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有句話叫種瓜得瓜、種豆得豆,那我們迫切需求的能源能不能種出來呢?別說,還真出現了一種植物,號稱將替代煤炭、石油,它就是超級蘆竹。
??維基百科
10多年前,武漢的蘭多生物就開始致力于蘆竹研究。它收集了700來份國內外野生蘆竹種質資源,利用系統選育、物理化學誘變等手段,培育出了一種能快速生長到5-8米的超級蘆竹。蘭多生物研究出的超級蘆竹,填補了相關研究的空白,是我國植物能源研究的一次重大突破。
人類學會鉆木取火,引發了以柴薪為主要能源的植物能源革命;蒸汽機的發明,開啟了以煤炭為主的化石能源時代,內燃機的應用,又將石油、天然氣等推向能源主力。三次能源革命,推動人類從原始文明走向農業文明,邁向現代文明。而現在,隨著能源危機和氣候危機的到來,第四次綠色能源革命迫在眉睫。超級蘆竹正是在這一背景下出現,并被有些人認為是將引領第四次能源革命的存在。
這種超級生物真有如此大的能量嗎?
1?
小透明變超級生物
蘆竹并不是一種大眾植物。提到蘆竹,有些人還將它和蘆葦混淆。在外形上,蘆竹與蘆葦有相似之處,但蘆竹是蘆竹屬植物,蘆葦則是蘆葦屬植物,蘆竹比蘆葦高,莖稈像竹子一樣中空有節。
蘆竹(上)蘆葦(下)
雖然都是喜水植物,但前者喜歡長在岸邊,蘆葦則喜歡生在水里。在我國,蘆竹主要分布在江蘇、浙江、湖南、華南、西南等地區。
作為一種挺水植物,蘆竹常被應用于水生態修復項目中。但近些年,除了環保、觀賞外,蘆竹又被作為能源植物研究,并利用我國野生蘆竹種質資源繁育出了超級蘆竹這一品種。
蘆竹本就生長快,干生物量大,而經培育馴化后的超級蘆竹則更為高產高質,吸碳能力非常亮眼。
超級蘆竹每天可長10-30厘米,可長到5-8米,一年可以收割兩到三次,一次種植可以連續收割15-20年。
??Plant Details
每畝產量可達6-20噸,干生物量約5-10噸/畝,是玉米秸稈的7倍、蘆葦秸稈的10倍,水稻秸稈的15倍??梢?,在相似種類植物中,超級蘆竹的產量驚人。高產讓超級蘆竹吸收二氧化碳的表現十分出色,每畝超級蘆竹可吸收8.5-17噸二氧化碳,是森林的25-40倍。
高產讓超級蘆竹吸收二氧化碳的表現十分出色
目前,國際上公認的碳中和可行性技術路徑一共有四種:能源轉型、碳捕捉與利用、植物碳匯、低碳生活。顯然,在碳捕捉和植物碳匯的效率上來看,超級蘆竹優勢明顯。
而在化石能源的替代上,超級蘆竹也因自身特性表現給力。
前面說到,超級蘆竹二氧化碳吸收能力強,其干基含碳量在46%以上。通過一些熱轉化工藝后,超級蘆竹可以轉化為氫氣、天然氣、甲醇等。
氫氣作為21世紀的終極能源,每噸干基超級蘆竹可產氫1100立方米,每立方米成本約0.8元,不到電解水制氫成本的1/3。如果種植1億畝超級蘆竹制氫氣,就可以滿足我國2.4億輛機動車全年的用氫量。
如果種植1億畝超級蘆竹制氫氣,就可以滿足我國2.4億輛機動車全年的用氫量
1噸干基超級蘆竹可生產0.44噸甲醇或270立方米天然氣。如果種植3億畝超級蘆竹,就可以保障我國全年4000億立方米的天然氣供應量,或是替代我國5.1億噸的石油缺口。
并且,超級蘆竹熱值在4200-4600大卡,可以直接替代燃煤。根據專家測算,替代我國全部22億噸發電用煤,種植6億畝超級蘆竹即可,這樣可減少40億噸二氧化碳的排放。
值得一提的是,超級蘆竹不僅產量高,而且適應性強。它耐旱耐澇、耐熱耐寒,在貧瘠的土地也能生存,pH值在3.5-9之間的土地上都能生長。鹽堿地、灘涂地、濕地、廢棄礦區等土地,都可以是超級蘆竹的種植區域,不需要占用耕地良田,還有利于土壤和水體修復。
??它耐旱耐澇、耐熱耐寒/ResearchGate
從理想狀態來看,超級蘆竹完全可以提供我們生活中的燃料,替代化石能源,構筑綠色能源系統,是真正的能源超級生物。
但它想要成為未來的能源植物,還必須得打破“不可能三角”的魔咒。
2?
