生物说明文

生物能源与燃料乙醇 如今的年代是怎样的一个年代？是的，信息时代。我坚信这是一个生物的时代。就当下而言，各国的发展重点无非是能源、生物学、信息学等等。在生物学中，往往又分为了很多块，生物能源是其中无法或缺的一块。因而我们所要探讨的生物能源这一话题是非常重要的。尤其是在我国，一个化石能源资源非常缺少的国家，但是呢，生物质能资源却又很丰富，所以我们必须大力发展生物能源，或者说是生物燃料。举个简单的例子，在我国每年农作物秸秆约6亿吨，其中一部分作为造纸原料和畜牧饲料，剩余3亿吨未被合理利用，折合约1.5亿吨标准煤。相当一部分的秸秆在田间地头被白白烧掉了，既浪费能源又污染环境，这都是浪费生物质资源。 目前，最受各国关注的自然是性能优良的燃料—乙醇。乙醇是自然界难得一见的一种可再生的无限闭路循环的清洁物质。乙醇和植物（包括粮食）一样，是太阳能的一种表现形式。自然界的植物通过光合作用，产生生产乙醇的基本原料，在乙醇的生产和消费过程中，又全部分解为植物光合作用的原料，周而复始，永无止境。乙醇也是一种很好的燃油品质改善剂。乙醇作为增氧剂，添加到汽油里会使汽油充分燃烧。再加上乙醇是清洁能源，它的生产消费的整个循环过程中温室气体二氧化碳基本平衡。所以不得不说，乙醇燃料真是非常重要的。目前燃料乙醇生产原料主要是淀粉质、糖质原料、纤维素原料。其中淀粉质是乙醇生产的主要原料，纤维素原料是最有发展潜力的乙醇生产原料。在我国，人多地少是公认的，这就意味着在今后很长的一段时间里，我国粮食供给面临着巨大的压力，也就是用淀粉质生产乙醇是非常不稳定的，所以拓展乙醇生产所需的原料，如木薯、红薯、甜高粱及秸秆等纤维素，是进一步发展燃料乙醇的关键。再来看看国内外发展现状，燃料乙醇的需求量是逐年增长，增幅达到5%~10%，不可小觑。几年时间，乙醇产量就会翻番。至今，我国乙醇的年产量只有102万吨，相比于巴西的1380万吨，那是远远不如的。所以我们不妨先来看看巴西是怎样发展乙醇燃料的。 一个能够承受的未来能源取决于可再生能源份额的增加，尤其是在发展中国家。实现此一个最好的方法是借鉴20世纪70年代巴西建立的蔗糖乙醇计划。 世界环境发展委员会（wced）在1987年将可持续发张定义为当下的能源就能满足当今需求，而不是寅吃卯粮。这一模糊的定义导致社会学家对世代的含义争论不休。 然而，有限的化石燃料供应了全世界约80%的能量供应。按当今的能源消耗速度计算，石油还够用41年，天然气64年，煤155年。虽然论述不够详细，但这一分析阐明了为什么化石燃料不能当作一两代后的世界主要能源。除了消耗问题，化石燃料的使用对环境还有很严重的污染问题，尤其是全球气候变暖。而且，随着储量的减少，勘探新资源的成本将增加，提取成本也将增加。最终，石油安全问题会导致不稳定地区政治动荡。 除了核能，最有希望取代化石燃料的新能源包括水电、生物质能、风能、太阳能、地热能、潮汐能。图1描述了当今世界能源结构。化石能源（石油、煤、天然气）占了 当今世界能源供应量的80.1%，核能6.3%，可再生能源13.6%。可再生能源中，最大的部分是传统生物质（占能源总量的8.5%），但它们主要以低效的方式使用，比如在贫穷的农村人口中，用生物质能烧炉灶，导致了环境污染以及森林采伐。新兴可再生能源总共为16ej（1ej=1018j），总量的3.4%。许多这些技术仍旧在商业领域大规模发展，包括太阳能、风能、地热能、现代生物质能。最大的部分（占总量的1.9%）是现代生物质能，典型的可持续发展并可用于发电、产热、生产液体燃料。它包括可持续管理下的木材遗积物，也包括农村（畜牧业）和城市的遗积物（包括固体废物和废液）。 从能源可持续发展的观点看，可再生能源能够确保能源供应减少对政治动荡地区石油的依赖，有很大的利用价值。可再生能源环保，排放物（粉尘、硫化物、铅化物）污染小，温室气体（二氧化碳和甲烷）排放少。但单位能源比传统化石燃料需要更多劳动力。 纵然有成熟的技术，一些可再生能源依旧比化石燃料贵。尤其是“新兴可再生能源”。