可再生资源大融合经济

一、缘起

 

●　生物质(Biomass) 就是和生物有关的物质的总称，包括植物、动物和微生物等。在生物质中，首先由植物利用太阳能把大气中的CO2和水合成有机物，开始建立通往肉食动物等的食物链，而植物非食用部分则作为能源及物质资源。植物起到了太阳能的接受体和转化器的作用，只要大气和生物质之间存在光合作用，即存在碳平衡(Carbon-neural)，大气中的CO2就不会增加也不会减少，故而生物质里的碳处于平衡状态。风光资源主要转化风光电力，被认为是最具代表性的可再生能源，其能量源源不断地从空气和太阳中获取，因此，没有能量的枯竭和停摆的问题。

 

●　发展循环经济，构建环境友好型社会，实现人与自然和谐共生是全人类共同追求的目标。生物质是连接人与自然、人与人、以及自然界各因素间的重要物质和能源基础，是唯一一种可再生碳源。风光电力过程中几乎不产生任何污染物和排放，不会对环境和自然生态造成破坏。但单独使用都有缺陷，需要进行资源大融合，构建现代化产业体系。
 

●　可再生资源大融合经济（英文:  Renewable Energy Intergration Economy  简称: “REIE” ）应运而生。
 

 

1.1  能源链

●　人类能源主要经历了生物质、煤炭、石油、仿石油能源等四个阶段，能源转换的核心驱动力都是能量密度的提高；进入碳中和时代，能源转换方向是从化石能源向可再生能源转变，从资源依赖走向技术依赖，发展和创新并举。

●　从18世纪后期开始，即工业革命的早期，煤炭开始取代生物质作为燃料。

●　在19世纪中叶，开始大规模加工石油作为燃料和生产化学品。

●　在20世纪后半叶，迈入仿石油能源时代，发达国家构建了天然气化工；中国因其“富煤、贫油、少气”的能源特征，构建了中国特色的现代煤化工。

●　化石资源因其具有独特的“经济 、便捷 、可靠 ”特性，为人类社会创造了空前的物质文明，迅速构成了以化石资源为基础的经济社会结构，占据了主导地位，生物质资源逐渐被边缘化。

●　以化石资源为基础的经济社会结构经过百年的发展， 解决了人类能源和物质资源的同时，导致了化石资源稀缺和严重的环境污染。

 

 

▣  氢经济概念

●　基于能源危机环境下，在1970年， 美国约翰 ·博克里斯首先提出“氢经济 ”概念。1980年以后， 美国等世界发达国家纷纷介入氢经济领域。

●　氢是宇宙中含量最丰富的一号元素，氢能是一种通过一定的方法利用其它能源制取的以氢气为主的二次能源，具有资源丰富、热值高、清洁等特性。

●　目前，氢能开发还不是一个绿色工业，96%的氢气是“灰氢”，由天然气、煤炭、石油制品等化石原料构建了“灰氢工业”。

 

 

▣  可持续发展概念

●　在1980年3月，联合国大会首次使用了“可持续发展”概念，认为从化石经济向生物质经济过渡，是经济社会发展的一种必然趋势。欧美发达国家提出了“以生物质合成气平台为基础构建能源与材料体系”的概念。

●　生物质直接气化温度低（650-800℃），气化产物复杂，水蒸气无法参与反应成本高， 效率低。只有在1200℃以上的高温条件下，水蒸气参与反应，才能生产合成气（H2+CO）。

●　近几十年来，人们探究了间接法生产合成气的路径，如水热浓缩（HTU）、高温分解脂类等，但由于存在技术瓶颈，一直没能商业化运营。

 

 

▣  碳中和目标

●　基于全球变暖的环境下，在2015年，联合国提出“碳中和 ” 目标，倡导大力发展可再生能源 。

●　2020年9月22日，习近平主席郑重宣示：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和“。

 

 

