纖維素乙醇：和石油一較高下

木質(zhì)纖維素是這個(gè)星球上最豐富的可再生資源，因?yàn)樗侵参镒钪匾慕M成部分，據(jù)估計(jì)，木質(zhì)纖維素原料占世界生物質(zhì)量的50%。在大多數(shù)情況下，它們被簡單地?zé)龤Щ騺G棄。

但實(shí)際上，它是生物燃料的極佳原料，可以轉(zhuǎn)化為纖維素乙醇。玉米乙醇之所以被人詬病,除了“與人爭糧”、“與農(nóng)爭地”外，還有能量效率低的頑疾—消耗1個(gè)能量單位的化石能源，只能產(chǎn)出1.36個(gè)能量單位的玉米乙醇。

對(duì)纖維素乙醇而言，這些都不是問題，它的能效比相當(dāng)讓人滿意，投入1個(gè)能量單位的化石能源，能得到10個(gè)能量單位的纖維素乙醇。

它甚至不用消耗太多的土地和人力，那些現(xiàn)有的被廢棄的纖維素資源—農(nóng)作物秸稈、甘蔗渣、木屑、廢紙、廢林木等工農(nóng)業(yè)及城市生活廢棄物中都含有豐富的纖維素，都是生產(chǎn)纖維素乙醇廉價(jià)而豐富的原料。

每年纖維素類生物質(zhì)如果能全部轉(zhuǎn)化為生物能源，相當(dāng)于340-1600億桶原油，而目前全球每年消耗的石油是30億桶。

單農(nóng)作物秸稈一項(xiàng)，中國年產(chǎn)6.5億噸，理論上纖維素乙醇的年生產(chǎn)能力高達(dá)1.4億噸，可以滿足2009年全部運(yùn)輸燃料需求。

和玉米、大豆相比，纖維素類的能源作物對(duì)土地條件要求不高，可以栽種在那些貧瘠的土地上。

谷物乙醇生產(chǎn)商POET公司的數(shù)據(jù)顯示，纖維素乙醇與汽油相比，可減少溫室氣體排放111%，美國環(huán)保局的這一數(shù)據(jù)是130%，基本相當(dāng)。

因此，中國科學(xué)院、中國工程院院士石元春將它稱之為“明日之星”。美國正是看到了它的光明前景，在過去兩年內(nèi)砸下數(shù)十億美元進(jìn)行纖維素乙醇的商業(yè)化應(yīng)用進(jìn)行研發(fā)。

實(shí)際上，纖維素乙醇技術(shù)早在19世紀(jì)就已經(jīng)提出，主要包括纖維素原料的預(yù)處理、纖維素的糖化和糖化產(chǎn)物的發(fā)酵三個(gè)步驟。雖然纖維素乙醇的原料成本很低，但由于加工過程復(fù)雜，設(shè)備投資大，其低原料成本被高昂的生產(chǎn)成本、勞動(dòng)力成本、水電成本和設(shè)備投資折舊等所抵消。

纖維素本質(zhì)上是一種多糖，它是由上千個(gè)葡萄糖分子緊密咬合，用氫鍵連接起來的長鏈分子。這種分子結(jié)構(gòu)對(duì)水解非常抗拒，它將糖分子封存了起來，任誰也休想動(dòng)它一分一毫。

最早，用硫酸水解纖維素，設(shè)備和生產(chǎn)成本都很高，而且環(huán)境污染也很嚴(yán)重。當(dāng)今纖維素乙醇的主導(dǎo)技術(shù)是，用生物酶代替硫酸水解纖維素，同時(shí)進(jìn)行糖化和發(fā)酵。

雖然酶的成本已經(jīng)降低為原來的1/30，但繼續(xù)降低成本似乎遇到了瓶頸，每升纖維素乙醇的成本在0.7—1美元間徘徊，比石油的成本高出50%。

受困于成本，纖維素乙醇還沒能商業(yè)化。雖然已經(jīng)有萬噸級(jí)別的生產(chǎn)裝置，但要和石油一較高下，還有待最后的突破。

海藻產(chǎn)油：成本是最大問題

任何生物能源，想要代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化石能源，都要邁過兩道關(guān)口—產(chǎn)量和成本。因此，廉價(jià)而易得的生物質(zhì)原料很重要。

被認(rèn)為是明日之星的纖維素乙醇正是因其廉價(jià)而易得的原材料才備受矚目，而可以和纖維素媲美的是—藻類生物能源。

作為地球上長得最快的生物質(zhì)之一，在適宜的條件下，藻類的生長速度幾乎可以用小時(shí)來計(jì)算。和其他植物的季節(jié)性產(chǎn)出不同，藻類四季都可以持續(xù)收割。

就連產(chǎn)油量都是其他油料作物難以望其項(xiàng)背的—藻類含油量在10%-60%左右，產(chǎn)油量是大豆的100倍。

當(dāng)然，它也不需要土地，生長中幾乎不需要特別養(yǎng)分，只需要陽光、二氧化碳和水，無論在海水、淡水，甚至是廢水中都能生存。中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所研究員呂雪峰說，一些工業(yè)廢水中的氮、磷元素甚至能促進(jìn)藻類的生長。

海藻生長循環(huán)需要二氧化碳，實(shí)際上是一種固碳機(jī)制。如果從海藻中生產(chǎn)美國所有需用的柴油，則海藻生長可望吸收美國電廠排放二氧化碳總量的56%。

理論上，生物質(zhì)吸收的空氣中的二氧化碳，生物能源經(jīng)過燃燒后回到大氣中，是完美的零排放方案。但實(shí)際情況要復(fù)雜得多，從海藻的種植、收獲到提煉，都要消耗能量和排放碳。

加之現(xiàn)有的技術(shù)手段，多數(shù)使用淡水培養(yǎng)海藻，水體資源的浪費(fèi)也被環(huán)保組織所批判。

但無論如何，看起來如此誘人的前景，讓各國都不敢忽視藻類生物能源的開發(fā)，目前中國多家研究機(jī)構(gòu)正在從事藻類生物燃料的開發(fā)。

但考慮到經(jīng)濟(jì)成本，藻類柴油要走出實(shí)驗(yàn)室，比纖維素乙醇還要漫長許多。纖維素乙醇的成本比原油高50%左右，而藻類柴油的情況更復(fù)雜一點(diǎn)。

如果在開放的池塘中進(jìn)行養(yǎng)殖，加上國家的補(bǔ)貼，成本尚能與石油抗衡，但它占地面積大、浪費(fèi)水資源，也難以就水體和溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，生產(chǎn)起來極其不穩(wěn)定，發(fā)展受到很大限制。

如果用固化反應(yīng)器，在封閉的容器中利用工廠排出的廢氣和廢水進(jìn)行養(yǎng)殖，不但條件穩(wěn)定，成品質(zhì)量高，而且對(duì)環(huán)境非常友好；但問題是，它的成本居然接近原油的10倍。

因此，藻類生物燃料雖然看起來非常誘人，但最終進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)，替代部分石油燃料，還需要漫長的過程。在國內(nèi)研究藻類的生物學(xué)家看來，打通技術(shù)路線并不難，但由于生產(chǎn)成本太高，目前還缺乏商業(yè)化生產(chǎn)的條件。

來源： 南都周刊 　

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