国际能源署:生物能源技术的可持续发展路线图

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楼主 2020-02-29 13:13:45
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引言

2015年12月,巴黎气候大会通过的《巴黎协定》为2020年后全球如何应对气候变化做出安排。该协定表示各方应加强应对气候变化带来的威胁,要把全球平均气温较工业化前水平升高控制在2℃之内。2018年2月,国际能源署发布《生物能源技术的可持续发展路线图》(Technology Roadmap:Delivering Sustainable Bioenergy),阐述了生物能源在2℃要求下的新发展。



生物能源是当今可再生能源的主要来源,它可为发电、工业、建筑供暖、运输等提供能源。国际能源署表示,为兑现全球气候变化的承诺,现代生物能源将是未来低碳全球能源系统的重要组成部分。但是,现阶段的生物能源开发水平远低于国际能源署的要求,因此,有关国家有必要加快生物能源技术的可持续发展。


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什么是生物能源?

过去的数千年中,人类通过燃烧庄稼等有机物质,即生物质,在一定程度上满足对能源的需求。但是,随着社会的不断发展,人类逐渐意识到这样获取能源的方式是“不可持续发展”的,燃烧效率低,排放出的气体有害健康与环境。现代的科学技术正在尝试将这些生物质转化成固体、液体或气体等形式,代替化石燃料,提高能源转化效率,降低对环境和人类的危害。


可产生生物能源的生物质种类非常多,如有机废水,包括污水、污泥,动物粪便,都市固定废弃物中的有机组成部分,农业、工业副产品或废弃物,木材,粮食作物,包括玉米、小麦、糖、植物油等,以及部分非粮食作物,如多年生木质纤维素植物等。


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生物能源的转化

生物质转化为能源要进行若干步骤,生物质的类型、地理位置、转化过程采用的技术手段等因素都会导致生物能源的转化步骤有所不同。


通常来说,生物能源的转化过程可分为三个阶段:

  1. 燃料准备阶段。通过改变生物质的物理性质,使燃料的过程更易于处理,提高燃料的能量密度。

  2. 预处理阶段。改变原料的化学性质,生产出更易于转化的中间产品,方便终端产品的使用。

  3. 转换阶段,产生热能、电能,或二者兼有。



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生物能源的应用

交通运输中的生物能源

近些年,加氢植物油(可再生柴油)技术已经在市场上得到开发。它的原料多为油料和动物脂肪饲料的废弃物,能更好地适应寒冷天气。


电力中的生物燃料

根据2℃的要求,电力行业也开始尝试利用生物能源发电。其基础是固体燃料的直接燃烧,或利用厌氧消化和热气化的气体,亦或利用发动机或涡轮机中的废气和废渣。如今,基于气化和有机朗肯循环的发电系统正在进行小规模的商业开发,但是,从长远看来,仍需要大力改进系统性能,降低成本。


热力中的生物能源

高温环境下的应用:根据2℃的要求,未来,高温环境工业中的生物能源使用比例将会加大,如水泥制造中将使用更多的生物燃料废弃物。但是,到目前为止,生物能源在其它高温工业中的应用仍很有限,尽管巴西的钢铁制造工厂开始尝试使用生物能源,但是还没有在世界范围内取得规模性成果,其主要原因在于部分地区生物质资源规模有限,燃料的供应和容量受到一定限制。


中低温环境下的应用:2℃拓宽了生物能源在温度相对较低的工业领域的应用,如造纸业、食品制造业,以及非能源密集型工业等领域。开发利用过程残留物和液体废水,提高热能生产率。在建筑领域,由于2℃的要求,住宅楼和写字楼的传统供暖方式在将很大程度上受到限制,并将逐步采用低碳的生物能源。从长远来看,除偏远地区外,生物能源会在城市供热和制冷系统中发挥重要的作用。这些生物能源将与太阳能、地热能等其它能源为工厂、商住楼供暖提供所需能源。



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促进未来生物能源技术可持续发展的关键

虽然生物能源在电、热、交通等领域的发展还远低于2℃的要求,但为实现《巴黎协定》的承诺,各国要进一步推动实现生物能源技术的可持续发展。


为生物能源技术开发提供保障:实现2℃需要大量适合市场运作的成熟生物能源技术和新科学技术。目前,人类已经在技术上取得一定成果,如利用植物油的废气和残渣、纤维素乙醇、气化、合成气转化等。为实现这些技术的可持续发展,相关各国政府需要在政策和资金等方面保证支持力度,如降低或减除化石燃料生产及使用的补贴;在税收和广泛的监管体系中,系统性地消除低碳能源生产的障碍等。


提高可持续发展的生物质原料的供给:为实现生物能源原料增长,即从目前的23艾焦耳到2060年的128艾焦耳左右,仅依靠废弃物做生物质原料是远远不够的,相关各国仍需要扩大生物质原料的来源,如通过技术创新,优化生命周期碳收益,在减小土地压力的基础上提高能源作物的产量,提高生物资源中碳的使用效率,生物炭与可再生能源产生氢气结合使用等。


提高国际生物能源技术可持续发展的共同开发:目前,很多国际组织都有意愿开发生物能源。未来的国际倡议将以现有生物能源发展为基础,让更多的国际发展、环境和金融组织参与,建立必要的技术开发和监管机制,提高可持续生物能源的投资水平,共同推动生物能源技术的可持续发展,实现可持续发展的目标。



编译 / Duria

编辑 / 张洪瑞

排版 / 九夏


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