东南大学马隆龙：保留生物质结构的终端产品或是生物燃料门路

  马隆龙是生物质能研究领域公认的领军人物，长期从事生物质能、热能利用和工业节能的研究和开发工作。马隆龙历任过中国科学院广州能源研究所所长、国家能源生物燃料研发中心主任、国家生物质能源产业技术创新战略联盟理事长，现任东南大学教授、中国可再次生产的能源学会生物质能专业委员会主任。

  除了众多知名履历外，马隆龙更是多项生物质燃料技术的开发者。其开发的生物质气化发电技术和木质纤维素生物航油技术，分别于2005年和2016年被联合国教科文组织评选为全球可再次生产的能源领域最具投资价值的十大领先技术之一。马隆龙早期开发的“农林废弃物气化燃烧能源化利用技术与装置”，于2008年荣获国家科学技术进步二等奖。其在生物质液体燃料方向开发的“木质纤维素生物质生产航空燃料联产化学品关键技术”，荣获2018年广东省技术发明一等奖。

  2016年，马隆龙曾在National Science Review*举办的一场论坛中发言，简明地厘清了生物质能源的价值：“与水能、风能和太阳能等更适合用来发电的能源相比，生物质能源更适合用作可再生燃料。目前，生物质可以被用作气体、液体和高密度固体燃料——前两种潜力更大，而且更适合人们现在使用的引擎。主体问题在经济性方面……”由此，本文也将围绕生物液体燃料重点展开。

  生物液体燃料最重要的包含生物柴油、乙醇汽油、生物航煤三大细分行业。这一些行业的发展，既有共性、也有差异。对于整个生物质燃料行业现状，马隆龙是这么描述的：“传统的生物质燃料发展状况都不大好，一个是原料限制，一个终端产品利用，都有瓶颈。生物质燃料重要的发展的新趋势就是往高品质、高的附加价值发展，不然覆盖不了成本。”

  简单来说，生物质燃料行业发展仍然卡在原材料处理费用高昂之处。在未来，团队除了将继续推动生物燃料技术的革新之外，还将重点布局生物基材料，并视其为新的突破口——“保留生物质结构的生物基材料，相对来说生产所带来的成本会低很多，产业化前景会更好”。

  如果用马隆龙老师的一句话概括生物质燃料行业的最新发展现状，那就是“普遍都不大好，但生物航油最具有发展前途”。

  生物质燃料作为一种供热来源，与石油燃料一样，大多数都用在电力、供热和运输三大领域。但生物质原料结构较为复杂、密度低，正是这些属性决定了生物质利用的难度。

  “生物质燃料不像石化资源，后者都是聚集在一起的。石化资源无论是直接用，还是加工炼化处理，成本很低。”马隆龙补充道，“你看国外燃料行业的发展状况，碳税政策是决定性因素。假如没有这个前提，我觉得生物质燃料行业将很难发展起来。”

  在生物质能源的若干研究方向，我国科学家研发的技术已占据国际领头羊，比如我国已经在2015年建立了国际首套百吨级秸秆原料水相催化制备生物航油示范系统。然而，掌握技术不是产业茁长发展的充分条件。仅凭着目前的技术，生物基产品在生产所带来的成本上仍然竞争不过石油基产品。

  “（两种来源的处理成本是）没法比的，唯一可比的就是可持续性和碳中和的利好政策。”马隆龙说。

  迄今为止，全球主要国家的各生物质能源项目已小有名气，如美国的玉米乙醇、巴西的甘蔗乙醇、北欧的生物质发电、德国的生物燃气等产业加快速度进行发展，但总的来说，生物质利用作为继煤、石油、天然气的第四大资源仍处于起步阶段，发展道路还很长。

  例如燃料乙醇领域，我国企业现已掌握纤维素制乙醇和淀粉制乙醇两条技术路线，实际生产中以后者居多。自2020年以来，伴随着我国玉米仓库存储下降，乙醇价格低迷，导致2021年我国燃料乙醇加工公司两端受挤压、亏损不断。（具体可参考2022年10月刊生物质资源利用专刊）

