導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫好一篇生物燃料的前景，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞:環(huán)保;生物燃料電池;污水同步處理發(fā)電

收稿日期:2010-07-28

作者簡(jiǎn)介:陳丁丁(1982―),男,江西武寧人,助理工程師,主要從事環(huán)境工程方面研究。

中圖分類號(hào):Tk01

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:C

文章編號(hào):1674-9944(2010)08-0207-03

1 引言

環(huán)保生物燃料電池并非剛剛出現(xiàn)的一項(xiàng)技術(shù)。1910年英國(guó)植物學(xué)家馬克•比特首次發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌的培養(yǎng)液能夠產(chǎn)生電流,于是他用鉑作電極放進(jìn)大腸桿菌和普通酵母菌培養(yǎng)液里,成功制造出了世界第一個(gè)微生物燃料電池。1984年美國(guó)制造了一種能在外太空使用的微生物燃料電池,使用的燃料為宇航員的尿液和活細(xì)菌,不過放電率極低。傳統(tǒng)的燃料電池是利用氫氣發(fā)電,但從來沒有嘗試使用富含有機(jī)物的污水來發(fā)電。環(huán)保生物燃料電池是一種特殊的燃料電池,以自然界的微生物或酶為催化劑,直接將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。

2 環(huán)保生物燃料電池的工作原理

環(huán)保生物燃料電池(Microbial Fuel Cell MFC)是以微生物作為催化劑將碳水化合物中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,由陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)組成,中間用質(zhì)子交換膜(Proton Exchange Membrane,PEM)分開,如圖1所示。環(huán)保生物燃料電池的工作過程分為幾個(gè)步驟:在陽(yáng)極區(qū),微生物利用電極材料作為電子受體將有機(jī)底物氧化,這個(gè)過程要伴隨電子和質(zhì)子(NADH)的釋放;釋放的電子在微生物作用下通過電子傳遞介質(zhì)轉(zhuǎn)移到電極上;電子通過導(dǎo)線轉(zhuǎn)移到陰極區(qū),同時(shí),由NADH釋放出來的質(zhì)子透過質(zhì)子交換膜也到達(dá)陰極區(qū);在陰極區(qū),電子、質(zhì)子和氧氣反應(yīng)生成水,隨著陽(yáng)極有機(jī)物的不斷氧化和陰極反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行,在外電路獲得持續(xù)的電流[1],其反應(yīng)式如下:

陽(yáng)極反應(yīng):

C.6H.12O.6 + 6H.2O 6CO.2 + 24H++24e-,

E.0=0.1014V

陰極反應(yīng):

6O.2+24H++24e-12H.2O,

E.0=1.123V

圖1 生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖

3 環(huán)保生物燃料電池的利用領(lǐng)域

3.1 廢水同步的處理與發(fā)電

3.1.1 單一槽設(shè)計(jì)

電池裝置和氫燃料電池有點(diǎn)相似,是一個(gè)圓柱形的樹脂玻璃密閉槽。微生物燃料電池是單一反應(yīng)槽,里面裝有8條陽(yáng)極石墨棒,圍繞著一個(gè)陰極棒,密閉槽中間以質(zhì)子交換膜間隔。密閉槽外部以銅線組成的閉合電路,用作電子流通的路徑。當(dāng)污水被注入反應(yīng)槽后,細(xì)菌酶將污水中的有機(jī)物分解,在此過程中釋放出電子和質(zhì)子。其中電子流向陽(yáng)極,而質(zhì)子則通過槽內(nèi)的質(zhì)子交換膜流向陰極,并在那里與空氣中的氧以及電子結(jié)合生成干凈的水。從而完成對(duì)污水的處理。與此同時(shí),反應(yīng)槽內(nèi)正負(fù)極之間的電子交換產(chǎn)生了電壓,使該設(shè)備能夠給外部電路供電。單一反應(yīng)槽是微生物燃料電池設(shè)計(jì)的創(chuàng)新。大部分燃料電池的設(shè)計(jì)以兩反應(yīng)槽為主,分別為陽(yáng)極槽和陰極槽,在陽(yáng)極槽中以厭氧方式維持微生物生長(zhǎng);陰極槽中則需維持在有氧環(huán)境下,使電子與氧結(jié)合并且與質(zhì)子形成水分子。而單一反應(yīng)槽以質(zhì)子交換膜連接兩槽,其功能不僅可分開兩槽水溶液,還可以避免氧氣擴(kuò)散至另一槽內(nèi)。兩槽式的電解槽,需以外力方式提供溶氧至陰極,而單一槽微生物燃料電池可以以連續(xù)注水方式將空氣帶入陰極,從而減少通氧設(shè)備的花費(fèi)。在發(fā)電量方面,在實(shí)驗(yàn)室里,該設(shè)備能產(chǎn)生72W的電流,可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)小風(fēng)扇。雖然目前產(chǎn)生的電流不多,但該設(shè)備改進(jìn)的空間很大。從提交發(fā)明報(bào)告到現(xiàn)在,已經(jīng)把該燃料電池的發(fā)電能力提高到了350W,這一數(shù)值最終能達(dá)到500~1000W。技術(shù)成熟后,可以批量生產(chǎn)的微生物燃料電池的發(fā)電能力將獲得很大提高,可以產(chǎn)生500kw的穩(wěn)定電流,大約是300戶家庭的用電量。

3.1.2 不間斷上流微生物燃料電池

華盛頓大學(xué)的研究人員日前稱,他們把利用廢水發(fā)電的微生物燃料電池技術(shù)又向前推進(jìn)了一步。去年他們已研究出了這一利用廢水發(fā)電的新技術(shù),現(xiàn)在,他們又把新技術(shù)的發(fā)電量比去年提高了10倍。如果利用這一技術(shù)能使發(fā)電量再提高10倍的話,食品和農(nóng)業(yè)加工廠就有望能安裝這種設(shè)備用于發(fā)電,并能為附近居民提供清潔和可再生電能[2]。華盛頓大學(xué)環(huán)境工程學(xué)項(xiàng)目成員、化學(xué)工程助教拉思安晉南特博士在“環(huán)境科學(xué)技術(shù)”網(wǎng)站上介紹了這種不間斷上流微生物燃料電池(UMFC)的設(shè)計(jì)以及工作原理。同過去那些讓微生物在含有營(yíng)養(yǎng)液的封閉系統(tǒng)中工作的實(shí)驗(yàn)不同的是,安晉南特為微生物提供的是源源不斷的廢水。由于食品和農(nóng)業(yè)加工中會(huì)不停排放廢水。因此,安晉南特的技術(shù)更容易在這些工廠得到應(yīng)用。利用廢水發(fā)電的微生物燃料電池技術(shù),是在陽(yáng)極室內(nèi)安裝價(jià)格低廉的U型質(zhì)子交換膜,將陽(yáng)極和陰極分開。廢水中含有的有機(jī)物,可為細(xì)菌群提供豐富食物,使其得以生存和繁衍。這些細(xì)菌在電池陽(yáng)極電極上形成生物膜,同時(shí)在食用廢水中有機(jī)物時(shí)向陽(yáng)極釋放電子,電子通過與陽(yáng)極和陰極相連的銅導(dǎo)線移動(dòng)到陰極,廢水中的質(zhì)子則穿過質(zhì)子交換膜回到陰極,同電子和氧原子結(jié)合生成水。而電子在導(dǎo)線中的運(yùn)動(dòng)過程就形成了人們所需要的電流。繼2005年首次完成了廢水發(fā)電的微生物燃料電池設(shè)計(jì)后,安晉南特新推出的U型設(shè)計(jì)增加了質(zhì)子交換膜的面積、縮短了兩極距離,因此降低了因阻力引起的能耗,使電池發(fā)電能力提高了10倍,每立方米溶液的發(fā)電量從3W/m3增加到了29W/m3。如果微生物燃料電池系統(tǒng)能夠維持20W/m3的電力輸出,就可以點(diǎn)亮小功率的燈泡。

3.1.3 利用太陽(yáng)能和光和細(xì)菌的環(huán)保生物燃料電池

Noguera與土木與環(huán)境工程教授Marc Anderson、助理教授Trina McMahon,細(xì)菌學(xué)教授Timothy Donohue,研究員Isabel Tejedor Anderson,以及研究生Yun Kyung Cho和Rodolfo Perez合作發(fā)展出一種能在污水處理廠應(yīng)用的大規(guī)模微生物燃料電池系統(tǒng)。目前,研究人員們把微生物封裝在密閉的無氧測(cè)試管中,測(cè)試管的形狀被做成類似電路的回路。當(dāng)處理廢物時(shí),先把有機(jī)廢水通入管中,作為副產(chǎn)品電子向陽(yáng)極移動(dòng),然后通過回路流到陰極。另外一種副產(chǎn)品質(zhì)子通過一塊離子交換膜流到陰極。在陰極中,電子和質(zhì)子與氧氣發(fā)生反應(yīng)形成水。一塊微生物燃料電池理論上最大可以產(chǎn)生1.2V電壓。但是可以像電池一樣把足夠多的燃料電池并聯(lián)和串聯(lián)起來產(chǎn)生足夠高的電壓來作為一種有實(shí)際應(yīng)用的電源。目前該研究小組正在利用他們?cè)诓牧峡茖W(xué)、細(xì)菌學(xué)和環(huán)境工程方面的優(yōu)勢(shì)來最優(yōu)化微生物燃料電池的結(jié)構(gòu)。

3.2 新型的環(huán)保燃料電池

英國(guó)牛津大學(xué)科研人員研制出一種新的環(huán)保生物電池,這種環(huán)保生物電池裝有一種生化酶,可以吸收空氣中的氫和氧來發(fā)電。這種生化酶是從一種需要?dú)錃鈦砭S持新陳代謝的細(xì)菌中分離出來的。這種酶的獨(dú)特之處在于可以與那些如一氧化碳和硫化氫等常規(guī)的電池催化劑并存。這種酶是“生長(zhǎng)型”的,因此能夠以價(jià)格低廉、可再生等特點(diǎn)取代傳統(tǒng)價(jià)格昂貴的鉑基催化劑。這種電池消耗的是大氣中的氧氣和氫氣。所使用的酶是從自然界中利用氫氣進(jìn)行新陳代謝的細(xì)菌中分離出來的。這種酶的特性是具有高選擇性,能夠忍受對(duì)傳統(tǒng)的燃料電池催化劑具有毒害作用的氣體,例如一氧化碳和硫化氫。研究人員表示,由于這種酶能夠生長(zhǎng),所以對(duì)比于其他的氫燃料電池所使用昂貴的鉑催化劑而言,這是一種廉價(jià)的、可更新的環(huán)保燃料電池。

