石元春双碳认知思考集 维度系列-碳中和 2023.2 目 录 1、农林碳中和工程乃国之重器，应作为重大专项列入国家长期计划 ............... 1 2、减排降碳，生物质能不该缺位 ...................................................................15 3、大力推广燃煤耦合生物质发电和 BECCUS ............................................... 18 4、生物质能必将成就大器！ .......................................................................... 22 5、生物质能“负碳属性”有望为“碳中和”目标推进做出更大贡献 ............ 26 6、发展煤制油气无异饮鸩止渴 ...................................................................... 28 7、中国新能源发展已成气候 .......................................................................... 42 8、发展生物质能源是“一石二鸟” ............................................................... 44 9、中国能源革命不能没有“一片” ............................................................... 45 10、发展煤制油气代价巨大生物质能源大有可为 ........................................... 54 11、生物质能在我国实现碳达峰与碳中和的巨大潜力 .................................... 62 12、当前中国生物质能源发展的若干战略思考 ...............................................72 13、我国生物质能源发展综述 ........................................................................80 石元春，土壤学家，1931年2月10日出生于湖北省武汉市，土壤学家，中国科学院学 部委员、中国工程院院士、第三世界科学院院士，中国农业大学资源与环境学院教授 、博士生导师。 石元春于1949年考入清华大学农学院 ；1953年从北京农业大学农学系本科毕业，并 转读土壤农业化学研究生；1956年从北京农业大学土壤农业化学系硕士研究生毕业后 留校，并参加中国科学院新疆综合考察队四年；1984年担任北京农业大学研究生院副 院长；1985年担任北京农业大学副校长兼研究生院院长；1987年至1995年担任北京 农业大学校长 ；1991年当选为中国科学院学部委员（院士）；1994年当选为中国工 程院院士，同年当选为第三世界科学院院士 。 石元春长期从事土壤地理和盐渍土发生与改良方面的研究。 1、农林碳中和工程乃国之重器，应作为 重大专项列入国家长期计划 作为第一产业的农林业是唯一的碳汇产业，具有碳减排与碳吸存双重功能，在实 现国家碳中和目标中处于重要位置。农林碳中和工程是指在农田、森林和不宜农 林但能生长抗逆性强的能源灌草的待开发边际性土地等 3 片土地上，通过科学的 管理与经营，以大幅度增加碳减排与碳吸存力度的综合性工程。面积分别是 1.35 亿 hm2、1.86 亿 hm2 和 1.44 亿 hm2 的 3 片农林碳中和场具有年增汇 37.4 亿 t 二氧化碳，年增 12.1 亿 t 标煤生物质能的潜力。 农林碳中和工程是集保护环境、能源换代、做强农业-乡村振兴-惠及农民于一役 的国家工程，乃国之重器。 2020 年 9 月，习近平主席在第 75 届联合国大会上提出，中国“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”，这是时代强音、伟 大承诺和艰巨的国家使命。 “碳中和”是通过全方位的碳减排与碳吸存，达到碳零增长的终极目标；是政府 主导、企事业单位和全民参与的伟大动员。作为第一产业的农业（含林、牧、渔 业）在实现国家碳中和目标中处于重要位置。 碳交换的前世今生 地球大气圈的组成主要是氮和氧，二氧化碳很少。 4 亿年前，地球陆地出现生物，特别是出现光合力强的高等植物，利用太阳辐射 能，吸收大气二氧化碳与土壤中的水分，合成碳水化合物，构成生物体，使碳和 化学态能量得以保存和积累。 生命与生物质的出现，是地球发展史上的一座伟大里程碑。 导致地球上碳与化学态能量不断加积的载体是生物质，在长期地质过程和地质作 1 用下，生物质体的碳水化合物持续脱氧，转化为碳氢化合物，始有今日之煤炭、 石油与天然气，故称之“化石能源”。 生物体将地球大气圈的二氧化碳吸收富集并转移封存到了岩石圈。 18 世纪工业革命至今的 200 多年里，人类打开了“潘多拉魔盒”，将深埋地下 的煤炭、石油和天然气大量开采使用，将亿万年前封存地下的碳又放回到大气中， 其温室效应导致全球气候变暖和人类生存环境恶化。 