园区专栏
Jason Zhang:加拿大再生能源利用和生
   2011-10-21 14:51:06  发布者:三高奥圣    复制   复制到我的资料库

  Jason Zhang:大家好,首先要感谢中关村科技园区的领导和同事给我这个机会,和大家交流一下加拿大再生能源和清洁技术方面的发展状况。我是作为一个商务代表团的成员来到北京,跟生态园的同事联系上以后我就开始准备东西,今天刚准备好,准备肯定不如前面几位专家那么充分,但是跟大家交流以后,我们可以继续讨论。

 

  今天我主要讲三方面的内容,第一方面讲一讲渥太华大学,第二介绍一下再生能源方面的一些研究、开发和企业方面的活动,这些技术当中有比较什么特别关注的一些东西。第三,加拿大安省公布了一个新的环境工业园,跟我们的生态园不见得特别一致,但是希望从他们的活动中,能够起到交流的作用。

 

  加拿大渥太华大学是首都的两所大学之一,在两所大学中只有渥太华大学有化学工程系,我们这个大学因为在首都,加拿大地大物博,快一千万平方公里的土地才有三千万人,周围的土地、森林、水资源都很丰富,我们另外一个优势就是国家科学院、国家自然资源部、健康部、环境部都像我们大学的后院一样,这样我们作为大学的研究者、教授,我们把学生送到他们那里去,跟他们交流,使用他们特别精密的仪器,很方便。我们渥太华大学化工系在再生能源、清洁技术方面,科研活动水平很高,我们系刚刚领头建了一个新的清洁技术和再生能源中心。

 

  我们渥太华大学是加拿大最古老的大学之一,也是在北美最古老的大学之一,它是加拿大英法两种语言的,有些学院只是法语,但是工学院主要是英文。大概的规模由三万六千名学生,其中大概五六千名研究生。从科研的角度来讲,渥太华大学是加拿大前五名之一,这怎么度量呢?每一位教授平均每年的科研资金,每人大概二十五万元,这在加拿大所有近70所大学中排第5。

 

  这个照片是渥太华大学校园,这个校园在市中心,这条水流是很著名的人工运河,冬天它有七公里的滑冰通道,是世界上最长的滑冰通道。

 

  2006年我们有新的技术出现,他们选择了开办新的公司,有7家。2007年不多,因为还没有统计出来,但是我加上了一项,由系里两位同事新开了一家生物柴油反应器技术公司,他们这个技术得到了几百万美元的融资,同时申请了世界专利,是一个非常伟大的发明,为什么?因为生物柴油制造过程中非常关键的就是产品的分离,他们这个技术使分离和反映一步完成,而不是两步。

 

  这个图是我们加拿大再生能源研究中心,我们其中的一个图,这个理念来说,太阳是一切能源的来源,我们的石油、煤、天然气都是由太阳来的,因为石油和煤、天然气化学能源都是生物质埋藏在地下,经过微生物等等过程,多年以后转变成天然气。

 

  这个图是能源的循环过程,在这个循环过程中,我们看哪个步骤,我们能做哪些工作,以使工业活动更高效,同时对环境的污染、压力达到最小,这就是所谓的循环型的经济。

 

  下面我就讲一下生物能源技术包括哪些物质,同时有哪些技术关注点。

 