▣  可再生能源主要有太阳能、风能、生物质能、绿色氢能、电子燃料等。

●　太阳能和风能——目前主要指风光电力，技术成熟，成本渐降，得到了大力发展，我国风光电力占全部发电量的9.67%，但存在单机容量小、数量多、布点分散、发电时间短和显著的间歇性、波动性、随机性特征，消纳和电网调峰压力日益凸显，“风光电力+储能”、“风光电力二次加工”是发展趋势。

 

●　生物质能——作为一次能源直接燃烧，目前只有成型燃料和直燃发电的案例。直燃发电技术成熟，我国发电量占全部发电量的1.2%，存在效率低、投资大、成本过高、高绿色溢价、排放和资源上的限制等问题。生物质因存在氧含量高、密度小热值低、粉末无法气力输送、“储、运、用”难等问题，进入碳中和时代只能作为能源资源，进行二次加工后，才能成为能源使用，目前生物质清洁高效利用技术缺乏，急需开发颠覆性技术进行改造升级。

 

●　绿色氢能—— 是指以可再生资源制取的氢能。热值高、燃烧清洁，但存在低体积能量密度（是天然气的36%）、储运难、成本高、使用场合有限等瓶颈。另外，如果能源只用氢气，破坏了大气中的碳平衡，是不可持续的。目前氢能产业尚处于示范应用和商业模式探索阶段。由绿H2与碳中性CO构建“可持续合成气平台”是发展方向。

 

●　电子燃料：

——2023年3月，欧盟提出电子燃料(e-fuel)概念。电子燃料是指以可再生能源电力电解水制绿H2，再与碳中性的CO2生产系列合成燃料（如合成天然气、甲醇、航煤、合成氨等）。

——目前，欧美等发达国家正积极开发电子燃料，欧盟市场也已明确在2035年实行燃油车禁售之后，依然可以继续销售使用电子燃料的内燃机汽车。然而，由于技术路径不畅、价格昂贵，导致电子燃料无法实现商业化运营。

 

 

1.2  大农业链

 

●　民以食为天，食以土为本。土壤是植物生长的生产资料，是食物生产的重要依托。经历了原始黑土壤、农家肥改造、化肥改造等阶段；进入大健康时代，土壤健康尤为重要，土壤改造方向从化肥向有机肥转变。

 

●　土壤连着农情、国情、民情。原始黑土壤是最肥沃的土壤，生长的植物产量高、果实饱满、营养丰富、口味清香，是理想食材；农家肥改造的土壤，也能保持植物原味，但亩产量不高；化肥改造的土壤，亩产量高，但丧失了植物原味。

 

●　长期使用化肥带来土壤退化、食物污染等严重问题。

 

●　农为政首，地为粮基，是我国的国策。有机肥代替化肥成为主流，高质量有机肥-人造黑土肥成为肥料行业的风向标，人造黑土壤达到甚至超过原始黑土壤的水准，使REIE在大农业链中重新焕发青春。

 

 

1.3 可再生资源大融合经济（REIE）
 

▣  第一农业和第二农业概念——中国农业大学原校长，“三院”院士石元春先生在2016年，提出将农业分为第一农业（粮食）和第二农业（生物质）两个概念。

 

●　第二农业，即对非粮农林生物质及有机废弃物的资源化利用，生产能源、材料和有机化工等绿色产品。

●　第二农业根本性地改变了五千年的农业观与产业结构，根本性地改变了工农与城乡关系，是乡村振兴与农业农村现代化的得力抓手与引擎。

 

 

▣  生物经济规划

●　2022年，国家发改委发布了《“十四五”生物经济发展规划》，这是我国首个生物经济发展的五年规划 。首次提出“生物经济 ”概念，并单独为“生物经济 ”描绘发展“路线图”，为应对生命健康、生物安全、粮食安全等重大挑战提供了顶层解决方案。

●　生物经济以生命科学和生物技术的发展进步为动力，以保护开发利用生物资源为基础 ，以广泛深度融合医药、健康、农业、林业、能源、环保、材料等产业为特征。

 

 

