近年来，车用乙醇汽油正在全国范围内推广。然而，当前我国生物燃料乙醇近九成的原料是玉米。近日发布的《新时代的中国能源发展》白皮书要求，坚持不与人争粮、不与粮争地的原则，严格控制燃料乙醇加工产能扩张，推进非粮生物液体燃料技术产业化发展。
那么，燃料乙醇和钢铁工业减排有什么关联？记者了解到，全国唯一一家气体生物发酵制燃料乙醇的企业——北京首钢朗泽新能源科技有限公司（以下简称“首钢朗泽”）将钢铁行业等工业尾气转化为燃料乙醇、蛋白饲料、天然气，年产4.5万吨燃料乙醇项目，每年可实现二氧化碳减排15.3万吨。
记者近日走进河北首朗新能源科技有限公司（下称“首钢朗泽河北公司”）的全球首套钢铁尾气大工业化项目，一探究竟。
用菌体将工业尾气“吃干榨净”
在位于河北唐山曹妃甸的首钢朗泽河北公司厂区，6个巨大的罐体比肩矗立，管道穿梭其间。“这里面流动的是一氧化碳。发酵罐里的菌体‘吃’的是钢铁尾气中的一氧化碳，产物为乙醇，不但反应速度快，而且反应条件温和。”首钢朗泽河北公司总经理莫志朋告诉记者。
据莫志朋介绍，首钢京唐公司的工业尾气经过预处理后送至首钢朗泽的生物发酵装置，经发酵、蒸馏脱水后产出浓度大于99.5%的燃料乙醇，同时分离出高品质的菌体蛋白，可作为高端水产蛋白饲料原料；产生的污水还可用于生产沼气，再经提纯后用于生产压缩天然气（CNG）。整个工艺流程所产生的废水还可处理回用，发酵尾气变成蒸汽用于蒸馏，从而实现钢厂废气资源的综合利用。
这样“吃干榨净”式的循环模式来自于先进的气体生物发酵技术。据了解，2011年，首钢朗泽引进世界最为先进的气体生物发酵技术，并获得国家环保部技术转化专项资金支持，从实验室走向中试。2013年1月，全球规模最大、流程最全的300吨中试装置首次试验成功，同年8月，项目通过国家环保部组织的专家组验收。
在中试成功的基础上，首钢朗泽河北公司全球首套钢铁尾气大工业化项目年产4.5万吨燃料乙醇项目于2016年获得河北省发改委立项核准后，2018年5月建成投产，燃料乙醇产品目前已稳定供应河北的中石油、中石化等企业。同年8月，国务院常务会确定钢铁工业尾气制乙醇项目进入国家生物燃料总体布局，并开展产业化示范。
成功运行后的大工业化项目也得到了行业和专家的认可。2020年8月，中国循环经济协会组织以中国工程院院士金涌为组长的专家组对“钢铁工业尾气生物发酵法制燃料乙醇系统工艺集成研究及其工业化应用”在科技成果评价会上做出结论：项目“在工业尾气利用方面属国际首创”；9月，北京金属学会组织以清华大学教授胡山鹰为组长的专家组对该项目的科技成果进行评价，一致认为项目成果总体达到国际领先水平。
“截至目前，首钢朗泽共拥有自主知识产权近100项，其中发明专利50余项，项目获得了2018—2019年度国家优质工程奖。”莫志朋说。
能源利用效率可提升1倍
据了解，钢厂尾气中，转炉煤气一氧化碳含量高达50%，钢铁企业要么用于发电，要么直接燃烧供热，利用方式较为单一，产品价值低不说，还带来环保压力。相比之下，工业尾气用于制乙醇、蛋白粉等，产品附加值高于前者。
然而，工业尾气制燃料乙醇此前在全国没有规模化生产先例，究竟划不划算？
“传统粮食发酵方法，大约3吨粮产1吨燃料乙醇。受制于粮食原料不足以及粮价攀升，粮食燃料乙醇生产成本居高不下。首钢朗泽气体生物发酵制燃料乙醇与粮食制燃料乙醇相比，综合成本降低约30%。”首钢朗泽河北公司常务副总经理宋庆坤介绍。记者还了解到，与钢铁工业尾气燃烧发电相比，生物发酵制乙醇产值是发电的2倍以上，经济效益是发电的3倍，能源利用效率提高1倍以上。
再来算算环保账，用工业尾气制燃料乙醇，对碳减排的贡献有多大？
据了解，我国钢铁工业碳排放量约占全球钢铁工业碳排放超过50%，占全国总碳排放量的15%左右，在国内所有工业行业中位居首位。
而利用钢铁工业尾气每生产1吨燃料乙醇可实现二氧化碳减排1.9吨，燃料乙醇产品应用到汽油中还可实现二氧化碳二次减排1.5吨，综合二氧化碳减排量为3.4吨/吨乙醇。该公司年产4.5万吨燃料乙醇项目年可利用转炉气约3.6亿标立方米，这也意味着，年实现二氧化碳减排15.3万吨。
将在西部地区重点推广
在碳减排成为国家承诺的当下，持续增长的车用乙醇汽油市场需求对燃料乙醇的产量带来了挑战。
我国是全球第三大燃料乙醇生产大国，但年产燃料乙醇不足300万吨。国家发改委、国家能源局等15部委2017年联合发布《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的实施方案》指出，到2020年在全国范围内推广使用车用乙醇汽油，基本实现全覆盖。据预计，未来全国的生物燃料乙醇需求量将达到1300余万吨。
一方面是燃料乙醇的巨大缺口，另一方面，我国工业尾气资源丰富，钢铁冶金（铁合金）、石化炼油、电石、磷化工等行业每年产生1.2万亿立方米含一氧化碳工业尾气，若利用10%进行高效清洁利用，每年即可生产燃料乙醇约1000万吨。
“尤其在钢铁冶金工业密集的西北、西南地区，原料气、电、水、土地成本均低于河北地区，用生物发酵工艺生产燃料乙醇，优势将更加明显。”莫志朋表示。
据悉，首钢朗泽已在宁夏、贵州等地与当地钢铁、冶金相关企业合作，其中首钢朗泽宁夏公司的全球首套铁合金尾气年产4.5万吨燃料乙醇项目目前已进入单机调试阶段，预计2021年4月投产。“十四五”期间，首钢朗泽将以西北、西南为重点，在全国快速推广复制，促进区域二氧化碳排放强度不断降低，为实现我国2030年碳达峰、2060年碳中和目标做出积极贡献。
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