  生物柴业的发展也并不如人意。据马隆龙介绍，生物柴油技术相对成熟，能够产业化，“十二五”期间国内曾诞生了很多生物柴油企业，但后期因亏损接连倒闭。

  “传统的生物质燃料发展基本都遇到这一种的瓶颈，一个是原料限制，二是终端产品使用性问题。”关于行业发展受阻的原因，马隆龙如此概括道。有限的原料供应会拉高生产所带来的成本，欠佳的油品将劝退使用需求。“棕榈油、地沟油、小桐子油等，它们的量有限，做生物柴油根本划不来。另外，产品的主体问题是油品含氧量量高，品质低。虽然现在还有一种产品叫绿色柴油，即生物柴油进一步脱氧，但技术成本高。”马隆龙表示。

  打不过低端产品，那就向高端应用方向延展。“目前生物质燃料重要的发展的新趋势就是往高品质、高的附加价值发展，不然覆盖不了成本。”马隆龙说。

  生物质航煤项目即上述高端应用领域的应用案例之一。2016年左右，马隆龙团队开发的木质纤维素生物质生产航空燃料联产化学品关键技术已可实现利用10吨原料生产1吨航空燃料，生产所带来的成本约1万元每吨，产品质量均达到美国ASTM-D7566标准的全部指标。在当时国内油脂原料短缺的情况下，该技术受到不少农业大省及企业的青睐。

  2017年和2020年，黑龙江中科良大生物燃料科技开发有限公司和克拉玛依森禾生物能源科技有限公司合作分别依托马隆龙团队技术，启动秸秆制生物航油及高值化学品品项目。不过令人遗憾的是，受包括新冠疫情等多种因素影响，这些项目遭遇了不同程度的停摆和拖延。

  据马隆龙介绍，黑龙江项目由于后期当地民企没资金继续投入，项目最终黄了。内蒙古克拉玛依项目则已完成地下和地面基本的建设，不过受疫情影响，目前施工推延太多。

  马隆龙指出，在生物航油中，目前只有油脂航油具备产业化基础，并且在国内完成了试飞和商业飞行的验证。而在国内，这一块项目只有实力丰沛雄厚的中石化和中石油在推进。

  2017年1月3日下午，由中国科学院广州能源研究所与哈尔滨良大实业有限公司合资成立的黑龙江中科良大生物燃料科技开发有限公司在花园邨宾馆举行揭牌仪式。该项目初步设计为两个阶段：第一阶段项目厂址为双城区杏山镇顺利村，建设千吨级生物航油技术中试；第二阶段项目拟实施地位哈尔滨市通河县，建设万吨级成生物航油产业化示范项目。预计2017年4月底完成施工设计、2018年4月项目验收。2022年10月14日，该企业已注销。图片来自：良大集团官微。

  “地面交通和航运可通过电和氢气，但航空领域的碳减排只能靠生物航油。欧洲在这方面推进较快。”马隆龙说。

  航空业是全球十大温室气体排放行业之一。尽管电动飞机存在广泛的应用潜力，但在商用飞机的使用场景，目前还没有能和燃油系统相提并论的动力系统。使用生物质航油的优点是，不需要对飞机及发动机进行改装。

  不过，生物航油的发展也遇到一些阻碍。受疫情影响，航空业景气度低，航空公司亏损严重，愿意支付溢价购买“可持续航空燃油”的买家自然缩减。

  据马隆龙称，团队技术生产的生物航煤成本约为石油基航煤的1.5倍。这或许也是上文提及项目遭遇滑铁卢的原因之一。

  2020年9月28日上午，农林废弃物制备生物航油联产高值化学品项目开工奠基仪式在克拉玛依市高新区举行。该项目依托马隆龙团队的有关技术，由当地企业森禾生物能源科技有限公司承接。项目投产后，预计每年消耗当地农业废弃秸秆15000吨，有望实现年产生物航油1080吨，并联产糠醛、乙酰丙酸等高值化学品1000吨。图片来自：中科院广州能源所官微。