传统生物质不是商业营销的目标因为它们除了环保意外难以估量其价值。纵然从可持续发展角度看生物质很吸引人，成本依然是限制传统生物质大规模应用的阻碍。工业化国家和国际金融机构基于税收、补贴、可再生能源组合标准采取了很多措施鼓励新型可再生能源的应用，也有一些成功的典范。这些典范在工业化国家丹麦、德国、西班牙、美国的风、太阳能领域里从无到有每年以35%的增速增长。这些技术通过一些途径慢慢传播到了发展中国家。 在发展中国家，巴西的蔗糖乙醇是可再生能源发展应用最好的榜样。当今，巴西每年用300公顷的土地产酒精160亿升（42亿加仑）。制酒精并没有与民争粮，甘蔗仅占了耕地面积的10%及可利用土地总面积的1%。以生产甘蔗和酒精为目的的甘蔗种植区占地560万公顷。 其他自然生态国家也可以学习用甘蔗制酒精的做法。全世界2000万公顷的土地种植甘蔗，多数是为了生产蔗糖。一个简单的计算表明，如果有10个巴西的酒精产业（比如巴西的甘蔗种植面积为3000万公顷），将取代全世界10%的汽油。这只是全球超过10亿公顷耕地中的一小部分。巴西的乙醇计划是什么建立的呢？上世纪70年代，巴西联邦政府强制将25%的酒精掺如汽油，鼓励汽车市场生产能够以纯酒精为燃料的发动机。巴西政府对乙醇与汽油混合（基于能源组合标准）的强制执行是项目成功的保证。其目的是减少将消耗一半出口贸易额的石油进口。虽然此决定是由军事政权作出的，但巴西农业部门、汽车生产商各界广泛接受。欧盟、日本、美洲的一些国家也在考虑同样的方案。这个政策创造了一个增长迅速的乙醇市场。乙醇成本成“学习曲线”从1980年的9亿加仑到1980年的30亿加仑再到2006年的42亿加仑，以每年6%的速度增长。1980年乙醇的价格是石油的3倍，但政府出资补贴加油站弥补这个差价。补贴经费源自司机缴纳的汽油的税收。所有的燃料价格都由政府控制。20年来政府估计总共补贴了300亿美元，但是截至2006年底减少了500亿美元的汽油进口。20世纪90年代逐渐取消了 津贴，至2004年，自由发展的乙醇行业已经能够在国际市场上与汽油竞争了。巴西过去补贴乙醇产业是过去的事了，因为今天新的乙醇作物已经应用高科技与规模经济比如多余的乙醇送给国家电网用高压锅炉发电。 巴西酒精计划源自减少石油进口的依赖，但是政府很快意识到巨大的环境社会效益。乙醇转化工艺将逐步淘汰添加剂和mtbe(甲基叔丁基醚)和、还原性硫、不溶性颗粒、一氧化碳废气。通过拥有正能量平衡网（可再生能源输出与化石燃料输入）；将有效缓解温室气体排放；而且巴西的甘蔗乙醇比其他生产乙醇的方法成本更低足以和美国汽油竞争，甚至考虑到每加仑0.54美元的进口税和高能耗处罚（少于30%的现代弹性燃料机动车技术）。美国汽油夏季批发价是每加仑1.9美元；玉米乙醇价格在每加仑2.5美元左右（10）。纤维素乙醇从长期看是一个有前景的选择，但这种前景还没有体现在在商业领域。长期的目标为价格降至60美分每加仑，但这将要求在生产、收集、转化生物质环节都有很大技术突破。一个更实际的研究目标是2012年降价至每加仑1.07美元。巴西或其他国家的其他生物质燃料也可从这一见解中获益。最有希望的候选生物质燃料有：纤维素材料制取乙醇，取得成果之前仍需研发。如果这个转化技术完全建立，将要开启各种木材以及生物质原料的生产乙醇的巨大机会。从微生物转化固体废弃填埋物、废水、工业废水和废弃有机肥将与化石燃料相比可观地减少取热和发电过程中温室气体的排放。利用植物直接燃烧或气化发电或用燃气涡轮机也能够取代煤、天然气、石油甚至核能。人造林木也能够减少因取木材做燃料而对森林的破坏，通过市场有效控制温室气体的排放。巴西的醇项目建立在本土技术上，不论是工业还是农业区域。而且与风能、太阳能相比，不依赖进口，技术也能转移给其他发展中国家。到了成本可控能够商业化的那天，乙醇汽油这个早已存在的选择将兑现。许多发展中国家有得天独厚的条件效仿巴西模式，这将能用可再生的高效燃料供应世界燃油。 现在我们再来看看我们自己国家的燃料乙醇发展的大致状况。