能源的“不可能三角”
能源界存在著一個不可能三角,即安全可靠、經濟可行、綠色低碳三者無法同時實現。作為一種綠色低碳的植物能源,超級蘆竹又是否經濟可行呢?
從經濟價值上考慮,超級蘆竹是一種變現價值多元化的植物。
一是應用炭基肥產業。
超級蘆竹通過熱解工藝后,會產出一種副產品,即生物炭,它可用來做炭基肥,修復板結、荒漠化、鹽堿化等土地。
??sciencedirect
二是負碳造紙產業。
相比傳統木漿,超級蘆竹的莖和葉都可造紙,其纖維更長、更堅韌,這意味著在制紙過程中化學添加劑更少、處理過程更快,對環境污染更小。并且,由于生長速度快,產量高,超級蘆竹可成為一種持續的紙漿來源。我國是全球最大的紙漿進口國,年進口3000萬噸,而種植3000萬畝超級蘆竹,就可產紙漿1億噸。
??紙漿進口現場/SOHU
三是飼料產業。
超級蘆竹生長初期粗蛋白含量可高達19%,纖維素含量為33%,是一種優質的飼料。1000萬畝的超級蘆竹可產出2.5億噸的青貯飼料,從而減少未成熟的糧食作物來做飼料。
從能源、農業、林業等多個角度來看,超級蘆竹應用前景十分廣闊,從經濟和商業角度來看,是具有可行性的。但如果想要大面積應用,首先就得從上游的種植出發。
超級蘆竹第一個要解決的問題,是種在哪里。
雖然超級蘆竹耐旱性很強,但也需要定期澆水,以儲存水分應對惡劣的自然環境。這就涉及到水源的問題。也就是說,并不是所有的邊緣土地,都可以那么輕松地種植超級蘆竹。如果需要長途調水的話,本身就很耗能,又占用耕地,如果就近取水,那就只有部分地區滿足,而滿足的這些地方,比如江南地區,其本身是高產糧田區。所以,如果種植上億畝的蘆竹來解決能源問題,極大可能擠壓耕地面積,或是影響周邊耕地質量。
如果種植上億畝的蘆竹來解決能源問題,極大可能擠壓耕地面積或影響周邊耕地質量
超級蘆竹要面臨的第二個問題,是誰去種。
談到超級蘆竹時,有人常會提到它還有一個優勢,就是價格低。一噸超級蘆竹約350元,煤炭的價格高達1000元,相差近3倍。作為一種經濟作物,超級蘆竹屬于投入成本較低的,主要是一次性投入種苗費用和適當管理費用,還可就地加工,減少運輸和儲存費用。但對于農戶而言,低成本并未獲得市場上的高價,經濟收益并不那么可觀。如果僅靠補貼維持,難以永續。如何加強超級蘆竹的綜合利用和轉化,建立完善的從原料到產品的產業鏈,是一件需要多方努力的事。
目前,在我國20多個省市區域有栽種超級蘆竹,面積約300萬公頃,預計到2025年,這一數據將到達千萬。按增長率來說,較為可觀,但就整體占比而言,還只是九牛一毛。
??但對于農戶而言,低成本并未獲得市場上的高價,經濟收益并不那么可觀/新浪新聞
3?
