新成果层出不穷,以下仅各示一例为代表。

1、生物法(也称发酵法)。广为人知的厌氧发酵制沼气技术和生物质制乙醇技术等均属此范畴。而“超音速汽爆和两相中温厌氧发酵技术”是目前该领域具国际领先水平的创新成果之一。

河南农业大学张百良教授带领的团队,通过自主研发的汽爆技术和相关装置,可以在0.00875s的时间内完成能量的高密度瞬间释放,使生物质中的纤维素、半纤维素和木质素充分离解④,从而大幅提高生物质发酵速率与产品得率。该技术以农作物秸秆等生物质为原料,利用“汽爆”技术预处理,经两相中温厌氧发酵,其产率可达到每立方米发酵容积产出15m3/d标准天然气,并实现连续和均衡生产。每吨秸秆等物料可产出高位热值32-35MJ/m3的压缩天然气(CNG)330-350/m3,得率高于每吨煤可置换300m3左右天然气的水平,其副产物为0.3吨的木质素和130m3的食品级二氧化碳。目前,其经济性、生产效率和产品得率均为世界领先水平。

2、水解法。生物质水解法是较为传统的技术工艺。而国内“同步水解生物质精炼技术”,填补了国内外生物炼制技术的空白,打破了国外对这项技术有可能需要30年时间才能出现的预测。

该技术的核心是找到了一种催化剂,能够帮助完成纤维素和木质素之间的氢转移,可同时降低纤维素和木质素的初始活化能,解决了困扰生物质利用的木质素水解的难题,从而促成这两种高聚物在较温和条件下同时水解。

其技术特点,一是反应条件温和、能耗低、过程可控。互促催化系统可在≥100℃的温度条件下有效进行,因此能量消耗低。二是产率高、品质好。温和条件下的催化水解,反应过程中不会产生脱水碳化反应,也不会产生甲烷、乙烷等气体,原材料基本无损失,约2.5吨原料可生产出1吨水解产物。三是生产过程符合环保要求。水解产物主要是单环芳烃化合物和多羟基化合物,其中的硫、氮、重金属含量很低,进一步加工所得到化工产品品质高,对环境的污染少。四是成本低。由于同步水解技术的反应条件温和,过程中用水量少,催化剂能够回收利用,生产系统大部分为国标反应釜及控制和专用输送装置的集成。因此,水解成本较低,容易实现工业化生产。

在自行设计的互促催化系统(Cyclic Tandem)中,可以同步水解纤维素、半纤维素、木质素等,使之成为有机小分子。而且,该技术对原料的选择性不强,对产物的选择性比较好,有机碳转化率为95%。水解产物的有机成分为单糖、有机酸、取代酚三大类。该技术被定义为“同步水解技术”,水解产物被定义为“生物石油”。水解产物中含有丰富的单环芳烃化合物和多羟基化合物,如甲酸、乳酸、愈创木酚、乙酰丁香酮等几十种产品。通过采用精炼技术,可生产乳酸酯、丁二酸二酯、苯甲醚、邻二甲氧基苯、木糖、阿拉伯糖、高清洁汽柴油等。从1吨干秸秆中获得的提取物,以现价折算可实现20万元左右的产值。

“同步水解技术”具有催化剂理论上的“里程碑”意义,拥有关键技术中的12项中国和国际PCT发明专利,包括纤维素生物质常温常压预处理技术、纤维素生物质全降解经芳环中间体高产率制备汽油技术、纤维素酶仿生催化体系等,并率先在国际上提出了全新的“纤维生物化工”概念。该项目已于2014年完成中试并转入中等规模工业化生产。

3、热化学法。在能源转化领域,它又被称作生物质热化学转换技术,包括直接燃烧、气化、热裂解和液化技术,除了能够直接提供热能外,还能以连续的工艺和工厂化的生产方式,将低品位的生物质转化为高品位的易储存、易运输、能量密度高、具有商业价值的固态、液态及气态燃料,以及热能、电能等能源产品。

目前国内的生物质热化学转换技术成果,主要集中在获取液体燃料及衍生物方面,但大部分都因技术、市场和投资因素而停留在通过热解获取生物焦油和衍生物热解气、木醋液、生物半焦等层面,尚需进一步的馏分加工以获取汽柴燃油及其他化学原料。

“武汉凯迪”作为一家高新技术上市公司,凭借企业规模、技术实力和拥有的成果成为生物质能源领域里的领军企业。

该公司开发出生物质“气化-费托合成”燃油技术,拥有成套生产装备的制造与配套能力,掌握了可控的规模化生产的国际领先技术,构成了由催化剂、生产工艺、控制参数和生产装备等组成的完整的核心技术体系。同时,它还拥有国家生物质热化学技术重点实验室平台和企业所属研究院,并于2013年在武汉东湖高新技术园区成功建设了世界首条万吨级生物质气化液体燃料商业化示范生产线。

