描绘可再次生产的能源技术“画卷”

  在寻找新绿色能源、二氧化碳减排和发展低碳经济、农村能源与地区发展研究等方面，中科院可再次生产的能源重点实验室正在加大力度。

  众所周知，能源是当前制约我们国家的经济发展的一个主要的因素。“去年，我国进口原油2.8亿吨，石油对外依存度高达58%。有没有一种可以替代的能源呢？”在接受《中国科学报》记者正常采访时，中国科学院广州能源研究所（以下简称能源所）副所长吴能友将谈话自然而然地引入正题。

  他曾任中科院可再次生产的能源重点实验室常务副主任，围绕该实验室所开展的工作，他向我们展示了一幅颇具特色的“画卷”。

  该实验室的前身原中科院可再次生产的能源与天然气水合物重点实验室，由于研究内容和方向较杂，重点不够突出，不利于学科建设和发展，能源所经讨论决定对其进行重新部署。经中国科学院批准，2013年正式更名为中科院可再次生产的能源重点实验室。

  近年来，该重点实验室在可再次生产的能源利用技术探讨研究方面做出诸多特色工作，例如研制农林废弃物气化利用技术与装置。

  该研究所以研究员吴创之为首的科学家解决了流化床气化、焦油裂解、低热值燃气机组、焦油污水处理和系统控制及优化等各种关键技术，构成了具有我国特色的农业废弃物能源利用技术路线。

  他们通过生物质气化炉内结构的非对称设计，利用内循环和外循环相结合的原理，采用混合和复合气化工艺，通过焦油裂解技术和燃气净化技术集成，研发生物质循环流化床气化和气体净化的核心关键技术，自主开发低热值燃气内燃机组，建成国内第一个农业废弃物气化联合循环发电系统。

  其中，5MW生物质气化联合循环发电示范工程最高发电效率达到27.8%左右，综合技术性能达到国际领先水平。该发电系统在国内外示范推广，自2001年以来，签订生物质气化发电项目27个，总装机容量40多MW，累计销售设备合同额近1.65亿元，每年新增发电量近1亿度，年新增产值5000多万元。该成果获2008年度国家科技进步奖二等奖。

  此外，别的方面也取得了显著进展。如开发生物质多途径利用的高值化产品与技术，包括生物质气体、液体、固体燃料及生物基材料和化工品等，建成百吨级木质纤维素制取醇类燃料和百吨级催化合成生物汽油等示范系统，填补了国内空白；研建的海岛海洋能独立能源发电示范电站、10kW漂浮鸭式波力发电和10kW漂浮波力直线发电等示范装置填补了国内空白。

  “近几年，重点实验室承担了一系列重要的国家级项目，如国家973计划、863计划、支撑计划项目、国家自然科学基金重点项目和国家重大专项项目、中科院重点项目与重要方向项目等，共计319项，到位总经费21548.1万元。”吴能友说。

  “致力于解决可再次生产的能源开发利用中资源分散、稳定性差、转换效率低等瓶颈问题，在重要方向上作出前瞻性、基础性、战略性的创新贡献，形成一批有代表性和有社会影响力的知识产权及研究成果，成为可再次生产的能源领域国内一流科研创新基地、人才教育培训基地和高技术辐射基地。”吴能友如是表述该实验室的发展目标。

  在寻找新绿色能源，二氧化碳减排、发展低碳经济，以及农村能源与地区发展研究方面，实验室正在加大力度。在该所“一二四”发展规划中，重点是要在“生物质能源高值化转化与规模化利用”和“分布式可再次生产的能源独立系统应用示范”两个方面取得突破，以解决制约我国能源发展的瓶颈问题。

  “加强系统性研究，解决关键技术，形成企业要的解决方案，一直是重点实验室的发展思路之一。广东省好多企业打算拟通过与其合作，找到新能源替代重油，一同研究，争取得到国家和地方的重点支持。”吴能友说。

  他表示：“在生物质方面，我们作为国内主要单位承担国家项目，还受相关的单位委托以自己的技术研制了多个万吨级生物柴油示范项目，其规模如天津3万吨，温州的则达10万吨。”

  “去年我们研制的生物柴油装置销往越南，今年同样是我们研制的千吨级航空燃料填补了国内空白。从2009年开始，我们所就是科技部牵头的生物质能源产业技术创新战略联盟的理事长单位，力求解决生物质产业高质量发展遇到的技术问题。”从吴能友上述这些表述中记者通过调查了解到，依托广州能源所的这个重点实验室正在从事对我们国家的经济发展有重要意义的工作。

  不仅如此，在生物质能源领域，实验室形成多学科交叉的多层次研究方向，构建了多途径生物质能源技术路线，利用的生物质资源既有农林废弃物和有机废弃物，也有能源草和能源藻。产品有生物质发电、液体燃料、气体燃料、固体致密成型燃料和生物基化工品，引领国内产业技术发展，成果总体达到国际领先水平，成为国内最具影响力的生物质能源研究机构。

