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世界各國生物燃料發展現狀及趨勢
打印 2008-12-20 01:57 字體: [大] [中] [小]

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利用植物捕捉太陽能這個想法對于人類而言,有著一種浪漫、強烈的吸引力。近一二十年來,生物燃料成了一個熱門話題。不論是在實驗室,還是在股票市場,它都風光無限。盡管現在還無法確保生物燃料的未來,但石油價格的波動和溫室效應的壓力還是讓人們對它寄予厚望。

???? ?那么,這種通過種植作物捕獲太陽能的方式,究竟能在多大程度上緩解當前的能源危機?

????? 很不幸的是,植物在這方面有著一個基本的麻煩。和太陽能電池相比,它們儲存太陽能的能力很低,甚至即使是密集種植的植物,都得努力儲存才能到達每平方米一到兩瓦特(在大氣層頂,太陽光在其垂直方向的功率大約是每平方米1500瓦特)。

????? 但植物擁有的優勢可以彌補它們的劣勢。和別的能源原料相比,植物生長很便宜,只要有差不多的水和營養物質,他們就能長得很好。而在這個過程中,它們消耗了二氧化碳,這毫無疑問對于環境是一個錦上添花的事情--它們把碳和太陽能一起轉化成穩定的碳氫化合物。

????? 這意味著植物儲存的太陽能在以后沒有太陽照射的時候依然可以使用,并且它還可以被加工,通過一定的成本和努力,加工成汽車和飛機可以使用的某種碳氫燃料。對于擔心燃料進口的穩定性、擔心全球石油生產遠景的政府來說,這個意義是深遠的。

????? 因此,盡管它們的劣勢意味著植物永遠不可能成為全球能源問題的完全答案,但是作為一種不使大氣層增加二氧化碳的燃料來源,對于比以往更饑渴的運輸行業而言,它們有著實質性的潛力--只要石油還保持著意料之中的高價位。

???? ?在發展了這么多年之后,英國《自然》雜志在2006127一期上,以封面文章的大篇幅盤點了目前世界上對于生物燃料的發展概況和遇到的技術瓶頸。

???? ?最成功的道路:巴西模式

????? 巴西是推動世界生物燃料業發展的先鋒。它利用從甘蔗中提煉出的蔗糖生產乙醇,代替汽油作為機動車行駛的燃料。如今巴西乙醇和其他競爭燃料相比,價格上已具有競爭性。這也是當前生物燃料業發展最為成功的典范。

???? ?早在20世紀30年代,巴西人就開始用蔗糖乙醇作為汽車燃料,70年代,由于石油價格的不斷上漲,這一技術開始贏得政府的支持。巴西熱帶地區的光照使得這里非常適合種植甘蔗?,F在,巴西已經是世界上最大的甘蔗種植國,每年甘蔗產量的一半用來生產白糖,另一半用來生產乙醇。

???? ?最近幾年,由于過高的汽油價格和混合燃料轎車的推廣,巴西燃料乙醇工業更是得到了長足的發展?;旌先剂限I車能夠以汽油和乙醇的混合物為燃料,自從2003年在巴西大眾市場銷售后,銷量節節攀升,目前已經占據了巴西轎車市場的半壁江山。在混合燃料轎車需求的拉動下,巴西燃料乙醇的日產量從2001年的3000萬升增加到2005年的4500萬升,已能滿足國內約40%的汽車能源需求。同時,燃料乙醇工業還為這個失業率高達10%的國家提供了100萬個工作崗位。

????? 盡管,有人提出種植甘蔗也是一個非常耗能的過程,但研究人員經過仔細計算后得出,每種植一噸甘蔗耗能大約25萬千焦,而一噸甘蔗生產出的乙醇以及用甘蔗渣發電,可以得到大約200萬千焦的能量,回報高達8倍。這是因為甘蔗是一種非常高產的作物,能有效地將太陽能轉化為糖儲存。因此,用蔗糖生產乙醇是目前世界上制造乙醇最便宜的方法,每升的成本大約只有25美分。

????? 在未來4年中,巴西計劃將新建4050家大型乙醇加工廠。為了保證這些加工廠的原料供應,甘蔗的種植面積也在不斷擴大。在這些新增的甘蔗種植面積中,一部分來自新開墾的土地,另一部分則是由糧食、柑橘或咖啡的種植地及飼養牲畜的草場轉化過來的。

????? 但巴西生物燃料發展戰略當前的成功,并不意味著巴西的蔗糖乙醇會成為世界生物燃料業未來的選擇。因為即使只替代目前全球汽油產量的10%,也需要將巴西現有的甘蔗種植面積擴大40倍。雖然,巴西人總是說我們巴西很大,但他們也清楚不可能出這么多土地用于種植甘蔗。另外,由于甘蔗的品種有強烈的地域性,巴西的技術路線在別的國家很難走得通。就連非洲、印度、印度尼西亞都無法照搬,更別說主要地處溫帶的中國了。

