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生物质燃料乙醇研究进展

日期:2007年11月8日 13:32

转载自:何杰 万海军 何涛 张文楠 全球变暖、化石能源日渐消耗……引发了人们对新型、可再生能源的深刻思考。如巴西、美国、中国等国正积极开发、利用生物质燃料乙醇生产技术。但如果一如既往以大量粮食生产燃料乙醇势必和人“争食”、“争地”,造成人类生存隐患,走“非粮”路线是大势所趋。其中,纤维素地球贮量丰富,其能量来自太阳,通过光合作用固定下来,取之不尽,用之不竭,各国正如火如荼地进行着相关研究 [1-5]。本文分析了燃料乙醇发展经济、能源、环境、社会效益,肯定了其能源战略地位,提出几条实现我国生物燃料规模化生产的可行性建议以资借鉴。

1 国内外燃料乙醇发展概况

        目前面临化石能源危机,一些农产品丰富的国家正大力发展乙醇汽油供应市场。巴西从1975年开始实施“燃料乙醇计划”,以其富产甘蔗为原料,目前已形成1000多万吨产能,替代了1/3车用燃料。为推广燃料乙醇,美国制定了积极的经济激励政策,计划从2006年至2012年,可再生能源燃料年用量从1200万吨增加到2300万吨。日本重点研究利用农、林废弃物等植物纤维素制备燃料乙醇。欧盟、加拿大、菲律宾、墨西哥等国也在在积极进行着相关研究 [1]。

      目前,中国是继巴西、美国之后全球第三大生物燃料乙醇生产和消费国。“十一五”期间将生产600万吨生物液态燃料,其中燃料乙醇500万吨。实践证明我国过去以粮食为原料生产燃料乙醇,不符合国情,探索非粮能源资源是大势所趋 [1]。全国相关研究正如火如荼进行着,呈现一派“百花齐放,百家争鸣”的景象。特别是筹建中的中国科学院青岛生物能源与过程研究所,顺应时代潮流而生,肩负历史、国家使命,是集中力量办大事的“国家队”。

2 中国能源战略

       随着全球变暖和化石能源消耗,人们对新型替代能源--乙醇的关注度日益上升,正成为许多国家新能源政策的重要组成部分。以此为契机,8年前中国上马了燃料乙醇项目,也意在解决过剩陈化粮问题。经过1999-2005几年间不懈努力,国家首批4家燃料乙醇定点生产企业完成了规划建设的102万吨产能,基本实现了“十五”提出的“拉动农业、保护环境、替代能源”三大战略目标。然而我国人口众多,人均耕地少,用大量粮食生产燃料乙醇必然要和人“争食”、“争土地”,造成人类生存空间越来越小,不符合我国国情。因此,2006年12月国家发改委和财政部联合下发了《关于加强生物燃料乙醇项目建设管理、促进产业健康发展的通知》要求生物燃料乙醇项目建设需经国家投资主管部门核准,未经国家核准不得增加产能 [1-5]。

        在规划实施中,国家采取国际通行做法,对燃料乙醇生产给予财政补贴和产业政策扶持。财政补贴额逐年减少,2007年每生产一吨燃料乙醇国家给予1373元补贴,到2008年底将采取弹性补贴方式以尽可能避免企业亏损 [1]。未来工作依据是国家《生物燃料乙醇及车用乙醇汽油“十一五”发展专项规划》,其总体思路是积极培育石油替代市场,促进产业发展;根据市场发育情况,扩大发展规模;确定合理布局,严格市场准入;依托主导力量,提高发展质量;稳定政策支持,加强市场监管。其基本原则有7条:因地制宜,非粮为主;能源替代,能化并举;自主创新,节能降耗;清洁生产,循环经济;合理布局,留有余地;统一规划,业主招标;政策支持,市场推动 [1]。“十一五”期间我国将生产600万吨生物液态燃料,其中燃料乙醇500万吨。这一产量的制定主要取决于全国用于非粮生产的盐碱地和荒地面积 [1]。并且国家将继续实行生物燃料乙醇“定点生产、定向流通、市场开放、公平竞争”的相关政策 [1]。

3 燃料乙醇效益

        燃料乙醇是通过对乙醇进一步脱水,再加上适量变性剂制成。目前,中国试点推广的E10乙醇汽油是在汽油中掺入10%纯度达99.9%以上的乙醇制成 [2]。简而言之,燃料乙醇发展实现了“十五”规划中提出的“拉动农业、保护环境、替代能源”三大战略目标 [1],不仅部分解决了汽油紧张,拉动了大宗农产品的消费,为农民增加了收入,也促进了国家可持续发展战略。乙醇燃烧值仅为汽油2/3,但其分子中含氧,抗爆性能好,取代传统MTBE为汽油抗爆、增氧添加剂,避免了其毒害性 (致癌,地下水污染),具有优良能源、环保效益。如汽油中乙醇添加量≤l5%时,对汽车行驶性能无明显影响而尾气中温室气体含量降低30%-50%。添加10%,其辛烷值可提高2-3倍,还可清洁汽车引擎,减少机油替换使其动力性能增加 [3]。事非偶然,联合国工业发展组织就在维也纳乙醇专题讨论会上提出:“乙醇应该被当作燃料和化工原料永久的和可供选择的来源” [3]。

4 燃料乙醇生产原料

        一次能源必将耗竭,研究、开发可再生能源势在必行。以混配乙醇汽油 (E10乙醇汽油) 为例,每用1000万吨就可节省1O0万吨汽油,而要提炼这些汽油至少需要300万吨原油,足见乙醇的能源战略地位 [1]。

       燃料乙醇生产原料主要有玉米 (美国)、甘蔗(巴西)、薯类、谷类等。不同原料全生命周期的能量效益也不同,由高到低依次是甜甘蔗、甜高梁 > 木薯 > 玉米、小麦。如巴西甘蔗能量比达到1︰8以上,玉米、小麦等粮食作物及木薯、甘薯大约是1︰1.3~1.4,产生正效益 [1]。然而以粮食为原料,势必与人“争粮”、“争地”,利用非粮资源是大势所趋。非粮资源包括木薯、甘薯、甜高梁,还有大量粮食作物秸秆,农业、工业、生活废料等纤维素、半纤维素、木素及其它可用生物有机质资源。其中,纤维素是地球上贮量最丰富的有机物,其能量来自太阳,通过植物光合作用固定下来。每年地球上由光合作用生成的植物体总量达1.5×l011 kg,40%是纤维素。按全球人口平均,每人每天可分摊到56 kg。日本就重点研究利用农、林废弃物等植物纤维素制备燃料乙醇 [3]。如我国过去以玉米为原料生产燃料乙醇,成本相对要高,不符合人多地少的国情。因此,现阶段国家对生物燃料乙醇项目建设实行核准制。“十一五”专项规划要求燃料乙醇生产走“非粮”路线。此外,欧盟、加拿大、菲律宾、墨西哥等国也正如火如荼地进行着相关研究 [1]。

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