北京COOL青年:‎生物质清洁供暖,共同助力碳中和

2022-10-23 阅读次数:1527次

10月23日霜降,北京制冷学会带领大家了解‎生物质清洁供暖,共同助力碳中和。

霜降,是二十四节气中的第十八个节气,也是秋季的最后一个节气。

进入霜降节气后,深秋景象明显,冷空气南下越来越频繁。

霜降不是表示“降霜”,而是表示气温骤降、昼夜温差大

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随着天气转冷,我国北方地区正陆续进入供暖季。在我国北方农村地区,普遍存在散烧煤的利用方式,其大气污染物排放量通常是燃煤电厂的10倍以上[1,2]。相关研究表明,在冬季采暖期,北方大部分地区温室气体排放量急剧增加、空气污染风险升高[3]。因此,通过清洁取暖方式替代散烧煤,对于降低碳排放、减排污染物有积极的作用。

生物质作为植物光合作用的产物,具有产量大、可再生、碳中性的特点,是唯一具有可再生性能的含碳清洁能源。生物质能可分为农林废弃物和动物废料,合理利用生物质能供热是一种废物利用的有效途径。生物质能清洁供暖指利用生物质原料及其转化燃料在专用设备中清洁燃烧供暖的方式,农村生物质供暖主要包括:排放达标的生物质热电联产和大型生物质锅炉等集中供暖,以及中小型生物质锅炉等分散供暖。生物质供暖技术主要包括:生物质能热电联产和生物质直燃供暖等。农村生物质能供暖主要路径如图所示。

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农村生物质能供暖示意图

目前农村主要以生物质直燃的方式来取暖,生物质的清洁高效燃烧主要涉及到生物质成型燃料加工技术、生物质燃烧特性以及污染物的控制等方面[4-5]。生物质成型技术可以将秸秆加工成密度满足要求的、具有规则形状的燃料产品,便于后续运输和燃烧。生物质燃烧技术存在燃烧不充分、利用率低、排放废气等问题,尤其体现在中国家用生物燃料炉[6]。合理的设计生物质燃烧装置可以提高能源利用率,减少废气排放量,保证燃烧效率,实现农村利用生物质清洁供暖的需求。

除此之外,还可以通过发酵等方式将生物质转化为气态和液态燃料以实现生物质清洁供暖。农村将作物秸秆和人畜粪便等生物质通过厌氧发酵反应来生产沼气[7]。产生的沼气通过输配管网输送到农户家中用于日常炊事和冬季取暖,并且生物质制沼气可以解决化石燃料燃烧引起的环境和气候变化等相关问题[8],实现可持续发展的供暖模式。

由于中国家用炉的污染物排放问题[6],中大型的生物质热电联产,生物质气化联产,生物质热解联产等项目因其相对较低的污染物排放以及较好的经济收益而得到大力发展。燃烧产生的灰粉可以加工成钾肥返田,该过程将农业生产原本的开环产业链转变成可循环的闭环产业链,是典型的资源综合利用和循环经济发展模式。


[1] 国家能源局.北方地区冬季清洁取暖规划(2017-2021)解读. 

[2]赵晴云,马若睛,周璐芸等.北方农村清洁供暖先行区农业废弃物的生物质能潜力及减排效应评估. 农业资源与环境学报,2022. DOI:10.13254/j.jare.2022.0297

[3]支国瑞,杨俊超,张涛等,我国北方农村生活燃煤情况调查、排放估算及政策启示.环境科学研究,2015,28(08),1179-1185. 

[4]李彦军, 生物质燃料成型技术发展现状研究. 现代商贸工业, 2021. 42(28): 第162-163页.

[5]刘荣等, 生物质燃烧技术研究现状. 农业工程与装备, 2022. 49(01): 第8-14页.

[6] Du, W., et al., Field-based emission measurements of biomass burning in typical Chinese built-in-place stoves. Environmental Pollution, 2018. 242: p. 1587-1597.

[7] Chhandama, M.V.L., et al., Valorisation of food waste to sustainable energy and other value-added products: A review. Bioresource technology reports, 2022. 17: p. 100945.

[8] Keerthana Devi, M., et al., Recent advances in biogas production using Agro-Industrial Waste: A comprehensive review outlook of Techno-Economic analysis. Bioresource Technology, 2022. 363: p. 127871


撰稿人:北京科技大学能源与环境工程学院副教授玄伟伟(北京市科协2020-2022年度青年人才托举工程被托举人)


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