化石能源有替代了!“高能”植物横空出世,将推动第四次能源革命

说宇宙寻真理 2024-07-18 01:32:28



芦竹是植物界的混血儿,半似芦苇之柔美,半含竹子之坚韧,俗名“钢柴”。

别看名字土气,芦竹实则性格刚强,生长力旺盛,是植物界的硬汉子!芦竹不挑剔环境,废弃之地、盐碱滩涂,甚至是受污染的水渠旁,都能顽强扎根,茁壮成长。

长久以来,它默默无闻,更未曾有人料到,它竟能与即将到来的能源革命紧密相连。

第四次能源革命

回溯人类能源史,从古老的火、风、水,到煤炭、电力的蒸汽时代,再到油气驱动的现代化进程,每一次能源转换都推动了社会的飞跃。

而今,人类正站在第四次能源革命的门槛上。

在这场能源探索中,太阳能、风能、水力、核能等新能源虽备受瞩目,却也面临着困境——安全稳定、绿色低碳与经济高效往往难以兼得。就在这紧要关头,芦竹犹如一颗新星,在植物界中异军突起。

我国科研人员历经十年不懈努力,成功将芦竹培育为集高产与高质于一身的超级能源作物——超级芦竹!

超级芦竹的潜力究竟有多大?

超级芦竹的生长速度非常快,能够在短时间内迅速成熟,甚至是一天一个高度,最快生长速度能够达到每天30厘米。

此外,超级芦竹的直径也非常可观,一些超级芦竹直径甚至接近15厘米。

超级芦竹生长速度快,产量高,易于转化为能源形式。它可以在各种环境中生存,包括一些恶劣的自然条件。此外,超级芦竹还具有固氮能力,不需要人为施肥,且抗旱性强,不需要人工灌溉。它主要用于能源生产、土壤修复、生态保护、水土保持和环境绿化等领域。

其生物质易于转化为生物燃料,如生物柴油或生物气体,可以替代传统的化石燃料。

此外,超级芦竹还可以用于造纸、板材加工等领域。

中科院的研究成果表明,在南方湿润的土壤中,超级芦竹生长迅猛,年产量可达每公顷40至60吨生物质。中国科学院化学研究所,通过先进的生物化学技术,成功将超级芦竹转化为生物乙醇,且转化率高达80%以上。

超级芦竹的特点不胜枚举!首要亮点便是惊人的产量,超级芦竹在南北地域,均展现出非凡的生长能力,年均每亩地可收获3至10吨的干生物量。

这一数字让芦苇与桉树等传统作物望尘莫及,确保了绿色能源原料的充足供应。以广西为例,仅12万亩超级芦竹的种植面积,便足以替代煤电厂数百万吨的煤炭用量。

在经济效益与环保贡献方面,超级芦竹同样表现卓越。它的高热值特性,使其成为煤炭的理想替代品,且成本更低,较燃煤更具经济优势,同时实现了显著的减排效果。

技术层面的升级改造也相对简便,相较于风电、光电等新能源项目,其投资成本更低,更易于推广。

在环境影响与经济效益上,超级芦竹也是佼佼者。它不仅是土壤侵蚀的坚实防线,还能有效促进湿地与河流生态系统的恢复与改善。作为自然界的“碳捕捉高手”,超级芦竹每公顷,每年能吸收高达15至20吨的二氧化碳,为缓解气候变化贡献力量。

经济层面,超级芦竹的高产量与低种植成本更是其显著优势,用于生物质发电和生物燃料生产时,成本效益相较于传统能源,可提升30%至40%。以生物燃料项目为例,种植超级芦竹的土地,一亩超级芦竹种植地,每年可为农户带来2000至3000人民币的可观收入。

论及生物质产量,超级芦竹展现出惊人的适应性与潜力。在常规条件下,一公顷土地可产出30至50吨的生物质。然而,在气候优越的地区差价,超级芦竹的产量更是喜人,年产量可攀升至50至70吨,展现出其作为生物质原料的巨大价值。

相比火电、风电,它的独特优势何在?

与传统的火电和风电相比,超级芦竹具有低碳排放优势,在生长过程中会吸收大量二氧化碳,帮助减少温室气体排放,符合碳中和的目标。

此外,超级芦竹可以通过绝氧热解,生产出氢气和天然气。一吨超级芦竹,最高可生产超过1000立方米氢气,每立方米氢气的成本为0.8元,比电解水制氢成本低得多

在能源转化领域,以热解技术为例,一吨干超级芦竹经过处理,能够产出约300公斤的高能量密度生物油,能量高达每公斤30至35兆焦,同时伴随产生约200公斤的生物炭,其能量也达到每公斤25至30兆焦。这一转化过程不仅高效,而且产物多样,为能源利用开辟了新途径。

超级芦竹具有许多独特的优势,使其成为一种有潜力的可再生能源。超级芦竹的干生物量大,一次种植可以连续收割15到20年,每年每亩干生物量可达5到10吨,大约是玉米秸秆的7倍,水稻秸秆的15倍以上。

超级芦竹可以生长在荒地、沼泽地、滩涂地、盐碱地等土壤环境中,甚至在酸碱度为Ph3.5~Ph9的土壤中也能生存。超级芦竹的根部的酶有强大的固氮能力,肥源主要来源于空气中的氮。

中国目前超级芦竹的栽种情况究竟如何?

在湖南省的洞庭湖湿地,超级芦竹种植试点项目已经成功实施,覆盖面积达到500公顷。

该项目每年产出约1万吨干物质,主要用于生物质发电和生物燃料生产。在河北省的盐碱地带,每公顷干物质产量达到了30吨。该地区的芦竹不仅用于能源生产,还用于生态修复,提高了土地利用率。

广西省的南方湿地地区,也进行了超级芦竹种植试点,主要用于生物质发电和生物燃料生产。该地区的芦竹生长速度快,年产量高,成为当地可再生能源的重要来源。中国农业研究院的研究员表示,未来几年内,芦竹的种植面积将进一步扩大,目标是在全国范围内推广,以满足日益增长的生物能源需求。

具体计划包括,到2025年,芦竹种植面积预计将达到50万公顷,覆盖更多的贫瘠和盐碱地带,进一步提高生物质能源的产量和供应能力。

超级芦竹作为一种新兴的能源植物,因其生长迅速、产量高、可再生性强以及环境友好等特点,在全球范围内受到了越来越多的关注。除了中国外,美国、日本、韩国等与中国有能源合作关系的国家,也在积极关注和引进超级芦竹的种植。

全球对可再生能源的需求不断增加,环保意识也日益增强,超级芦竹等生物燃料作物的种植和应用,前景十分广阔。预计未来几年内,全球超级芦竹的种植面积将不断扩大,产量也将逐步增加。同时,随着技术的不断进步和成本的降低,超级芦竹在能源、环保等领域的应用将更加广泛和深入。

参考资料:

生物燃料手册 中国水利水电出版社 2017中国经济日报:超级芦竹有望助推第四次能源革命 2023

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