????? 因此,巴西模式盡管取得了迄今最大的成功,但卻不是未來世界生物燃料業發展的方向,更不適合地處溫帶、缺少耕地的中國。

????? 臨陣救急的秸稈變油技術

????? 1923年,德國從事煤炭研究的費希爾和托普希發明了一種技術,可以將煤炭、天然氣等轉化為液體燃料。由于液體燃料使用更為方便,這種后來被稱為-托反應的技術80多年來一直受到業界的重視。

???? ?更為重要的是,對于那些煤炭豐富但缺少石油的國家(比如中國、美國)而言,-托反應技術對保證國家的能源安全有舉足輕重的作用。

??? ??但這種技術有一個致命的弱點:成本過高。因此,除非迫不得已,否則人們很少會采用。-托反應技術第一次被大規模采用是在二戰期間。當時,被封鎖的納粹德國有90%的柴油和航空燃油供應歸功于這一技術。在種族隔離時期,南非由于受到制裁,開始發展-托反應技術,并最終使國內30%的燃料來自煤炭的液化。

????? 除了成本過高之外,-托反應技術在將煤炭轉化為液體燃料的過程中,會產生大量的二氧化碳。這也使得該技術的推廣面臨環保的壓力。解決的辦法之一,就是用生物原料替代化石燃料。

????? -托反應也可以將秸稈、木屑等生物原料轉化為液體燃料。在德國,一家高科技公司采用這種技術,每年已可以生產1.5萬噸名為陽光柴油的生物燃料。但目前這一工藝仍遠遠落后于以煤炭、天然氣為原料的同類技術,并且成本更昂貴。

???? ?荷蘭能源研究中心的茲瓦特說:石油價格只有漲到每桶70美元以上,才有可能使利用-托反應生產生物燃料的企業贏利。現在,以-托反應為核心技術的能源計劃多為企業的示范項目,并得到了國家的資金補貼。比如,在德國用-托反應生產出的生物燃料將被免除針對其他燃料所征收的重稅。

???? ?未來之:纖維素乙醇

????? 美國是另一個主要的燃料乙醇生產國,但與巴西不同,它用的不是甘蔗而是玉米。盡管有不少反對的聲音,但美國燃料乙醇的日產量仍從1980年的100萬升增加到現在的4000萬升。目前,美國已投入生產的乙醇生產廠有97家,另外還有35家正在建設當中。這些工廠幾乎都集中在玉米種植帶。

???? ?玉米中用于生產乙醇的主要成分是淀粉,通過發酵它可以很容易地分解為乙醇。這正是用玉米生產乙醇的優勢,但這也是人們反對的原因,因為淀粉是一種重要的糧食。今年美國計劃投入4200萬噸玉米用于乙醇生產,按照全球平均食品消費水平,同等數量的玉米可以滿足1.35億人口一年的食品消耗。

???? ?事實上,在整個生物燃料領域,當前最吸引投資者的并不是用蔗糖、玉米生產乙醇,或是從油菜籽中提煉生物柴油,而是用纖維素制造乙醇。

???? ?所有植物的木質部分--通俗地說,就是骨架”--都是由纖維素構成的,它們不像淀粉那樣容易被分解(如果容易被分解,木材就沒法保存那么久了),但大部分植物捕獲的太陽能大多儲存在纖維素中。如果能把自然界豐富且不能食用的廢物纖維素轉化為乙醇,那么將為世界生物燃料業的發展找到一條可行的道路。

???? ?由于技術上的限制,目前還沒有一家纖維素乙醇制造廠的產量達到商業規模,但很多大的能源公司都在競相改進將纖維素轉化為乙醇的技術。最大的技術障礙是預處理環節(將纖維素轉化為通過發酵能夠分解的成分)的費用過于昂貴。美國加利福尼亞大學的懷曼說:惟一比預處理環節更昂貴的就是不要預處理。要想用纖維素生產乙醇,預處理環節無法回避。

????? 技術上的不確定性,迫使制造乙醇的大部分投資仍集中在傳統的工藝--通過玉米、蔗糖生產乙醇,但這些辦法無法從根本上解決當前各國面臨的能源危機。為了保證能源安全,美國總統布什說,他的政府計劃在6年內把纖維素乙醇發展成一種有競爭力的生物燃料。

????? 因為發展能源不可能走犧牲糧食的道路。盡管現在技術上還存在障礙,但大部分人仍相信,利用纖維素生產燃料乙醇代表了未來生物燃料發展的方向。美國能源部投入2.5億美元成立了兩個生物能源研究中心,負責研究纖維素乙醇。歐盟在其第七個研究與發展框架計劃中為纖維素乙醇研究專門預留出1億歐元的經費。BP公司也宣布將在未來10年內用5億美元資助生物能源研究。

????? 在最終的技術線路確定之前,發達國家和世界能源巨頭沒有把賭注壓在某一種技術上,而是更注重基礎研究的投資。這值得中國政府和企業學習借鑒,因為任何國家都不可能單靠技術引進發展本國的生物燃料產業。

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2008-12-20 來源: 責任編輯:
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