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院士論壇 | 從建筑木廢料到生物質能的蛻變

發布時間:2023-06-15 20:41:36  來源:林草價值網鏈

在國家城鎮化建設進程中,大量新建、改建工程及拆除工程不可避免地產生了數以億噸計的建筑廢棄物。建筑木廢料是建筑廢棄物的重要組成部分,也是城市木廢料的主要組成部分,約占建筑固體廢棄物總量(我國建筑固體廢棄物年產生量超30億噸)的9%

建筑木廢料、廢家具、園林綠化枝椏材等城市木廢料主要由木質素、纖維素及半纖維素組成,是良好的生物質資源,可收集量不可小覷。隨著國家雙碳目標的提出,實現建筑/城市木廢料處置方式的創新,行之有效地加以利用,是推動可持續發展、助力實現生態文明建設的重要策略。建筑木廢料資源化利用被賦予了特殊意義,成為建筑領域減少碳排放的重要抓手。

生物質固碳氣化多聯產技術讓固廢蛻變

建筑/城市木廢料通過壓縮成型、熱化學或生物技術可轉化為固體、氣體及液體形態,其中氣化固碳多聯產技術因其熱效率高,并能將生物質吃干榨凈,做到物盡其用,被認為是最有前途的生物質轉化及利用技術之一,兼具良好的社會、經濟和生態效益。

南京林業大學材料科學與工程學院生物質氣化多聯產工程研究中心技術團隊2002年在國內外首創研發了一種生物質固碳氣化多聯產技術。該技術是在不需要外加能源,也不需要添加任何化學藥品、助劑、添加劑等條件下,發生熱分解反應,將生物質中的纖維素、半纖維素、木質素大分子分解成小分子的可燃氣、生物質炭和生物質液。生物質可燃氣可以替代煤炭或天然氣用來發電,也可為工業園區、企業、城鎮居民住所或大棚等供熱。生物質炭根據原料不同,分為木/竹炭、果殼炭、稻殼炭、秸稈炭等,木/竹炭及果殼炭可制備活性炭、機制燒烤炭、工業用炭。秸稈類的炭由于其灰分含量高,適合作炭基復合肥或替代煤炭作清潔燃料。生物質液含有酸類、醇類、酯類、醛類、酮類、酚類等多種化學成分,可用來生產液體肥,由于植物源液來自于作物,吸收迅速、抗病增產,因此生物質提取液既有肥效又有藥效,達到了天然的藥肥一體化效果。

減排效益顯著

以生物質固碳氣化清潔供暖聯產炭為例,建筑木廢料經固碳氣化聯產氣化炭反應,50.31%的生物質能轉化為可燃氣,35.38%的能量儲存于氣化炭中,而15.31%為熱量損失。由此產生的熱燃氣經鍋爐燃燒進行綠色供熱(按回水溫度5060出水)后,其總能量流為:42.76%用于供熱,35.38%儲存于氣化炭中,21.83%為總熱量損失。

減排固碳效果可從三方面進行評估:1.0t建筑木廢料(C元素含量為46.87%)在生長過程中從環境中約吸收1.72tCO?,產生的可燃氣替代約0.5t標準煤,約減排1.34tCO?。將建筑木廢料氣化后,生物質可燃氣通過燃燒產生約1.10tCO?,被釋放到大氣中,而約0.17tC元素最終轉化為0.2t的建筑木廢料氣化炭。因此,每1.0t建筑木廢料經氣化綠色供熱聯產炭后,空氣中就有0.62tCO?被固定在固體炭中,總減排固碳約3.58t,使系統成為CO?的吸收器,實現供熱的負排放。

解決進口天然氣卡脖子問題

以北京市為例,其城市木廢料300多萬t/a,市周邊的果木廢料約300t/a。通過固碳氣化多聯產技術可滿足90m3天然氣(每年北京的供暖需要約80m3的天然氣)供熱要求,并得到120t生物質炭,固定300tCO?。這對解決北京依賴進口天然氣的卡脖子問題、實現北京的零碳供熱具有重要意義。

建筑木廢料要做到資源化、高值化利用,應統籌建筑木廢料產生、收運、處置、利用等環節,結合建筑木廢料的特點,使用并構建全產業鏈的建筑木廢料氣化固碳多聯產技術,實現物盡其用、物盡多用,打破傳統固廢利用技術的單一轉化。

實現建筑木廢料的負排放,可加快構建綠色低碳的經濟體系,助力雙碳目標早日實現。建筑廢木料固碳氣化多聯產技術是綠色、循環、高值化的固廢綜合利用技術,是提升能源利用率、促進建筑工業節能減排的良好技術路徑,對行業的產能置換、轉型有著示范引領作用。

生物質是國際公認的零碳能源,是唯一含碳、穩定、清潔的可再生能源,希望有關部門加以重視。

(作者系俄羅斯自然科學院/俄羅斯工程院外籍院士,南京林業大學教授/博士生導師)

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作者:周建斌
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