你还在调侃雾霾,而他们正在用「生物质能」走向零碳排放世界

你还在调侃雾霾,而他们正在用「生物质能」走向零碳排放世界

鼎唐能源科技是一家台湾公司,不久前他们的「近无碳损纤维素生物质丁醇技术 ButyFix™」解决方案,被 Google SFX 的创新提案平台接受。今天,鼎唐能源科技董事长 & CEO童迁祥来到极客公园,详细介绍了这一创新方案带来的突破,并鼓舞大家用极客精神去探索「零碳排放的明日世界」。

注:以下内容根据鼎唐能源科技董事长 & CEO童迁祥在 GIF2016 极客公园创新大会「X 论坛」上的演讲整理而成。

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温升 2℃ 带来的挑战

考察地球过去数百万年的历史会发现,气候会在极端的冷与极端的热之间变换,一个循环大约是 50 万年,这中间的温度差别,其实只有 12℃,所以平均温度来讲 ±6℃。我们所处的时代在 +5℃ 附近,如果在这上面再加上 2℃ 的话,就是地球从所未有的极端气候。

节能减碳是势在必行。去年巴黎举行联合国气候变化框架条约第 21 次缔约方会议(COP21),习近平主席提出了 2017 年要全面实行碳税制度。

就像昨天这个会上讲到,如果你知道你所认知世界跟现实世界的差异,就可以从这里找到创新的点,这个就是有趣的部分。有趣的事情里面有一件能赚钱。那么这里面的钱在哪里?

如果在 2050 年前,我们把升温控制在 2℃之内,地球大概要减 6000 亿吨的二氧化碳。以现在的科技水平,每减 1 吨二氧化碳,成本约 50 美元。6000 亿吨就是 30 万亿美元,也就是说,每年必须在减碳方面投入超过 1 万亿美元才有可能做到。这里面就是商机。

国际能源总署(IEA)有个未来减碳的预估,把各种可能都包括在里面,比如大陆目前在积极推动的电动汽车,它也是一个重要的减碳方式,大概占了 13%。

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欧盟从 1990 年开始就致力于二氧化碳的减量,各个领域都做得还不错。除了运输领域。原因是人们对车辆和运输的需求节节升高,这个领域的减碳成本也比其他行业相对要高。

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假设从现在开始,所有用于运输产业的汽油是零增长,而全世界车辆会在 2050 年翻一番,如果全部用新能源汽车,包括电力、氢气燃料电池等等,这样我们才可以守住在运输领域控制 2℃ 的责任。IEA 预估,生物质燃料必须在 2050 年成长十倍,达到总运输燃料的 27%,才能达到温升 2℃ 的目标。

商机会在这里出现。极客精神就是要去挑战那些难度高,别人做不来的事情。运输领域的减碳,也是我们极客要努力的地方,比如使用「生物质燃料」减碳就是其中一个方法。

「生物质能」是如何减碳的?

远古时代二氧化碳很多,植物出现后,通过光合作用把二氧化碳变成生物质。这些生物质死亡后,又有微生物把它分解,然后又会有二氧化碳跑出来,构成一个循环。可是在这个循环过程中,一部分二氧化碳留到了地下或海底。地球上的二氧化碳量在远古时代逐渐降低。

可当我们的文明进入工业革命后,人类需要能源,需要石油和煤炭,就把原来地下的二氧化碳挖出来使用。有了净增加的二氧化碳量,长期累积,就变成温室气体效应,让地球变暖。

生物质能的减碳,重要的是在植物死亡或者废弃物没有衰减前,把它变成能量并加以利用。当然最终还是会排放二氧化碳,但并没有从地下把封存的二氧化碳拿出来,也就没有净增加。

有哪些「生物质能」可以利用?从液态燃料看来,目前主要是乙醇生物质柴油两种——

用老祖宗酿酒的技术,把它玉米等淀粉发酵成乙醇作为燃料,这是第一代生物质燃料;如果用玉米、甘蔗废弃物来做,是纤维素燃料,第二代生物质燃料。

如果你从海藻这样的东西里面取油,做成柴油,这是第三代生物质燃料。

粮食变燃料,问题出在了哪里?