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3.3 生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用

環(huán)保生物燃料電池還可以造出另一種重要產(chǎn)品,根據(jù)電信號(hào)立即測(cè)出病人血糖水平的儀器。對(duì)于向包括起博器和胰島素生成器等在內(nèi)的可植入電控醫(yī)學(xué)設(shè)備供電來說,環(huán)保生物燃料電池非常有用。這些設(shè)備需要無限的電源,這是因?yàn)楦鼡Q這些設(shè)備的電池可能需要外科手術(shù)。BFC從活的生物體內(nèi)提取燃料(例如從血流中提取葡萄糖)來產(chǎn)生電流。只要生物個(gè)體是活的,這種燃料電池就可以持續(xù)起作用[5]。

2010年8月 綠 色 科 技

第8期

4 結(jié)語(yǔ)

盡管環(huán)保生物燃料電池經(jīng)數(shù)十年研究仍距實(shí)用遙遠(yuǎn),燃料電池研究從20世紀(jì)90年代初開始又成為熱門領(lǐng)域,現(xiàn)在仍在升溫階段。幾種燃料電池已經(jīng)處在商業(yè)化的前夜。另外,近20年來生物技術(shù)的巨大發(fā)展,為環(huán)保生物燃料電池研究提供了巨大的物質(zhì)、知識(shí)和技術(shù)儲(chǔ)備。所以,環(huán)保生物燃料電池有望在不遠(yuǎn)的將來取得重要進(jìn)展。隨著生物和化學(xué)學(xué)科交叉研究的深入,特別是依托生物傳感器和生物電化學(xué)的研究進(jìn)展,以及對(duì)修飾電極、納米科學(xué)等研究的層層深入,環(huán)保生物燃料電池研究必然會(huì)得到更快的發(fā)展。環(huán)保生物燃料電池作為一種綠色環(huán)保的新能源,在生物醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用的理想必然會(huì)實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn):

[1] 韓保祥,畢可萬(wàn).采用葡萄糖氧化酶的生物燃料電池的研究[J].生物工程學(xué)報(bào),1992,8(2):203~206.

[2] 賈鴻飛,謝 陽(yáng),王宇新.生物燃料電池[J].電池,2000,30(2):86~89.

[3] 連 靜,祝學(xué)遠(yuǎn).直接微生物燃料電池的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用前景[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2005(22):162~163.

[4] 尤世界,趙慶良.廢水同步生物處理與生物燃料電池發(fā)電研究[J].環(huán)境科學(xué),2006,9(9):17~18.

[5] 寶 ,吳霞琴.生物燃料電池的研究進(jìn)展[J].電化學(xué),2004,2(1):1~8.

The Research and Foreground of Biofuel Cell

Chen Dingding

(Wuning Environmental Protection Bareau, Wuning JiangXi 332300,China)

Abstract:Biofuel cell is a device converting chemical energy into electrical energy directly with the biocatalysts, which has the advantages of abundant fuel resource, mild reaction condition and goodbiology consistence. And, Biofuel cell are capable of converting chemical energy presented in organic wastewater into electricity energy with accomplishments of wastewater treatments simultaneously , which possibly captures considerable benefits in terms of environments and economics.

篇2

關(guān)鍵詞 生物質(zhì)；能源；環(huán)境

中圖分類號(hào) TK6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-(2012)101-0225-01

社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)步離不開能源，能源就像是一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，推動(dòng)著社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高著廣大人民群眾的生活水平。伴隨全球經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人類對(duì)能源的需要也在迅速增長(zhǎng)，能源危機(jī)問題也會(huì)越來越嚴(yán)重，甚至?xí)绊懙饺祟惖恼Ｉ?。此外，化石燃料的燃燒還會(huì)生成大量的溫室氣體從而造成溫室效應(yīng)，其他燃燒產(chǎn)物也會(huì)漂浮在空氣中發(fā)生各種物理化學(xué)變化，不僅會(huì)對(duì)大氣造成污染，還會(huì)影響人體健康。所以，不管是從能源的可持續(xù)發(fā)展還是從保護(hù)環(huán)境的角度來看，找到合適的能源來代替化石燃料，已經(jīng)成為全人類需要解決的重大問題。

1 生物質(zhì)能利用概述

生物質(zhì)能是人類最早使用的能源，一直以來都被人類用作生活燃料。最早利用生物質(zhì)能的方式是直接燃燒，這種生物質(zhì)能利用方式到現(xiàn)在仍被廣泛采用。但是，隨著工業(yè)的發(fā)展，化石燃料大量投入使用，由于其能量集中，生物能現(xiàn)在已經(jīng)基本被化石燃料取代。就整個(gè)現(xiàn)代化國(guó)家來說，生物質(zhì)能在所有正在利用的能源中所占的比例小于3％。由于社會(huì)、經(jīng)濟(jì)原因，許多發(fā)展中國(guó)家在能源利用方面存在著對(duì)生物質(zhì)資源的嚴(yán)重矛盾：使用過度和供應(yīng)不足同時(shí)存在。

1987年，全世界消耗的的一次能源約有12.5％為生物質(zhì)能源。以生物質(zhì)為能量來源，經(jīng)濟(jì)性是很重要的一個(gè)原因，另外還有環(huán)境保護(hù)的原因。生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化裝置有的組裝起來很簡(jiǎn)單，而且費(fèi)用低廉，小規(guī)模使用效果很好。生物質(zhì)能源是生長(zhǎng)在土壤中的，不需進(jìn)口，若能對(duì)生物質(zhì)能源規(guī)?；?，那么為規(guī)模化利用提供原料的農(nóng)、林相關(guān)產(chǎn)業(yè)還會(huì)得到很好的發(fā)展，也不失為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的好機(jī)遇。從環(huán)境保護(hù)的角度來講，燃燒生物質(zhì)能源所產(chǎn)生的污染物較少，更有利于經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。此外，對(duì)生物質(zhì)資源的商業(yè)性開發(fā)利用還可以解決固體廢物的處置問題。

2 世界各國(guó)（地區(qū)）生物質(zhì)能應(yīng)用現(xiàn)狀與前景

2.1 國(guó)外生物質(zhì)能應(yīng)用現(xiàn)狀及前景分析

2.1.1 美國(guó)

總體而言，在生物質(zhì)能的開發(fā)利用方面，美國(guó)的科技水平處于世界領(lǐng)先的位置。美國(guó)比發(fā)展中國(guó)家更早提出綠色電力的概念，自1979年就應(yīng)用生物質(zhì)直燃技術(shù)發(fā)電，那時(shí)候總裝機(jī)容量就超過了10000 MW，單機(jī)容量達(dá)10 MW～25 MW。據(jù)有關(guān)媒體報(bào)道，美國(guó)目前有380多家生物質(zhì)發(fā)電廠，主要建設(shè)在造紙廠和木材廠周邊，這些工廠大部分地處偏僻，但是能提供近十萬(wàn)個(gè)工作

崗位。

2.1.2 歐洲

歐洲森林資源豐富，大部分歐洲國(guó)家的生物質(zhì)資源開發(fā)都是從利用木材為主的，其起步較我國(guó)早，而且政府重視程度高，市場(chǎng)化較強(qiáng)，并且有大企業(yè)帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。生物質(zhì)能的主要利用使用方式有燃燒供暖、發(fā)電和轉(zhuǎn)化為生物柴油等三種，在這三種中，以供暖最為主要。

芬蘭的生物質(zhì)資源利用方法主要是建立燃燒站，小規(guī)模的燃燒站供熱，大規(guī)模的燃燒站則熱電聯(lián)產(chǎn)，生物質(zhì)能源占全國(guó)年能源總消耗量的百分之二十。

瑞典主要利用木材開發(fā)熱電聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)業(yè)，其工藝技術(shù)水平世界領(lǐng)先。最為典型的是瑞典的熱電聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)化運(yùn)作能力很強(qiáng)，燃料市場(chǎng)非常活躍。

丹麥在生物質(zhì)能源的利用上主要采用生物質(zhì)直燃發(fā)電技術(shù)，在這方面取得了很大的成績(jī)。丹麥的BWE公司在秸稈燃燒發(fā)電技術(shù)方面率先研究開發(fā)出了可行性方案，如今在仍處于世界上秸稈燃燒發(fā)電技術(shù)的最高水平。

德國(guó)在生物質(zhì)柴油方面不僅技術(shù)成熟，而且得到政府扶持，是生物柴油的最大生產(chǎn)國(guó)。目前，德國(guó)擁有1兆瓦以上的生物質(zhì)電廠350家，有數(shù)十萬(wàn)家庭使用的供暖器、發(fā)電機(jī)是以生物質(zhì)直燃技術(shù)為基礎(chǔ)的。到2030年，德國(guó)的能量消耗有17.4％來自生物質(zhì)能。

2.1.3 巴西

巴西是世界上最大的燃料乙醇的生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)。巴西主要用甘蔗來制造乙醇，巴西每年生產(chǎn)的甘蔗中，有約50%用于燃料乙醇的生產(chǎn)。生產(chǎn)出來的燃料乙醇，有約50%摻入汽油中使用，另外50%則作用于直接替代汽油燃料。巴西不僅是世界上最大的乙醇生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，也是世界上最大的乙醇出口國(guó)，巴西生產(chǎn)的乙醇有百分之十五用于出口，主要出口市場(chǎng)為美國(guó)。

2.1.4 印度

印度很早就開始使用沼氣，早在1897年就有使用沼氣照明的技術(shù)存在。印度在l975年開始就啟動(dòng)了國(guó)家沼氣開發(fā)計(jì)劃，截止到2008年在農(nóng)村地區(qū)建成了沼氣池450多萬(wàn)座，許多農(nóng)村家庭沒有通電，此舉為數(shù)十萬(wàn)家庭提供了炊事燃料，同時(shí)還解決了照明問題。

2.2 我國(guó)生物質(zhì)能應(yīng)用現(xiàn)狀及前景分析

生物質(zhì)能利用技術(shù)在我國(guó)很早時(shí)候就有了，比如利用造紙廠、制糖廠的廢料發(fā)電，還有最近幾年開展的垃圾發(fā)電技術(shù)。但是生物質(zhì)發(fā)電的商業(yè)化和規(guī)?；瘧?yīng)用水平，比起歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家還有明顯不足。

