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中国能源新路?第二代生物质能源技术

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行业资讯
2014/01/08 09:53

  来源:福布斯中文网 作者:Ada Qin 《福布斯》中文版高级编辑

  位于张家港市德积镇的华诚混凝土构件有限公司是一家专门生产建筑用高强度管桩的公司,蒸汽蒸养工艺是保证产品质量的核心工艺。苏南地区已经禁止新批准小型燃 煤锅炉,作为在本地颇有些声誉的公司,华诚一直在寻找既能够满足生产需求,又能减少环境影响的解决方案。苏州格瑞展泰再生能源有限公司创始人崔云翔抓住了这个机会。

  2011 年8 月,崔云翔团队设计的一套以稻壳和木屑为主要原料的生物质供热机组在 华诚公司投入商业运营。张家港市是木材交易枢纽,同时紧邻江苏稻米加工基地。因而, 木屑和稻壳是近水楼台的废弃物资源。目前,这里每天消耗约30 吨稻壳或木屑,就可以 供给70 吨以上的蒸汽,并产生8 吨稻壳炭或3 吨木炭。“我们的污染物排放满足环保标准, 我们生产清洁能源,最为关键的是,在整个过程中,我们有能力提取更高附加值的化工产 品。”崔云翔强调。

  格瑞展泰目前已经在全国建设了3 个类似华诚这样规模不等的生物质能项目,其中 已经建成投入商业运营的有两个。华诚是其中之一,另一个在江苏苏北的稻米产区兴化, 主要以稻壳为原料为脱水蔬菜工厂提供蒸汽热能。“正常满负荷运作后,华诚的项目一年 可以实现1,000 万元的营业收入,包括蒸汽供给收入和稻壳炭的销售。” 崔云翔乐观地说, “兴化是全国脱水蔬菜处理中心,每天需要大量蒸汽,我们正在筹建一座日供给量2000 吨 蒸汽的生物能源中心,原料在当地有充足供应。”

  今年41 岁的崔云翔曾经是加拿大一家生物质新能源公司的一名气化系统设计工程师。 所在的公司是全球首家运用第二代生物技术(等离子气化技术)来做商业化生活垃圾无 害化处置和发电的新能源公司,已投运了一套日处理量近100 吨的机组。“作为主反应器 和系统设计工程师,我从头至尾参与了这一新能源发电厂的设计。”崔云翔颇为骄傲地说。 加入那家公司之前,崔云翔从加拿大取得生物质能源领域的硕士学位。

  2009 年,一个偶然的机会让崔云翔参与到深圳某危险废弃物处理的项目中。“回国后我发现了中国对于可持续发展的迫切需求,” 崔云翔说,“而我所掌握的新一代生物能技术在这里拥有无比广阔的市场前景。”同年底,崔云翔辞去工作,回到中国开始创业。 在一番市场调研后,崔云翔没有选择进入垃圾气化发电领域。一方面,气化垃圾发 电由于工艺复杂度、投资大、运营成本高等因素;另一方面,在中国垃圾发电也是一项受到政府严格管控的行业,审批程序颇为复杂。“协调各种关系可 能不是我们擅长的,我们的优势是技术开发和帮助中小客户找到最急需的清 洁能源和环保解决方案。”崔云翔称。

  崔云翔所说的技术优势是其自行研发的“聚自 由基生物质能转化技术”。相对于第一代生物质焚 烧技术而言,“聚自由基生物质能转化技术”被视为“第二代生物质能源技术”。从能源产生的环境 来看,焚烧工艺要耗费大量氧气;而聚自由基技术 则是在缺氧条件下进行;从反应过程来看,焚烧技术通过燃烧产生热能发电,而第二代生物质技术是 将有机废弃物投入专用的反应器,通过对气化各个 分步过程的精确控制并整合达到优化,产生富含一 氧化碳和氢气的高品质的合成气,再对合成气进行 燃烧后产生热能供给用户,或直接用合成燃气驱动 发电机发电。并且,这种合成气可以有更多的新能源的应用的选择,比如为SOFC燃料电池提供燃料, 或者合成生物质甲醇、乙醇绿色液体燃料,或者其 他化工产品。

  “第二代生物质能源转化技术相对于第一代技术最大的优势在于其极大提升了能源转化效率,并将污染物的排放降低到了极致。”崔云翔说。在同等原料条件下,锅炉焚烧工艺的净发电效率为 19%,而聚自由基气化技术可达的净发电效率可达 28%,如果给燃料电池提供燃料发电,则发电效率 的提高是革命性的。此外,在应用此技术的生活垃圾发电所做的排放物检测中,包括颗粒物、氯化物、 氟化物等一系列排放值都远远低于欧盟最为严苛的排放标准,而垃圾焚烧发电最易产生的二恶英排放测试结果则为“零”。

  结合中国国情,崔云翔决定首先以较为单一的生物质为原料,建立可复制分布式能源中心的模式 拓展市场。在崔云翔眼中,木屑、稻壳,乃至各种有机工业废弃物是富含清洁能源的高分子量有机化 合物。作为农业大国,中国的生物质资源丰富。单以稻壳为例,据统计,中国稻壳年产生量约4,000 万吨,其热值相当于2,000 万吨标煤。稻壳和木屑的其热值约为煤炭的一半,而某些工业废弃物的热 值则更高。这一模式一方面可以得到国家相关政策 支持,另一方面在原料集中、易于规模化收集、工业发达地区的市场前景广阔。