  第一项,传统上都是用谷物,用麦子、玉米生产酒精,在国内就酿酒,做啤酒,现在因为粮食多,有时候就做工业酒精,这工业酒精提纯以后可以做生物汽油,对于我们中国来说,可利用的土地不是特别多,另外人口比较众多,这个其实潜力不大,这就相当于用人的食品去做汽油,长久来讲,特别有吸引力的就是用农业和林业专门做生物汽油的植物去做汽油或者柴油。这个方面要提出两点,不管什么技术,它包括纤维素转变为可发酵的糖,下一步糖再转化成生物酒精,它有几个技术难点,现在加拿大有一个公司是世界上最早的用秸秆去做酒精的公司,到现在为止,他们还要拿政府的补贴,为什么?他们现在用生物酶水解纤维素,这个酶成本比较高,另外一个问题就是水解以后,纤维素的水解液里面并不是纯的可以发酵的碳源,它有一些别的东西,实际上对酵母菌生长是不利的,另外一个技术就是从这儿来的,酵母菌要经过改造,使水解液能够直接发酵做碳源,这步现在有一些进展,美国农业部农业综合利用研究所就在芝加哥的南部两三百公里,他们最近开发出了一种菌种,用纯的葡萄糖发酵没有问题,用含毒性的发酵也行,再回来还没问题。还有一个技术难点就是,水解糖并不是所有的糖都能够发酵,用一般的酵母是不行的,无炭糖是不能发酵的。作为生物柴油的生产,一般生物柴油怎么生产呢?脂肪酸包括动物脂肪,菜籽油还有含油脂的植物和植物的某一部分,另外某些藻类含脂肪量很高,这是努力的一方面,如何取得更多的做生物柴油的原料,在这个过程中,现在也有几点要关注的,第一,这个脂从哪儿来?不能影响环境,同时它的成本在加工过程中消耗的能量要注意,不但经济效益,还要有能源效益,如果你制造柴油,经过政府补贴,你用的能源比你得到的能源都差不多或者少得有限的情况下,这个活动就没有意义,即使你赚钱,那也是政策补贴赚的钱,从循环经济角度来讲是不对的。另外,在生物柴油生产过程中不只是生产生物柴油,还有别的杂质,其中之一就是甘油,这个甘油不是纯一的,里面有甲醇和没有转化的油脂类和别的污染物。甘油要利用起来,为什么?如果不利用的话就是废品,废品就要处理,处理就要有能量,怎么利用呢?经过提纯以后又要消耗能量,所以我们要求能量应用方面要高效,这是一个方面。这是生物能源。

 

  下面主要讲一下太阳能,太阳能,刚才我已经说过,太阳给我们的能量是一切能源之源,除了地热以外。太阳能系统包括几种系统,一个是直接的、不经过聚焦,直接照射以后加热水或者加热空气,还有一个就是经过聚焦的,这个系统达到的温度更高一些,同时也有几个方面,比如说聚焦的东西必须定期地要清洁,比如是在加拿大冬天有积雪,你就不能让它完全覆盖它,同时,加入了水以后有一个极限,那个水比如说超过一百度,如果你还让它保持液体,就要有压力系统,这又增加了它的成本。这个水加热的温度越高,环境散热越多,能量效益越低。如果加热到六七十,又可以用,又散热不多,又不用高压系统,但是你加热不太高的话,就有一个问题了,这个水里面有细菌,不完全是细节了,起不到消毒的作用,人用了以后里面有污染就有可能出问题,是不是有可能把这个水的消毒和加热融为一体。

 

  还有太阳能发电系统,CPV就是说,把阳光转化成电,光电转化,其中需要注意的就是从光到电的转化的效率高,同时光电转换系统都是高级材料,生产过程中也要消耗能源,也要产生废品,在这个过程中一定要考虑CPV的系统生产,得到的能量和消耗的能量、产生的废品,是不是和得到的太阳能相比很划得来。另外,CPV一般比较贵,每单位面积价钱很高,是不是通过一个聚焦的板使它单位面积效益达到最高。太阳能,我不是专家,懂的深度也不够,我的研究领域主要是生物能源,就讲这么多。如果在座的各位有什么疑问、有什么想法,我们以后可以谈。

 

  除太阳能和生物能以后有水电能量、风能、潮汐、海浪都可以作为能源,这是一个小型水电站,水电的好处就是,小型的水电站因地制宜,不需要输送很长的距离,同时对本地经济可以起推动作用,尤其对加拿大这种都是小城市的国家,人口比较稀,比较有帮助。小型水电系统不但要看它的经济效益,还要看它的能量效益。

 

