生物能源化玉米為汽油

目前，隨著石油等化石燃料的日益枯竭以及不斷上升的平均氣溫，人們被迫抓緊尋找替代能源，由纖維素、木薯、藻類等植物轉(zhuǎn)化而來(lái)的生物能源似乎為人類昭示著美好前景——未來(lái)人類將不依賴于石油、煤炭和天然氣，而是有*的可再生的生物能源作依靠。然而，美妙的理想和現(xiàn)實(shí)之間的距離究竟有多遠(yuǎn)？為何迄今為止生物能源依然僅僅是看起來(lái)很美？請(qǐng)跟隨記者一起去探尋。

生物能源：

化石能源的替代品

*廣州能源研究所可再生能源與天然氣水合物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員王鐵軍在接受本報(bào)專訪時(shí)表示，生物能源是所有可再生能源中，*可以作為化學(xué)品或石油替代品的能源。其他可再生能源，如太陽(yáng)能、風(fēng)能、海洋能、核能，都是非碳能源，主要以熱、電的方式來(lái)利用。工業(yè)革命至今，人們一直倚重于使用石油、天然氣、煤炭等含有碳元素的化石能源作為交通運(yùn)輸以及制造橡膠、塑料等化學(xué)品的能源來(lái)源。拋開(kāi)的化石能源，在所有可再生能源中追溯碳源，由二氧化碳、水合成的生物質(zhì)能是*的可作為化石能源替代品的可再生能源。

此外，從生態(tài)環(huán)境角度而言，石油等化石能源的燃燒會(huì)產(chǎn)生大量二氧化碳，危害環(huán)境，使氣溫升高，導(dǎo)致溫室效應(yīng)，危及人類安全。而如果生物燃料來(lái)自植物，植物生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)從大氣中吸收二氧化碳，因此從理論上講，與燃燒化石燃料相比，生物燃料可以減少大氣中溫室氣體的累積。

王鐵軍說(shuō)，目前生物能源的研究重點(diǎn)在于解決兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是資源量問(wèn)題。從農(nóng)業(yè)、林業(yè)的當(dāng)量（折合成多少噸標(biāo)準(zhǔn)煤的量）來(lái)看，世界生物質(zhì)的量在能源儲(chǔ)量中排四位，僅次于石油、煤炭和天然氣。然而，開(kāi)發(fā)的困難在于這些資源非常分散，很難收集，收集成本占據(jù)生物能源成本的zui大比重。我國(guó)“十二五”期間部署培育作為生物能源原料的能源植物，例如在我國(guó)西部地區(qū)非糧耕地培育能源植物，解決資源問(wèn)題。

另一個(gè)研究重點(diǎn)則在于新技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)多途徑的轉(zhuǎn)化技術(shù)。目前生物能源的轉(zhuǎn)化技術(shù)主要有生物方法和熱化學(xué)方法。生物方法是將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為糖，通過(guò)微生物進(jìn)行發(fā)酵，從而產(chǎn)生沼氣、乙醇等化學(xué)品和液體燃料?；瘜W(xué)方法則是將生物質(zhì)氣化變成氫氣、一氧化碳等生物燃?xì)?，再?jīng)過(guò)特定催化劑，將其催化合成液體燃料。

變廢為寶：

“垃圾是放錯(cuò)地方的資源”

生物能源原料之豐富令我們難以想象。中科院廣州能源研究所的謝舜源告訴記者，老所長(zhǎng)曾說(shuō)過(guò)，世上其實(shí)沒(méi)有垃圾，“垃圾只是放錯(cuò)了地方的資源而已”。

就原料而言，王鐵軍介紹，不同的生物轉(zhuǎn)化技術(shù)有適用的不同原料。就生物方法來(lái)說(shuō)，包括廚余垃圾在內(nèi)的生活垃圾、禽畜糞便、含糖工業(yè)污水等含水量高的碳水化合物都可以轉(zhuǎn)化成沼氣等生物燃?xì)?。以前這些燃料用于供熱等生活用能，現(xiàn)在，則可以通過(guò)規(guī)?；a(chǎn)進(jìn)行凈化、壓縮、罐裝，用作汽車燃料，這在個(gè)別地區(qū)進(jìn)入應(yīng)用示范階段。此外，也可以利用秸稈等植物纖維素制造燃料乙醇，也就是常說(shuō)的乙醇汽油。例如，五年前，國(guó)家利用陳化糧制造乙醇汽油?，F(xiàn)在，人們嘗試以木薯、甘薯、甜高粱、秸稈等非糧作物原料為主生產(chǎn)燃料乙醇。

