人類的生存和發展,需要青山綠水的美好環境,也需要能源的支撐。在農耕、狩獵、游牧等自然經濟時代,人類的能源消耗在自然界的調節能力以內,能夠實現平衡。工業革命之后,人類對能源的需求和使用越來越大,而且主要使用的是化石能源,包括煤炭,石油,天然氣,它們使用的后果是向大氣中大量排放二氧化碳等溫室氣體,從而導致氣候變暖并不斷加速,進而嚴重影響人類的生存與發展。
經過多年的共同努力,多數主要發達國家和發展中國家達成了“共同而有區別”的“碳達峰、碳中和”目標。中國承諾實現從碳達峰到碳中和的時間,遠遠短于發達國家所用的時間,需要付出艱苦努力;同時也是提升生活、生產方式,產業結構調整升級的內在需求;更是帶領世界、增強話語權和領導力的歷史機遇。
“碳達峰、碳中和”目標的實現途徑一是節能,二是增加無排放能源的份額,三是固定大氣中的二氧化碳從而減少其含量。
能源的使用是人民追求美好生活的基礎之一,節能雖有巨大空間,但也有限。所有化石能源,包括煤炭,石油,天然氣,它們的使用都是向大氣當中凈排放二氧化碳??稍偕茉窗ü夥?、風電、水電等的應用不向大氣排放二氧化碳,但也不能減少其含量。
“萬物生長靠太陽,雨露滋潤禾苗壯”,自然界中的植物利用太陽能,通過光合作用吸收大氣當中的二氧化碳形成生物質,為自然界中的其他生物包括人類提供生存和發展的物質和能量,同時也有效地改善了環境,儲存了巨量的生物質能。
人類在利用生物質作為食物、飼料、藥品、植物纖維、竹木制品、園藝觀賞等之后的剩余物稱之為農林邊余廢棄物,包括農作物秸稈、果木剪枝、園林剪枝、竹木制品廢棄物、果殼、落葉等。這些農林邊余廢棄物傳統的處置方式一是放置于環境中(包括秸稈還田),二是作為燃料直接焚燒。
置于環境之中(包括秸稈還田)必然要腐爛,釋放出大量的甲烷、乙烷等氣體,而它們的溫室效應是二氧化碳十幾二十倍,同時也增加來年的病蟲害。
生物質(農林邊余廢棄物)的物質成分主要為百分之10-20的水分、百分之40左右的揮發分、百分之30-40左右的固定炭和少量的游離炭與灰分。作為燃料直接焚燒在達到燃點溫度前,揮發分(主要成分為甲烷等碳氫化合物和一些其它有害物質)已熱解裂解化為煙氣到環境中了,其實燒的就是殘炭。
近十多年來,發展出了生物質氣化爐(正火爐),它通過燃燒殘炭提供熱力熱解裂解揮發分制取可燃氣,但因其燃氣熱值低、木焦油含量高、不能長期穩定運行、經濟效益差等原因,推廣使用存在巨大的困難。
H型雙爐腔生物質炭化制氣裝備系統的應用特點:
一、把生物質中的固定炭大程度地保存下來,起到了把大氣中的二氧化碳固定下來的作用。植物通過光合作用吸收大氣中的二氧化碳形成生物質中的固定炭(木質素、纖維素等),是減少大氣中二氧化碳為效率和可靠的方式。傳統方法燃燒生物質時產生的熱量主要是燃燒其中的固定炭,正火型氣化爐消耗的熱量也是燃燒其中的固定炭。而H型所需熱量主要是燃燒其中的揮發分而得,固定炭得到了大程度地保存。這樣通過人與自然的結合,就能逐步減少大氣中的二氧化碳,為實現碳達峰、碳中做出貢獻。
二、把生物質中的揮發份轉化為清潔燃氣,避免了傳統方法燃燒生物質時其中的揮發份在達到燃點溫度前就化為煙氣排放到大氣中,其中的碳氫化合物(如甲烷、己烷等)溫室效應是二氧化碳的十幾到二十倍。通過把反火型氣化爐中的高溫燃氣用于干餾炭化爐中的生物質物料,使燃氣的熱唅轉化為熱值,大大地提高了能源的轉換效率,這便具有了減排與節能的雙重效應。
三、完全地把燃氣中的木焦油、木醋液和灰份分離出來,與現在社會上使用的正火型氣化爐生產的燃氣相比較,不但大大地降低排放,而且改善了用氣設備的生產工況,提高了使用壽命。
四、對生物質中的多種成分的效率利用提供了條件。反火型氣化爐和炭化爐中產生的熱解炭和干餾炭,根據生物質物料的品質和生產工況,可作為生產高品質生物活炭的原料和炭基肥的基材。高品質生物活性炭是凈化空氣和水的上佳材料,同時也廣泛應用于食品、醫藥等行業門類。炭基肥因其優越的保肥、保水、保土、防止土壤板結、吸附鈍化土壤中的重金屬等性能,成為改良治理耕地的當選材料。高品質的木焦油在橡膠、油漆涂料等行業有著廣泛的應用。木醋液在保健品、家畜禽飼料、葉面肥和治理沙化鹽堿土地等方面有著廣泛的使用空間。系統運行時無廢氣、廢水、廢渣排放,經濟社會環境效益十分顯著。
五、對生物質中各成分的充分利用,為燃氣使用單位降低成本提供了空間。目前天然氣每千卡熱值約0.4-0.5元之間,H型系統每千卡熱值的成本約0.2-0.3元之間,其他產品的效益不計算在其中。