中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所在生物質(zhì)能源的利用上做過很多研究，他們承擔(dān)了“1 MW生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)”項(xiàng)目的研究開發(fā)，是國(guó)家“九五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，此項(xiàng)研究的成套裝置己經(jīng)正式投入商業(yè)化運(yùn)營(yíng)，產(chǎn)品一度出口到泰國(guó)、緬甸等國(guó)家。這標(biāo)志著我國(guó)的生物質(zhì)能氣化發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成熟，我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，其技術(shù)水平已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。世界銀行對(duì)我國(guó)的生物質(zhì)能氣化發(fā)電技術(shù)在中國(guó)的推廣速度之快很是驚訝，表現(xiàn)出了極大的興趣。

生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電技術(shù)是生物質(zhì)能利用的又一有效技術(shù)，通過國(guó)家政策扶持，這項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)也得到了較為快速的發(fā)展。隨著2006年12月山東投產(chǎn)了第一個(gè)秸稈直接燃燒燃發(fā)電技術(shù)項(xiàng)目，作為秸稈規(guī)?；l(fā)電示范項(xiàng)目，帶動(dòng)很很多相關(guān)產(chǎn)業(yè)。比如秸稈直接燃燒鍋爐、輔機(jī)、等相關(guān)發(fā)電設(shè)備的廠家也已經(jīng)具備了一定的生產(chǎn)能力，并有數(shù)家骨干企業(yè)帶動(dòng)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。

總的來說，我國(guó)開發(fā)生物質(zhì)資源具有很大的潛力。隨著國(guó)際上化石能源的使用面臨很大的危機(jī)，我國(guó)發(fā)電用煤供應(yīng)緊張，我國(guó)也加大了對(duì)研究生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)的支持力度，比如加大研究投資、加大建設(shè)力度等。我國(guó)在生物質(zhì)能源的利用上要借鑒歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)，加大對(duì)生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的研究力度，制定出符合現(xiàn)階段國(guó)情的扶持政策，加快我國(guó)生物質(zhì)能源發(fā)電技術(shù)的規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化的發(fā)展進(jìn)程。

參考文獻(xiàn)

[1]曾麟,王革華.世界主要發(fā)展生物質(zhì)能國(guó)家的目的與舉措[J].可再生能源,2005,02.

[2]張鐵柱.我國(guó)生物質(zhì)發(fā)電行業(yè)現(xiàn)狀及前景分析[J].農(nóng)村電氣化,2011,08.

[3]高立,梅應(yīng)丹.我國(guó)生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀及存在問題[J].生態(tài)經(jīng)濟(jì),2011,08.

篇3

【關(guān)鍵詞】生物質(zhì)能源 石油開采 石油化工 節(jié)能減排

隨著可持續(xù)發(fā)展的推進(jìn)，國(guó)家逐步提倡使用可再生能源。生物質(zhì)能源即為可再生能源，以農(nóng)作物，樹木，植物枯萎的殘?bào)w和家禽的糞便等為原料，進(jìn)行直接燃燒或生物能源生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)即為生物質(zhì)能源的開發(fā)與利用。

1 生物質(zhì)能源開發(fā)的重要性和必要性1.1 非可再生性能源瀕臨枯竭

石油是一種重要的化工原料，也是國(guó)家必需的戰(zhàn)略物資，所以說石油工業(yè)的發(fā)展在一些方面上就是國(guó)家軍事實(shí)力和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的象征。近些年來我國(guó)快速發(fā)展，石油化工產(chǎn)業(yè)在我們生活中變得越來越重要，與人們的衣食住行、國(guó)家的國(guó)計(jì)民生緊密相連。石油也可以說是一個(gè)國(guó)家的血脈，但石油屬非可再生能源，終有用盡的一天。

1.2 非可再生性能源對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重

1.2.1 非可再生性能源開采對(duì)地層結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重

石油作為一種典型的非可再生能源，其開發(fā)的程序相對(duì)復(fù)雜，主要包括選址，打井，抽油，注水等過程，這些過程中對(duì)地層結(jié)構(gòu)有較大的破壞作用。雖然抽完油要進(jìn)行注水，但是由于水和石油的密度不同，長(zhǎng)時(shí)間的石油開采必然會(huì)導(dǎo)致地層結(jié)構(gòu)被嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致地層土質(zhì)疏松，甚至?xí)l(fā)生底層塌陷。

1.2.2 非可再生能源利用對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重

眾所周知，石油等傳統(tǒng)非可再生資源的開采、利用可對(duì)環(huán)境造成污染。剛開采出來的原油內(nèi)含有眾多物質(zhì)，不能被直接很好的利用，需經(jīng)過石油化工企業(yè)的加工提煉，提煉出我們?nèi)粘Ｉ钪兴褂玫钠汀⒉裼?，瀝青以及各種化工原料和產(chǎn)品。但是，開采、提煉原油的過程也是個(gè)污染環(huán)境的過程，直接導(dǎo)致大氣污染和水污染。隨著世界人口的增長(zhǎng)和人們生活水平的提高，將有更多的化工產(chǎn)品和燃料被需要，更多的能源被開采，有更多的石油化工廠不得不開工建設(shè)。環(huán)境污染問題必然逐步加重。

鑒于此，我們必須努力提高技術(shù)水平，使石油化工單位產(chǎn)品排放更少的污染物，盡量降低對(duì)環(huán)境的污染程度，更要另辟蹊徑，探索清潔的可替代能源。促進(jìn)環(huán)境與人類的和諧發(fā)展，

2 生物質(zhì)能源開發(fā)的現(xiàn)狀

20世紀(jì)以來，全球性的非可再生能源危機(jī)讓新能源的開發(fā)變得迫在眉睫。生物質(zhì)能源因其清潔、高效、可再生等特點(diǎn)而得到越來越多的人的關(guān)注。生物質(zhì)能源是位居于全球三大化石能源之后排行第四位，我國(guó)對(duì)于生物質(zhì)能源的開發(fā)主要有以下幾種：

2.1 沼氣技術(shù)

沼氣是指有機(jī)質(zhì)在厭氧的條件下，有機(jī)質(zhì)在微生物的發(fā)酵作用下產(chǎn)生的一種可燃性氣體。因其最初的發(fā)現(xiàn)位置是在沼澤地區(qū)，因此被稱為沼氣。此技術(shù)主要是使用厭氧法處理家禽的糞便，這項(xiàng)技術(shù)是在我國(guó)使用較早的生物質(zhì)能源的開發(fā)技術(shù)，二十世紀(jì)八十年代左右，目前，很多國(guó)家都把沼氣當(dāng)做生活燃料，西歐部分國(guó)家生物質(zhì)能源發(fā)電并網(wǎng)量可占總發(fā)電量的10%左右。沼氣的開發(fā)和利用在我國(guó)起步較晚，但發(fā)展較迅速，獲得國(guó)家發(fā)改委批復(fù)的沼氣發(fā)電CMD項(xiàng)目已有多個(gè)。

2.2 熱裂解氣化

在一九七零年左右，很多發(fā)達(dá)國(guó)家就已經(jīng)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了研究，其中一項(xiàng)名為流化床氣化的技術(shù)以其自身明顯的優(yōu)點(diǎn)占據(jù)了當(dāng)時(shí)發(fā)達(dá)國(guó)家生物質(zhì)能源的開發(fā)市場(chǎng)，美國(guó)已有19家公司和探究機(jī)構(gòu)從事生物質(zhì)熱裂解氣化技術(shù)的探究和開發(fā)；加拿大12個(gè)大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室在開展生物質(zhì)熱裂解氣化技術(shù)的探究，近些年來，我國(guó)等發(fā)展中國(guó)家也對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了初步研究。2.3 生物質(zhì)能源的轉(zhuǎn)化

目前，生物質(zhì)能源主要有生物乙、丁醇、生物柴油等。生物質(zhì)燃料油資源的開發(fā)技術(shù)開始于“八五計(jì)劃”期間，自“九五計(jì)劃”以后，國(guó)家發(fā)改委頒布實(shí)施了用糧食和傳統(tǒng)油料制備交通能源的戰(zhàn)略方針。[4]生物質(zhì)能源的轉(zhuǎn)化主要是通過對(duì)植物油等代用油料的理化、酯化和裂解實(shí)現(xiàn)的。作為清潔燃料可以直接代替汽油等石油燃料，近些年來這項(xiàng)技術(shù)也得到了追捧。

2.4 壓縮燃燒方法

生物質(zhì)壓縮技術(shù)可將固體農(nóng)林廢棄物壓縮成型，制成可代替煤炭的壓塊燃料。成型燃料主要應(yīng)用于兩個(gè)方面：一是進(jìn)一步炭化加工制成木炭棒或木炭塊，作為民用燒栲木炭或工業(yè)用木炭原料。二是作為燃料直接燃燒，用于家庭或暖房取暖用燃料。

2.5 聯(lián)合燃燒方法

聯(lián)合燃燒是指將生物質(zhì)壓縮，摻入燃煤等傳統(tǒng)燃料中進(jìn)行混合燃燒的一種用能方式。聯(lián)合燃燒可大幅降低燃煤中的硫氧化物、氮氧化物的生成，高效環(huán)保，技術(shù)門檻較低，利用較廣。

2.6 垃圾焚燒方法

垃圾燃燒的燃燒是指將垃圾分類之后對(duì)可燃垃圾進(jìn)行燃燒用能的去能方式。在使用這種方式進(jìn)行去能時(shí)，要先將垃圾進(jìn)行分類或者將垃圾研磨成懸浮液后進(jìn)行沉降、過篩，然后再進(jìn)行燃燒。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示每燃燒500t垃圾，可產(chǎn)生1W千萬(wàn)?時(shí)的電量。這種垃圾處理方式可大大減緩環(huán)境壓力。

3 生物質(zhì)能源的前景探析

我國(guó)現(xiàn)在所使用的能源中，生物質(zhì)能源僅占能源總量的百分之十四，生物質(zhì)能源開發(fā)具有很廣闊的前景。與此同時(shí)，生物質(zhì)能源也有著自己絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，這正是國(guó)家提倡生物質(zhì)能源的一個(gè)重要原因。

目前，生物質(zhì)能源的利用技術(shù)又傳喜訊。生物柴油加工技術(shù)目前已取得了實(shí)質(zhì)性突破，一些發(fā)達(dá)國(guó)家利用餐廚廢油加工成柴油，并進(jìn)一步加工轉(zhuǎn)化為航空煤油。與之相比，我國(guó)的生物柴油產(chǎn)業(yè)也已初步形成，為餐廚廢油的無害化處置、防止餐廚廢油流回餐桌開辟了一條新路，也為保障我國(guó)食品衛(wèi)生安全作出了巨大貢獻(xiàn)。但生物柴油行業(yè)尚處在發(fā)展培育期，需要國(guó)家相關(guān)部門出臺(tái)更多的支持政策，嚴(yán)控餐廚廢油非法流向，需要有更多愿意承擔(dān)社會(huì)責(zé)任的企業(yè)加入生物柴油行業(yè)，發(fā)展生物柴油行業(yè)。

