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三北可持续能源产业

THREE-NORTH SUSTAINABLE ENERGY INDUSTRIES

 

  •   新人类能源史,就是一部人类文明史。从碳基能源(生物质、煤炭)走向化石基碳氢能源(石油化工、天然气化工、煤化工等)。能源转换的核心驱动力都是能量密度的提高。当今能源进入碳中和时代,能源转换的核心驱动力是除提高能量密度外,还要实现碳排放减少。也就是从源头上用可再生资源替代化石资源,构建可持续碳氢能源体系。 可再生资源主要有太阳能、风能、生物质能等。生物资源把太阳能和CO2固定变为生物质,是最好的太阳能储能载体和CO2吸收器。

    生物质在早期之所以被淘汰,是因为一直不能进入高能量密度碳氢能源体系。煤炭进入高能量密度碳氢能源体系的路线是煤高温气化(煤水热化学还原)制合成气,也就是煤在1200℃以上气化发生水汽变换(C+H2O→H2+CO)得到H2+CO的混合气体。生物质与煤虽为同宗,但性能差别很大,主要体现在氧含量高、热值低、粉体无气力输送性等,生物质气化的概念已有400多年的历史,直接气化温度最高能达960℃以下,水汽变换反应极少,得不到合成气。至今仍是世界性难题。 目前,市场上的热点路线集中在风光电力电解水制氢、生物质气化得到以CO2为主的生物碳源,构建H2+CO2的氢醇氨航煤合成路线。电解水制氢,属高能耗行业,存在投资大、规模小、成本高、产品单一(只有纯氢)、储运用受限等缺陷。显然,经济上和规模上很难商业化运营。另外,生物质资源主要集中在农作物秸秆上,也没有稳定可行的路径。 国家能源局发布《“十四五”能源领域科技创新规划》,其中明确指出:超临界水热化学还原制氢为前沿技术。风光电力制蒸汽,不受波动性的约束,能耗最低;生物质经“人工造煤”后,与煤气化接轨,实现高温气化,制可持续合成气,可利用现代煤化工成熟的装备系统打造可持续碳氢能源体系。是符合我国国情的能源必经之路。

  •   三北工程,是在中国三北地区(西北、华北和东北)建设的大型生态林区,东起黑龙江,西至新疆,北抵北部边境,南沿海河、永定河、汾河、渭河、洮河下游、喀喇昆仑山。于1979年启动,规划期限为73年,分八期工程进行,目前已经启动第六期,总面积435.8万平方公里(约43亿亩),占中国国土总面积的45%,在国内外享有“绿色长城”之美誉。现在,三北工程拥有大面积的风光电场、大面积的速生林地、大面积的工业油脂基地(蓖麻、水黄皮等)、大面积的沙生灌木、盐碱灌木等,三北工程俨然成为“三北可再生资源库”。 一、多倍体速生林 速生林把太阳能和CO2固定变为高热值芳烃,是最好的太阳能储能载体和CO2吸收器。现有四倍体速生林品种主要为:四倍体速生杨、速生柳、速生槐、速生桑、速生桉、速生泡桐、毛竹。 二、蓖麻 蓖麻,是大戟科蓖麻属植物。一年或多年生粗壮草本或草质灌木,高达5米。蓖麻原产地为非洲东北部的肯尼亚或索马里,也说为非洲的埃塞俄比亚,后由于人类活动,逐渐先后传入了亚洲、欧洲等地。当前,其栽培于热带至暖温带各个国家,具体而言,多种植于北纬52度~南纬40度之间的国家。中国的蓖麻种植面积已经属于世界前列,在全国大部分地区均有种植,南起海南岛,北至黑龙江,都有蓖麻的人工栽培区。蓖麻籽含油率为46%~56%,籽仁含油率高达70%以上。蓖麻油中含蓖麻醇酸、油酸、亚油酸、硬脂酸、甘油等,其中蓖麻醇酸的含量约为82%。现有蓖麻新品种主要为淄蓖、通蓖、矮杆蓖麻等。

  •   三、灌木林 紫穗槐,豆科紫穗槐属落叶灌木,高1-4米,耐瘠、耐水湿、耐盐碱,抗寒,原产美国东北部和东南部,中国东北、华北、西北及山东、安徽、江苏、河南、湖北、广西、四川等省区均有规模栽培,适种范围遍布全国,目前在江河湖海滩地和干旱贫瘠地区大面积种植,防风固沙生态效应凸显。一般栽培2~3年的植株,在其茎基部能萌发较多的蘖芽,需对其平茬复壮一次。 紫穗槐的果实为荚果,密植后果实产量可达2000斤/亩以上,超过玉米,营养全面,含碳水化合物及膳食纤维51-55%,蛋白质30-36%,脂肪7.7-12%,另外还含有多种维生素、矿物质及紫穗槐素等超级营养素。紫穗槐叶量大且营养丰富,亩产量可达3吨以上。每500千克风干叶含蛋白质12.8千克、粗脂肪15.5千克、粗纤维5千克,可溶性无氮浸出物209千克。粗蛋白的含量为紫花苜蓿的125%。干叶中必需氨基酸的含量为赖氨酸1.68%、蛋氨酸0.09%、苏氨酸1.03%、异亮氨酸1.11%、组氨酸0.55%、亮氨酸1.25%。紫穗槐嫩枝条中含粗纤维、无氮浸出物、粗蛋白、粗脂肪及多种矿物元素,养分远远超出锦鸡儿嫩枝条,且产量高。 目前,沙漠和干旱地区、江河湖海滩地的紫穗槐资源量已然巨大,除极少部分利用外,绝大部分丢弃,资源开发利用率极低。 国家统计局数据显示,我国近几年能源消费总量约为53亿吨标煤/年。利用风光电力和生物资源来解决我国的能源问题,需配置生物资源约20亿吨/年、风光电力约400GW,生产可持续碳氢能源产品约53亿吨/年以上,这样便可安全可靠替代化石能源。

  •   在三北工程中,打造能源植物基地,产出20亿吨/年生物质及蓖麻油等生物资源,按目前速生能源林品种亩产量测算(1.5~4吨/亩)和蓖麻籽亩产量测算(0.3~1吨/亩),只需占用林地及边际性土地10亿亩;而三北工程占地约43亿亩,可见,足以满足工程用地需要。 国家规划2035年实现风光电力装机容量1200GW以上,本工程只需要风电400GW,可见,足以满足工程电力配套。 新木集团联合中国农业大学、北京林业大学、北京化工大学等科研单位,共同成立俏东方·科创团队,借鉴生物质汽爆、厌氧发酵、水煤浆高温气化、甲醇经二甲醚羰基化合成乙醇等技术原理,通过市场化敏捷创新,开发出国际首创的“生物质沸腾水解汽爆半焦化工艺及装备技术”、“复合研磨浆化工艺及装备技术”、“热化学预处理+沼气发酵+沼渣高温气化技术”、“高压气流床高热值生物水浆高温气化工艺及装备技术”、“合成气一步法合成低碳混合醇技术”等一体化模块化系统技术体系,打通“风光电力制蒸汽、生物质人工造煤、超临界水热化学还原制可持续合成气、可持续碳一化工、可持续碳氢能源”全过程,称为“三北可持续能源”。 三北可持续能源包含固、气、液等各类高能量密度碳氢能源,实现零碳排,全球未来能源体系终于面世了。 至此,三北可再生资源库遇到颠覆性新生物科技,构建了三北可持续能源世界,为人类奉献理想能源体系。

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