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中国科学院成都生物所李东:可再生电转生物天然气 这一碳中和项

发布日期:2021-05-08 13:58   来源:未知   阅读:

  中国已全面确立2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标,作为国家批准的低碳试点城市之一,成都市委十三届八次全会就已提出:要构建绿色低碳生活圈,力争在全国率先建成碳达峰碳中和示范城市。

  从大的层面来讲,碳中和指所排放的二氧化碳和吸收利用的二氧化碳达到平衡,涉及碳减排、碳零排和碳负排技术。碳减排即以提高效率的方式来减少对传统化石资源的消耗,从而减少排放;碳零排即采用风能、水能、光能、生物质能源等没有排放的一次能源。然而,现实是,我们不可能完全杜绝使用地下化石资源,因此就需要碳负排技术,将已经产生的二氧化碳加以转化利用。

  “实现双碳目标,碳零排和碳负排是关键。”中国科学院成都生物研究所生物质能源项目组李东博士表示。其团队历时五年研发的POWER TO GAS(可再生电转生物天然气)技术,可捕获工厂和沼气池产生的二氧化碳,利用可再生电水解制氢,再将氢气用于还原沼气中的二氧化碳,使二氧化碳变为甲烷,“完全可以替代天然气使用”。

  “碳中和并不是一个新鲜的词。”李东介绍,早在2008年,其团队就已从事碳减排领域的技术研发。一开始,团队研究方向是“城乡有机废弃物资源化利用”,这是一种碳零排技术。后来他们发现,仅仅是零排放还不够,必须抵消已经产生的二氧化碳,因此就开始钻研负排放技术。

  “生物质能源+二氧化碳捕获和储存(Bioenergy with CO2 capture and storage)是重要的碳中和技术之一。欧洲国家的经验表明,生物甲烷和氢气是实现长期气候目标的重要技术。”李东提到,从我国的情况来看,我国是人口大国和农业大国,对能源供应和环境保护有着极大的需求。虽然我国拥有极其丰富的各类生产生活有机废弃物等生物天然气资源,但对天然气进口的依赖程度仍日益扩大。

  2019年12月4日,国家能源局印发《关于促进生物天然气产业化发展的指导意见》,提出到2025年,国内生物天然气具备一定规模,形成绿色低碳清洁可再生燃气新兴产业;到2030年,生物天然气实现稳步发展,规模位居世界前列。“然而,目前的生物天然气主要是通过沼气提纯获得,即将沼气中40%左右的二氧化碳分离排放到大气中,这不仅造成大量温室气体排放,还严重浪费碳资源。”他说。

  另一方面,我国是电力大国,拥有丰富的水电、光伏电、风电等电力资源,但电力的大规模储存较为困难,通过电解水制氢可以实现电能的大规模储存。氢气虽然是一种清洁能源,然而,与已经建立起完善的输配管网和终端利用设施的天然气相比,我国氢利用尚处于分布式小规模试点,输配管网未建立、终端利用设施不完善。

  同时,他提到,我们的社会是一个碳基社会,人们的吃、穿、住、用、行,乃至人类生命体均离不开碳。

  正是基于上述温室气体减排、缺气富电的能源结构、氢气利用体系尚不完善、碳基社会属性的背景,2016年,李东提出可再生电能转碳基资源耦合CO2捕获利用技术,即POWER TO X技术。通俗来讲,就是通过可再生电能,将CO2转化成新的可利用碳基资源。

  在POWER TO X技术体系下,以POWER TO GAS(可再生电转生物天然气)为例,利用可再生电水解制氢,再将氢气用于还原沼气中的二氧化碳,使二氧化碳变为甲烷,“完全可以替代天然气使用”,不仅省去生物天然气生产所需的二氧化碳分离设备,还减少二氧化碳排放、增加生物天然气产量。通过该技术,将不方便输配和利用的氢转化为方便输配和利用的天然气,将无法大规模储存的电能转化为可以大规模储存的天然气,将可再生电转化为碳基资源并实现温室气体二氧化碳的生物固定利用。李东透露,目前,该技术正处于中试阶段,团队正与相关企业接洽推进示范,未来或将进行大规模推广。

  李东说,四川80%的电能为水电,优势就在于有丰富的水电资源。值得一提的是,在POWER TO X技术体系下,李东及其团队还在研究POWER TO Protein(电转蛋白质)等项目。未来,或将有更多成果出现。