生物柴油加工技術(shù)的進(jìn)步，為我們生物質(zhì)能源利用技術(shù)的發(fā)展帶來了希望，大大提高我們開發(fā)生物質(zhì)能源利用技術(shù)的信心，為生物質(zhì)能源利用技術(shù)的開發(fā)，帶來光明的前景。

結(jié)語(yǔ)：生物質(zhì)能源必然會(huì)發(fā)揮其明顯的優(yōu)勢(shì)，逐步的加大自己在能源領(lǐng)域的比重，同時(shí)，生物質(zhì)能源必然會(huì)逐步減小環(huán)境的污染，有力緩解企業(yè)節(jié)能減排壓力。

參考文獻(xiàn)

[1] 蘭家彬，金叢書，龔義華.隨州市中小企業(yè)減排現(xiàn)狀調(diào)查[J].武漢金融，2008（06）：69-70

[2] 李亞紅.政府失靈與現(xiàn)代環(huán)境管理模式的建構(gòu)[J].河南科技大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2008，28（2）：101-105

篇4

關(guān)鍵詞微生物;生物能源;研究現(xiàn)狀;應(yīng)用

中圖分類號(hào) Q939.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào) 1007-5739(2009)11-0282-03

隨著可再生能源的迅速發(fā)展,人們對(duì)能源微生物的重視程度日益增加[1]。能源微生物主要包括甲烷產(chǎn)生菌、乙醇產(chǎn)生菌、氫氣產(chǎn)生菌、生物柴油產(chǎn)生菌和生物電池微生物5大類,這些微生物分別與沼氣、生物乙醇、生物氫氣、生物柴油和生物燃料電池等能源的轉(zhuǎn)化有直接的關(guān)系[2-4]。能源微生物以農(nóng)業(yè)、林業(yè)廢棄物和城市垃圾為原料產(chǎn)生綠色、可再生能源,對(duì)社會(huì)和環(huán)境的和諧發(fā)展具有重要意義。進(jìn)一步了解和應(yīng)用能源微生物是綠色農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展中的1個(gè)重要而深遠(yuǎn)的研究課題,有待于進(jìn)一步的研究、開拓和探索。

1能源微生物種類及轉(zhuǎn)化機(jī)理

根據(jù)安斯沃思(Ainsworth)的分類系統(tǒng),伯杰(Bergey’s)細(xì)菌鑒定法和洛德(Lodder)酵母菌鑒定法,能源性微生物主要分為5大類[5-8]:

甲烷產(chǎn)生菌的主要種類有甲烷桿菌屬(Methanobacterium)、甲烷八疊菌屬(Methanosarcina)、甲烷球菌屬(Methanoccus)等[5]。其作用是在生物質(zhì)原料的厭氧發(fā)酵過程中,產(chǎn)生以甲烷為主的沼氣[6]。

乙醇產(chǎn)生菌的主要種類有酵母菌屬(Saccharomyces)、假絲酵母屬(Candida)、裂殖酵母菌屬(Schizosaccharomyces)、球擬酵母屬(Torulopsis)、酒香酵母屬(Brettanomyces)、畢赤氏酵母屬(Pichia)、漢遜氏酵母屬(Hansenula)、克魯弗氏酵母屬(Kluveromyces)、曲霉屬(Aspengillus)、隱球酵母屬(Cryptococcus)、德巴利氏酵母屬(Debaryomyces)、卵孢酵母屬(Oosporium)等[7]。其作用是將復(fù)雜有機(jī)物酵解生成乙醇[8]。

氫氣產(chǎn)生菌的主要種類有紅螺菌屬(Rhodospirillum)、莢硫菌屬(Thiocapsa)、紅微菌屬(Rhodomicrobium)、外硫紅螺菌屬(Ectothiorhodospira)、紅假單胞菌屬(Rhodopseudomonas)、藍(lán)細(xì)菌類硫螺菌屬(Thiospirillum)、板硫菌屬(Thiopedia)、梭桿菌屬(Fusobacterium)、閃囊菌屬(Lamprocystis)、網(wǎng)硫菌屬(Thiodictyon)、埃希氏菌屬(Escherichia)等[9]。生物制氫是利用產(chǎn)氫微生物的生理代謝過程發(fā)酵產(chǎn)生氫氣[10]。

產(chǎn)油微生物包括酵母、霉菌、細(xì)菌和藻類,常見的有:淺白色隱球酵母(Cryptococcus albidus)、彎隱球酵母(Cryptococcus albidun)、茁芽絲孢酵母(Trichospiron pullulans)、斯達(dá)氏油脂酵母(Lipomyces)、產(chǎn)油油脂酵母(Lipomy slipofer)、類酵母紅冬孢(Rhodosporidium toru loides)、膠粘紅酵母(Rhodotorula),土霉菌(Asoergullus terreus)、紫癱麥角菌(Clavicepspurpurea)、高粱褶孢黑粉菌(Tolyposporium)、深黃被孢霉(Mortierella isabellina)、高山被孢霉(Mortierella alpina)、卷枝毛霉(Mucor-circinelloides)、拉曼被孢霉(Mortierella ramanniana)等霉菌,硅藻(diatom)和螺旋藻(Spirulina)等藻類[11]。微生物油脂是指某些微生物在一定條件下將碳水化合物、碳?xì)浠衔锖推胀ㄓ椭忍荚崔D(zhuǎn)化為菌體內(nèi)大量?jī)?chǔ)存的油脂[12,13]。

生物電池的微生物包括脫硫弧菌(Desulfovibrio desulfuricans)、腐敗希瓦菌(Shewanella purefaciens)[14]、大腸桿菌(Escherichiacoli)[15]、銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa)[16]、地桿菌(Geobacteraceae sulferreducens)[17]、丁酸梭菌(Clostridium byt-yricum)[18]、嗜甜微生物(Rhodoferax ferrireducens)[19]、糞產(chǎn)堿菌(Alcaligenesfaecallis)、鶉雞腸球菌(Enterococcus gallinanm)等。它們?cè)谛履茉撮_發(fā)[20]、微生物傳感器[21]和水處理工藝[22]方面有良好的應(yīng)用前景。

2能源微生物研究與應(yīng)用概況

2.1甲烷產(chǎn)生菌

近20年來,我國(guó)科研工作者對(duì)厭氧消化處理中的產(chǎn)甲烷菌進(jìn)行了非常深入的研究。1980年周孟津和楊秀山分離出巴氏八疊球菌;1983年錢澤澎分離出嗜樹木甲烷短桿菌和甲酸甲烷桿菌[23];1984年趙一章等分離出馬氏甲烷短桿菌菌株C-44[24]和菌株HX;1985年,張輝等分離出嗜熱甲酸甲烷桿菌[25,26];1987年劉光燁等在酒窖窖泥中分離到布氏甲烷桿菌CS[27],錢澤澎等分離出亨氏甲烷螺菌[28],1988年陳美慈等分離出嗜熱甲烷桿菌TH-6[29]。而在最近的十幾年里,又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)一些新的產(chǎn)甲烷菌種,2000年孫征發(fā)現(xiàn)的彎曲甲烷桿菌Px1[30],極大地促進(jìn)了產(chǎn)甲烷菌的研究進(jìn)程。我國(guó)現(xiàn)在采用人畜糞便、農(nóng)副產(chǎn)品下腳料、酒糟廢液和其他工業(yè)生產(chǎn)中的廢液等生產(chǎn)甲烷,用于照明、燃燒等,其使用價(jià)值是相當(dāng)可觀的。例如日產(chǎn)酒糟500~600m3的酒廠,可日產(chǎn)含甲烷55%~65%的沼氣9 000~11 000m3,相當(dāng)于日發(fā)電量12 857~15 714KW,日產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)煤17.1~20.9t,可以代替橡膠生產(chǎn)中烘干用油的30%~40%。我國(guó)年產(chǎn)木材采伐廢物1 000萬(wàn)噸,油茶殼75萬(wàn)噸,膠渣13萬(wàn)噸,纖維板生產(chǎn)廢液350萬(wàn)噸和亞硫酸紙漿廢液180萬(wàn)噸為原料,通過微生物作用可獲得沼氣1 780億立方米。同時(shí),使上述廢液的凈化率達(dá)30%~60%,并可獲得單細(xì)胞蛋白飼料約9萬(wàn)噸(按1.7%得率計(jì))[31]。

2.2乙醇產(chǎn)生菌

燃料乙醇具有燃燒完全、效率高、無污染等特點(diǎn),用其稀釋汽油所制成的“乙醇汽油”,功效可提高15%左右。制作乙醇的原料豐富,成本低廉。1988年,巴西就有88%的新轎車的發(fā)動(dòng)機(jī)使用乙醇作燃料。美國(guó)計(jì)劃2006~2012年間,燃料乙醇年用量從1 200萬(wàn)噸增加到2 300萬(wàn)噸。英國(guó)、德國(guó)、荷蘭等農(nóng)業(yè)資源豐富的國(guó)家,也在進(jìn)行燃料酒精的生產(chǎn)[32]。我國(guó)纖維素資源充足,年產(chǎn)植物秸稈約6億噸,如果其中的10%經(jīng)微生物發(fā)酵轉(zhuǎn)化,就可生產(chǎn)出乙醇燃料近800萬(wàn)噸,其殘?jiān)€可用作飼料和肥料,因此發(fā)展纖維素乙醇前景廣闊[33]。1993年,Ho等[34]將木糖還原酶、木糖醇脫氫酶和木酮糖激酶的基因轉(zhuǎn)入釀酒酵母,首次成功構(gòu)建出利用葡萄糖和木糖生產(chǎn)乙醇的工程酵母。Sonderegger等[35]將多個(gè)異源基因?qū)氪x木糖的酵母工程菌,重組酵母不僅降低副產(chǎn)物木糖醇的量,所得乙醇產(chǎn)量比親株提高25%?，F(xiàn)有乙醇菌種大多耐受力差、副產(chǎn)物多、對(duì)發(fā)酵條件要求苛刻,今后研究應(yīng)致力于篩選優(yōu)良性狀的菌株,或利用基因工程手段選育高產(chǎn)纖維素酶、木質(zhì)素酶菌種以及能克服上述問題的菌種,對(duì)其酶學(xué)特性、功能基因進(jìn)行研究,優(yōu)化發(fā)酵條件,輔以工藝措施的改進(jìn),提高燃料乙醇生產(chǎn)效率并降低成本。