爭相開發“石油樹”
超級蘆竹并不是第一種被看好的能源植物。早在它之前,就有“石油樹”在世界各地被廣泛關注。
石油樹并不是一種樹名,是指富含石油的樹,地球上這種植物大約有一千種以上。其中,巴西的苦配巴樹尤其有名。
早在1928年,科學家就在野外發現了苦配巴樹,但那時能源危機和氣候危機都并不緊迫,當地人對石油樹的利用主要是取樹皮、果實、樹干等進行日常焚燒。
??當地人對石油樹的利用主要是取樹皮、果實、樹干等進行日常焚燒/sohu
直到1973年,石油樹才成為熱議話題,科學家卡爾文跑遍世界各地,在巴西發現了苦配巴。
這種樹木通常高達30米,直徑約1米,只要在樹干上鉆一個約5厘米的孔,只需一兩個小時,就可流一到兩公斤的樹油。
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并且,這種樹油在無需加工的情況下就可以直接用于柴油汽車。但此時的苦配巴樹數量并不多,繁殖起來比較麻煩,因而,科學家們只能全世界大量尋找并培育新的石油樹。
1984年,美國組建首個人工石油植物園;2007年英國石油公司在印度投資1000萬美元種植桐油樹,將果實中的油脂制成生物柴油;我國也發現1890年從意大利引入的桉樹,是一種比較優質的石油樹,但桉樹產油量很低,不到4%,因此,即便我國已經種植了170萬公頃的桉樹,供應量也遠遠無法滿足需求。
菲律賓和馬來西亞的銀合歡樹、澳大利亞的高冠樹、海南的油楠樹等,都是很好的石油樹,但它們或存量少、繁殖慢,或產量低。除了石油樹,還有很多種能源草被發掘。如美國加利福尼亞境內的鼠憂草,1公頃面積可提煉1噸石油。但種種限制讓這些石油樹、能源草,并沒有得到廣泛推廣,只能成為全球能源的少量補充。
??種種限制讓這些石油樹、能源草,并沒有得到廣泛推廣,只能成為全球能源的少量補充/sohu
為了推廣擴充能源樹,一些國家會提供一定的補助金。比如瑞典的無性系柳樹能源林,近5年來,面積不斷增大。這是因為瑞典農民貿易協會和其他機構將柳樹林作為一種農作物來推廣,政府提供一定的補助金。這些柳樹林每年每公頃平均的生物量為10-12噸。整體表現來說,瑞典的柳樹林價值還是比較可觀的。
就全球范圍內來說,植物能源的利用率整體還是比較單一,場景少,對化石能源目前不具有威脅性。
4?
新能源競爭登場
植物能源的利用率低,但整個新能源市場,卻是十分活躍。
以亞洲來說,其能源消耗占全球能源消耗的一半以上,并且高達85%來自化石燃料。因而,新能源的開發具有廣闊空間。
比如東南亞地處熱帶,光照充足,就重點關注太陽能。泰國在2022年批準了19個太陽能投資項目,總投資額達13億美元,排第二的是12個風力發電項目,投資額為5.4億美元。
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馬來西亞在太陽能、風能、生物質能、水能、潮汐能等都很有潛力,太陽能尤其突出,該國專門開發了一個“凈能源計劃”,針對太陽能光伏系統。越南2022年可再生能源國外投資總計達54.6億美元。
歐美在新能源的探尋上,更是不惜重金。
比如美國,在氫能、太陽能、地熱能等。今年10月,白宮就宣布提供70億美元,在全美建立7個地區性清潔氫氣中心。這7個清潔氫氣中心預計將催化超400億美元私人投資,總投資額或將達到500億美元。在太陽能方面,早在2020年,美國的太陽能裝機容量就超過了100GW,居世界第一。
在太陽能方面,早在2020年,美國的太陽能裝機容量就超過了100GW,居世界第一
英國則利用地域優勢,大力發展風能。2000年,英國第一個海上風電項目產生,并在10年的時間內,躍居世界第一。目前,英國風能仍排世界前列,僅次于中國。同樣力推風能的還有丹麥,其預計2030年風能占能源構成的50%,太陽能占15%。緊挨北極圈的冰島則利用地熱,但整體開發還較少,主要電力供應還是水力發電。
??緊挨北極圈的冰島則利用地熱,但整體開發還較少,主要電力供應還是水力發電/wikiwand
整體來看,目前新能源的投資和占比中,還是傳統的氫能、太陽能、風能等清潔能源為主要,而超級蘆竹這類植物能源還在初步發展階段。未來,它還有很長的路要走。
可觀的是,在能源危機的緊迫性下,植物能源的利用再次引起重視,超級蘆竹獲得了更多關注。不管超級蘆竹能否取代石油,它至少提供了一條新的探索道路,在第四次能源革命歷史上留下了烙印。
參考文獻:
1. 王凡:超級蘆竹將成就新型能源系統(中國經濟時報.2023-7-27)
2. 第四次能源革命來了?超級蘆竹已經面世,真能代替石油嗎?
3. 超級蘆竹未來的應用
4. 大家一起聊聊關于蘆竹的那些事,是不是這樣的
5. 封加平:發展超級蘆竹是實現碳中和的最佳路徑
6. 用超級蘆竹為脫貧地區培育戰略性新興產業
*未標明出處圖片源自網絡 版權歸原作所有
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