作者:沈春蕾 来源:中国科学报 发布时间:2013-1-22
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从柴火垛里酝酿出的创新突破

▲吉林白城秸秆沼气工程全景


 平度秸秆生物天然气工程全景
 
在中科院青岛生物能源与过程研究所“一三五”规划的“三个重大突破”和“五个重点培育方向”里,分布着8个具体项目,每个项目都对应着一个可以实现产业化的工程。郭荣波承担的“秸秆基百万立方生物燃气产业化系统”项目因为进展顺利,也被列为三大突破之首。
 
■本报记者 沈春蕾
 
几十年前,农民最担心的是家里没柴火,因此,在农村由秸秆堆成的柴火垛成为农户财富的象征。随着新农村改革,现代化厨房已走进很多农户家中,这些柴火垛也在慢慢淡出农户生活。
 
近年来,中国科学院青岛生物能源与过程研究所(以下简称“青岛能源所”)通过实验室研究到小试、中试的放大,正在将这些逐渐沦为农村“垃圾”的柴火垛变废为宝。
 
青岛能源所研究员郭荣波向《中国科学报》记者介绍:“在吉林省白城市,我们建成了一座秸秆生物燃气产业化示范基地,投产后秸秆产生物天然气率将达到200立方米/吨以上。”这里的生物天然气是沼气提纯后的产品。
 
挖掘暗藏能源
 
我国每年可产生农作物秸秆7亿吨左右,除少量用于造纸、饲料或饲料原料以及还田外,大多数秸秆没有获得有效利用。从事秸秆制沼气研究的队伍很多,但往往徘徊在实验室阶段。
 
“秸秆来源于农业,应该反哺农业。”郭荣波总结发现,限制相关工程推广的主要原因有两个:一是秸秆发酵制沼气的产业化技术和工程工艺不够成熟;二是现阶段农业秸秆收集难的问题。
 
江苏省农业科学院农业资源与环境研究所助理研究员杜静并不完全认同这两点,因为在很多农业机械化程度较发达的地区,收集秸秆不是件难事,推广也是从这些地区开始。
 
杜静对郭荣波的观点也有赞同的一面,他向《中国科学报》记者表示:“技术难题阻碍了秸秆制沼气相关研究进展的突破,已成为该项目从实验室迈向市场的最大障碍。”
 
“理论上,秸秆具有很高的产气潜力,但由于秸秆的主要成分是木质纤维素,降解困难,国内在秸秆发酵菌剂与发酵工艺研发方面一直没有获得突破。”郭荣波介绍。
 
多年来,有种错误理解,认为秸秆产气率较低。“如何获得可快速降解秸秆的高效微生物群落,这是秸秆制沼气技术的最大难点。”郭荣波说,“这就需要开发秸秆厌氧发酵微生物菌种驯化技术。”
 
为此,青岛能源所由郭荣波、许晓晖、罗生军、杨智满、邱艳玲、师晓爽和袁宪组成课题小组,就秸秆产沼气进行集中攻关。
 
从实验室到示范工程
 
课题组助研许晓晖从2008年开始秸秆发酵制沼气研究,小试实验取得了惊喜成果后,研究团队从2009年开始,在当年资金非常紧张的情况下,开展了小型中试放大研发。
 
通过近半年的努力,许晓晖带领的研究小组掌握了在放大条件下,秸秆发酵菌剂的驯化技术,并开发出高温厌氧发酵工艺,使秸秆产沼气率达到400立方米/吨以上,秸秆产气量几乎是国内其他相关研究的两倍。
 
基于小试和中试的研发成果,从2010年起,由郭荣波牵头的课题组开始进行秸秆生物天然气的产业化工艺放大示范研发,于2011年底建成了发酵规模500立方米的秸秆生物天然气产业化示范工程,日处理秸秆1~2吨,日产生物天然气300立方米。
 
2012年,课题组在工程放大水平上验证了秸秆发酵工艺的可行性,并自主研制出沼气提纯净化制备天然气的全套装备,生产的生物天然气产品完全达到国家石化天然气各级标准。
 
“随着示范工程的成功运行,这意味着我们突破了秸秆制生物天然气的技术瓶颈。”郭荣波表示,“项目现正处于产业化推广前的核心工程与技术突破阶段,通过工程放大研发和装备研制,可开发出秸秆生物天然气商业化工程的技术与装备系统,从而推动这一技术的快速推广。”
 
“牵手”在白城
 
青岛能源所“一三五”规划的“三个重大突破”和“五个重点培育方向”里,分布着8个具体项目,每个项目都对应着一个可以实现产业化的工程。郭荣波承担的“秸秆基百万立方生物燃气产业化系统”项目因为进展顺利,也被列为青岛能源所三大突破之首。
 
青岛能源所非常重视该项目的研发和市场推广,所长刘会洲、书记隋红建、副所长彭辉和吕雪峰,经常前往位于青岛平度市的秸秆生物天然气产业化中试基地调研和现场办公,并积极推动和组织针对该项目的企业对接交流以及专家研讨,努力整合所内资源、协调攻关。
 
目前,青岛能源所与吉林白城佳祥新能源公司的合作,建成了我国东北寒冷地区第一个秸秆湿式高浓度厌氧发酵制沼气的产业化示范工程。项目建设期间,彭辉会同中科院长春分院副院长李冰,带领项目研发团队到白城现场考察,并与当地政府进行交流。
 
白城是国家级大型商品粮基地市,秸秆资源丰富,郭荣波认为,在该地区建设规模化秸秆沼气工程,可为全国秸秆沼气工程的推广提供示范和技术支撑。
 
产品道路已铺通
 
在东北地区,冬季温度有时低至-30℃至-40℃,在秸秆发酵过程中需要维持一定的温度,会不会因为高耗能使成本与收益不对等?杜静也提出自己的质疑。
 
郭荣波表示,寒冷地区的秸秆发酵制沼气的确对工程的要求很高,不仅需要解决沼气工程的工艺问题,防止管路、罐体以及泵阀在冬季运行过程中的结冰冻裂,而且要求沼气发酵效率高、工程热耗低。
 
他说:“示范工程采取了有效的节能降耗措施,这对避免我国寒冷地区沼气工程能耗高、冬季产气低等问题具有重要的示范意义。”这也是该项目选择在东北率先试运行的一个主要原因。
 
示范工程于2012年年底竣工,但因为东北大雪影响了秸秆收集,这让合作方异常着急。吉林白城佳祥新能源公司总经理于立军告诉记者:“我们现在就等秸秆到位,赶紧开工。”
 
于立军介绍,目前已经与华润公司完成签约,所产的生物天然气10%作为民用,90%将直接出售给华润。该项目一方面与白城建设气化城市的管网大工程相结合,实现了沼气销路畅通;另一方面,沼渣将与白城改造中低产田和生产无公害、有机农产品相结合,实现沼渣销路畅通。
 
于立军带领团队的加入,破解了沼气工业化产品的销售瓶颈,随着项目的正式运行,也将解开杜静心里的疑虑。
 
《中国科学报》 (2013-01-22 第6版 创新周刊)
 
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