熱化學(xué)方法則主要針對(duì)樹(shù)木、碎木片、秸稈以及小麥、棉花加工后的殼等林業(yè)、農(nóng)業(yè)廢棄物，將其熱解、氣化，制成交通燃料及高附加值的化學(xué)品燃料。熱化學(xué)方法要求原料必須是干物料，否則可能因?yàn)槲锪虾瑵窳看?，過(guò)程能耗大，影響設(shè)備。

此外，從藻類身上也能“收獲”液體燃料。微型藻類是光合作用的“巨人”，某些藻類對(duì)入射太陽(yáng)光的利用率達(dá)到3%，而玉米或甘蔗卻只有約1%。這些藻類能更地將水、二氧化碳和陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為油脂，而油脂可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為烴類的碳?xì)浠衔铩?/span>

如果要描繪一幅生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化路線圖，王鐵軍說(shuō)，近期生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化還是以生物燃?xì)鈶?yīng)用為主，主要用于熱利用，中遠(yuǎn)期則是以液體燃料和化學(xué)品的應(yīng)用為主，例如生產(chǎn)生物柴油、纖維素燃料乙醇，以及制造橡膠、塑料、高分子材料等化學(xué)品。

發(fā)展瓶頸之一原料分散、成本高

生物燃料的遠(yuǎn)景看起來(lái)很美，但經(jīng)過(guò)多年研究，它并沒(méi)能在很大程度上替代石油，而是遇到了瓶頸。

王鐵軍介紹，目前科學(xué)界正在研究燃料丁醇，熱值比乙醇高，性能和普通汽油基本一致，可以以任意比例與汽油混合。目前還處于示范階段的燃料丁醇的應(yīng)用是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。“生物燃料性能沒(méi)問(wèn)題，關(guān)鍵是成本問(wèn)題。”他表示。

對(duì)生物燃料企業(yè)而言，原料受限是極大問(wèn)題。因?yàn)樯锬茉床煌诿禾?、天然氣等很集中，其原料是分散式的，沒(méi)有一個(gè)地方可儲(chǔ)存如此多的原料。因此，相關(guān)企業(yè)的生產(chǎn)能力多是萬(wàn)噸級(jí)、十萬(wàn)噸級(jí)，不會(huì)達(dá)到百萬(wàn)噸的規(guī)模。在國(guó)外，一些生物能源農(nóng)場(chǎng)建在土地寬廣的地區(qū)，但即便有土地種植，要收集原料也非常困難。假設(shè)收集半徑是10公里，要將原料收集加工，需經(jīng)過(guò)收割、打包、運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)等流程，每個(gè)程序都要耗費(fèi)大量人力、物力，過(guò)程亦要消耗大量能源。如果將生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大，收集半徑達(dá)到100公里，成本更是不堪設(shè)想。為了更容易取得原料，我國(guó)很多生物能源企業(yè)都坐落在米業(yè)、林業(yè)等加工基地，但受限于高昂的制造成本，生物能源領(lǐng)域目前尚無(wú)工業(yè)*。

在美國(guó)，科學(xué)家、公司CEO和政府決策者們都抱有美好的愿望，美國(guó)政府也投入了大量資金，但經(jīng)過(guò)幾十年的努力，到目前為止，生物燃料還無(wú)法在價(jià)格上與汽油相競(jìng)爭(zhēng)。玉米乙醇如今是美國(guó)*一種達(dá)到商業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模的生物燃料，這還得歸功于美國(guó)政府的財(cái)政補(bǔ)貼。根據(jù)美國(guó)政府審計(jì)部門的數(shù)據(jù)，僅在2010年就撥給了玉米乙醇超過(guò)56.8億美元的財(cái)政補(bǔ)貼。在沒(méi)有財(cái)政補(bǔ)貼的情況下，玉米乙醇在價(jià)格上尚無(wú)法與汽油相抗衡。