2.3氫氣產(chǎn)生菌

微生物制氫是一項(xiàng)利用微生物代謝過程生產(chǎn)氫氣的生物工程技術(shù),所用原料有陽(yáng)光、水,或是有機(jī)廢水、秸稈等,能克服工業(yè)制氫能耗大、污染重等缺點(diǎn);同時(shí),由于氫氣的可再生、零排放優(yōu)點(diǎn),是一種真正的清潔能源,受到世界各國(guó)的高度重視。楊素萍等[36]利用瓊脂固定化Clostridium butyricum 菌株以糖蜜酒精廢液為原料進(jìn)行產(chǎn)氫。丁酸梭菌(Clostridium butyricum)、產(chǎn)氣腸桿菌(Enterobacter aerogenes)和麥芽糖假絲酵母(Candida maltose)在36℃混合發(fā)酵廢棄物48h,產(chǎn)氫速率可達(dá)15.42mL/h?L,明顯高于單個(gè)菌種。此外,利用豆渣、堆肥、活性污泥產(chǎn)氫的報(bào)道相繼問世。目前的研究應(yīng)努力改進(jìn)生產(chǎn)工藝,逐漸明確微生物產(chǎn)氫機(jī)理,保證其在產(chǎn)氫過程中的高效性、穩(wěn)定性和對(duì)不同生態(tài)條件的適應(yīng)性,相信不久的將來微生物制氫將成為世界能源的一個(gè)重要支柱[37]。

2.4產(chǎn)油微生物

目前,國(guó)內(nèi)繞著如何提高油脂含量,在菌種和發(fā)酵工藝方面開展了大量的研究,成功研制國(guó)際水平的產(chǎn)脂微生物菌種與生產(chǎn)工藝[38]。使用生物柴油對(duì)人類健康和全球危害都相對(duì)較輕,排放物中多環(huán)芳香化合物和亞硝酸多環(huán)芳香化合物含量水平低,二氧化碳和一氧化碳排放量?jī)H為石油的10%,具有較好的生物降解性能。開發(fā)微生物油脂生產(chǎn)生物柴油,在降低污染、增加產(chǎn)量方面較前二者有更大的優(yōu)越性。開發(fā)微生物油脂,不僅微生物發(fā)酵周期短,受場(chǎng)地、季節(jié)、氣候變化影響不大,還可以利用木質(zhì)纖維素、工業(yè)廢水、廢氣等資源豐富、價(jià)格低廉的原料進(jìn)行生產(chǎn),既能夠解決人類資源短缺的問題,又可以保護(hù)環(huán)境,一舉多得,具有巨大發(fā)展空間。美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)認(rèn)為,微生物油脂發(fā)酵可能是生物柴油產(chǎn)業(yè)和生物經(jīng)濟(jì)的重要研究方向[11]。

2.5生物燃料電池微生物

生物燃料電池是一類特殊的電池,它以自然界的微生物或酶為催化劑,直接將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,不僅無污染、效率高、反應(yīng)條件溫和,而且燃料來源廣泛,具有較大的發(fā)展空間。Hagerman[39]研究以含酸廢水為原料的燃料電池,Kim等[40]利用微生物電池培養(yǎng)并富集了具有電化學(xué)活性的微生物,電池運(yùn)行3年多,并從中分離出梭狀芽孢桿菌。最近美國(guó)科學(xué)家找到一種嗜鹽桿菌,其所含的一種紫色素可直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能,電池里的單細(xì)胞藻類首先利用太陽(yáng)能,將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為糖,再讓細(xì)菌自給自足地利用這些糖來發(fā)電。Pizzariello等[41]設(shè)計(jì)的兩極室葡萄糖氧化酶/辣根過氧化物酶酶燃料電池,在不斷補(bǔ)充燃料的情況下可以連續(xù)工作30d以上,具有一定的實(shí)用價(jià)值。

3應(yīng)用前景

微生物作為生物能的主要參與者,其最大特點(diǎn)就是清潔、高效、可再生,與石油、煤炭等傳統(tǒng)能源相比,有利于環(huán)境保護(hù),與太陽(yáng)能、核能、風(fēng)能、水能、海洋能等新能源相比,其來源廣、成本低、受地理因素影響小。雖然目前存在一些技術(shù)問題,但開發(fā)潛力是巨大的,利用前景是廣闊的。不僅如此,微生物在現(xiàn)有的非可再生能源利用上也功不可沒,可提高石油開采率和褐煤利用率,降低二者的污染效應(yīng),當(dāng)之無愧地成為實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的關(guān)鍵因素。利用微生物生產(chǎn)能源和對(duì)其進(jìn)行利用,不僅沒有環(huán)境污染問題出現(xiàn),而且還可使目前污染嚴(yán)重的環(huán)境狀況得以緩解。更有發(fā)展前景的是,生產(chǎn)和使用微生物能源可以治理污染,變廢為寶獲得綜合效益。

4參考文獻(xiàn)

[1] 吳創(chuàng)之,馬隆龍.生物質(zhì)能現(xiàn)代化利用技術(shù)[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.

[2] 祖波,祖建,周富春,等.產(chǎn)甲烷菌的生理生化特性[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2008,31(3):5-7.

[3] LASER M,SEHULMAN D,ALLEN S G. A comparison of liquid hot water and steam pretreatments of sugar cane bagasse for bioconversion to ethanol[J]. Bioresource Technology,2002,81(1):33-44.

[4] 樊耀亭,廖新成,盧會(huì)杰,等.有機(jī)廢物氫發(fā)酵制備生物氫氣的研究[J].環(huán)境科學(xué),2003,24(3):10-13.

[5] 王劉陽(yáng),尹小波,胡國(guó).分子生物學(xué)技術(shù)在產(chǎn)甲烷古菌研究中的應(yīng)用[J].中國(guó)沼氣,2008,26(1):19-24.

[6] 劉亭亭,曹靖瑜.產(chǎn)甲烷菌的分離及其生長(zhǎng)條件研究[J].黑龍江水專學(xué)報(bào),2007,34(4):120-122.

[7] MOSIER N,WYMAN C E,DALE B E. Features of promising technologies for pretreatment of lignocellulosic biomass[J].Bioresource Technology,2005,96(3):673-686.

[8] 李白昆,呂炳南,任南琪.厭氧產(chǎn)氫細(xì)菌發(fā)酵類型和生態(tài)學(xué)的研究[J].中國(guó)沼氣,1997,15(2):3-7.

[9] 張聚寶,林影,向柱方.一株可利用甘蔗渣水解液發(fā)酵酒精的菌株篩選[J].生物加工過程,2004,2(3):60-62.

[10] 任南琪,李建政,林明,等.產(chǎn)酸發(fā)酵細(xì)菌產(chǎn)氫機(jī)理探討[J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào),2002,23(1):124-127.

[11] 蒲海燕,賀稚非,劉春芬.微生物功能性油脂研究概況[J].糧食與油脂,2003(11):12-14.

[12] RATLEDGE C,WYNN J.The biochemistry and molecular lipid accu-mulation in oleaginous microorganisms[J].Microbiology,2002(51):1-51.

[13] JAMES P,WYNN A,HAMID A,et al. Biochemical events leading to the diversion of carbon into storage lipids in the oleaginous fungi Mucor circinelloides and Mortierella alpine[J].Microbiology,2001(147):2857-2864.

[14] KIM H J,PARK H S,HYUN M S,et al. A mediator-less microbial fuel cell using a metal reducing bacterium,Shewanella putrefaciens[J]. Enzyme Microbiology Technology,2002(30):145-152.

[15] IEROPOULOS I A,GREENMAN J,MELHUISH C. Comparative study of three types of microbial fuel cell[J].Enzyme Microbiology Tec-hnology,2005(37):238-245.

[16] RABAEY K,BOON N,SICIKIANO S D,et al. Biofuel cells select for microbial consortia that self-mediate electron transfer[J].Apply Enviro-nment Microbiology,2004,70(9):5373-5382.

[17] BOND D R,LOVLEY D R. Electricity production by geobacteria sulfur reducens attached to electrodes[J].Applying Environment Micro-biology,2003,69(3):1548-1555.

[18] PARK H S,KIM B H,KIM H S,et al. A novel electrochemically active and Fe(III)reducing bacterium phylogenetically related to Clostridium butyricum isolated from a microbial fuel cell[J].Anaerobe,2001,399(7):297-306.

[19] CHAUDHURI S K,LOVLEY D R. Electricity generation by direct oxidation of glucose in mediatorless microbial fuel cells[J].Nature Biote-chnology,2003,21(10):1229-1232.

[20] RABAEY K,LISSENS G,SICILIANO S D,et al. A microbial fuel cell capable of converting glucose to electricity at high rate and efficiency[J]. Biotechnology Letter,2003(25):1531-1535.

[21] CHANG I,HYUNSOO M,JAE J K,et al. Improvement of a microbial fuel cell performance as a BOD sensor using respiratory inhibitors[J]. Biosense Bioelectron,2005(20):1856-1859.

[22] JANG J K,PHAM T H,CHANG I S,et al. Construction and operation of a novel mediator and membraneless microbial fuel cell[J].Process Bio-chemisty,2004(39):1007-1012.

[23] 錢澤澍.從我國(guó)沼氣池污泥中分離出兩種產(chǎn)甲烷桿菌[J].中國(guó)沼氣,1983,13(2):13.

[24] 趙一章.產(chǎn)甲烷菌選擇性連續(xù)富集的研究―青霉素對(duì)富集和分離的影響[J].中國(guó)沼氣,1984,3(2):31.

[25] 張輝,趙一章.嗜熱產(chǎn)甲烷桿菌的分離和特征[J].中國(guó)沼氣,1985,3(5):54-61.

[26] ZHANG Y Z,ZHANG H. Isolation and Charaeterization of a Fast-Growing,Thermophilie Methanobaeterium Speeies[J].Apply and Envi-ronment Microbiology,1986,5(4):1227-1229.

[27] 劉光燁,趙一章.滬酒老窖泥中布氏甲烷桿菌的分離和特性[J].微生物學(xué)通報(bào),1987,1(4):45-52.

[28] 閡航,錢澤澍.管道厭氧消化器處理檸檬酸生產(chǎn)廢水中的微生物學(xué)特性Ⅱ.產(chǎn)甲烷菌區(qū)系分析[J].中國(guó)沼氣,1987,4(5):95.