▣  “十四五”可再生能源发展规划

●　2022年，国家发改委、国家能源局等九部门发布《“十四五”可再生能源发展规划》，指出：加快发展可再生能源、实施可再生能源替代行动，是推进能源革命和构建清洁低碳、安全高效能源体系的重大举措，是保障国家能源安全的必然选择，是我国生态文明建设、可持续发展的客观要求，是构建人类命运共同体、践行应对气候变化自主贡献承诺的主导力量。

 

 

▣  统筹推进产业生态化 、生态产业化 ，打造中国式现代化生态经济体系

●　产业生态化、生态产业化是我国在推动实现中国式现代化的过程中探索出的现实路径之一，统筹推进产业生态化与生态产业化，对于我国全面构建新发展格局具有重大战略意义。要深刻领会习近平生态文明思想，深度把握碳达峰碳中和的重要历史意义和现实意义，将生态环境保护问题放在更加突出的位置，围绕智能、绿色、低碳发展，加快推进绿色低碳科技创新和成果转化，实现绿色新兴产业迭代升级，提高全民生态文明意识，奋笔勾勒人与自然和谐共生、经济社会协调发展的美丽中国新图景。

 

 

▣  REIE的概念

●　2023年，新木集团国家林业生物能源示范基地首提“REIE ”的概念：REIE是依靠现代生物技术与生物资源和可再生能源电力资源，以可持续产品与服务的研发、生产、流通、消费、贸易为基础的经济，是在生物经济基础上扩展出的更大经济形态。REIE以新生物科技为动力，以可再生能源电力和生物质资源为基础，以广泛深度融合能源、粮食、医药、健康、农业、林业、环保、材料等产业为特征。目前，首推颠覆性可持续能源产业、健康土壤及三北防护林粮仓产业、农林产品颠覆性精深加工及储运产业和草原畜牧业颠覆性转型升级产业、可持续农业装备产业等。

 

 

●　习近平总书记在党的二十大报告中指出：“中国式现代化是人与自然和谐共生的现代化”，同时又指出“人民对美好生活的向往，就是我们的奋斗目标”。

 

●　反映到能源行业，就是要用丰富的可再生资源，生产具有比化石能源更优的“经济 、便捷 、可靠 ”特性的电子生物燃料。电子生物燃料可全面解决可再生能源安全可靠替代化石能源问题。

 

●　反映到农业，就是一餐一食。我们要尽快从传统的农业中走出来，向可持续大农业方向发展。

 

 

二、REIE支撑技术体系

1.生物质人工造可持续合成煤（SS煤）技术及装备
2.加压气流床高温气化制造可持续合成气平台（SSG）技术及装备
3.电子生物燃料及材料合成技术
4.生物质与生物灰人工造黑土肥（SS黑土肥） 技术及装备
5.人造黑土壤及天然营养强化粮食技术
6.过热蒸汽破壁与温和CO2超临界萃取融合工艺技术及装备
7.过热蒸汽破壁熟化与营养强化成型融合工艺技术及装备

8.CO2与精油融合气调储运技术及装备

 

 

 

 

▣  SS煤加工工艺

      木质纤维素类生物质的主要有机成分包括纤维素、半纤维素和木质素三部分。纤维素是葡萄糖的聚合物，半纤维素是戊糖和六碳糖的混合聚合物，木质素是酚类的聚合物。在高温高压（260-280℃，2.5-2.7MPa）的水中（液体或汽化状态），半纤维素首先水解，脱下乙酰基，形成该过程的催化剂乙酸。原料在这种条件下停留0.5-5min，这时水解、热分解、缩合等反应交叉发生，与水形成具有流动性的浆状物；瞬间骤然减压，由于水降压沸腾，发生原料颗粒爆炸成细粉，交叉反应进一步发生，表面官能团脱除、半焦化等反应发生，水蒸气沸腾而脱出，形成极干的半焦状腐殖质类化合物（煤化生物质粉）。完成分离、回收，实现人工造煤，把煤的近亿年自然形成过程，缩短为几十分钟。

 

1.3吨生物质（含水10%）+200kg过热蒸汽转化为1吨SS煤（含水10%）+500kg冷凝循环水。

 

 