该生产线以农作物废弃物为原料(不限于所述原料),所生产的高清洁航空煤油、汽油、柴油,与传统石化企业生产的石油制品在化学分子构成上近乎相同。不同的是该油品几乎不含重金属和硫、磷、砷、氮等有害化学元素及杂质,油品标准已超过欧Ⅴ标准。工厂能源转化净效率达50%,每3吨林业废弃物干物质可生产1吨商品燃油,成本为7000-7500元。随着生产规模的扩大和技术升级,成本还有较大下行空间。生产过程中还衍生出热解气和生物肥料等副产品。

通过数年生产运行,该公司达到了技术工艺成熟、运行稳定、过程可控的目标,是国内外目前唯一达到万吨级商业生产示范规模,储备了5万吨级最佳经济规模的模块化技术的企业。

我国在生物质能源技术领域,无论是成果的丰富程度、覆盖的领域范围,还是典型企业的技术先进性,在国际上都具备相当领先的优势,具备规模化发展生物质能源产业的条件。

(二)生物质能源的原料供给可行性

任何行业领域的技术发展和创新,需要两个基本前提条件:一是市场需求,二是资源支撑。

我国是农林业大国,18亿亩耕地每年产出9亿吨秸秆和谷壳;有林地面积45亿亩和待开发宜林地面积约40亿亩,如发展种植能源产业,预计每年可产出50亿吨标煤当量的生物能源。

若对我国现有的10亿亩低产林地进行升级开发,将1.8亿亩退耕还林地和受重金属污染不宜种植农作物的5千万亩耕地,建设12亿亩高标准能源林基地,5-7年后每年可产出生物质约25亿吨,相当于12.5亿吨的标煤。

水利部黄委会在《黄河流域综合规划(2012-2030年)》中提出:“计划在多沙粗沙区建设和改造宽幅梯田共377万公顷(5655万亩),通过营造水土保持林、经济林、人工种草、封禁治理等措施,改善生态环境,促进当地经济社会发展。”此外,下游河滩面积约3154平方公里(473万亩),“也计划对滩区人口补偿迁出”。[14]如果规划利用其中3000万亩种植能源草⑤,每年可产出1.5亿吨标煤当量的生物能源。

我国荒漠化土地面积262.2万平方公里(39.33亿亩),无农业利用潜力的盐碱地超过3亿亩。如果结合生态修复,利用其中15亿亩建设能源林草基地,3年后每年可产出25亿多吨标煤当量的生物质能源。

概略性地对我国可利用的土地资源进行估算,每年可产出98亿吨标煤当量的生物质能源,即便对折计算也尚有约50亿吨。2016年,我国生产一次能源34.6亿吨,消费一次能源42.5亿吨⑥。所以,从生物质原料供应的角度看,生物质能源在我国已具备了替代煤炭、石油和天然气的潜力。

(三)生物质能源生产的经济可行性

计算生物质能源的经济可行性,务必注重两个成本构成:一是传统的生产成本,二是外部成本亦即环境成本。这两个成本概念本应合为一体,但以往却被人为忽略了。

从上述典型技术案例看,主要能源产品处于较低的盈利水平,但计入衍生产品价值后,其盈利水平会进一步提升,起码有财务的安全性保证。他们的产品成本都未计入外部成本,但生产和应用过程不会或轻微地对生态环境造成伤害。

但是,传统的化石能源从开采、加工到应用,对环境的破坏是有目共睹的。例如,煤炭开采造成的地质塌陷,燃烧造成的空气污染;石油利用带来重化工污染、汽车尾气排放污染,以及因环境污染导致疾患问题严重,这些外部成本也未计入生产成本。政府大力治理环境污染、修复生态,是对生态环境过往欠债的追偿,看似由财政支付,实际上是全民为环保买单。另外,人身健康受损的债务很难一次定价买单,而对生态环境的破坏甚至殃及子孙后代且不可逆,又岂是金钱可以交换?所以,从两个成本必须叠加的角度,生物质能源的成本远低于化石能源,并能为社会增加福利。