[29] 陳美慈,錢澤澍.嗜熱甲烷桿菌TH-6菌株的特征[J].中國(guó)沼氣,1988,2(3):106.

[30] 孫征,周宇光,東秀珠.一個(gè)甲烷桿菌新種的描述和系統(tǒng)分類學(xué)研究[J].微生物學(xué)報(bào),2001,3(41):265-269.

[31] 蘇曉渝.生物能源(Biomass)的現(xiàn)狀與前景[J].國(guó)際化工信息,2001(4):6-9.

[32] 葉茜,李學(xué)亞.微生物與清潔能源[J].中國(guó)資源綜合利用,2006,24(6):15-17.

[33] 孫智謀,蔣磊,張俊波.世界各國(guó)木質(zhì)纖維原料生物轉(zhuǎn)化燃料乙醇的工業(yè)化進(jìn)程[J].釀酒科技,2007(1):91-94.

[34] HO N W,CHEN Z,BRAINARD A P,et al. Successful design and development of genetically engineered Saccharomyces yeasts for effective cofermentation of glucose and xylose from cellulosic biomass to fuel ethanol[J]. Advance Biochemistry Engineering Biotechnology,1999,65:163-192.

[35] SONDEREGGER M,SCH?MPERLI M,SAUER U. Metabolic eng-ineering of a phosphoketolase pathway for pentose catabolism in Saccharomyces cerevisiae[J].Applying Environment Microbiology,2004, 70(5):2892-2897.

[36] 楊素萍,趙春貴,曲音波.生物產(chǎn)氫研究與進(jìn)展[J].中國(guó)生物工程雜志,2002,22(4):44-48.

[37] 張薇,李魚,黃國(guó)和.微生物與能源的可持續(xù)開發(fā)[J].微生物學(xué)通報(bào),2008,35(9):1472-1478.

[38] 黃建忠,施巧琴,吳松剛.高產(chǎn)脂微生物深黃被孢霉M-018變株的選育及其油脂合成條件的研究[J].藥物生物技術(shù),1998(4):31-35.

[39] HABERMANN W,POMMER E H. Biological fuel cells with sulphide storage capacity[J].Applying Microbiology Biotechnology,1991(35):128-133.

篇5

見證奇跡

親愛的智慧星們，現(xiàn)在我們位于荷蘭東部，連接埃德和瓦赫寧的一條公路上。夜幕剛剛降臨，在預(yù)定的七點(diǎn)鐘，公路邊護(hù)欄上的路燈“刷”地一下全亮了。我和在場(chǎng)的所有工作人員興奮地跳了起來！與此同時(shí)，對(duì)講機(jī)里傳來聲音：“‘電花園’成功啟動(dòng)，再重復(fù)一遍，‘電花園’成功啟動(dòng)！”所有人激動(dòng)不已，哈哈，植物電池的應(yīng)用大獲成功啦！

“秘密基地”

他們是怎樣辦到的呢？小桶很好奇這個(gè)問題，便央求現(xiàn)場(chǎng)的弗雷德里克研究員帶我去看看他們的“秘密基地”。弗雷德里克欣然同意，然后帶著我走了一段兒就停了下來。在路燈的照射下，我看到路邊有一大片茂盛的水生植物，僅此而已，這就是基地的全部？

看著我疑惑的神情，弗雷德里克給了我一個(gè)手電筒，讓我看看植物下方。我貓著腰仔細(xì)查看才發(fā)現(xiàn)，茂密的水生植物之間竟然拉著電線和電極，而電線則被引向公路。弗雷德里克告訴我，在這片100平方米的花壇里，一共有400個(gè)植物電池，真正的功臣就是它們，是它們給了路燈電力！而“電花園”也一樣，那里也有400個(gè)植物電池，能夠給300個(gè)發(fā)光二極管供電，從而讓整個(gè)花園都亮起來！

可再生電源

哎，小桶這會(huì)兒真是懊悔當(dāng)年沒有好好學(xué)習(xí)，所以現(xiàn)在對(duì)于植物電池這件事情是一點(diǎn)都摸不著頭腦，真搞不懂植物是怎么產(chǎn)生電流的？微生物燃料電池和普通的燃料電池又有什么區(qū)別呢？

弗雷德里克研究員不得不給我惡補(bǔ)一下物理知識(shí)。原來，普通燃料電池內(nèi)部是由化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流，利用的是氫的氧化作用。而微生物燃料電池，利用的則是微生物（細(xì)菌）的自然化學(xué)反應(yīng)來產(chǎn)生電流。簡(jiǎn)單來說，就是植物在進(jìn)行光合作用生長(zhǎng)的過程中，會(huì)產(chǎn)生超過其自身需要的更多的糖，這些多余的糖會(huì)被周邊土壤回收和分解，釋放出質(zhì)子和電子。研究人員將電極放置入土壤，從中捕獲電子發(fā)電，依靠植物的不斷生長(zhǎng)產(chǎn)生持續(xù)的電力。

那具體是怎樣操作的呢？弗雷德里克解釋說，他們首先是在溫室中栽培這些植物，然后把它們移植到60多平方厘米、裝有電極的塑料容器中，然后放到現(xiàn)場(chǎng)去。

發(fā)展前景

邊走邊聊，我們已經(jīng)來到了史上第一個(gè)“電花園”。真不可思議，花園小道一邊是茂盛生長(zhǎng)的水生植物，一邊是整齊排列的發(fā)著橘黃色夢(mèng)幻光線的LED燈，將整個(gè)公園都襯托得如童話王國(guó)一般。

當(dāng)我問到微生物燃料電池的發(fā)展前景時(shí)，弗雷德里克介紹，這項(xiàng)技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)就是它是綠色可再生能源，可以說是取之不盡用之不竭，直到植物生命終結(jié)。但劣勢(shì)是，微生物燃料電池的產(chǎn)出比較小，1平方米只有0.2瓦的功率，只能支持一個(gè)LED燈泡。難怪我們剛剛看到電池之間要相連，就是要產(chǎn)生足夠電流的原因呀！

篇6

1.能源農(nóng)業(yè)的任務(wù)

能源農(nóng)業(yè)就是以生產(chǎn)生物質(zhì)能源為目的的農(nóng)業(yè)。生物質(zhì)能源燃燒對(duì)環(huán)境造成的污染比礦物能源少，比核能安全，比風(fēng)能、地?zé)崾褂脧V泛，被譽(yù)為“綠色能源”。開發(fā)生物質(zhì)能源，可有效延長(zhǎng)地球上石油資源的使用時(shí)間。在未來世界里，沼氣可能是天然氣的替代物，酒精可能是汽油的替代物。我國(guó)非常重視生物質(zhì)能源的發(fā)展，制定了明確的發(fā)展目標(biāo)，預(yù)計(jì)未來幾年，乙醇的生產(chǎn)能力將達(dá)到年產(chǎn)1000萬(wàn)噸。由于生物質(zhì)能源需要大量的農(nóng)作物為原料，因此生物能源的前端是能源農(nóng)業(yè)。生物能源的大發(fā)展，必將改變中國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。因此，能源農(nóng)業(yè)的任務(wù)是以生物質(zhì)能源為主要開發(fā)對(duì)象，以生化轉(zhuǎn)化、物化轉(zhuǎn)換等方式利用生物能源，從而達(dá)到從“黑色能源”向“綠色能源”轉(zhuǎn)變的目的。

2.能源農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向

2.1大力發(fā)展能源作物 能源作物是指以提供燃料油為目的而栽培的植物，可通過生化轉(zhuǎn)化等方法制造酒精和生物柴油。如以生產(chǎn)酒精為目的的玉米、甘蔗、甜高粱、甘薯、木薯等；以生產(chǎn)生物柴油為目的的油料作物，如小桐子、油菜、棉花等。據(jù)測(cè)算，每噸以玉米、甘蔗等能源作物制造的燃料乙醇可以替代1噸燃料油，同時(shí)還能提高燃料的燃燒和動(dòng)力性能。但是我國(guó)地少人多，用玉米作為原料大量生產(chǎn)燃料乙醇在我國(guó)還不現(xiàn)實(shí)。因此，培育具有高光合作用轉(zhuǎn)化率、綜合利用價(jià)值大的高產(chǎn)能源作物，是我國(guó)發(fā)展能源農(nóng)業(yè)的最佳途徑。

2.2充分發(fā)展利用轉(zhuǎn)基因技術(shù) 轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用在食物方面要求標(biāo)識(shí)受到很大限制，而在能源作物上則不受基因標(biāo)識(shí)的限制，具有很大的發(fā)展空間。因此，轉(zhuǎn)基因技術(shù)在培育能源作物、發(fā)展能源農(nóng)業(yè)方面將大有作為。針對(duì)我國(guó)人多地少的特點(diǎn)，只能在不與糧食爭(zhēng)地的前提下發(fā)展能源農(nóng)業(yè)。因此，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育新品種，開發(fā)耐鹽、抗旱、高產(chǎn)、高蓄能的能源植物是能源農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。目前我國(guó)的轉(zhuǎn)基因技術(shù)研究已日趨成熟，具備了在能源農(nóng)業(yè)上大顯身手的能力。

3.我國(guó)發(fā)展能源農(nóng)業(yè)的意義

大自然通過光合作用產(chǎn)生大量生物質(zhì)，但是目前世界上生物質(zhì)的利用率還不到7%，要真正取代石化能源還需要改進(jìn)技術(shù)，降低生產(chǎn)成本，大力發(fā)展能源農(nóng)業(yè)。生物質(zhì)液化燃料對(duì)于歐洲許多國(guó)家來說，多局限于國(guó)土面積的狹小，發(fā)展前景有限。而對(duì)于中國(guó)這樣幅員遼闊的大國(guó)來說，只要充分利用現(xiàn)有農(nóng)林業(yè)用地和宜耕土地后備資源，合理開發(fā)宜林荒山荒地和易改造的鹽堿化耕地，就有發(fā)展能源農(nóng)業(yè)的廣闊前景。

篇7

來源于電的生物燃料

美國(guó)加州勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家史蒂夫?斯格帶領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種高效的生產(chǎn)液體燃料的方法，他們采用一種叫做Ralstonia eutropha的細(xì)菌，通過對(duì)細(xì)菌進(jìn)行基因工程改造，讓其改變了自然狀態(tài)下的產(chǎn)能方式――自然界中的細(xì)菌以氫為能量來源，通過轉(zhuǎn)化二氧化碳合成有機(jī)物.科學(xué)家重建了該細(xì)菌的代謝途徑，從工程大腸桿菌等其他細(xì)菌中引入生產(chǎn)中鏈甲基酮的代謝途徑，使得細(xì)菌的代謝終產(chǎn)物變?yōu)槭椋浅＝咏趥鹘y(tǒng)柴油.這一新技術(shù)所需要的是氫和可再生電能，而可再生電能可以用太陽(yáng)能和風(fēng)能等再生能源產(chǎn)生，也就是說，電燃料整體為可再生和綠色的.這一技術(shù)解決了傳統(tǒng)生物能源生產(chǎn)過程中的不足，徹底避免了生物燃料與人爭(zhēng)糧的窘境，而且其比目前生物能源的生產(chǎn)效率高10倍.這一研究目前離應(yīng)用還有一定距離，尚處于實(shí)驗(yàn)室階段，不過進(jìn)展順利，已獲得美國(guó)能源高級(jí)研究計(jì)劃署電燃料項(xiàng)目支持的340萬(wàn)美元的資助，這也是能源署高級(jí)研究計(jì)劃署電燃料項(xiàng)目所支持的13個(gè)電燃料項(xiàng)目之一.

