顆粒在線訊：自2011年福島核災(zāi)難以來，日本對石油、煤炭和天然氣等化石能源的依賴顯著增加。為了減少對不可再生的化石能源的嚴(yán)重依賴，日本對非核可再生能源，特別是生物質(zhì)能源的興趣急劇增長。日本前首相菅義偉(Yoshihide Suga)在2021年宣布，到2050年，日本將把溫室氣體排放減少到零，這表明日本對電網(wǎng)脫碳的國家承諾是顯而易見的。日本政府還下令，最快在2030年關(guān)閉約100家效率低下的燃煤電廠。菅義偉表示，日本將“最大限度地利用可再生能源和其他非碳能源！”

　　盡管現(xiàn)任首相岸田文雄(Fumio Kishida)宣布，由于能源成本上升，將重啟許多閑置的核電站，但日本公用事業(yè)部門仍需要煤炭替代燃料來延長高效燃煤電廠的使用壽命。此外，許多工業(yè)燃煤鍋爐運營商很快就需要煤炭替代燃料，否則它們可能會被關(guān)閉。碳化木屑顆粒，也被稱為生物煤，由于其化學(xué)和物理性能更接近于煤，是一種很好的煤替代品。由于生物煤優(yōu)越的網(wǎng)格化特性和更高的能量密度，相當(dāng)一部分(50%或更多)碳化顆?？梢杂糜诠踩?，而無需對現(xiàn)有的燃煤火電廠進(jìn)行重大改造。最后，由于生物煤的運輸和處理特性與煙煤相當(dāng)，它作為煤的替代燃料引起了越來越多的興趣。

　　出光綜合株式會社是日本三大煤炭進(jìn)口商之一，其國內(nèi)和海外煤炭年銷售額合計為2000萬噸(MT)，該公司的目標(biāo)是到2030年進(jìn)口300萬噸生物煤，以滿足市場對碳中性燃料的初步需求。日本的主要電力公司、煤炭進(jìn)口商和日本政府決策者正在審查生物煤市場的發(fā)展。世界上是否有足夠的獨立認(rèn)證的、持續(xù)可用的纖維來以每公噸合理的成本生產(chǎn)生物煤？此外，由于生物煤生產(chǎn)所需的熱量比白色顆粒高得多，這是否會對生物煤作為煤的良好替代品的碳生命周期分析產(chǎn)生負(fù)面影響?

　　以下是美國西部森林如何在未來幾年生產(chǎn)生物煤，以實現(xiàn)滿足日本市場需求而實現(xiàn)盈利的策略。

　　長期、可持續(xù)利用的生物質(zhì)

　　一百多年來，人們一直在撲滅各種火災(zāi)，包括自然的、低強(qiáng)度的火災(zāi)，這導(dǎo)致了美國西部許多不自然的茂密森林，這些森林有發(fā)生嚴(yán)重野火的危險。美國林務(wù)局正在進(jìn)行森林恢復(fù)治療，例如在8000萬英畝的土地上進(jìn)行間伐、清除灌木叢和規(guī)定的焚燒，其中大部分在西部。僅加州就制定了到2025年每年處理100萬英畝森林的目標(biāo)，以擴(kuò)大森林間伐和規(guī)定的滅火工作。根據(jù)加州森林管理特別工作組制定的《野火和森林恢復(fù)行動計劃》，這些治療措施旨在“減少大型災(zāi)難性野火造成的長期溫室氣體排放和有害空氣污染”。

　　加州和其他幾個西部州正在進(jìn)行或計劃進(jìn)行的大量間伐工作將產(chǎn)生大量的生物質(zhì)，其中大部分沒有市場，因此被成堆的焚燒。與野火的情況一樣，這些燃燒會向大氣中排放有害的細(xì)顆粒物，寬度為2.5微米或更小(PM2.5)。在西部農(nóng)村地區(qū)，這已成為人們?nèi)找骊P(guān)注的問題。它們的實施成本高、耗時長，每英畝要花費1500美元或更多。

　　選擇性森林間伐和碳儲量增加

　　越來越多的研究表明，有選擇地間伐儲量過剩的森林有多重好處。亞利桑那州自然保護(hù)協(xié)會(Nature Conservancy)出版的《我們的燃燒挑戰(zhàn)：恢復(fù)我們的森林》(Our Burning Challenge: Restore Our Forests)中寫道：“在氣候變暖的情況下，砍伐減少了對水的爭奪，使樹木生長得更快，儲存更多的碳，更能抵御干旱和蟲害。科學(xué)和專業(yè)的消防證據(jù)表明，如果在野火發(fā)生之前就完成了疏林工作，火災(zāi)的嚴(yán)重程度就會降低，在某些情況下，對社區(qū)的破壞就可以避免?！?/p>

　　生物質(zhì)殘基生物煤（Residual-Based Biocoal）

　　生物煤技術(shù)提供商HM3 Energy Inc.利用伐木和減薄作業(yè)后留下的生物質(zhì)殘渣開發(fā)了其碳化技術(shù)，而不是使用整根原木生產(chǎn)的清潔木屑。這種專注于在示范工廠測試中使用森林廢物的做法幫助該公司在2019年贏得了美國林務(wù)局木材創(chuàng)新贈款。