美国和巴西是使用生物质燃料最多的两个国家,一个用玉米,一个用甘蔗。我们发现用目前第一代粮食做燃料,也就是酿酒的方式,基本是有困难的。

一是实际成效低,因为食物要先种,种的时候要开发土地,开发时候土地里保存的二氧化碳又会跑出来。之后施肥、收割、运输,都会释放二氧化碳。算上这些,玉米淀粉能够减碳的量大概只有 25% 的量不到。

二是有「与民争粮」的问题,毕竟世界上还有很多饥饿人口。

三是不适合现有的发动机。乙醇里含一部分氧,这个氧能够降低尾气排放里面雾霾的成份,可是氧太多会改变燃烧形态,对于发动机来讲是负担。如果不改变发动机的话,使用后端的添加量,上限只有 10%。

四是有腐蚀。乙醇跟水有互溶的作用,所以它加到汽车或者输油管线里面有腐蚀的问题,也限制了它的使用量。

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如果用第二代纤维素乙醇,上述问题会有一些解决。因为肥料和开发土地当时的责任是为了粮食,这部分成本由粮食承担。废弃物做成燃料,属于纯废物利用。这样算下来,减碳的效果接近百分百。

但是,废弃物的收集需要成本,不同的废弃物要有不同的技术来处理,而且这个技术还未成熟,成本相对较高。而且因为本质上都是乙醇,所以后端添加量 10% 的上限和腐蚀性的问题并没有解决。

一个突破——用丁醇替代乙醇

这是一个很大的市场,目前的解决方案又还不够好。所以我们的极客们就想,我们是不是可以有一个大胆创新的方式来想办法解决这个问题?

我们其中一个方案是「丁醇」,我们来看纤维素乙醇变成纤维素丁醇到底做了什么改变:

学过化学的人知道,乙醇是两个碳的酒精,丁醇是四个碳的酒精,汽油一般是十几个碳的混合物。丁醇更较接近汽油,能量比乙醇高 30%。由于能量密度比较高,在后端添加时,丁醇比乙醇的添加上限提高了 60%(刚才说了,汽油里添加乙醇的规定上限是 10%,那么丁醇就是 16%,甚至 20% 也没问题)。

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另外,丁醇跟水没有互溶,所以乙醇的腐蚀的问题就不存在,是比较好的替代品。

不过,丁醇的生产技术比乙醇还要不成熟,成本降不下来,所以过去一直还没有人用。这就是需要极客们继续做的事情。

现在我们已经掌握了一些必要的技术,一个是纤维素水解技术,另外一个是纤维素丁醇发酵技术。我们的配方是单一配方,原料放宽很多,各种原料都可以,减少了农业材料季节性的问题,成本也会比较低。

另外一个更重要的突破是认知跟现实,把二氧化碳在产品里面尽量不要释放出来,有点像玄妙的道家的内功,做内循环。这样的做法让原来只有 67% 的效率现在到达 100%。

正是因为这样子,我们这个技术获得了美国谷歌公司的认可。针对大型的课题先有了一个非常跳出框框的思维模式去想它的解决方案,然后就会有真的能够有突破的技术来实现。

中国能源的未来需要极客精神

讲了这么多,在中国这个技术很有可能实现,除了节能减碳之外,它还符合「十三五」规划的概念。在「十三五」规划中指出,用创新科技和绿色科技,想办法拉近城乡间的差距。「乡」基本上是农业为主,把农业的价值提高,城乡的差距就会随之缩小。这个技术也能够向外输出,有开放、分享的效果,所以这个也是完全符合需要。

美国为什么在玉米乙醇这边这么成功?因为美国立了一个法,能源自主与安全法(EISA),它当时立法背后是为了能源自主安全,2007 年美国对外石油依赖度上升到接近 60%,美国要让生物质乙醇在此后的 15 年使用量,从 47 亿加仑增长到 320 多亿加仑。

中国来看,其实目前对外石油依存度也已接近 60% 了,可是我们每百人拥有的车辆数比美国差了一个量级,未来成长空间最起码是 3 倍。这里面肯定有额外的石油需求,那么怎样让我们有序的升级能源来满足这样的需求?我想这也是极客需要解决的问题。

鼎唐碳排放雾霾生物质能
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