  2021年，我国石油和天然气对外依存度分别为73%和45%，国家能源生产与消费旧呈现以煤炭为主、多能互补的结构。从马隆龙团队生物航油项目跌宕的发展历史可见，燃料行业想要逐步减碳，该过程注定无法毕其功于一役。

  回望过去一年，我国生物质燃料行业也持续发生着重要变化。2022年5月10日，国家发改委印发中国首部生物经济五年规划《“十四五”生物经济发展规划》。2022年6月和9月，中国石化镇海炼化的生物航煤分别获SCS认证和我国适航批准，由此可打入全球市场……这些均是重要的行业里程碑。

  2020年8月，镇海炼化建成我国首套生物航煤大型工业化装置，装置以餐饮废油为原料，年设计加工能力为10万吨，采用中国石化自主知识产权的生物航煤生产技术（SRJET）。2022年12月15日，首次加注中国石化镇海炼化生物航煤的中国国际货运航空波音777型货机经12小时飞行，从杭州飞抵比利时。这也是今年我国自主研发生物航煤首批规模化生产以来，国际货运航线首次开启可持续燃料绿色航空。图片来自：镇海炼化官微。

  据马隆龙介绍，与他国横向比较，我国的非粮生物质燃油已发展到很高水平。我国农林废弃物生产的高品质生物柴油、汽油和航空煤油，其标准已被欧盟认可，因此国内有较多的生物质燃料被销往欧洲。

  马隆龙认为，转化成本高昂，终端产品价格低，是行业当前发展的矛盾所在。“生物质转化提质过程涵盖了复杂的多尺度、多物理化学过程，譬如生物质复杂的化学结构在反应中的催化断键机制、热化学转化过程的多孔介质多相反应流、复杂的产物分离过程等。目前，新型高效催化剂的开发、转化过程热质传递以及更高原子效率的反应路径是领域内的研究热点。”马隆龙说。

  可以说，生物质燃料行业发展依旧卡在原材料处理费用高昂之处，但马隆龙团队仍将继续推动生物燃料技术的革新——该团队于2022年立项了纤维素规模化制备航油和生物质制备特种燃料JP-10的项目，将形成生物燃料规模化制备的新方法与技术。

  而在燃料之外，团队还将进一步布局功能生物基材料和高值化化学品，以期尽早实现更多产业化成果。“相对来说，生物基材料和高值化学品比生物质燃料更有产业化前景，尤其是石化路线难以生产的化学品。比如功能纳米纤维素、功能活性炭，其产成品将保留生物质结构，生产所带来的成本会低很多。它们产业化的难点无非是基于用途进行功能改性。”马隆龙表示，相关研究工作已在团队内开展两年。

  “可以肯定的是，可再次生产的能源将成为未来人类社会持续健康发展的核心动力。我们应该坚持守正创新，才能把握时代、引领时代。”马隆龙总结道。

  [1]生物质能研究现状及未来发展策略，《中国科学院院刊》，2019年4月

  [3]NSR论坛｜缺少长期目标是中国清洁能源发展巨大障碍，知识分子，2016年3月7日

  [4]农林废弃物制备生物航油联产高值化学品项目开工奠基仪式在克拉玛依举行，中国科学院广州能源研究，2020年10月1日

  [5]镇海炼化生物航煤实现绿色国际货运首飞，中国石化镇海炼化公司，2022年12月16日

  [6]“十四五”能源产业何处去？7位院士专家有线]新技术为我省秸秆高值化利用开辟新途径,秸秆制生物航空燃油千吨级中试项目开工，

  [8]载人航天、生物能源领域两大巨匠现身，南京大数据产业协会，2020年6月11日