欧洲能源研究联盟发布生物能源战略研究与创新议程

  

        321日,欧洲能源研究联盟(EERA)发布《生物能源战略研究与创新议程》,确定了2030年及以后的欧洲生物能源研究创新的优先事项,旨在最大程度发挥生物能源在能源脱碳中的作用,加速推进战略能源技术规划(SET-Plan)实施,促进能源系统转型[1]。本议程共提出5个优先开展的研究领域子计划:生物质可持续生产;生物质热化学转化制备生物燃料和生物基产品;生物质生化转化制备生物燃料和生物基产品;固定式生物能源利用;生物能源的可持续性、技术经济分析和公众生物能源知识普及。在本次发布的议程中仅介绍了前4个子计划,第5个子计划将在之后发布的版本中阐述。前4个子计划的具体内容如下。

  一、生物质可持续生产

  本领域的研究重点是最大限度扩大生物质转化工厂的生物质资源来源,提供安全和灵活的供应,提升原料质量,降低环境影响和原料成本。

  1、林业生物质

  1)提高林业生物质产量:培育多样性树木和新型物种;扩展知识并使用新的管理实践和策略;改进采伐和运输技术;开发林业可持续管理方法。

  2)开发支持生物质市场供应的工具:分析供需因素以及其相互关系;运输和物流数字化转型以提高林业生物质生产的经济效应。

  3)通过经济、人文和社会科学推动林业部门的发展:调整激励措施和法规;欧洲林业系统的案例研究及利用。

  2、农业生物质

  1)提高对农业生物质的了解:增加对粮食作物和残留物利用的认识;增加对木质纤维素作物的认识;增加对生物精炼系统中使用豆类作物的知识;设计和优化结合不同作物的创新系统。

  2)优化原料供应系统和物流链:改善作物光合作用;设计合适的植物特性和环境性能;开发生物能源种植系统模型;优化供应链和物流。

  3)评估生物质农业生产系统和公共政策的影响:生物能源生产整个价值链的生命周期分析(LCA);分析认证计划和政策框架的影响;生物能源系统部署方案和案例研究分析。

  3、藻类生物质

  1)菌株(生物多样性筛选或菌株基因工程):选择和优化能够提高总体过程效率的菌株;用于工业生产的高产量菌株的选择和优化;用于工业户外生产的抗污染菌株的选择和优化。

  2)微藻照明和收获过程的创新:低成本和低能耗收获;开发用于大规模生产的强化光生物反应器;开发从气体和液体排放物中生产微藻

  3)海藻种植创新:开发先进培养基材;开发自动化收获系统;开发稳定的存储和物流链。

  4)系统集成:开发从气体和液体排放物中生产微藻;有价值副产品的联合回收;开发流程模型,与整个生产链的经济和LCA模型相结合。

  4、生物质废弃物

  1)增加从生物质废弃物获取能源的可能性:改进废弃物原料准备;扩大废弃物原料的使用;项目规划和工程。

  2)反应机理及相关环境影响研究:生物、化学和物理机理及其相互作用研究;计量需求及新型数字工具开发;废弃物转化对气候、水、空气质量、气味、土壤的正面及负面影响研究。

  3)开展废弃物使用验收的组织研究:经济风险和新型商业模式分析;实施废弃物转化技术的社会障碍和激励措施研究。

  二、生物质热化学转化制备生物燃料和生物基产品

  本领域研究重点是提高效率、降低温室气体排放和成本,重点关注开发一次热化学转化工艺、下游加工工艺以及先进生物燃料和中间体价值链。

  1、生物质热化学工艺开发

  1)生物质气化:改善气化炉性能;提高原料灵活性;优化产品气体成分用于下游加工;开发创新气化工艺。

  2)生物质热解:改进工艺性能以提高生物质原油质量;扩展原材料来源,开发更廉价的低质量原材料;开发新模型以促进工艺机理研究。

  3)生物质碳化:提高固体生物能源载体质量;扩展原材料来源,处理低质量原料;采用热/蒸汽处理工艺开发新的高附加值产品。

  4)生物质水热处理:基本机理研究;优化反应器和工艺,扩大规模;开发水热工艺的通用/标准数据分析报告方法。

  2、下游产品加工

  1)气体净化:优化单个气体净化工艺;开发集成气体净化系统;改进取样、测量和控制技术。

  2)气体调节和提纯及产品回收:生物质调节/提纯工艺的改进,或开发更耐污染物的替代工艺;改进催化剂/吸附剂再生过程,开发废催化剂/吸附剂利用和再循环;开发产品分离方法。

  3)生物质原油净化、调节和升级:生物质原油净化与调节;开发和测试高效液体提纯催化剂;开发废水处理和利用技术,包括副产品回收。

  4)固体产品调节和提纯:生物焦的分离/纯化和表征;生物焦提纯(如活化、致密化等)和利用的评估。

  3、先进生物燃料和中间体价值链

  1)基于气化的先进生物燃料生产:优化基于气化的生物燃料生产系统;开发商业生物燃料化学品/材料联合生产技术;利用可再生氢气和生物质碳捕集开发基于气化的集成生物燃料生产技术。