▣  SS黑土肥加工工艺

         以生物质，辅以生物灰为原料，在高温高压（260-280℃，2.5-2.7MPa）的水中（液体或汽化状态），半纤维素首先水解，脱下乙酰基，形成该过程的催化剂乙酸。原料在这种条件下停留0.5-5min，这时水解、热分解、缩合等反应交叉发生，与水形成具有流动性的浆状物；瞬间骤然减压，由于水降压沸腾，发生原料颗粒爆炸成细粉，交叉反应进一步发生，表面官能团脱除、半焦化等反应发生，水蒸气沸腾而脱出，形成极干的半焦状腐殖质类化合物。完成分离、回收，实现人工造黑土肥，把黑土肥的几百年自然形成过程，缩短为几十分钟。

 

 

1.1吨生物质（含水10%）+200kg生物灰+200kg过热蒸汽变为1吨黑土肥（含水10%）+500kg冷凝循环水

 

 

电子生物燃料及材料系列产品， 制定了企业标准， 通过国防科工局组织的成果鉴定， 拥有多项国家发明专利， 具有自主知识   产权， 填补国内外空白， 达到国际领先水平。

 

 

三、REIE主要行业及品牌

3.1 俏东方·颠覆性可持续能源产业

 

●　新木集团开发出“生物质人工造煤”技术及装备，以生物质为原料，以可再生能源制造的蒸汽为热源，采用水热煤化工艺技术制造可持续合成煤（SS煤），而后以SS煤和可再生能源电力为原料，水蒸气和氧气为气化剂，移植现代煤化工加压气流床高温气化成熟工艺制造可持续合成气（SSG）平台，延伸生产氢基合成燃料，又称“电子生物燃料”，如甲醇、合成天然气、柴油、航煤、氨/尿素、乙烯、乙二醇等，具有比化石能源更优的“经济、便捷、可靠”特性。由此建立了一套新型储能技术——“绿电+生物质→氢基合成燃料储能”，可以有效地储存并在需要时利用可再生能源。氢基合成燃料首先解决长期储能问题，同时解决交通及生活用能、大功率可持续电力等问题，开辟了新型风光氢储产业，安全可靠替代化石能源。

 

●　电子生物燃料，简称EB-fuel，亦即（绿电+生物质→氢基合成燃料储能），是指采用颠覆性新生物科技，以可再生能源电力和生物质为原料，首先制造可持续合成气，延伸制造可长期储存的氢基合成燃料，可生产化石能源生产的所有能源和材料产品（如甲醇、合成天然气、柴油、航煤、氨/尿素、乙烯、乙二醇、氨基树脂等），可以有效地储存并在需要时利用可再生能源。

 

●　模块化电子生物燃料超级工厂，简称M-eb-FS，分为七大模块：SS煤模块、绿电模块、SSG模块、电子生物燃料模块、生物基材料模块、绿色热力模块、可持续合成黑土肥模块。以可再生能源主导化工，实现平台化自动组合，产品灵活选择。品系覆盖现代煤化工和天然气化工所有产品，均为绿色可持续能源及材料产品。
 

▣ 3.2 树地球·健康土壤及三北防护林粮仓产业

●　新木集团开发出“人工造黑土”技术及装备，以生物质为原料，辅以生物灰，采用水热腐殖质化与矿物质有机化融合工艺技术在数分钟内转化为半焦状腐殖质类化合物，称为“可持续合成黑土肥”，简称：SS黑土肥，又称人造黑土肥。

 

●　黑土是最肥沃的土壤，是大自然给予人类的得天独厚的宝藏。黑土地之所以“黑”，就在于它覆盖着一层黑色的腐殖质，还富含氮、磷、钾等多种矿物质，这种土壤有机质含量高、土质疏松，最适宜耕作，因此被称作“耕地中的大熊猫”。

 

●　一般土壤施用SS黑土肥后，便可变为“人造黑土壤”。另外，调节SS黑土肥中矿物元素的质和量，产出的庄稼果实中钙、铁、镁、硅、硒、锰、锌、锶等矿物质含量定向提高，可见“人造黑土壤”功效超过自然黑土地。