四、发展生物质能源的社会意义

发展生物质能源能使我们建立起能源安全自主保障体系,对建设美丽中国起到重大作用,其社会意义也同样重大。

(一)绿水青山与金山银山的动力机制

绿水青山计划的最大功课就是提高地表植被覆盖率,既美化环境,又可调节和改善物候条件及提高宜居程度。当然,这是生态文明建设必需的外在表观,但需要巨大的投资才能实现。在生物资源变现通道不畅的状况下,绿水青山计划就缺少了充足的动力,特别在江河滩涂、荒漠化地区、生态涵养脆弱区、贫困地区尤其如此,这也许是不利于绿水青山蓝图尽快普遍实现的困阻之一。

从采掘能源到种植能源是人类能源生产的一大革命,特别是它有机地把农林业、制造业、流通业紧密结合成一个相互依存的整体,通过三产联动、系统循环、协同发展,其溢出效应也会促进众多新兴产业的诞生和发展,为实现绿水青山蓝图提供了引领性的动力,而绿水青山也成为金山银山的资源保障,更为实现普遍公平、共同富裕创造了契机。

目前我国已建成投运的生物质电厂有300家,年消耗农林废弃物8000多万吨,这一产业已发动亿万农民参与并获得收益。如果生物质能源全面替代石油、天然气并替代50%的煤电,就可以提供1亿个就业岗位,使从事种植业的农业人口收益超过3万亿元。

如果在非宜农地区大力发展林草基地,从业人员不仅可以从林草产品中直接受益,而且可以通过立体发展,充分利用不同空间和生物多样性,成为集林草、养殖、副料升值加工于一体的局域生态经济系统。

因此,受益于此的经济发展势必增加我们呵护自然的能力与自觉性。在从业人口收入多元化、增值化更上一层楼的前提下,也扩大了发展的资源边界,有利于我们更好地展开想象,绘制美丽中国新愿景。

(二)分布式能源的效能与安全

发展生物质能源可以因地制宜,充分利用地域优势资源以及消化生活垃圾、生产废弃物,实现资源循环利用的逆熵增再生产,既增加了商品供给,又保护了生态环境。

根据地域资源丰度、人口密集程度和地理条件,可以有针对性地设置产业规模,形成分布式的能源供给格局。充分利用能源生产企业靠近消费终端的优势条件,便于按照总能统筹,“分配得当、各得所需、温度对口、梯级利用”,[15]把合适的资源以合适的方式用到合适的地方发挥合适的作用,达到资源节约、充分利用的效果。

分布式能源还可以将技术故障、自然灾害、战争破坏造成的能源供给损失降到最低限度,提高能源保障的战略安全程度。

(三)社会生产组织的重组与再造

如果说历史上的文明演进都是以能源革命为核心动力推动的,那么生物质能源革命将会通过推促一系列的生产力和生产关系变革而进行。

美国物理学家卡普拉对老子的哲学思想与现代物理学进行比较后曾说:“现代物理学所包含的世界观与我们目前的社会是不一致的,这种社会并没有反映出我们在自然界所观察到的协调的相互关系。而要达到这种动态的平衡就需要一种完全不同的社会和经济结构。这是一种真实意义上的文化革命。我们的整个文明能否生存下去也许就取决于我们能否进行这种变革。它最终取决我们采纳东方神秘主义某些阴(指《易经》坤卦之德)的态度的能力,要有体验统一的自然和协调生活的艺术”。[16]

卡普拉在这里特别强调“要达到这种动态的平衡就需要一种完全不同的社会和经济结构”和“要有体验统一的自然和协调生活的艺术”。正如前面所述,任何生物都不能单独生成动态调节环境的机制。人是群体性动物,单独的个人力量是渺小的,特别在农村及农业生产活动中更是如此。

生物质能源的原料生产及供应,需要资源的集约化和有效的组织。一盘散沙和碎片化的供应方式,既无法高效、稳定地进行生产,也徒增个体与企业的协同(或称交易)成本。

“生物质能源产业系统”一定是涵盖了个体、集体、资本的关系共同体,甚至通过互相渗透形成自主和自由的协同机制,也许这就是某种形式的混合所有制。

可以说,生物质能源产业要顺畅发展,不仅要关注技术问题、市场问题、资源问题,尤其要关注社会生产组织的重组与再造。

一个有着良好协同机制的系统是健康的,一个由配合精巧、润滑良好、各司其职的部件组成的机器是精密高效的,一堆散落的零件难堪大用。

生物能源产业在能源转型、文明转轨的过程中,处在一个特殊的位置。这种社会生产组织的重组与再造,以及生产力和生产关系的变革,正是我们建设生态文明必须经历的过程。

五、结语

发展生物质能源产业是利在当代、功在千秋的伟大事业,但前进道路上也注定利弊相随。

有利条件是:共产党领导下的社会主义中国,具有无可争议的体制优势。决策层一旦确定大力发展生物质能源,就能够集中力量排除各种不利因素和干扰掣肘,过往的效率与成果举世瞩目。

