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纤维素乙醇:和石油一较高下
2011-09-05 16:51 来源: 南都周刊 作者: 编辑: 罗坚梅
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  木质纤维素是这个星球上最丰富的可再生资源,因为它是植物最重要的组成部分,据估计,木质纤维素原料占世界生物质量的50%。在大多数情况下,它们被简单地烧毁或丢弃。

  但实际上,它是生物燃料的极佳原料,可以转化为纤维素乙醇。玉米乙醇之所以被人诟病,除了“与人争粮”、“与农争地”外,还有能量效率低的顽疾—消耗1个能量单位的化石能源,只能产出1.36个能量单位的玉米乙醇。

  对纤维素乙醇而言,这些都不是问题,它的能效比相当让人满意,投入1个能量单位的化石能源,能得到10个能量单位的纤维素乙醇。

  它甚至不用消耗太多的土地和人力,那些现有的被废弃的纤维素资源—农作物秸秆、甘蔗渣、木屑、废纸、废林木等工农业及城市生活废弃物中都含有丰富的纤维素,都是生产纤维素乙醇廉价而丰富的原料。

  每年纤维素类生物质如果能全部转化为生物能源,相当于340-1600亿桶原油,而目前全球每年消耗的石油是30亿桶。

  单农作物秸秆一项,中国年产6.5亿吨,理论上纤维素乙醇的年生产能力高达1.4亿吨,可以满足2009年全部运输燃料需求。

  和玉米、大豆相比,纤维素类的能源作物对土地条件要求不高,可以栽种在那些贫瘠的土地上。

  谷物乙醇生产商POET公司的数据显示,纤维素乙醇与汽油相比,可减少温室气体排放111%,美国环保局的这一数据是130%,基本相当。

  因此,中国科学院、中国工程院院士石元春将它称之为“明日之星”。美国正是看到了它的光明前景,在过去两年内砸下数十亿美元进行纤维素乙醇的商业化应用进行研发。

  实际上,纤维素乙醇技术早在19世纪就已经提出,主要包括纤维素原料的预处理、纤维素的糖化和糖化产物的发酵三个步骤。虽然纤维素乙醇的原料成本很低,但由于加工过程复杂,设备投资大,其低原料成本被高昂的生产成本、劳动力成本、水电成本和设备投资折旧等所抵消。

  纤维素本质上是一种多糖,它是由上千个葡萄糖分子紧密咬合,用氢键连接起来的长链分子。这种分子结构对水解非常抗拒,它将糖分子封存了起来,任谁也休想动它一分一毫。

  最早,用硫酸水解纤维素,设备和生产成本都很高,而且环境污染也很严重。当今纤维素乙醇的主导技术是,用生物酶代替硫酸水解纤维素,同时进行糖化和发酵。

  虽然酶的成本已经降低为原来的1/30,但继续降低成本似乎遇到了瓶颈,每升纤维素乙醇的成本在0.7—1美元间徘徊,比石油的成本高出50%。

  受困于成本,纤维素乙醇还没能商业化。虽然已经有万吨级别的生产装置,但要和石油一较高下,还有待最后的突破。

海藻产油:成本是最大问题 60_3

  任何生物能源,想要代替传统的化石能源,都要迈过两道关口—产量和成本。因此,廉价而易得的生物质原料很重要。

  被认为是明日之星的纤维素乙醇正是因其廉价而易得的原材料才备受瞩目,而可以和纤维素媲美的是—藻类生物能源。

  作为地球上长得最快的生物质之一,在适宜的条件下,藻类的生长速度几乎可以用小时来计算。和其他植物的季节性产出不同,藻类四季都可以持续收割。

  就连产油量都是其他油料作物难以望其项背的—藻类含油量在10%-60%左右,产油量是大豆的100倍。

  当然,它也不需要土地,生长中几乎不需要特别养分,只需要阳光、二氧化碳和水,无论在海水、淡水,甚至是废水中都能生存。中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究员吕雪峰说,一些工业废水中的氮、磷元素甚至能促进藻类的生长。

  海藻生长循环需要二氧化碳,实际上是一种固碳机制。如果从海藻中生产美国所有需用的柴油,则海藻生长可望吸收美国电厂排放二氧化碳总量的56%。

  理论上,生物质吸收的空气中的二氧化碳,生物能源经过燃烧后回到大气中,是完美的零排放方案。但实际情况要复杂得多,从海藻的种植、收获到提炼,都要消耗能量和排放碳。

  加之现有的技术手段,多数使用淡水培养海藻,水体资源的浪费也被环保组织所批判。

  但无论如何,看起来如此诱人的前景,让各国都不敢忽视藻类生物能源的开发,目前中国多家研究机构正在从事藻类生物燃料的开发。

  但考虑到经济成本,藻类柴油要走出实验室,比纤维素乙醇还要漫长许多。纤维素乙醇的成本比原油高50%左右,而藻类柴油的情况更复杂一点。

  如果在开放的池塘中进行养殖,加上国家的补贴,成本尚能与石油抗衡,但它占地面积大、浪费水资源,也难以就水体和温度进行调节,生产起来极其不稳定,发展受到很大限制。

  如果用固化反应器,在封闭的容器中利用工厂排出的废气和废水进行养殖,不但条件稳定,成品质量高,而且对环境非常友好;但问题是,它的成本居然接近原油的10倍。

  因此,藻类生物燃料虽然看起来非常诱人,但最终进入商业化生产,替代部分石油燃料,还需要漫长的过程。在国内研究藻类的生物学家看来,打通技术路线并不难,但由于生产成本太高,目前还缺乏商业化生产的条件。

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