　　這項撥款工作提供了預(yù)算設(shè)計工作，以確定亞利桑那州北部一座每年5萬噸(MTPY)生物煤工廠的建設(shè)成本。北亞利桑那大學(xué)生態(tài)恢復(fù)研究所對可持續(xù)生物質(zhì)可用性和運輸物流進(jìn)行了研究，而科科尼諾縣幫助確定了生產(chǎn)設(shè)施的地點，最終可達(dá)到10萬噸/年的產(chǎn)能，并可通過BNSF鐵路將生物煤通過加利福尼亞的一個港口出口到日本。

　　贈款工作確定，在亞利桑那州北部幾個潛在地點的合理運輸距離內(nèi)，從黃松和刺柏的收獲和間伐作業(yè)中至少可以獲得足夠的持續(xù)可用生物質(zhì)。亞利桑那州北部的聯(lián)邦森林計劃在未來20年里砍伐150萬英畝的樹木。如果每英畝只保留50棵樹，這將導(dǎo)致每年砍伐225萬噸林木，這些都可被轉(zhuǎn)化為生物煤。

　　生物煤將像煤炭一樣，用敞開式鐵路車廂運到斯托克頓港。從那里，它將被出口到日本的一家發(fā)電廠，該發(fā)電廠通常坐落在海岸邊，有自己的港口，在那里，它們將像煤炭一樣無遮擋地儲存。

　　作為資助工作的一部分，HM3能源公司比較了日本使用白色顆粒和使用HM3技術(shù)生產(chǎn)的生物煤作為煤炭替代燃料的成本。較低的運輸和處理成本大大沖抵了生物煤較高的生產(chǎn)成本。此外，燃煤電廠不需要像使用白色顆粒那樣進(jìn)行昂貴的改造，比如建造儲存筒倉或單獨的供料系統(tǒng)來處理纖維顆粒。當(dāng)燃燒時，白色顆粒不會產(chǎn)生與生物煤相同的蒸汽溫度，這會導(dǎo)致鍋爐效率低下。

　　總體而言，HM3在2021年的撥款工作確定，在亞利桑那州北部使用其技術(shù)的10萬噸/年工廠能夠以每吉焦11.58美元的價格向日本燃煤電站輸送生物煤，而白色顆粒的成本為每吉焦13.15美元。

碳化生物質(zhì)顆粒

　　碳生命周期分析

　　華盛頓大學(xué)環(huán)境與森林科學(xué)學(xué)院對生物煤進(jìn)行了一系列綜合生命周期評估(LCA)，記錄了從搖籃到墳?zāi)固崛∩镔|(zhì)并將其轉(zhuǎn)化為生物燃料替代品的環(huán)境足跡。從原料提取、運輸?shù)缴a(chǎn)設(shè)施、加工、運輸顆粒到航運港口(在華盛頓或俄勒岡州)，以及通過海運到日本港口的排放都包括在內(nèi)。當(dāng)?shù)氐奈廴?，以及對空氣質(zhì)量、水和土壤的影響也被考慮在內(nèi)。然后，將日本一家生物能源工廠的剩余生物質(zhì)木屑顆粒發(fā)電的總LCA與燃煤發(fā)電的LCA進(jìn)行比較。

　　該研究得出的結(jié)論是，與煤炭相比，用殘渣生產(chǎn)的顆粒平均減少了90%的溫室氣體排放。評估指出，在生物能源設(shè)施等受控環(huán)境中燃燒的生物質(zhì)向大氣排放的污染物比露天燃燒(如規(guī)定的燃燒或野火)少95%?！霸诳紤]到所有的顆粒物、收獲、加工、當(dāng)?shù)睾蛧H運輸?shù)呐欧藕?，收獲的以砍伐為基礎(chǔ)的顆粒減少了88%的PM2.5，這些清潔空氣的好處大部分都流向了當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)?！痹撗芯窟M(jìn)一步得出結(jié)論，碳化顆粒(生物煤)的生產(chǎn)所帶來的略高的碳影響被其高效的長距離運輸所緩解。

　　結(jié)論

　　美國西部已經(jīng)并將在未來幾年繼續(xù)擁有大量可通過間伐和收獲作業(yè)采集的可持續(xù)生物質(zhì)。為了減少發(fā)生非自然嚴(yán)重野火的風(fēng)險，恢復(fù)森林的健康，使它們更好地吸收和儲存碳，計劃在數(shù)百萬英畝的森林范圍內(nèi)開展森林減薄行動。利用生物質(zhì)殘渣進(jìn)行生物煤生產(chǎn)將有助于降低管理成本，減少堆燒，改善空氣質(zhì)量，減少碳排放。在許多情況下，特別是在西部各州，生物煤可以經(jīng)濟(jì)地出口到日本，以取代煤炭，并大大減少其碳足跡。

　　作者：Hiroshi Morihara，HM3能源公司首席執(zhí)行官

來源：新能源網(wǎng)