  2)基于热解的生物油和先进生物燃料生产:整体系统优化和验证;燃料和化学品联合生产;集成优化。

  3)基于热/蒸汽处理的固体生物能载体生产:开发集成非能源联产品的智能系统设计;通过集成优化系统设计。

  三、生物质生化转化制备生物燃料和生物基产品

  本领域研究重点是生产先进生物燃料的生化及化学工艺和技术,以及从木质纤维素生物质中生产沼气、合成气、氢气等生物基产品。

  1、细胞工厂和酶

  1)新型酶和酶性能:开发用于生物基化学合成和生物燃料合成的酶;生物木质素解聚;提高用于木质纤维素生物质预处理的半纤维素酶的效率。

  2)提高微生物和藻类细胞工厂现有生化途径的效率:非偶联生长和发酵;提高辅助代谢途径的通量;开发用于将合成气转化为液体生物燃料和其他生物基产品的工程微生物菌株;研究用于人工光合作用的微生物和酶。

  3)通过新的途径开发新型微生物系统,包括联合生物加工微生物和混合培养物的设计:木质纤维素水解发酵制备燃料;作为新型生物燃料平台的乙醇的联合生物加工生产;用非常规酵母提高替代柴油和喷气燃料的长链脂肪酸的生产过程的碳转化效率。

  2、原料制备、解构和分馏

  1)提高现有生物质分馏技术的效率:提高当前生物燃料工厂的转化率和能源效率,最大限度地减少木质纤维素生物质预处理对环境的影响;藻类分馏。

  2)开发新型分馏技术,包括合成气及其他气体的净化:开发生物质分馏的新破坏性方法;开发用于沼气净化和提纯的固体材料。

  3、生物化学和/或化学转化制备先进生物燃料和生物产品

  1)提高乙醇、高级醇、脂肪酸、碳氢化合物和氢气的生物过程效率:提高工业酵母和细菌对木质纤维素水解液中抑制物的耐受性;生物过程集约化。

  2)提高(生物)催化剂将生物产品提纯为先进生物燃料的效率:生物质水解产物的直接催化提纯以生产烃类生物燃料;从发酵液中催化提纯制备生物制品。

  3)提高从合成气、H2/CO2发酵到生物燃料和/或生物能载体生产的碳转化效率:用于气体发酵的新型生物反应器;提高原料合成气下氢和CO发酵细菌的发酵速率和耐受性;藻类或细菌生产生物氢或生物甲烷。

  4)侧流回收:通过生物和/或化学转化回收生物燃料植物中的半纤维素;通过生物和/或化学转化回收生物燃料植物中的木质素;其他生物精炼侧流回收。

  5)基于生物化学的生物精炼集成:开发原位产品回收(ISPR)技术;开发生物化学生物炼油厂LCA子模型;将侧流与先进的生物燃料工厂整合或改造现有的能源和/或工业工厂。

  四、固定式生物能源利用

  本领域研究重点是开发高效、灵活、可负担、环保的热、电、冷联产系统,涵盖从小型住宅到大型电厂所有规模。

  1、住宅/家庭供暖和制冷,包括微型热电联产(CHP

  1)住宅可再生供暖和制冷:用户/客户行为及需求;开发家用木材加热器;集成生物能的综合能源系统。

  2)生物质微型CHP:定制燃料;零排放建筑的CHP技术;新型集成/混合/联合能源系统,如智能热电网中的多燃料生物CHP

  3)生物质冷热电联产(CCHP):采用低成本载体提高经济效益;低成本废热发电和制冷的新技术路线;为住宅建筑提供经济有效的供暖和制冷分配。

  4)排放:开发新的或优化现有CCHP降低排放的主要和次要措施,以减少NOxSOx和颗粒物;开发经济有效的测量和诊断技术。

  2、中大型热电冷联产(CHCP

  1)通过灵活性促进能源系统脱碳:改进CHCP性能提高灵活性;灵活的CHCP用于发电、供热和制冷;生物质燃烧混合系统和生物碳捕集、利用与封存。

  2)数字化和先进运行:中型CHCP120兆瓦)的智能运行和全自动控制;将供热厂升级为热电联产;先进的排放和空气污染控制。

  3低质燃料和循环经济:灵活的固体和液体生物燃料处理、储存和供料;循环经济和固体残留物管理。

  3、大型化石燃料电厂和生物炼制能源岛的转型

  1)大型化石燃料电厂转型:发电厂全面改造;灵活高效运营。

  2)用于加热和发电的生物精炼厂残渣加工:将生物精炼厂残留物提纯为能源载体以及用于加热和发电;通过一次生物精炼工艺改善残留物质量。

  3)生物炼制能源岛的系统和工厂设计:将现有的发电厂和CHP整合到生物精炼和更大的工业环境中;通过一次生物精炼工艺改善残留物质量。                                               (岳芳)

  

 

  


 

  

[1] Strategic Research and Innovation Agenda. http://www.eera-bioenergy.eu/wp-content/uploads/pdf/EERABioenergySRIA2020.pdf

原文始发于:欧洲能源研究联盟发布生物能源战略研究与创新议程

 

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