  包括蒸汽在内的热能供给已经成为建筑、化纤、 食品、制药等众多行业生产过程中不可或缺的能源。 一些规模较大的工厂可以通过蒸汽管网得到蒸汽供 给,而一些中、小规模企业可能由于地理原因得不 到统一供给的蒸汽资源。为了维系生产,它们不得 不自建锅炉供热,由于锅炉品质和管理水平参差不 齐,对周边环境产生极大的污染。“张家港有约1,000 台燃煤锅炉需要替换,仅保税区及周边热电厂附近, 就有上百家客户在独立供热,现在有几家已成为格瑞展泰的服务对象。”崔云翔透露。

  事实上,通过建立能源中心的模式发展生物质能源的公司在中国已经有一些成功案例。2012 年, 生物质能源企业广州迪森股份(300335)在深圳创业板上市。公司在全国建立了100 多个生物能源中 心,主要以木屑颗粒为生物质原料,年营业收入4.1 亿元,净利润近6,000 万元。另一家等待上市的生 物能源公司北京奥科瑞丰新能源公司规模则更大。 不过,这两家国内领先的公司主营业务目前仍主要 采用生物质直燃技术。

  “第二代生物质能源技术在中国商业化的发展才刚刚起步,我们在这一领域是领先的。”崔云翔表示。虽然已经有公司在使用气化技术,但常规气化技术的合成气中焦油含量较高,焦油影响内燃机发电,还导致进气系统堆积堵塞,燃烧室积碳,直接影响机组寿命和发电效率。“我们掌握的生物质 精确热解技术不仅能彻底解决这些问题,还可以创 造更多附加值产品。”崔云翔称。

  精确控制热解技术的核心同样也是第二代生 物质能源技术的核心—— 充分裂解、重整和合成。 在崔云翔眼中,任何有机废弃物都是可以通过充分裂解和重整来根据需求拆装组合的有机化合物。 “不仅仅是生物废弃物,即便是由苯和苯的衍生物 组成的最顽固的化工废弃物和持久性有机污染物(POPs),比如有苯环连接氧和氯组成的二恶英,我们也可以通过充分裂解将之彻底摧毁。”崔云翔说。 事实上,这也是聚自由基生物能源转化技术之所以 能够做到无污染排放的关键。

  充分裂解带来的不仅仅是能源和环境的收益, 还能让热解反应的剩余物变为拥有更高附加值的剩 余物。比如合成气中如果不直接用作燃烧,而是作为燃料电池的原料,则可以将净发电效率提升至 45% 以上。此外,合成气经过进一步分离后,可以合成绿色生物燃料,比如生物甲醇、乙醇。不过, 目前崔云翔把重点放在了稻壳热解后产生的剩余物 稻壳炭的深加工上,稻壳炭可以直接送到炼钢厂用作保温剂和还原剂。“现在我们的稻壳炭供不应求, 其产生的效益比能源供给更好。”崔云翔称。

  在生物能源模式之外,崔云翔已经把生物化工纳入到自己的商业体系当中,他幽默地称自己为“卖 炭翁”。“生物能源的价值空间按照当前的能源市场 价格是有限的,按照物理学定律,1 吨稻壳最多可以产生3 吨蒸汽,而原料价格、能源供应价格是市场上基本确定的,但生物化工的空间却可以无限延伸。”崔云翔说。

  以稻壳炭为例,它的主要成分是碳和二氧化硅。 经过提取,稻壳炭可以深加工为高附加值的活性炭、大宗化学品硅酸钠以及被普遍用作化妆品载体和高级轮胎添加剂的纳米级的白炭黑。与崔云翔共同创 业的合作伙伴王兢就是一位精通生物质炭应用及深 加工技术的专家。

  “我们从稻壳和其他生物质原料中加工提取 的活性碳的得率高,而且吸附能力平均可以做到 17-18 个亚蓝,最高可以接近超级活性炭指标的34 个亚蓝,这对传统活性炭生产方式是巨大的创新,” 崔云翔称,“不仅如此,由于我们利用的是生物质 和有机废弃物,所以成本上更具优势,目前活性炭和白炭黑的项目均已经进入中试阶段,预计今年内 可以进入小规模生产。”

  从每吨200 多元的生物能源蒸汽,到每吨1,000 元以上的稻壳炭、1.2 万元以上的活性碳和白炭黑, 崔云翔看到了废弃生物质原料可以创造的无限价值。据统计,中国活性炭年需求量30 万多吨,产 值30 亿元;增碳剂上百万吨,产值50 亿元;硅酸 钠100 多万吨,产值30 亿元;二氧化硅50 万吨, 产值25 亿元。在生物质炭的深加工上,中国仅这 几大市场累积就可以达到135 亿元的规模。其他生 物化工的市场规模甚至还要大。

  在生物化工领域的发展还可以改变格瑞展泰目前“两头受限”的商业模式。“纯粹的生物能源模 式必须依靠原料供给和客户需求这两头,而未来, 我们只要靠近生物废弃物原料就可以发展壮大,因为由此产生的生物质能源可以直接用于自身化工产 品的生产。”崔云翔解释说。

  在生物能源和化工之外,对于工业废弃物、医 疗废弃物的无害化处理也是格瑞展泰将会涉足的业 务领域之一。“我们的工业废弃物无害化处置工艺将作为客户工厂生产工序的尾工艺,为客户提供环保外包服务。”崔云翔称。

  目前,格瑞展泰已经获得两轮风险投资。面 对众多发展机遇,崔云翔称他最大的梦想是在中国 发展分布式生物质清洁能源中心。“当我们的系统 和运行总成本足够低时,我希望未来中国的城市园 区和农村社区都有一个自己的生物质清洁能源中心—— 既可以处置园区里每天产生的有机废弃物, 还能供给清洁能源,甚至能生产生物化工制品,在中国这将是一个数万亿元每年的市场。”崔云翔踌 躇满志地说。

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