你是否能想象到,广袤农田里的秸秆,在巧妙变身后,“上天”成为飞机燃料?
这只是生物能源未来应用场景之一。作为可再生资源,生物质能源可助力能源转型,并通过生物源碳移除实现稳定的负排放,为净零目标提供重要保障。秸秆作为农业生产过程中的重要副产物,不仅可用于生物燃料生产,还有助于农村固碳减排和循环经济发展。
能源智库落基山研究所近日发布的报告《解锁秸秆高价值利用:生物燃料与碳移除产业的破局点》(下称《报告》)提出,依托丰富的资源禀赋和持续的政策支持,我国有条件在确保合理还田比例的前提下,进一步拓展秸秆能源化利用空间。然而,目前我国秸秆离田能源化利用仍处于起步阶段,秸秆生物燃料的产品经济性有待提升,绿色低碳价值需要进一步体现。
秸秆产量居世界首位 生物燃料减碳潜力巨大
全球应对气候变化的共识与能源转型的趋势、愈加紧迫的脱碳目标带动了生物燃料的“崛起”,未来全球对于生物质能的需求持续提升。根据国际能源署净零路径的预测,到2050年生物质能源需求将超过100EJ,其中40%由能源作物提供,剩余60%则需要依靠秸秆、畜禽粪便、枯枝落叶等农林废弃物资源,生物燃料将逐渐成为推动能源转型的关键力量之一。
作为农业大国,我国是秸秆资源量最为丰富的国家。我国每年产生约8.6亿吨秸秆,居世界首位。如此丰富的资源禀赋,为我国以秸秆为原料发展生物质产业提供了坚实的物质基础与资源保障。
落基山研究所常务董事兼北京代表处首席代表李婷介绍,秸秆直接还田操作不规范可能会存在烧苗、病虫害等风险,威胁粮食安全。而将一部分秸秆离田生产能源,不但可通过出售秸秆使农户获得收益,还可生产能源和负碳产品。“例如可持续航空燃料(SAF)、生物甲醇、生物天然气、生物炭等,对促进能源转型具有积极意义。”
“以农林废弃物为主要原料的生物质能源,具有可再生、低碳和环境友好的特性,能够有效替代化石燃料并减少碳排放。例如,使用生物燃油替代传统化石燃油是降低交通运输领域温室气体排放最直接和有效的手段之一,生物天然气也可以作为绿色能源,减少传统化石天然气的生产和消费。”李婷表示。
在国家秸秆综合利用政策目标和市场激励措施的持续引导下,我国秸秆回收利用技术不断进步。以秸秆为主要原料的生物液体燃料、生物天然气等技术路径逐步发展,并形成了初步的产业体系。根据农业农村部数据显示,2010年—2024年,我国秸秆综合利用量从4.8亿吨逐步增加至7.7亿吨,增幅达60%,综合利用率由70.6%上升至88.5%。
记者了解到,现在我国生物燃料的应用多处于试点示范阶段,应用场景实现了多维突破,尤其是航空和航运领域正在加速发展。
在航空领域,民航局于2024年9月开展的可持续航空燃料(SAF)应用试点正在逐步展开,自2025年7月起,北京大兴、成都双流、郑州新郑、宁波栎社机场起飞的所有国内航班将常态化加注掺混1%的SAF混合燃料。在船舶领域,多地港口也率先开展了生物燃料加注试点。
经济性受到多重因素的影响
尽管生物燃料发展势头强劲,相关企业布局积极,但该产业目前处于商业化初期,多重挑战制约其规模化发展。其中,成本高企是最主要的障碍。
据落基山研究所甲烷部门项目主管汪维向记者分析,首先,从采购秸秆的成本看,目前企业采购秸秆的成本约为400-600元/吨。秸秆成本主要受两方面因素影响:一方面我国的秸秆收储运体系建设仍在推进,集约型组织模式较少,导致各环节成本仍维持在较高水平。另一方面,秸秆离田利用规模仍较为有限,秸秆能源企业需要同时与其他类型企业(如饲料企业和养殖企业)竞争原材料,而后者往往能够为秸秆支付更高的成本。
再看秸秆生物燃料的制备成本。根据落基山研究所初步估算,SAF的生产成本在13000—15000元/吨左右,秸秆气化生产甲醇的成本在3600—4400元/吨,秸秆气化耦合绿氢的成本在4000—4600元/吨,秸秆沼气重整生产甲醇的成本约为5300—7000元每吨,生物天然气的生产成本在3.6—5.9元/立方米,生物炭的生产成本在1400—2000元/吨。
