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[新兴能源]生物能源化玉米为汽油

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更多 发布于:2012-03-08 11:11
目前,随着全球石油等化石燃料的日益枯竭以及不断上升的平均气温,人们被迫抓紧寻找替代能源,由纤维素、木薯、藻类等植物转化而来的生物能源似乎为人类昭示着美好前景——未来人类将不依赖于石油、煤炭和天然气,而是有源源不断的可再生的生物能源作依靠。然而,美妙的理想和现实之间的距离究竟有多远?为何迄今为止生物能源依然仅仅是看起来很美?请跟随记者一起去探寻。

生物能源:

化石能源最好的替代品

中国科学院广州能源研究所可再生能源与天然气水合物重点实验室研究员王铁军在接受本报专访时表示,生物能源是所有可再生能源中,唯一可以作为化学品或石油替代品的能源。其他可再生能源,如太阳能、风能、海洋能、核能,都是非碳能源,主要以热、电的方式来利用。工业革命至今,人们一直倚重于使用石油、天然气、煤炭等含有碳元素的化石能源作为交通运输以及制造橡胶、塑料等化学品的能源来源。抛开不可再生的化石能源,在所有可再生能源中追溯碳源,由二氧化碳、水合成的生物质能是特有的可作为化石能源替代品的可再生能源。

此外,从生态环境角度而言,石油等化石能源的燃烧会产生大量二氧化碳,危害环境,使全球气温升高,导致温室效应,危及人类安全。而如果生物燃料来自植物,植物生长过程中会从大气中吸收二氧化碳,因此从理论上讲,与燃烧化石燃料相比,生物燃料可以减少大气中温室气体的累积。

王铁军说,目前生物能源的研究重点在于解决两个问题,一个是资源量问题。从农业、林业的当量(折合成多少吨标准煤的量)来看,世界生物质的量在能源储量中排四位,仅次于石油、煤炭和天然气。然而,开发的困难在于这些资源非常分散,很难收集,收集成本占据生物能源成本的最大比重。我国“十二五”期间部署培育作为生物能源原料的能源植物,例如在我国西部地区非粮耕地培育能源植物,解决资源问题。

另一个研究重点则在于新技术研究,实现多途径的转化技术。目前生物能源的转化技术主要有生物方法和热化学方法。生物方法是将生物质转化为糖,通过微生物进行发酵,从而产生沼气、乙醇等化学品和液体燃料。化学方法则是将生物质气化变成氢气、一氧化碳等生物燃气,再经过特定催化剂,将其催化合成液体燃料。

变废为宝:

“垃圾是放错地方的资源”

生物能源原料之丰富令我们难以想象。中科院广州能源研究所的谢舜源告诉记者,老所长曾说过,世上其实没有垃圾,“垃圾只是放错了地方的资源而已”。

就原料而言,王铁军介绍,不同的生物转化技术有适用的不同原料。就生物方法来说,包括厨余垃圾在内的生活垃圾、禽畜粪便、含糖工业污水等含水量高的碳水化合物都可以转化成沼气等生物燃气。以前这些燃料用于供热等生活用能,现在,则可以通过规模化生产进行净化、压缩、罐装,用作汽车燃料,这在个别地区进入应用示范阶段。此外,也可以利用秸秆等植物纤维素制造燃料乙醇,也就是常说的乙醇汽油。例如,五年前,国家利用陈化粮制造乙醇汽油。现在,人们尝试以木薯、甘薯、甜高粱、秸秆等非粮作物原料为主生产燃料乙醇。

热化学方法则主要针对树木、碎木片、秸秆以及小麦、棉花加工后的壳等林业、农业废弃物,将其热解、气化,制成交通燃料及高附加值的化学品燃料。热化学方法要求原料必须是干物料,否则可能因为物料含湿量大,过程能耗大,影响设备。

此外,从藻类身上也能“收获”液体燃料。微型藻类是光合作用的“巨人”,某些藻类对入射太阳光的利用率达到3%,而玉米或甘蔗却只有约1%。这些藻类能更高效地将水、二氧化碳和阳光转化为油脂,而油脂可以进一步转化为烃类的碳氢化合物。

如果要描绘一幅生物质能转化路线图,王铁军说,近期生物质能转化还是以生物燃气应用为主,主要用于热利用,中远期则是以液体燃料和化学品的应用为主,例如生产生物柴油、纤维素燃料乙醇,以及制造橡胶、塑料、高分子材料等化学品。

发展瓶颈之一 原料分散、成本高

生物燃料的远景看起来很美,但经过多年研究,它并没能在很大程度上替代石油,而是遇到了瓶颈。

王铁军介绍,目前科学界正在研究燃料丁醇,热值比乙醇高,性能和普通汽油基本一致,可以以任意比例与汽油混合。目前还处于示范阶段的燃料丁醇的应用是未来的发展趋势。“生物燃料性能没问题,关键是成本问题。”他表示。

