作者:马卓敏 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2017/7/14 12:19:04
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适时而为,顺势而动:引领生物航油跨越发展
——访中科院广州能源所所长马隆龙

 

近日,年产1000吨生物航油,年处理玉米秸秆、玉米芯混合料12000吨的秸秆制生物航空燃油千吨级中试项目在哈尔滨生物航油建设基地开工奠基。

据了解,此次秸秆制航空燃油技术中试项目致力于实现我国生物质水相催化合成生物航空燃油的产业化技术目标,有效激活黑龙江省生物质领域的产学研多方资源,实现科技成果的转移转化。

以上成绩的取得,与中科院广州能源所“十三五”期间坚持不懈践行“三个面向、四个率先”有着密不可分的关系。正因有了“瞄准国民经济主战场”的信念,研究所才树立起在生物质能源高值化转化与规模化利用上取得重大突破的决心,最终一举实现了黑龙江省依靠自身发展秸秆高值化利用的梦想。

历经周折,反复前行

作为全面定位于新能源与可再生能源研究与开发利用,以清洁能源工程科学领域高技术为主要研究对象的中科院广州能源所,近年来在所长马隆龙的带领和努力下,以重点攻克国家重大技术需求的瓶颈问题为自身奋斗目标,并全身心投入到了我国的新能源与可再生能源技术发展上。

谈到自己和团队历时8年取得的秸秆制航空燃油技术成果,作为中科院广州能源所所长、国家“863计划”“农林生物质高效转化技术”主题专家组成员的马隆龙研究员回忆起技术攻关的这些年,至今感慨良多。

他向《中国科学报》坦言,一切前沿技术都不是一蹴而就完成的。“推动科学技术的进步需要的是坚韧不拔的毅力,不积跬步无以至千里。”为全面攻克我国秸秆制备航空燃油技术难关,使我国生物航油技术达到世界领先水平,广州能源所的科研人员经历了太多的考验。

众所周知,秸秆制备航空燃油技术是基于生物质制备燃料技术发展而来,而如何将生物质中的五碳糖和六碳糖进行高效利用,一直是团队研究的难点问题,他们也曾在这个问题上始终徘徊不前过。

“在确立目标产品后,我们通过仔细分析航空燃料的组成的特点,更深刻地认识到了异构烃和环烷烃在航空燃料中的作用。”基于此,马隆龙介绍,团队创造性地提出了利用分子调控,定向合成航空燃料前驱物这一重要调控方法。“因为这一调控方法能够有效地利用秸秆中的纤维素和半纤维素组分,从而实现全糖利用这一目标,大大提高了航油的获得率。”

据介绍,这一方法还能有效避免使用昂贵的有机溶剂,大大降低了成本。

打通了技术路线,团队又在中试放大过程出现了周折。“因前驱物浓度过低,出现了提浓的能耗和成本过高问题。”

为此,马隆龙团队在全面审视现有环节诸因素的合理性过程中,再次提出了低浓度下以直接缩合取代净化提浓的新策略,为团队重新调整了航向。

功夫不负有心人。团队最终在全面分析了低浓度前驱物溶液的特点,并在极短时间内开展大量的实验研究后,最终确定了一条切实可行的反应路径,确保了在低浓度条件下,不需过多净化提浓步骤,即可实现缩合产物直接形成固相与水相分离的办法。据马隆龙介绍,这一技术的攻关完成,极大地降低了整个技术工艺的能耗及成本。

实现“双减”,意义重大

如今,在国家973、863、科技支撑、国际合作、国家基金和中科院等项目的持续资助下,马隆龙率领广州能源所科研团队在木质纤维素类生物质原料合成生物航油核心技术上所取得的重大突破,经权威鉴定,技术整体处于国际领先水平。

毋庸置疑,航空业对全球气候变化及空气质量产生了巨大的影响,国内外竞相发展航空节能减排技术,而生物航空燃油的替代使用是目前能在民航业大幅实现减排的有效措施。

据马隆龙介绍,秸秆制航空燃油技术首创了独具特色的生物质水相催化合成生物航空燃油新工艺,具有反应步骤短、效率高和全组分综合利用等优势。作为在生物航油领域具有高度创新性的技术,该技术是国家能源战略的重要技术储备,社会意义颇大。

目前,技术已成为我国农林纤维类资源综合利用领域的颠覆性技术,为我国秸秆类农林废弃物的高值化利用提供了新途径。更为重要的是,项目符合国家能源发展战略,是国家重点鼓励和扶持的行业,具有国家战略意义。

“采用秸秆作为原材料,产业链全过程减排效果十分明显。技术既能实现从源头控制面源污染,又可在使用终端实现低碳减排的‘双减’目标。”马隆龙对此高度自信,他指出,之前,秸秆等农林业废弃物是我国面源污染的源头之一,通过该技术实现农作物秸秆的综合利用,有助于从源头控制秸秆的面源污染,减少田头焚烧导致的雾霾,同时还将成为航空碳税及航空节能减排的可行方案。

跨越发展,产业先行

如今,马隆龙通过本技术路线与国际上主要依赖于植物油脂,包括废弃油脂等制备生物航油的传统路径对比发现,此技术路线产品组分更接近于石油基航油,具有与石化航油近乎相同的理化性质,而且技术的直接成本仅有目前流行的油脂生物燃油的40%,具有完全自主知识产权,且碳减排效果更好,是理想的航油替代品。

“技术将基于前期已建成的国内外首套百吨级木质纤维素生物航油中试系统成功运行的经验,实现生物航空燃油生产的整个工艺流程的连续化生产。”马隆龙预测,未来技术要想实现真正的产业化,他们还需要做一系列的准备工作:

“从技术层面上,技术的油品还需要经过台架试验验证性能,并通过适航认证,才能获得准入航油市场的资格和凭证。”此外,在经济性层面上,由于目前世界原油价格处于低位,对新能源和可再生能源的发展冲击很大,因此,马隆龙还呼吁该技术在产业化初期还需要国家层面的鼓励政策和大力支持,包括处理秸秆的补贴,以及产出替代石化航油后的价格补贴等。

马隆龙认为,这就类似于国家对生物质发电和生物乙醇的补贴。而只有这样,才能使生物航空煤油产业化应用稳步推进,并逐渐形成适应自身发展的商业模式。“最终真正推动我国生物航油产业的跨越发展提供支撑和保障,实现我国航空碳减排并改善生态环境。”

接下来,马隆龙介绍,“十三五”期间,研究所将贯彻落实“率先行动”计划,继续在生物质高效转化与规模化高值利用、分布式可再生能源多能互补独立系统以及天然气水合物基础物性和开采综合利用3个关键技术方向上实现重大突破,并在太阳能光热光电材料开发技术、先进能源材料开发技术、储能关键技术及应用示范、可再生能源利用过程节能环保关键技术、能源战略及低碳发展5个重点培育方向上取得重大进展,努力把全所科技创新和各项工作推向新台阶。

 
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