《报告》分析,促进健全收储运体系能够提升秸秆离田利用量,有望降低秸秆原料成本,增加产品经济性。以现有秸秆价格600元/吨为基础,如果秸秆收购价格下降至200元/吨,各个秸秆生物燃料路径的单位成本可下降19%—64%。
“通过持续优化秸秆收储运体系、深化绿氢耦合应用等措施,绿氢在生物质能制造过程中的应用规模不断扩大,科学高效的田间收集模式逐步普及,秸秆离田成本稳步降低,为原料端降本提供了有力支撑。”落基山研究所甲烷和乡村部门主任郝一涵表示。
“绿氢耦合”,是指依托风光资源打造“绿氢+秸秆”的融合生产模式。我国西北、华北、东北等地区风光资源技术可开发量充足,为发展可再生能源制氢产业提供了有利条件,也为绿氢耦合生物质制备能源创造了机遇。未来,随着风光发电成本的进一步下降、绿氢成本下降将助力增强生物质耦合绿氢路线的经济性。
《报告》分析,按照当前风光制氢成本约为16—20元/kg来算,在秸秆气化耦合绿氢生产SAF的路径中,绿氢价格每降低1元/kg,可降低单位SAF生产成本100元/吨;在秸秆气化耦合绿氢生产甲醇的路径中,绿氢价格每降低1元/kg,可降低单位甲醇生产成本130元。
未来,得益于技术进步与模式创新,秸秆基生物燃料的经济性与市场竞争力有望持续提升。《报告》预计,到2035年,各类秸秆利用技术路径的生产成本将在2025年的基础上下降20%以上;到2060年,成本优化幅度将增加至40%以上,为我国能源清洁低碳转型注入动力,同时也将为实现“双碳”目标提供坚实保障。
因地制宜建设 激活市场驱动
在李婷看来,在能源转型背景下,清洁能源需求不断增长,市场机制日趋完善,秸秆生物燃料有望实现技术进步并拓展减排空间,增加产品的绿色附加值。
我国幅员辽阔,各省生物质资源禀赋不同。《报告》提出,可结合自身资源禀赋,因地制宜推进秸秆生物燃料项目建设。对于黑龙江、内蒙古、吉林、山东、新疆等资源领先型地区,可依托秸秆与风光资源的双重优势耦合发展,将秸秆利用与风光制氢技术结合,重点布局SAF和生物基甲醇等高收益化工项目,打造区域能源化工高地。而对于资源约束型地区(如北京、上海、福建、青海、西藏)则宜采用“小而精”的发展模式,优先发展对原料需求较低的中小型项目,例如小规模的生物天然气、乙醇等,或探索秸秆与其他废弃物(如畜禽粪污)协同利用,以满足本地化生物质能源需求。
值得一提的是,生物炭碳移除技术因资源量需求较低、技术成熟,可在各省普遍推广,作为实现碳移除与农业固碳的重要途径,为我国秸秆高价值利用提供一条普适性的负碳发展路径。
市场机制是引导投资、激励技术创新,推动秸秆生物燃料产业升级与规模化发展的重要手段。针对目前以秸秆等农业废弃物为原料的生物燃料在买卖双方匹配上仍存在流通不畅的问题,《报告》建议充分发挥绿色燃料认证、交易平台及证书制度等机制的作用,完善绿色能源认证体系,加快绿色能源消费市场与碳信用交易平台建设,形成透明、高效的交易机制,帮助供需双方高效识别、匹配和交易绿色能源产品,并健全价格信号和激励机制。与此同时,建议统筹国内与国际市场布局,拓展可持续航空燃料(SAF)、生物甲醇等高附加值产品的出口渠道,实现内需与出口协同增长。
《报告》还建议,要充分发挥企业在秸秆能源化利用中的主导作用,依托政策规划和区域资源禀赋,在重点省份和区域建设秸秆生物质资源能源化利用示范基地,形成可复制、可推广的产业集群和区域发展样板。重点推动可持续航空燃料(SAF)、生物甲醇、生物天然气、生物炭碳移除等高附加值产业项目投资与建设,带动秸秆原料端、技术装备制造端、能源和副产品消费端的产业链协同发展。鼓励企业探索多元化的合作机制,与地方政府、合作社及农户建立稳定合作机制,通过合同化原料收购、收益共享等构建可持续的生物质能源合作模式。