这些温室气体的 80%来自于化石能源。 20 世纪后半叶，人类社会开始觉醒，提出“可持续发展”的概念，于 1992 年签 署《联合国气候变化框架公约》，并于 2015 年通过《巴黎协定》，急切要求替 代化石能源，减少二氧化碳排放，放慢全球变暖步伐。 中国正在大规模进行工业化建设，能源消费剧增，2018 年二氧化碳排放量约为 100.2 亿 t，要在 2060 年实现碳中和，目标非常艰巨。 中国的第二、三产业是化石能源的主要消费者，主要碳排放者，是碳源；唯有从 事生物性生产的第一产业是吸多排少的碳汇，是为二、三产业持续提供替代能源 的重要基地。 地质时期的生物质吸碳聚能，当代的生物质不仅能吸碳聚能，还可通过现代技术 转化为可再生清洁能源，替代化石能源以减排二氧化碳。 生物质还可以实现负碳排放，防治大气污染与农业面源污染，生产绿色材料与有 机化工产品，做强农业与振兴乡村经济等。 农林生态系统像个万花筒与百宝箱，需要人们去了解、探寻和开启它丰富的碳中 和潜能。 解铃尚须系铃人，且观今日之生物质将何为！ 2 据国际政府间气候变化专门委员会（IPCC）第五次评估报告（2013）披露，“生 物质能和碳捕获/封存（BECCS）是极少有的，能将近几百年来被大气吸收积存的 二氧化碳吸出与移走的技术”。 绿色供暖与发电 煤碳是第一大碳源，替煤的担子最重。替煤者多，然效果大相径庭。 2013 年雾霾大爆发，国务院紧急发布的《大气污染防治行动计划》提出的重要 举措是“煤改气”。 本已“气荒”多时的国内天然气骤然吃紧，四方告急。 气不够，“煤改电”行不行？不行，太贵，且多来自于煤。风能太阳能行不行？ 不行！杯水车薪，远水不解近渴。 此时，原料充足、制作简便、灵活机动、改烧容易，且热值接近于煤却比煤干净， 排放标准接近天然气却价格便宜一半的生物质颗粒燃料脱颖而出，临危受命。 当时每年有上亿吨秸秆被露地焚烧，污染大气，肆意排碳，如以秸秆制成成型燃 料替煤，岂非一举两得，双重环保？ 克霾减排，用煤大户可以清洁燃烧，然而年耗煤约 5 亿 t，高度分散的 60 多万 个中小燃煤锅炉是最大难题。生物质成型燃料无疑是最佳选项。 《大气污染防治行动计划》发布后的一年多时间里，国务院与国家能源局连发 8 次“紧急通知”，要求以成型燃料供热缓解“煤改气”。 2015—2019 年的 4 年间，生物质成型燃料年生产能力由 900 万 t 增长到 1500 万 t，已发展成为一个覆盖酒店、学校、医院、居民小区、商业办公区、工业园区， 涉及食品、医药、机械、化工等众多领域的绿色供热产业。 3 同此，生物质发电也是替煤减排的简便有效办法，特别是对遍布中小城市的中小 火电厂。 到 2020 年底，生物质发电累计投产项目 1353 个，装机容量 2952 万 kW，年发电 量 1326 亿 kW·h，可比肩于一座三峡电站。 生物质发电的年均小时数在 7000 h 以上，而风电仅 2000 多 h，光伏发电 1600 多 h；据测算，每投资 1 亿元人民币，可生物质发电 7.49 亿 kW·h，风电仅 2.48 亿 kW·h，光伏发电 1.68 亿 kW·h。 且生物质发电稳定，原料贴近消费市场，不需远程传输，又有利于振兴农村经济， 优势突出，何乐不为。 然而，“十三五”期间政府大量投资风电与光伏发电，装机容量分别是生物质发 电的 8.86 倍和 8.65 倍，且“十四五”仍然如此，建议在实现碳中和目标中，将 “绿色供热发电”作为重点之一。 就全球而言，商业生物质能源中的“绿色供热发电”占到七成，以欧洲最发达。 石油替代与减排 石油，碳中和中的另一重要碳源和替代减排重点。液体燃料是运输工具的主要动 力，现代社会的“血液”。 然而，石油基液体燃料不仅排放二氧化碳和一氧化碳，还有碳氢化合物、氮氧化 合物等有害物质，汽车尾气与轮船劣质柴油严重污染大气与水体。 20 世纪 70 年代的世界石油危机，催生了生物乙醇等生物基燃料对石油的替代。 美国自 2005 年颁布新能源法到 2015 年的 10 年间，玉米乙醇减排二氧化碳 5.9 亿 t 和减少石油进口 19 亿桶。2018 年以 38%的玉米总产生产了 4830 万 t 玉米乙 醇，占全国石油消费量的 10.3%，减少石油消费 5.4 亿桶。 4 2018 年欧盟的可再生运输中 90%是生物燃料。在巴西，甘蔗乙醇已成为国家支柱 性产业，是全国汽油消费量的 1.5 倍。 但是，以粮食为原料生产燃料，诟病不断。 于是人们将目光从生物质组分中的淀粉移向了占组分 2/3 的纤维素、半纤维素与 木质素，并称之二代生物基原料。 美国还提出温室气体排放比化石燃料低 50%以上者方为“先进生物燃料”，于是， 纤维素乙醇成为各国研发热点，只可惜久攻而不克。 微生物法生产第二代生物燃料受阻，热化学法兴起，即通过中温或高温将生物质 气化，再合成精炼为系列高品位生物燃油。 2013 年美国 KIOR 公司以黄松枝条为原料，年产生物燃油 3.6 万 t，温室气体排 放比化石燃料减少 60%。同年，美国 INEOS BIO 公司基于热化学先气化秸秆，再 合成乙醇。 2015 年，芬兰 GFN 公司以林业剩余物与作物秸秆为原料生产了生物燃油。加拿 大 Enerkem 公司将垃圾气化合成乙醇后再转化为航空煤油，