对生物燃料企业而言,原料受限是极大问题。因为生物能源不同于煤炭、天然气等很集中,其原料是分散式的,没有一个地方可储存如此多的原料。因此,相关企业的生产能力多是万吨级、十万吨级,不会达到百万吨的规模。在国外,一些生物能源农场建在土地宽广的地区,但即便有土地种植,要收集原料也非常困难。假设收集半径是10公里,要将原料收集加工,需经过收割、打包、运输、仓储等流程,每个程序都要耗费大量人力、物力,过程亦要消耗大量能源。如果将生产规模扩大,收集半径达到100公里,成本更是不堪设想。为了更容易取得原料,我国很多生物能源企业都坐落在米业、林业等加工基地,但受限于高昂的制造成本,生物能源领域目前尚无工业巨头。

在美国,科学家、公司CEO和政 府决策者们都抱有美好的愿望,美国政 府也投入了大量资金,但经过几十年的努力,到目前为止,生物燃料还无法在价格上与汽油相竞争。玉米乙醇如今是美国唯一一种达到商业化生产规模的生物燃料,这还得归功于美国政 府的财政补贴。根据美国 政 府审计部门的数据,仅在2010年就拨给了玉米乙醇超过56.8亿美元的财政补贴。在没有财政补贴的情况下,玉米乙醇在价格上尚无法与汽油相抗衡。

王铁军说,未来随着科技的发展,生物能源领域应该也有创造财富神话的可能性。“目前在技术上瞄准两个难点:一是廉价的生物质原料,二是通过新技术开发降低生产成本。”为解决成本难题,低成本油料植物的培育也是一个研究重点。

发展瓶颈之二 与人争粮,与粮争地

此外,发展生物能源要避免与人争粮、与粮争地的问题。美国政 府规定玉米乙醇必须占到全国客运车辆所用燃料的10%,这一政策推动了玉米乙醇的大量增长,产量从1979年的5000万加仑增加到了2010年的130亿加仑。但生产这130亿加仑玉米乙醇消耗掉了美国约40%的玉米作物,这些作物种植在13万平方公里的农田上。2010年10月,美国国会研究服务部的报告指出,即使将2009年全美国的玉米都用于生产乙醇,其产量也只能代替美国汽油消费量的18%。研究人员得出的结论是:企图通过扩大玉米乙醇的产量来显著促进美国的能源安全看起来是不切实际的。而且,若利用所有玉米来生产,将会使人和牲畜无粮可食。

此外,即使只用玉米秸秆,通过纤维素转化而来的糖生产生物燃料,这种方法也会对环境和农业造成负担。收割之后,玉米秸秆留在田里,分解后可改善土壤的肥力,拖走会加速土壤的退化。在巴西,因为甘蔗更易种植,他们以甘蔗取代玉米秸秆来制造乙醇。但为了获得大量的甘蔗乙醇,人们需要夷平大片热带雨林以开辟更多甘蔗园,加剧对原始环境的破坏。

可以看到,如果玉米和甘蔗继续大量用于替代石油上,将会进一步对全球农业系统造成巨大压力,而全球农业正努力为70亿人以及牲畜提供食物、衣物和饲料。王铁军表示,在美国主要以玉米为主生产乙醇燃料,但在发展中国家这种做法是遭到极力反对的。

未来

生物能源可完全代替化石能源吗?

王铁军介绍,就我国来说,目前生物能源的应用不到全国能源消耗的0.5%,到2020年,乙醇燃料、丁醇燃料等生物能源预计将替代1000万吨交通运输燃料。生物能源的发展及未来市场前景还将受石油等化石能源价格波动的影响。

目前,作物里含有的所有能量,包括牲畜消耗的植物,用于纸浆、造纸以及其他木材产品的树木,加起来大概是1.8兆亿焦耳,相当于世界能源消费量的20%左右。在短期内大大增加这个量不切实际,还可能造成严重的生态后果。普林斯顿大学的研究者表示,生物能源的目标应定位为生产某些专用燃料,比如飞机的燃料。

科学的发展永无止境。生物能源要完全代替化石资源,我们尚需给予更多的耐心。
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何南
超强台风
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发布于:2012-03-08 14:56
厨余垃圾变成燃料.........不就是生产地沟油么
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lichakfu
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发布于:2012-03-08 14:59
化玉米为汽油?簡直浪费食物,拿去給非洲没飯吃的人更好!!
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小疯
禁止发言-干空气
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发布于:2012-03-08 17:05
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游客

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