不利因素是:我国能源生产与销售市场早已被“两桶油”等垄断,形成了事实上的既得利益集团。生物质能源即便符合相关标准也很难通过正常渠道进入市场,从而制约了相关企业研发和生产的积极性。

没有任何利益集团可以改变新时代中国特色社会主义前进的步伐,没有任何力量可以阻挡全国人民实现中国梦的信念追求。党的十八大以来,在以习近平同志为核心的党中央坚强领导下,全国人民高举中国特色社会主义旗帜,协调推进“五位一体”总体布局和“四个全面”战略布局,牢固树立和贯彻落实创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念,生态文明建设的战略高度与实践深度前所未有。我们坚信十九大以后,生态文明战略体系将日臻完善,生态文明制度体系将更加完整,生物质能源的春天必将到来。

参考文献

[1](英)彼得·诺兰:《十字路口——疯狂资本主义的终结和人类的未来》,中信出版社,2011年,序言第XII页。

[2]《霍金再预言:人类会在2600年前消失 需寻新家园》,中国新闻网,2017年11月8日。

[3]习近平:《共同构建人类命运共同体——在联合国日内瓦总部的演讲》,新华网,2017年1月18日。

[4]习近平:《决胜全面建成小康社会 夺取新时代中国特色社会主义伟大胜利——在中国共产党第十九次全国代表大会上的报告》,新华网,2017年10月27日。

[5]《BP世界能源统计年鉴(2017版)》,BP官网,2017年7月5日。

[6]木春山:《中国怎样成为石油净进口国》,《大庆晚报》,2008年11月27日。

[7][8]国家统计局:《2016年国民经济和社会发展统计公报》,国家统计局官网,2017年2月28日。

[9]冯卫东:《世界气象组织大气监视网观测结果显示——全球温室气体浓度跃至80万年来最高》,《科技日报》,2017年11月1日。

[10]孙家驹:《地球之难:困境与选择》,江西人民出版社,2012年,第66页。

[11][12]《马克思恩格斯选集(第3卷:自然辩证法)》,人民出版社,1972年,第74、518页。

[13](加)隆纳·莱特:《进步简史》,海南出版社,2009年,第17页。

[14]水利部黄委会:《黄河流域综合规划(2012-2030年)概要》,百度文库,2013年6月3日。

[15]中科院工程热物理研究所:《吴仲华先生学术思想及影响》,中国工程热物理学会网站,2007年7月24日。

[16](美)卡普拉:《现代物理学与东方神秘主义》,四川人民出版社,1984年,第244-245页。

注释

①1859年8月29日,美国宾夕法尼亚泰特斯维尔的德雷克井出油以来,世界石油工业走过了158年的发展历程。

②生火需要空气中至少有12%的氧气,氧气浓度在21%时大火不会在湿度超过50%的条件下燃烧,而氧气浓度每超过1%,闪电造成的森林大火的概率就增加70%。

③细菌,又称原生生物,是地球上最早的居民。从原生生物融合共生进化到人,我们身体干重的10%是生活在我们身体上的细菌重量。另外,通过测定地壳岩石与人体血液中的60多种化学元素含量,其中人体中60种元素的丰度与地壳岩石中的元素丰度有着惊人的一致(除极少数生物原生质成分外)。而且,生物界几乎所有的生物,主要都是由碳、氢、氮、氧、磷、硫6种元素组合成万千分子所构成。所以,人类是“地球之子”名副其实。

④生物质爆破中,生物质溢出时间要小于0.1秒才会出现“爆”。目前,国内外还未见超过这一速度技术指标的文献和报道。通常在类似技术中,解压后生物质均在几秒到十几分钟时间内才能完全溢出。这实际上是“汽喷”、“热涌”或“膨化”,自然也无法取得该技术的制备效果。

⑤能源草由福建农林大学菌草研究所所长林占熺研究员引进、改良、驯化和培育而成,适合我国大部分物候条件的地区种植。植株高度可达5-8米,一次种植可连续收获15年以上,具有较高的光合速率,且光合/蒸腾比率较低,亩产(鲜重)在30-35吨之间。

⑥一次能源生产和消费总量是把原煤、原油、天然气、发电量(含火电、水电、核电)等折合成标准煤。火电数据包括燃煤发电量、燃油发电量、燃气发电量,余热、余压、余气发电量,垃圾焚烧发电量和生物质发电量。具体数据取自于《2016年国民经济和社会发展统计公报》以及《BP世界能源统计年鉴(2017版)》。

来源:《战略与管理》2018年第1/2期



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