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广西木薯燃料乙醇生命周期能耗及GHG排放分析

汪峰  
【摘要】:在能源短缺以及温室气体减排的双重压力下,合适的节能减排战略的选择显得尤为重要。在众多战略选择中,生物燃料乙醇以其可再生性和生命周期碳排放中性被认为是目前替代化石燃料的最佳选择之一。在我国,木薯被认为是发展生物燃料乙醇的首选“非粮”作物。 尽管已有文献对木薯燃料乙醇的生命周期过程能耗和GHG排放进行过详细的分析,但这些研究往往都是基于国外成熟模型的参数而开展的,且大都忽略了木薯种植模式对整个生命周期过程评价结果的影响。基于此,本研究设置五种不同的木薯种植情景,展开基于本土参数的木薯燃料乙醇生命周期分析。在此基础上,识别整个生命周期过程各阶段可能的节能减排技术模式,设置对比情景进行分析。 研究结果表明,在所有五种不同的木薯种植情景下,木薯燃料乙醇生命周期过程存在正净能量产出(3.47-4.75MJ/L),且其生命周期过程的GHG排放要比汽油少25.8%-34.1%。其中,乙醇制备阶段的能耗和GHG排放都是最高的,这主要和乙醇制备阶段的大量煤耗相关。基于此,本研究设置木薯茎秆作为乙醇制备阶段的过程燃料替代煤情景,结果表明不仅可以节约大量资源,而且使得整个生命周期过程GHG排放降低约60.6%。其次是木薯种植阶段,而全过程运输阶段最低。基于当前鲜薯运输模式,运输干片可以大幅降低运输量,减少能量投入1.58MJ/L,GHG减排达7.8%-8.8%。 研究表明,种植模式对生命周期过程的结果有重要影响。与低肥模式相比,高肥模式的高产效应并没能起到预期的节能减排的效果。在高肥模式中,因化肥农药的投入增长以及大量化肥施用所导致的N20的排放增加,使得木薯燃料乙醇整个生命周期过程的能耗和GHG排放增加,大大削弱了木薯高产的优势。尤其是在机械收获模式中,偏高的木薯收获耗损率使得高产优势进一步降低。 参数选择的差异而导致的参数的不确定性会对生命周期分析的结果产生不同程度的影响。因此,本研究分别筛选木薯种植阶段和乙醇制备阶段不确定性较高且对分析结果影响较大的参数,对其进行蒙特卡洛模拟,以降低整个生命周期分析结果的不确定性。 模拟结果表明,在使用木薯茎秆作为过程燃料的各个情景中,其生命周期过程GHG排放的均值在29.2-37.6g CO2-eq/MJ之间,而以煤作为过程燃料的各情景的生命周期过程GHG排放均值在69.1-77.6g CO2-eq/MJ之间。相比较于汽油生命周期过程GHG排放而言,有不同程度的减排效果。在此基础上,本研究设立车用燃料生命周期过程GHG减排目标为40%,并对该目标的实现进行潜力分析,结果表明:当使用煤作为过程燃料时,达到40%GHG减排目标的可能性只有0.6%-6.8%,而选择木薯茎秆作为过程燃料时,该减排目标达成可能性高达97.8%-99.8%。可见,清洁的过程燃料是燃料乙醇GHG减排的关键因素。 最后,本研究选择中国、泰国和越南三个国家典型案例进行文献比较分析,并结合本研究结果,提出木薯燃料乙醇产业发展的政策建议,并对今后的研究作出展望。


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