  风能主要是两点,首先要开发风力资源,就要看不同的地方、不同的海域、不同的陆地风力是多少,风向是怎样,温度怎么样,海浪在哪个区域有多大,在哪个季节有多大,这是对自然资源的全面调查,剩下的就是风发电系统、海浪发电系统制造与安装了,我说的不多,不多说了。潮汐发电,在加拿大东部大西洋海域潮汐很大,大潮的时候能有14层楼高,能够使河水倒流,这是比较理想的利用潮汐发电的地方。

 

  除了这些能源以外,非常重要的一点就是从废品中要能够生产能源,为什么?人口越来越多,每天产生的废品要堆成山,占据地盘,同时要产生环境污染。渥太华人口一共80万人,地盘占得很大,我们最近要买房子,买房子的过程中发现新建的住宅区很难找到离垃圾填埋场比较远的住宅区,很多住宅区的居民都抱怨有味儿,有的垃圾填埋场长宽几公里、高一百米,这是在加拿大,人口密度不那么高。在国内,有些人口密度高的地方,如果废品不利用,老是填埋,占的地盘对我们生活的影响越来越大,使我们不能利用这些土地。

 

  这是我们土木系的同事研究的,把这个垃圾填埋场设计成生物反应器来生产生物气体的一个系统。下面我介绍一下渥太华大学的再生能源的技术,有两项技术,一个是两位同事发明了生物柴油膜反应器技术,已经得到了专利,并且正在开发。另外一个技术是我的科研组做的,用不经过提纯或者稍微经过处理一下的生物柴油副产品用甘油直接作为炭源,再发酵作为工业酶,传统上我们用的菌种的炭源是葡萄糖,在美国葡萄糖是15到20美分一磅,现在价格上涨,涨到30美分也是可能的。生物柴油未经提纯的甘油是在美国大概是三美分一磅,差别很大,经过我们科研组的学生和我自己的努力,使生物柴油这个副产品甘油用作生产生物酶的效益比传统的葡萄糖更好,不经过提纯。不经过提纯很重要,因为你不管有多少杂质,经过提留,消耗的能量很高,而且价钱马上就上去了,经济效益和能源效益都会大大下降。

 

  这页是加拿大再生能源清洁技术研究中心的一部分项目,是抗毒性菌种的研究,是我的科研组和美国合作的。这个是从垃圾填埋场或者废品填埋场燃料器生产生物反应器系统的技术,这个是和土木工程系的一个教授合作。另外我们现有的工作是光反应器,培养藻类,生产脂类作为生产生物柴油的原料。另外系里从事的是通过膜过程、吸附过程,发酵过程中再提纯酒精,这是一个非常重要的步骤,为什么?大家可能知道酵母在发酵过程中不能够承受很浓的酒精,最高不能超过10%几,再高它的活性就损失了。所以酒精提纯占酒精生产很大的费用份额,他们通过这个非相变过程中使它提纯,这个很有经济潜力。

 

  另外系里的一位同事用吸附法作为一种新的方法储存太阳能,还有我们系里同事用秸秆继续提高秸秆生产酒精的技术。

 

  在加拿大生物能源清洁技术公司有几千家,我着重讲几家,在安大列省有一个用风资源发电的一个公司,同时它用太阳能产生热水,在渥太华有一个用秸秆生产生物酒精的公司,它是最早的、在世界上很有名的用秸秆生产酒精的公司,他们生产生物水解酶和酒精。另外生物质转化成能源的另外一个方法是通过热力酒,在加拿大有两家公司,他们是快速热力解方法把生物质变成了各种油,但是很多油的成分不能用,他们现在正在继续努力,使这个油都变成能用的产品,其中一个商业化的、特别有竞争力的产品是通过热力解方法,得到了一种原来没有的物质,在市场上作为香料销售,赚了不少钱。

 

