本文为孙轶斐教授在“2022中国农村发展学会乡村规划专委会年会（首届）”

发言的主要内容

孙轶斐，北京航空航天大学能源与动力工程学院教授、

中国农村发展学会乡村规划专委会副主任委员

随着全球经济的发展和城市化进程的加剧，一次能源的使用带来了能源危机和环境污染问题。一次能源逐渐消耗，急需可替代能源。我国主要依赖煤炭的能源结构，与全球能源结构存在较大差异，因此在碳中和碳达峰的目标下，我国需进行能源结构的调整，实现在2060年非化石能源占比超过85%。

 温室气体主要成分为CO2，超过温室气体排放总量的75%。2021年，全球二氧化碳排放量约为330亿吨，减排量约为15亿吨，因此，尽管全球各国加大减排力度，但是碳减排量不足碳排放量的5%，导致全球CO2总排放量仍保持上升态势。因此，从能源燃料源头上控制碳排放至关重要。另一方面，我国固体废物产生量巨大，2020年各种统计数据显示未计入统计的无序产生量超过80亿吨，农村产生的秸秆和禽畜粪便40亿吨。这巨大量的固体废物中，工业废物、城市污泥、禽畜粪便、农林秸秆等生物质废物的比例占 60～70%，如果将生物质废物进行资源化利用，在实现固体废物处理处置的同时，能够实现碳负性生物质中碳资源的转化和利用，对于双碳战略具有重要意义。

目前，生物质废物主流转化技术有物理转化、热化学转化和生物转化三种。基于双碳目标、能源需求和商业应用综合考虑，生物质未来主流转化技术必须同时满足高值化、高效化、清洁化生产要求。在生物质三大主流处理技术中，物理转化能源产品的品味低，不具备高值化要求，且无法生产液体和气体燃料；生物转化运行加工时间较长，同时会产生二次废物-废水，不具备高效化和清洁化要求；反之，热化学转化兼具高值化、高效化与清洁化优势，将是生物质未来主流发展技术。

在生物质废物热解/气化研究方面，我们开发了功能性金属催化剂，采用高温熔融法制备晶格限域金属单位点催化剂，采用浸渍法或共沉淀法制备传统金属负载型催化剂，采用水热法制备分子筛催化剂，其目的是调控金属或金属氧化物的存在形式。从EXAFS的结果可以看出，当Ni负载量为0.5%时，没有Ni-Ni键，只有Ni-Si键，证明了Ni以单位点形式存在，而其中配位不饱和Ni能够促进焦油分子C-H键解离。催化效果结果表明，甲苯转化率大于90%，表现了催化剂良好的抗积碳性能。非连续金属表面通过抑制中间产物深度脱氢提高其抗积碳性能。

生物质热解气化过程中，不可避免的产生大量焦油，这是该技术不能大规模产业化应用的瓶颈问题。我们通过秸秆热解产物的分析得知，PAHs是焦油的主要成分之一。三维荧光的表征结果显示多为1-3环的芳香烃/多环芳烃。另外，低温等离子体技术是在外加能量作用下电子脱离轨道，产生自由电子和正电荷，同时生成很多自由基等活性物质从而发生系列反应。本研究利用低温等离子体耦合催化技术，进行六种焦油（糠醛、苯、甲苯、萘、芴和蒽）的等离子体催化重整，系统对不同焦油都表现出良好的催化性能，适用于多级焦油的高效定向转化。在热催化水汽重整体系中，采用Ni改性ZSM-5分子筛作为催化剂，表现出了良好的催化活性、稳定性和抗积碳失活性能。萘与部分分散在ZSM-5表面的金属Ni作用，发生裂解、开环等反应，生成小分子量中间产物。产物进入分子筛孔道与孔道内部分散的金属Ni作用，在水蒸气的作用下发生重整反应，生成H2、CO、CH4、CO2等小分子气体。

化石能源的日益消耗以及化石能源利用过程中日益加剧的气候和环境问题，推动了世界范围能源结构的转型。通过热解/气化技术和产物定向调控技术，生物质废物用来制备高附加值化学品，生物油，生物炭和生物气。既能够缓解当前的能源危机，同时其中的C源，在传统固体废物处理处置中将生成CO2，通过热解气化技术减少CO2排放量。因此，探索生物质热解/气化中的科学问题，解决瓶颈技术，在处理固体废物的同时，能够发展可再生能源，为碳中和做出贡献。