 

●　SS 黑土肥用于替代现有所有肥料，如各种化肥、有机肥、碳肥、复合肥等，将生物质和生物灰渣在数分钟转化为生物质合成黑土肥，改变了黑土数百年形成的历史。建立稳固的人造黑土体系，打造“三北防护林粮仓”，有力地保障了国家粮食安全。

 

●　在三北地区，结合现有高标准农田、盐碱地改良、土壤修复等工程，使生态、中草药及粮食、生物质多丰收。构建三北防护林风光林粮间作生态农林牧业。
 

 

▣ 3.3 映东方·农林产品颠覆性精深加工及储运产业和草原畜牧业颠覆性转型升级产业

 

(1) 农林产品颠覆性精深加工产业。

●  　新木集团开发出“过热蒸汽破壁熟化-温和CO2超临界萃取”技术及装备，首先将坚果与籽类加工成“坚果与籽类面粉营养强化剂”，再分别与四主粮面粉复配加工“坚果与籽类营养强化面粉”，配套使用新型CO2气调储运，使国人主食水平显著提升。

 

●  “过热蒸汽破壁熟化”加工中草药及粮食，比传统的热处理方法具有更高的传热系数，可以有效灭菌、抑制脂质氧化和有害化合物生成，改善蛋白质与其他分子的互作、适当的淀粉糊化、减少营养损失、改善中草药及粮食的理化性质。

●　 CO2的临界温度是31.2℃，临界压力是7.38MPa。传统处理只能是小规模，20MPa以上；温和CO2超临界粮食加工是指借助过热蒸汽破壁前处理，在7.38MPa或更低的压力下进行油脂萃取、油溶性生物活性物质萃取等，实现大规模、经济、便捷、可靠运营。

 

 

(2) 颠覆性储运产业

●　 CO2与精油融合气调贮藏是当今最先进的食物保鲜贮藏方法。其核心就是在一定的封闭体系内，将食物周围的气体调节成不同于正常大气组成的调节气体，并将精油充分扩散及渗透，以此来抑制食物本身引起劣变的生理生化过程或抑制作用于食物的微生物活动过程。食物主要包括：粮食、果蔬、肉食、食品等。

 

●　 采用CO2与精油专用气调复合膜、冰温压缩机（-4～0℃)等，构建CO2与精油融合气调储运体系，堪称“新一代气调储运”，专门针对高水分粮食、新鲜肉类等进行保鲜储运。
 

 

 

(3) 草原畜牧业颠覆性转型升级产业

●　 新木集团开发出“过热蒸汽破壁熟化与营养强化成型融合”技术及装备，制造天然营养强化草饲，使草饲产业发生质的变化。

 

●　 内蒙古等北方地区幅员辽阔、气候凉爽，适合牛羊生长，近几年由于气候变化和牛羊存量快速增加，草饲严重短缺，需大量进口。

 

●　 我国南方地区有丰富的木本和草本草饲资源，就地制成天然营养强化草饲颗粒后，运往内蒙古，便可有效解决草饲短缺问题，实现“南草北调”，畜牧业得以可持续发展。

 

●　 北方地广人稀，牛羊肉消耗量少；南方人口密集，牛羊肉消耗量大，将鲜活牛羊运往南方，进行屠宰，使南方人吃上新鲜牛羊肉，实现“北牛南运”。
 

 

▣ 3.4 生物情·可持续农业装备产业

●　 配合“俏东方-颠覆性可持续能源产业”、“树地球-健康土壤及三北防护林粮仓产业”、“映东方-农林产品颠覆性精深加工及储运产业和草原畜牧业颠覆性转型升级产业”，开发配套的可持续农业装备，目前推出的装备有：SS煤制造装备、SS煤蒸汽锅炉、SS煤热电站、SS煤气化炉、过热蒸汽破壁熟化与温和CO2超临界萃取中草药及粮食加工装备、BS黑土肥制造装备、新一代气调储运站、天然NE草饲制造装备等。