電燃料，顧名思義，就是細(xì)菌等微生物直接利用電能而獲取能量生長(zhǎng)，并且生產(chǎn)出生物燃料的生產(chǎn)方式，這一方式有了一大改進(jìn).傳統(tǒng)的生物燃料生產(chǎn)方式都有一個(gè)關(guān)鍵的限速步驟，那就是光合作用.無論是一代還是二代生物能源技術(shù)，大多數(shù)生物燃料能量都是源自植物通過光合作用所轉(zhuǎn)化的太陽(yáng)能.像是初期玉米和甘蔗中的糖類物質(zhì)，以及后來的秸稈中的纖維素，說到底，都是由植物本身進(jìn)行光合作用將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而來的.光合作用對(duì)于植物本身來說必不可少，但遺憾的是，光合作用相對(duì)來說較為低效，這就導(dǎo)致了生物原料生產(chǎn)周期較長(zhǎng)；想要獲取儲(chǔ)存在植物中的能量特質(zhì)來生成生物燃料，需要大量的加工步驟.電燃料的生產(chǎn)則成功繞過了光合作用，如果能夠突破關(guān)鍵技術(shù)，將大大提高生物燃料的生產(chǎn)效率.

改變生物燃料的爭(zhēng)糧窘境

除了光合作用的低效，生物燃料還有一個(gè)致命的問題，那就是與人爭(zhēng)糧.2012年的美國(guó)大旱重啟了食品與生物燃料之間的斗爭(zhēng)――今年美國(guó)玉米產(chǎn)量與一個(gè)月前的預(yù)測(cè)相比下降了17%，與去年的產(chǎn)量水平相比下降了13%，每公頃產(chǎn)量可能是17年以來最低.玉米價(jià)格已經(jīng)達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄新高.而且玉米也是動(dòng)物飼料的主要組成部分，因此，肉類、牛奶和雞蛋價(jià)格也可能隨之攀升.與此同時(shí)，全美大約40%的玉米被用來制造乙醇，乙醇生產(chǎn)過程會(huì)剩下一些可供喂養(yǎng)動(dòng)物的東西.然而，如今美國(guó)玉米產(chǎn)量的至少四分之一被制成了乙醇，作為燃料使用，這已成為政府的強(qiáng)制要求.但國(guó)際糧農(nóng)組織負(fù)責(zé)人呼吁“立即暫時(shí)中止”這一政府要求，以便將更多的玉米用于食品或飼養(yǎng)牲畜.美國(guó)畜牧行業(yè)也督促國(guó)會(huì)暫停要求在汽油中添加乙醇的法律.可以說，自從生物燃料問世，這一問題就一直處于爭(zhēng)論的漩渦當(dāng)中.

篇8

一、國(guó)內(nèi)生物燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及存在的主要制約因素

（一）國(guó)內(nèi)生物燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

1、燃料乙醇開始規(guī)模化應(yīng)用

“十五”期間，我國(guó)在黑龍江、吉林、河南、安徽4省，分別依托吉林燃料乙醇有限責(zé)任公司、河南天冠集團(tuán)、安徽豐原生化股份有限公司和黑龍江華潤(rùn)酒精有限公司四家企業(yè)建成了四個(gè)燃料乙醇生產(chǎn)試點(diǎn)項(xiàng)目進(jìn)行定點(diǎn)生產(chǎn)，初步形成了現(xiàn)有國(guó)內(nèi)燃料乙醇市場(chǎng)格局。到2007年，我國(guó)燃料乙醇產(chǎn)能達(dá)160萬(wàn)噸，四家定點(diǎn)企業(yè)產(chǎn)能達(dá)144萬(wàn)噸。值得注意的是，為不影響糧食安全并改善能源環(huán)境效益，我國(guó)已確定不擴(kuò)大現(xiàn)有陳化糧玉米乙醇生產(chǎn)能力的政策，轉(zhuǎn)向以木薯和甜高粱等非糧作物為原料生產(chǎn)燃料乙醇，并開始商業(yè)化生產(chǎn)。目前，廣西木薯乙醇項(xiàng)目的生產(chǎn)能力超過20萬(wàn)噸，2008年全國(guó)燃料乙醇總產(chǎn)量達(dá)172萬(wàn)噸。此外，生物液體燃料也已開始在道路交通部門中初步得到規(guī)?；瘧?yīng)用，我國(guó)燃料乙醇的消費(fèi)量已占汽油消費(fèi)量的20%左右，在黑龍江、吉林、遼寧、河南、安徽5省及湖北、河北、山東、江蘇部分地區(qū)已基本實(shí)現(xiàn)車用乙醇汽油替代普通無鉛汽油。

2、生物柴油步入快速發(fā)展軌道

自2002年經(jīng)國(guó)務(wù)院批示，國(guó)家發(fā)改委開始推進(jìn)生物柴油產(chǎn)業(yè)發(fā)展以來，生物柴油年產(chǎn)量由最初的1萬(wàn)噸發(fā)展到現(xiàn)在的近20萬(wàn)噸，總設(shè)計(jì)產(chǎn)能約200萬(wàn)噸/年，生物柴油被納入《中華人民共和國(guó)可再生能源法》的管理范疇。2008年，為鼓勵(lì)和規(guī)范生物柴油產(chǎn)業(yè)發(fā)展，防止重復(fù)建設(shè)和投資浪費(fèi)，根據(jù)生物燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展總體思路和基本原則，結(jié)合國(guó)家有關(guān)政策要求及產(chǎn)業(yè)化工作部署與安排，國(guó)家發(fā)改委批準(zhǔn)了中石油南充煉油化工總廠6萬(wàn)噸/年、中石化貴州分公司5萬(wàn)噸/年和中海油海南6萬(wàn)噸/年3個(gè)小油桐生物柴油產(chǎn)業(yè)化示范項(xiàng)目。截止目前，我國(guó)生物柴油產(chǎn)業(yè)已初步形成以海南正和生物能源公司、四川古杉油脂化工公司和福建卓越新能源發(fā)展公司等民營(yíng)公司、外資公司以及中糧集團(tuán)、航天科工集團(tuán)和三大石油集團(tuán)共同參與的格局。

（二）生物燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展需突破的主要制約因素

目前，我國(guó)生物燃料產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展還面臨許到原料資源供應(yīng)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)瓶頸、商業(yè)化應(yīng)用市場(chǎng)和政策、市場(chǎng)環(huán)境不完善等制約因素。

1、原料資源供應(yīng)嚴(yán)重不足

無論是燃料乙醇還是生物柴油都面臨著“無米下鍋”。

從燃料乙醇看，如果完全用玉米來生產(chǎn)，按照1∶3.3 比例計(jì)算，2020 年將達(dá)4950 萬(wàn)噸，加上其他工業(yè)消費(fèi)對(duì)玉米需求的增長(zhǎng)，未來我國(guó)玉米生產(chǎn)將難以滿足燃料乙醇生產(chǎn)的工業(yè)化需求，而且隨著陳化糧食逐步消耗殆盡和玉米價(jià)格的不斷上漲，玉米燃料乙醇的發(fā)展可能威脅到我國(guó)糧食安全，因此完全使用玉米生產(chǎn)燃料乙醇在我國(guó)并不現(xiàn)實(shí)。

從生物柴油看，國(guó)內(nèi)僅有的幾個(gè)項(xiàng)目都是以地溝油、植物油腳等廢棄油脂做原料，而全國(guó)一年的廢棄油脂也只有600―700萬(wàn)噸，其中相當(dāng)比例還要用于化工生產(chǎn)，每年可供生物柴油企業(yè)利用的廢棄油脂不足50 萬(wàn)噸。按照1.2 噸廢棄油脂生產(chǎn)1 噸生物柴油計(jì)算，40 多萬(wàn)噸廢棄油脂能滿足的產(chǎn)能只有30 多萬(wàn)噸。目前，我國(guó)很多企業(yè)處于部分停產(chǎn)或完全停產(chǎn)狀態(tài)，行業(yè)發(fā)展陷入了困境。

2、產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)瓶頸制約

目前，我國(guó)生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展尚處于起步階段，產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的生產(chǎn)技術(shù)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)設(shè)備等問題已成為阻礙生物燃料產(chǎn)業(yè)快速健康發(fā)展的重要問題之一。

從燃料乙醇的發(fā)展看，一方面，我國(guó)的自主研發(fā)能力還比較弱，缺乏具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)以玉米、木薯等淀粉類為原料的生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化初期階段，以甜高粱、甘蔗等糖質(zhì)類為原料基礎(chǔ)的燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)大多處于試驗(yàn)示范階段，還需在優(yōu)良品種選育、適應(yīng)性種植、發(fā)酵菌種培育、關(guān)鍵工藝和配套設(shè)備優(yōu)化、廢渣廢水回收利用等方面作進(jìn)一步研究。而國(guó)外以淀粉、糖質(zhì)類為原料的燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)十分成熟，并進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)階段。此外，我國(guó)的纖維素乙醇還處在試驗(yàn)階段，技術(shù)還有待完善，尤其是如何降低纖維預(yù)處理和纖維酶的成本，高效率的發(fā)酵技術(shù)等方面，總體而言與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距較大。另一方面，國(guó)內(nèi)還缺乏以不同生物質(zhì)為原料的燃料乙醇相關(guān)產(chǎn)品和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。盡管我國(guó)于2001年頒布了變性生物燃料乙醇（GB18350－2001）和車用乙醇汽油（GB18351－2001）兩項(xiàng)強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在技術(shù)內(nèi)容上等效采用了美國(guó)試驗(yàn)與材料協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（ASTM）；但上述標(biāo)準(zhǔn)主要是基于淀粉類原料而制定的，而制備燃料乙醇的原料種類較多且生產(chǎn)工藝也大不相同，在某些技術(shù)指標(biāo)上也會(huì)有所差異，單一基于淀粉類原料制定的標(biāo)準(zhǔn)在一定程度上制約了我國(guó)燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