“十?五”十大重大工程之一的生物能源发展取得了重大的发展，尽管目前的燃料乙醇的生产还是以玉米和小麦为原料的，尽管现在的燃料乙醇的使用还是依靠政府的扶持和财政补贴，但是从巴西的实例来看，不难看出燃料乙醇的市场还是非常广阔的，企业通过工艺调整、技术改造、规模效益等将会有利可图。也正以此为基础，国内四大燃料乙醇生产企业从建厂初期就广为吸收国内大专院校和科研院所在燃料乙醇生产方面的科技成果，高起点、高标准、高水平的建设燃料乙醇生产线，为我国的燃料乙醇的发展奠定了良好的基础。这四大燃料乙醇生产企业分别是河南天冠燃料乙醇公司、安徽丰原生化股份有限公司、吉林燃料乙醇有限公司、黑龙江华润酒精有限公司。他们分别是以小麦、玉米等来进行加工的。 现在我们要从经济效益来看看燃料乙醇是否真的是能源经济性。根据相关的计算结果表明，使用甘蔗生产乙醇，最高能达到11.2的产投比，而玉米的产投比只有1.34。在我国，虽然有用玉米生产乙醇的，不过相对应的计算方法还没有实施，所以也没有计算得到。而整个的计算过程又是相当复杂的，涉及到植物体运输的能量估算、由植物体 转换为乙醇的能量需求估算，十分繁琐。在我国，如果不算上副产品能量价值，那么我们得到的其实是一个负的能量效益过程。当然，算上的话，就是正的效益过程了。于是这就成为了小麦乙醇燃料成为化石能源的替代品之一的基础。值得一提的是，在技艺方面，我们国家所做的比起有些国家像美国什么的，还是有不小的差距。当然，伴随着新技术在农业生产、燃料乙醇生产等方面的运用，将极大提高化肥生产效率、化肥使用效率、企业能源消耗的降低和综合利用水平的提高，总体来看我国小麦燃料的能量效益将十分可观。 国内的燃料乙醇技术进展。发酵法酒精生产能耗中，蒸煮工艺约占30%到35%，蒸馏工艺约占45%到50%.可想而知，酒精生产节能的主攻方向是蒸煮工艺和蒸馏工艺。对此，有关科研单位和企业进行了大量的研究工作，相继开发了低温蒸煮、生料酒精发酵、固定化酵母、连续发酵耐高温酒精酵母、差压蒸馏技术，其中部分技术已被用于酒精生产。可是，纵观综合效益，酒精生产的能耗仍然较高。天冠集团针对使用原料为陈化小麦的特点，与南京野生植物研究所合作开发了具有自主知识产权的谷朊粉分离装置，装置采用全效分离技术，各项消耗指标全国领先。此外其业余郑州大学、浙江大学合作开发了相关技术。为了降低产品的生产成本，吉林燃料乙醇有限公司燃料乙醇生产的关键设备从国外引进.此外黑龙江华润金玉实业、安徽丰原生物化学股份有限公司也做出了对应提高企业经济效益的措施。 一直在说乙醇燃料，可是它将用于什么呢？绝大多数的是车用乙醇汽油。何谓车用乙醇汽油？即将燃料乙醇和常规汽油按一定比例调和混配成的清洁的新型汽车燃料。这种新型燃料目前最重要的就是注意运输安全。在车用乙醇汽油的储运中，最重要的一点事防止水分的进入。如果汽油中混入的水分过多，会导致乙醇与汽油形成相分离，这样一来乙醇汽油的辛烷值必定下降以至于无法使用。所以对于乙醇汽油的这方面的研究改进一直在进行，并取得了不错的成就。 总的来说，我国染料乙醇工业具有广阔的发展前景。随着全球化石资源的日趋枯竭，油价进一步高涨，这给染料乙醇带来了一定的升值空间，也为燃料乙醇工业的发展带来了历史性的机遇。此外，伴随着国内石油需求的进一步提高，以乙醇等替代能源为代表的国家能源供应多元化战略已经成为我国能源政策的一个方向。更关键的是，我国燃料乙醇生产技术的革新和燃料乙醇应用技术的快速发展，也为我国燃料乙醇工业开辟了广阔的发展前景。 燃料乙醇在我国是一个新兴的产业，推动这一产业的发展，有利于建立一个稳定、可控的粮食转化渠道，还可以支撑粮价、带动农民增收，同时也创造大量就业机会，并拉动内需，带动相关的流通环节，最终给国家财政带来收益。 当然我们现在能够看到以燃料乙醇为例的生物能源类，正欣欣向荣的发展，我们有理由相信很多其他的例如生物柴油、生物汽油、生物质燃料等等的技术会有很大很大的进步。人定胜天，既然化石资源快用完了，那么我们就必须也必将找到一类能够代替化