王鐵軍說(shuō)，未來(lái)隨著科技的發(fā)展，生物能源領(lǐng)域應(yīng)該也有創(chuàng)造財(cái)富神話的可能性。“目前在技術(shù)上瞄準(zhǔn)兩個(gè)難點(diǎn)：一是廉價(jià)的生物質(zhì)原料，二是通過(guò)新技術(shù)開(kāi)發(fā)降低生產(chǎn)成本。”為解決成本難題，低成本油料植物的培育也是一個(gè)研究重點(diǎn)。

發(fā)展瓶頸之二與人爭(zhēng)糧，與糧爭(zhēng)地

此外，發(fā)展生物能源要避免與人爭(zhēng)糧、與糧爭(zhēng)地的問(wèn)題。美國(guó)政府規(guī)定玉米乙醇必須占到全國(guó)客運(yùn)車輛所用燃料的10%，這一政策推動(dòng)了玉米乙醇的大量增長(zhǎng)，產(chǎn)量從1979年的5000萬(wàn)加侖增加到了2010年的130億加侖。但生產(chǎn)這130億加侖玉米乙醇消耗掉了美國(guó)約40%的玉米作物，這些作物種植在13萬(wàn)平方公里的農(nóng)田上。2010年10月，美國(guó)國(guó)會(huì)研究服務(wù)部的報(bào)告指出，即使將2009年全美國(guó)的玉米都用于生產(chǎn)乙醇，其產(chǎn)量也只能代替美國(guó)汽油消費(fèi)量的18%。研究人員得出的結(jié)論是：企圖通過(guò)擴(kuò)大玉米乙醇的產(chǎn)量來(lái)顯著促進(jìn)美國(guó)的能源安全看起來(lái)是不切實(shí)際的。而且，若利用所有玉米來(lái)生產(chǎn)，將會(huì)使人和牲畜無(wú)糧可食。

此外，即使只用玉米秸稈，通過(guò)纖維素轉(zhuǎn)化而來(lái)的糖生產(chǎn)生物燃料，這種方法也會(huì)對(duì)環(huán)境和農(nóng)業(yè)造成負(fù)擔(dān)。收割之后，玉米秸稈留在田里，分解后可改善土壤的肥力，拖走會(huì)加速土壤的退化。在巴西，因?yàn)楦收岣追N植，他們以甘蔗取代玉米秸稈來(lái)制造乙醇。但為了獲得大量的甘蔗乙醇，人們需要夷平大片熱帶雨林以開(kāi)辟更多甘蔗園，加劇對(duì)原始環(huán)境的破壞。

可以看到，如果玉米和甘蔗繼續(xù)大量用于替代石油上，將會(huì)進(jìn)一步對(duì)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)造成巨大壓力，而農(nóng)業(yè)正努力為70億人以及牲畜提供食物、衣物和飼料。王鐵軍表示，在美國(guó)主要以玉米為主生產(chǎn)乙醇燃料，但在發(fā)展中國(guó)家這種做法是遭到極力反對(duì)的。

未來(lái)

生物能源可*代替化石能源嗎？

王鐵軍介紹，就我國(guó)來(lái)說(shuō)，目前生物能源的應(yīng)用不到全國(guó)能源消耗的0.5%，到2020年，乙醇燃料、丁醇燃料等生物能源預(yù)計(jì)將替代1000萬(wàn)噸交通運(yùn)輸燃料。生物能源的發(fā)展及未來(lái)市場(chǎng)前景還將受石油等化石能源價(jià)格波動(dòng)的影響。

目前，作物里含有的所有能量，包括牲畜消耗的植物，用于紙漿、造紙以及其他木材產(chǎn)品的樹(shù)木，加起來(lái)大概是1.8兆億焦耳，相當(dāng)于世界能源消費(fèi)量的20%左右。在短期內(nèi)大大增加這個(gè)量不切實(shí)際，還可能造成嚴(yán)重的生態(tài)后果。普林斯頓大學(xué)的研究者表示，生物能源的目標(biāo)應(yīng)定位為生產(chǎn)某些燃料，比如飛機(jī)的燃料。

科學(xué)的發(fā)展永無(wú)止境。生物能源要*代替化石資源，我們尚需給予更多的耐心。