讓污染環(huán)境的垃圾“禍首”變身為新型清潔能源
時間：2013-11-15 來源：復(fù)旦大學 作者：
在上世紀八九十年代的很多科幻作品中，經(jīng)常會出現(xiàn)這樣一些汽車或者船只，他們把地面和流水的垃圾“吃進肚里”就能從中獲取能量，驅(qū)動自己前進�，F(xiàn)在，作家們的這一美好愿望已經(jīng)接近實現(xiàn)。在今年的的工博會高校展區(qū)中，復(fù)旦大學環(huán)境科學與工程系團隊就將帶來他們最新研發(fā)的“生物質(zhì)廢棄物水熱分解新技術(shù)”，這一技術(shù)可以讓秸稈、水葫蘆等生物廢棄質(zhì)垃圾在水中分解，提取之后變?yōu)橄袷湍菢拥男滦蜕镔|(zhì)燃料，為我們提供新的能源來源。
生物廢棄質(zhì)：垃圾？NO，新能源！
隨著人類經(jīng)濟社會的發(fā)展，石油、煤炭等化石燃料的消耗量愈發(fā)巨大，同時由于其儲量畢竟是有極限的，科學家預(yù)測，未來即50-100年人類社會的化石燃料將徹底耗盡。尋找新的替代能源是全世界科學家近年來的一個重要目標，也是擺在各國面前愈加緊迫的一道課題。
在眾多的新能源“替代者”中，一種最不起眼、卻數(shù)量眾多的“垃圾”逐漸引起了科學家的關(guān)注，那就是生物廢棄質(zhì)。沒錯，生物質(zhì)廢棄物中含有纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等，可以為能源和化學品的制備提供大量的原料。
據(jù)悉，我國每年產(chǎn)生超過10億噸生物質(zhì)廢棄物，如農(nóng)作物秸稈和、水葫蘆、滸苔、林業(yè)廢棄物等等。這些廢棄物處理不當，甚至往往造成很多環(huán)境污染事件，例如黃浦江等水域里經(jīng)常發(fā)生的水葫蘆聚集成災(zāi)；青島等海濱城市在暑期經(jīng)常受到滸苔“綠潮”的襲擊；國內(nèi)農(nóng)村每年產(chǎn)生的大量秸稈缺乏處理方式，老百姓只能直接焚燒，而這些焚燒煙霧成為了部分地區(qū)PM2.5的主要來源之一。
毫無以為，對于這席物質(zhì)更好的處理方法是：通過化學分解，提取出其中的有用物質(zhì)，轉(zhuǎn)化成化學品。如果通過新的科學技術(shù)，將這些污染環(huán)境的垃圾全部循環(huán)利用，不僅能大量降低環(huán)境污染效應(yīng)，還能增加新能源的供應(yīng)，無疑將變害為用、變廢為寶，為改善我國的環(huán)境狀況和提高能源安全保障水平帶來福音。
技術(shù)突破：在水熱環(huán)境下制備分離廢棄質(zhì)
那么如何使生物廢棄質(zhì)轉(zhuǎn)化為寶貴的能源呢？這就要靠分解和制備技術(shù)了。復(fù)旦大學陳建民、張士成課題組經(jīng)過長年的跟蹤研究和改良，研發(fā)出了生物廢棄質(zhì)的水熱分解新技術(shù)。該技術(shù)將水作為一種良好的介質(zhì)，使其成為生物廢棄質(zhì)進行化學反應(yīng)的“溫床”。“水不僅能為分解過程提供便利，還使科研者能更好地控制混合物的分離過程，”復(fù)旦大學環(huán)境科學與工程系副系主任張士成介紹道。
據(jù)悉，如何讓生物質(zhì)廢棄物在水中定向分解、制備和分離高附加值化學品一直是技術(shù)上的難題。過去，對秸稈、水葫蘆這種生物質(zhì)廢棄物的分解需要先干燥處理，還沒開始分解就消耗了大量成本，在分解后的分離提取過程中，也常常難以控制反應(yīng)過程。“能不能直接在水熱情況下分解，免去干燥的步驟？”帶著這個疑問，從2008年底起，陳建民、張士成帶領(lǐng)的團隊就瞄準了水熱轉(zhuǎn)化這一方向，開展了技術(shù)攻關(guān)。在今年的工博會上，該團隊將展示他們的研究成果——生物質(zhì)廢棄物液化綜合利用技術(shù)，使秸稈、水葫蘆等在水中分解成為可能。
據(jù)張士成介紹，新技術(shù)取得了兩方面的重大突破。其一，廢棄物如何在水熱催化下實現(xiàn)了定向轉(zhuǎn)化成有一系列附加值化合物的混合物。“在水熱條件下，先把廢棄物粉碎，在一定溫度、壓力和催化劑條件下讓它們分解，轉(zhuǎn)化成復(fù)雜的液體混合化合物。”——這是再利用廢棄物的重要一步，根據(jù)反應(yīng)條件的不同，可以控制得到不同的化合物。
其二，生物廢棄物形成混合產(chǎn)物后，新技術(shù)實現(xiàn)了高效地將需要的部分提取出來。“我們根據(jù)混合產(chǎn)物的主要化合物的種類不同，采用膜分離、柱層析等化工工藝，篩選出一系列組合工藝，制作成具有高附加值的化學品。”張老師介紹道。
據(jù)悉，目前復(fù)旦環(huán)科系研究團隊已為該項技術(shù)申請國家發(fā)明專利9項，授權(quán)2項，在能源利用的技術(shù)層面開辟了新的高效路徑。該技術(shù)也已經(jīng)在少數(shù)企業(yè)進行了中試，并且獲得了較好的結(jié)果。不久的將來，由水葫蘆、秸稈、滸苔制備的生物質(zhì)柴油有望很快大規(guī)模進行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，最終廣泛運用與我國產(chǎn)業(yè)之中，進入普通百姓的生活。
生物廢棄質(zhì)的未來：農(nóng)業(yè)工業(yè)實現(xiàn)能源“融合”
據(jù)介紹，我國每年僅秸稈廢棄物就達7億噸，但由于處地分散，并沒有充分利用起來。“事實上，生物油完全有可能和石油相提并論的，通過技術(shù)的進步，可以利用生物質(zhì)資源去做有高附加值的化工產(chǎn)品和燃料，將農(nóng)業(yè)與工業(yè)有機結(jié)合起來，”張士成談道，“如果形成生物廢棄質(zhì)處理的產(chǎn)業(yè)鏈，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟和工業(yè)經(jīng)濟將形成整合的連鎖產(chǎn)業(yè)環(huán)，工業(yè)和農(nóng)業(yè)將在用秸稈等農(nóng)村生物廢棄質(zhì)生產(chǎn)新能源這個產(chǎn)業(yè)上形成真正的實踐與融合，這將有可能成為中國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟升級換代和農(nóng)村轉(zhuǎn)型的新增長點。”
生物質(zhì)廢棄物的能源化利用可以同時解決環(huán)境污染問題和能源源短缺問題，形成環(huán)境保護與經(jīng)濟發(fā)展的良性循環(huán)，具有重要的環(huán)境、經(jīng)濟和社會意義，這必將對我國的環(huán)境保護事業(yè)和循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生重要的意義。