  另外在渥太华有一家热能公司,他们有比较先进的节能技术,其中有一个很杰出的技术,不管是各种机关大楼还是化工厂还是医院,很多地方都要用蒸汽,用蒸汽作为热源,蒸汽要冷凝,把热传给另外的介质,蒸汽冷凝的一个关键步骤是使冷凝液排除在冷凝器之外,传统的冷凝器效果是不高的,像抽水马桶一样,冷凝液积累到一定程度,热量提高,他就开启一下,把液体排出去,但是在开启的过程中因为转换不是那么快,总是有蒸汽跑出去,有时候一个加工厂,哪怕是几千只、上万只冷凝器跑冒滴漏,哪怕一点点,能源浪费就很多,这家公司新的冷凝器使蒸汽滴漏完全是避免的。

 

  在温哥华有一家公司用潮汐发电,因为是海边的城市,另外在大学科研方面,BC省的这个大学有一个叫清洁和海洋能源研究所,主要研究如何利用海洋能源。

 

  另外还有一家公司存在了大概二十几年了,这个公司起家是在加拿大大西洋省,现在已经扩展到多伦多安省地区,他们的理念是星罗棋布的小型发电机组,风发电、太阳能发电、水力发电,都是小型的,这样就减少了电力输送过程中的损失,同时使本地经济得到振兴。

 

  另外还有一个公司叫CRT,也是在渥太华,他们的技术主要是如何节省照明用电,大家知道我们在国内交流电频率是50赫兹,美国、加拿大是60赫兹,有些国家像古巴是两种系统,有的是50赫兹,有的是60赫兹。电影的原理就是人的眼睛,如果光的变化频率,每秒钟变十次以上,这个过程你就看成了是连续过程,它就利用这个原理,使这50赫兹的东西发光不是每秒50次而是10次,这样他有一个机器在照明灯的上游,能节省能源将近40%,但是光的亮度大家注意不到,这是一个很好的技术。

 

  下面我讲一讲在加拿大安省东部有一个环境工业园,这个环境工业园在圣劳伦斯河河边,这个地方因为加拿大森林覆盖率比较高,它的木材加工业很发达,产生了边角余料、废树枝、树叶等等特别多,这个工业园区主要用这些东西去生产一些产品,为什么选这个地方呢?它离大都市的工业中心离蒙特利尔200公里,离渥太华100公里,离多伦多360公里,离纽约500公里,地理位置比较好,这里交通方便,另外它附近有很多生物质,大概有三万公顷的森林,附近的工业也比较发达,大学也比较多,但是周围人口是8300万。

 

  这是他们的理念,为什么叫生态工业园呢?生物精炼可以做一些高价值的植物化合物,比如说它周围有红豆杉可以提取紫杉醇,提取一些抗癌的物质,这是高价值的产品。除高价值产品之外还可以生产基本的像木胶、纤维素、酒精,这些化合物也可以生产生物塑料,生产建筑产品,生产汽车零件,同时这个能源得到了综合利用。同时它为什么建工业园区,因为要有互补,你有这个工业园就要有蒸汽,有蒸汽就要烧天然气,烧天然气就要产生烟气,加拿大冬天是很的,半年冰雪覆盖,不能够生产蔬菜,它用它加热大棚,使它一年四季可以操作,同时植物生长要消耗二氧化碳,可以减排二氧化碳,是零污染的这么一个理念,所以这个叫生态工业园。它希望做的就是孵化技术、培养学生、孵化新的工业公司,还有要开发技术,然后技术转让,他们得到了很多国家的支持,现在他们从2007年启动以来已经得到了第一家公司,用玉米生产酒精的一个加拿大最大的公司,现在他们要产业升级到零污染、废水、废气都要被利用,同时他们支持用秸秆生产酒精的研究,和我的科研组有一些合作。他们计划2008年这个工厂就要在这儿开,这个公司的生产能力是每年两亿升的酒精。

 

  这是他们列的对R&D生产的好处,研究、孵化清洁技术提供场地,同时为学生提供场地,因为学生不仅要在课堂里学习还要在工厂实习,同时可以生产植物化合物、生产生物质再生油,同时可以做废品利用,对周围的社会经济和环境都起到了拉动作用,为新的公司、小企业提供咨询、指导作用。管理机构有技术顾问组,大概有15个社区参与他们的管理。

 

  我大概就这么讲,欢迎大家讨论,谢谢大家!
 

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