  “我们是一个体量不大的研究所，缺乏更多的领军人才。”吴能友坦言，在发展的路上实验室面临着不少困难。

  他坦言，从发展角度看，该重点实验室及其依托的广州能源所进行基础研究，尚缺乏领军人才。因此，必须加强人才工作、与时俱进，才能作出更大贡献。

  吴能友认为，未来，在生物质能源方面，将以组建国家重点实验室为目标，进行生物质能源多途径转化的应用示范，突破生物能源资源分散和成本比较高的制约，形成适合于我国资源特点的生物质能源商业化解决方案，建成一个具有明确战略定位、资源共享、有国际影响力的开放研究平台。

  在非碳可再次生产的能源方面：将开发大规模、低成本直接利用太阳能的核心技术（包括工业热利用、光催化利用等），推动太阳能非发电工业利用的新模式；开发海洋能/深层地热高效发电关键技术，为未来大规模利用新型可再生资源提供支撑。通过单项技术的应用，引领、推动非碳可再次生产的能源技术的发展。

  在分布式可再次生产的能源系统方面，将根据社区、城镇、农村、海岛等的不一样的需求，采用不一样的技术路线，通过多能互补分布式可再次生产的能源系统构建和稳定运行，提高独立可再次生产的能源系统的稳定性，突破可再次生产的能源资源分散及不稳定性的制约，推动可再次生产的能源利用模式的转变。

  在低碳发展方面，将面向全球发展低碳经济的重要趋势，研究低碳发展机制和战略，全力发展低碳技术及应用示范，为国家、地区能源开发和经济低碳发展提供依据。

  谈及重点实验室的未来，吴能友认为，一种原因是要整合相关研究力量，发挥各自优势，提高协同创造新兴事物的能力、争取和完成重大任务的能力；另一方面则要加强队伍建设，提高队伍的整体素质，合理吸纳流动人才等。

  实验室的科学家们提出基于有机固体废弃物降解差异性的最大限度资源化与能源化综合利用模式，研发出生物转化和热转化系统技术、成套装备和系列高值化绿色产品。

  在实验过程中研发了垃圾自动分选、高值化预处理调质以及二次污染削减控制等技术及生产可燃气、热蒸汽和电力等热转化关键技术，为固体废弃物能源化清洁利用系统工程提供关键技术支撑。

  其开发的城市生活垃圾资源化利用技术，减容率达到95%以上、资源化利用率达85%。该成果已在国内外推广应用，累计处理量超过4550万吨，推广生物有机肥672万亩，每年节省重油8.42万吨，经济效益约30亿元。该项目获得2011年度国家科技进步奖二等奖。

  该项目促进了固体催化剂在生物柴油生产行业中的应用，突破了以地沟油作为原料生产生物柴油工艺很难连续的瓶颈。首次在国内使用无水纯化净化生物柴油，实现生物柴油无污染、绿色化生产。通过模块化工艺设计，促进了生物柴油设备标准化的发展，优化国内现有生物柴油产业体系，提高生物柴业竞争力。目前已与龙岩、天津、香港、温州等多家企业建立了广泛的合作伙伴关系，为企业和社会创造了极大的经济效益，推动了生物柴油产业应用和技术市场的进程。

  玻生物质DME可替代液化石油气（LPG）作为居民的生活用能，可作为车用动力燃料、化工原料、精细化工产品等。采用自主知识产权技术，在广东博罗中试基地建成千吨级生物质气化合成二甲醚示范装置，并一次投料试车成功，实现全流程贯通。目前运行根据结果得出，目标产物二甲醚选择性达90%以上。

  该系统以资源丰富的农林废弃物为原料，经气化合成转化为高品位的二甲醚（DME）燃料并联产电力和高的附加价值产品。千吨级生物质气化合成二甲醚示范装置的成功，标志着我国自主产权的生物质气化合成二甲醚技术初步具备产业化能力，对生物质化工的高端发展有积极推动作用。

  该项目经过技术攻关，最终形成了一套以连续真空镀膜方法在平板集热器板芯上制备太阳能光谱选择性吸收涂层的成熟技术方案，成功研制出我国第一套太阳能集热板芯卷绕镀膜年产3万m2中试生产线，实现了太阳能吸热涂层连续、稳定、低成本、无污染制备。

  该项目解决了关键材料、制备工艺、生产装备方面的诸多难题，获得了一整套具有完全自主知识产权的专利技术，自主研制了成本仅为国际同行的1/5的成套生产装备，整个生产的全部过程零污染、零排放，纯绿色制备。成本低、性能高的磁控溅射镀膜涂层的生产，势必打破国内市场被德国镀膜产品垄断的局面，为我国平板集热器产业往高性能方向发展及提升全球竞争力提供强有力的支持。