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以植物、細菌、藻類和動物等有機質為原料，提取氫氣，使其與氧氣反應產生能量，用于熱源和動力，稱為生物質氫能。從大規(guī)模生產和經濟的角度來看，其原料主要來自甘蔗、甜高粱、甜菜和木薯等植物。
生物質原料，由于其可燃性，是生物質能源，通過“生物質加工提醇-醇類制氫-氫氧反應”過程形成氫能。從“碳排放”程度的變化來看，生物質能源可分為三個階段：直接燃用動物油和植物、從細菌和藻類植物中提取乙醇燃用、乙醇等重整制氫使用。人類生物質能源的生產和消費在第一階段直接燃燒，污染和碳排放量較大；第二階段是生物質的精細加工和使用，減少了污染和碳排放；第三階段，通過深化加工和轉化氫能，實現低污染和零排放的生產和使用。
作為生物質氫能的第三階段，其優(yōu)點是屬于綠氫，通過植物生長吸收陽光、土壤水分和二氧化碳，從將成熟后的果實和秸稈發(fā)酵提取乙醇，然后重整制氫，加工和轉化的碳排放量微小；從生物質原料到從加工中提取的乙醇能源，通過發(fā)酵和蒸餾獲得的乙醇轉化用能不多，并且可以從一些秸稈或酒糟燃燒加溫或光電風電加熱中獲得。能量轉換次數少，轉換消耗能源低；生物質直接發(fā)酵提取乙醇，通過化學反應獲得氫氣，降低了風能、光能和電解水制氫需要先儲能的環(huán)節(jié)，節(jié)約了成本和能源轉換損耗。
從世界范圍來看，目前各國主要通過石化原料加工制氫，而風能、光能、電解水制氫和生物發(fā)酵重整制氫的產量不到總產量的1%，其中生物氫產能不到綠氫產能的1%，生物質氫能的發(fā)展還處于萌芽階段。目前，巴西和美國是生物質能源生產和消費的主要國家。巴西甘蔗生產的生物質乙醇和其他能源占其總能源消耗的17.4%，生物乙醇占輕型乘用車燃料總消耗的48.3%；2020年，美國生產了約5050萬噸生物乙醇，其中約70%用于汽車動力。大多數地區(qū)使用10%的生物乙醇汽油。最近，為了應對俄羅斯和烏克蘭之間的沖突，生物乙醇增加了15%。2020年，中國生物燃料乙醇生產能力約為300萬噸，主要原料為玉米，乙醇摻入汽油的混合比為10%，可加注使用的地區(qū)為黑龍江、吉林、遼寧、河南、安徽、廣西，以及內蒙古、山東、湖北和河北等省區(qū)的部分盟地市。
從我國國情和生物質能源的特點來看，未來15-20年應完成生物質能源發(fā)展的第二階段，為第三階段生物氫能源的發(fā)展奠定良好的基礎。在這個階段，我們應該大力發(fā)展生物乙醇能源。生物質氫能是生物乙醇能源生產的再加工和產業(yè)的深化。因此，乙醇生產的困難也是未來生物質氫能生產和產業(yè)鏈的困難。從上下游產業(yè)的角度來看，集儲裝運卸環(huán)節(jié)仍存在許多障礙。例如，在上游生產中，提醇和制氫技術已經克服，主要面臨高儲運成本問題；下游產業(yè)發(fā)展主要是生物氫能生產地與使用地之間的多次罐儲、裝卸、運輸、分銷和加注等物流服務成本高；更經濟的儲運裝卸氫能技術需要在材料和方式上取得突破，新技術需要考慮成本水平是否被市場需求接受；等等。
為促進生物乙醇能源市場化，建議首先發(fā)展植物乙醇，使其種植、集儲和提醇實現經濟生產，降低乙醇成本，形成大規(guī)模的制氫原料供應，實現儲裝運卸和終端使用方面關鍵性技術的突破，形成生物乙醇轉制氫能的需求市場。以原料市場保證氫能生產供給，以需求市場平衡供給和拉動生產。這方面可借鑒美國和巴西的經驗，普及摻加15%乙醇汽油和20%乙醇柴油的使用。
應當通過農業(yè)與工業(yè)融合，統(tǒng)籌糧食和能源發(fā)展。用土地和勞動力要素的密集型投入路線，不僅生產乙醇和未來制氫，而且形成“副產品飼料-養(yǎng)殖牲畜-產出肉奶-有機糞肥-生態(tài)蔬菜”，助力農村產業(yè)整合?？紤]到甜高粱等植物的特點，種植規(guī)模為3000畝至15000畝為宜。如果有一體化機械作業(yè)、優(yōu)越的道路條件和低成本的集儲運模式，那么乙醇加工規(guī)?？梢韵鄳獢U大。
（作者 周天勇 系首都經貿大學特大城市發(fā)展研究院教授）