從生物柴油的發(fā)展看，我國(guó)主要采用化學(xué)酯化法生產(chǎn)生物柴油，已形成較完備的技術(shù)體系和方法，但由于酯化過程要進(jìn)行水洗、除渣、酯化、分離、蒸餾、洗滌、干燥、脫色等一系列過程，因此，轉(zhuǎn)化率低，成本較高，而且產(chǎn)品質(zhì)量難以保障。此外，雖然我國(guó)在2007年頒布了《柴油機(jī)燃料調(diào)和用生物柴油（BD100）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T20828－2007），但由于生物柴油的酸度、灰分、殘?zhí)烤哂谑皖惒裼?，常?huì)以B5或B20等BX類生物柴油與石化柴油混用。而我國(guó)至今沒有B5或B20標(biāo)準(zhǔn)，更沒有對(duì)生物柴油企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)和運(yùn)行進(jìn)行技術(shù)規(guī)范，生物柴油質(zhì)量難以保證，導(dǎo)致難以進(jìn)入中石油、中石化的銷售終端，大量生物柴油賣給企業(yè)用作燒鍋爐等用途，極大地制約了我國(guó)生物柴油產(chǎn)業(yè)的快速健康發(fā)展。

3、生產(chǎn)成本過高，商業(yè)化應(yīng)用缺乏市場(chǎng)前景

從燃料乙醇看，目前，除巴西以甘蔗為原料生產(chǎn)的燃料乙醇成本可以與汽油相競(jìng)爭(zhēng)外，其他國(guó)家燃料乙醇的成本都比較高，而我國(guó)燃料乙醇由于受原料成本高、耗能大、轉(zhuǎn)化率低等因素影響，燃料乙醇的生產(chǎn)成本更高；從生物柴油看，在原料價(jià)格高峰時(shí)，生物柴油的生產(chǎn)成本是每噸接近7000元，而售價(jià)是6000元左右。因此，不依靠政府補(bǔ)貼，大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用缺乏市場(chǎng)前景。

4、政策法規(guī)和市場(chǎng)環(huán)境尚需改進(jìn)

雖然我國(guó)在2005年2月28日通過了《可再生能源法》，并于2007年8月出臺(tái)了《可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》，但主要是以利用再生能源發(fā)電作為目標(biāo)和重點(diǎn)的，缺乏對(duì)包括燃料乙醇、生物柴油等生物燃料開發(fā)利用的明確性規(guī)定。另外，在生物燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面缺乏利用稅收減免、投資補(bǔ)貼、價(jià)格補(bǔ)貼、政府收購(gòu)等市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)杠桿和行政手段促進(jìn)發(fā)展的政策性法規(guī)；而且，部分出臺(tái)的優(yōu)惠政策行業(yè)內(nèi)企業(yè)很難享受。此外，我國(guó)生物燃料產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)化競(jìng)爭(zhēng)和運(yùn)作環(huán)境也有待進(jìn)一步完善。

二、我國(guó)生物燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的路線圖

（一）發(fā)展目標(biāo)

按照因地制宜、綜合利用、清潔高效的原則，合理開發(fā)生物質(zhì)資源，以產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新，通過加強(qiáng)生物質(zhì)的資源評(píng)價(jià)和規(guī)劃，健全生物燃料產(chǎn)業(yè)的服務(wù)體系，包括完善科技支撐體系，加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化和人才培養(yǎng)體系建設(shè)，完善信息管理體系等途徑促進(jìn)生物燃料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)生物燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展從追趕型到領(lǐng)先型的轉(zhuǎn)變。到2020年，燃料乙醇年利用量達(dá)1000萬(wàn)噸，生物柴油年利用量達(dá)200萬(wàn)噸，年替代化石燃料1億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

（二）發(fā)展路線

近期（2011―2015年）：在燃料乙醇方面，應(yīng)維持玉米乙醇、小麥乙醇的現(xiàn)有發(fā)展規(guī)模，繼續(xù)提高玉米乙醇、小麥乙醇項(xiàng)目的生產(chǎn)效率；重點(diǎn)發(fā)展木薯乙醇、馬鈴薯乙醇等非糧淀粉類燃料乙醇；努力完善木薯乙醇、馬鈴薯乙醇等非糧燃料乙醇的生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性；進(jìn)行甜高粱乙醇、甘蔗乙醇等糖類原料的直接發(fā)酵技術(shù)的示范；同時(shí)，加大纖維素遺傳技術(shù)研發(fā)力度，爭(zhēng)取在纖維素酶水解技術(shù)上有所突破；開展抗逆性能源植物的種植示范。在生物柴油方面，仍將維持以廢棄油脂為主，以林木油果等為輔的原料供給結(jié)構(gòu)；開展高產(chǎn)木本油料種植技術(shù)研究；開展先進(jìn)酯化技術(shù)示范；制定生物柴油技術(shù)規(guī)范和B5或B20等BX類生物柴油與石化柴油混用的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，并建立國(guó)家級(jí)的質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

中期（2016―2020年）：在燃料乙醇方面，加大以甜高粱等糖類作物為原料的燃料乙醇的產(chǎn)業(yè)化利用，應(yīng)用耐高溫、高乙醇濃度、高滲透性微生物發(fā)酵技術(shù)，采用非相變分離乙醇技術(shù)；戊糖、己糖共發(fā)酵生產(chǎn)乙醇技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破，纖維素乙醇進(jìn)入生產(chǎn)領(lǐng)域；耐貧瘠能源作物在鹽堿地、沙荒地大面積種植，提高淀粉作物中淀粉含量、糖作物中的糖含量技術(shù)成功，燃料乙醇在運(yùn)輸燃料中起到重要作用。在生物柴油方面，大力開發(fā)以黃連木、麻風(fēng)樹等木本油料植物果實(shí)作為生物柴油主要原料的生物柴油，高產(chǎn)、耐風(fēng)沙、干旱的灌木與草類規(guī)?；N植技術(shù)取得突破；高壓醇解、酶催化、固體催化等生物柴油技術(shù)廣泛應(yīng)用。

遠(yuǎn)期（2020年以后）：在燃料乙醇方面，燃料乙醇逐步替代汽油并探索利用更高熱值產(chǎn)品（如丁醇等）；植物代謝技術(shù)取得突破，減少木質(zhì)素含量提高纖維素含量，大規(guī)模生產(chǎn)木質(zhì)纖維類生物質(zhì)燃料乙醇的工業(yè)技術(shù)開發(fā)成功并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。在生物柴油方面，以黃連木、麻風(fēng)樹等木本油料植物果實(shí)作為生物柴油主要原料的生物柴油的生產(chǎn)工藝不斷成熟且生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性不斷提高，規(guī)模不斷擴(kuò)張；工程微藻法技術(shù)逐步完善并走向成熟且實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

三、促進(jìn)我國(guó)生物燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的保障措施

（一）統(tǒng)一思想，合理規(guī)劃，有序推進(jìn)

向全社會(huì)廣泛宣傳發(fā)展生物燃料產(chǎn)業(yè)的重要意義，切實(shí)提高對(duì)發(fā)展生物燃料產(chǎn)業(yè)重要性的認(rèn)識(shí)，把生物燃料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提高到國(guó)家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的戰(zhàn)略高度予以考慮。同時(shí)，要借鑒先發(fā)國(guó)家在生物燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，仔細(xì)分析生物燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中可能會(huì)出現(xiàn)的問題。此外，各地區(qū)也要按照因地制宜、統(tǒng)籌兼顧、突出重點(diǎn)的原則，做好生物燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規(guī)劃工作，根據(jù)生物質(zhì)資源狀況、技術(shù)特點(diǎn)、市場(chǎng)需求等條件，研究制定本地區(qū)生物燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，提出切實(shí)可行的發(fā)展目標(biāo)和要求，充分發(fā)揮好資源優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)能的合理有序開發(fā)，走出一條具有中國(guó)特色的生物燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑。

（二）開展資源評(píng)價(jià)，發(fā)展能源作物

必須通過生物質(zhì)資源的調(diào)查和評(píng)價(jià)工作，搞清各種生物質(zhì)資源總量、用途及其分布，為發(fā)展生物燃料產(chǎn)業(yè)奠定良好基礎(chǔ)。一是開展調(diào)查研究，做好資源評(píng)價(jià)。二是在生物質(zhì)資源普查與科學(xué)評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，制定切實(shí)可行的能源作物發(fā)展規(guī)劃，以確定在什么地方具有大規(guī)模種植何類能源作物的條件。在不毀壞林地、植被和濕地，不與糧爭(zhēng)地，不與民爭(zhēng)糧的原則下，調(diào)整種植業(yè)比例，優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)，根據(jù)主要能源作物品種的性能、適宜的邊際性土地等資源數(shù)量、區(qū)域分布現(xiàn)狀，科學(xué)制訂能源作物的種植規(guī)劃。在種植基礎(chǔ)好、資源潛力大的地區(qū)，規(guī)劃建設(shè)一批能源作物種植基地，為生物燃料示范建設(shè)和規(guī)模化發(fā)展提供可靠的原料供應(yīng)基礎(chǔ)。

（三）加大生物燃料產(chǎn)業(yè)前沿技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)化示范工作

必須要堅(jiān)持點(diǎn)面結(jié)合、整體推進(jìn)的原則，將近、中遠(yuǎn)期目標(biāo)相結(jié)合，并結(jié)合我國(guó)生物質(zhì)資源特點(diǎn)，加大對(duì)生物燃料產(chǎn)業(yè)前沿技術(shù)和技術(shù)產(chǎn)業(yè)化研究的支持力度。一是制定生物燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)路線圖，通過政府、企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的共同工作，提出中長(zhǎng)期需要的技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略，有利于幫助企業(yè)或研發(fā)機(jī)構(gòu)識(shí)別、選擇和開發(fā)正確的技術(shù)，并幫助引導(dǎo)投資和配置資源。二是加強(qiáng)生物燃料產(chǎn)業(yè)技術(shù)的試點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)化示范工作，設(shè)立生物燃料產(chǎn)業(yè)研究發(fā)展專項(xiàng)資金，增加研究開發(fā)投入，加大生物燃料產(chǎn)業(yè)技術(shù)的研發(fā)力度，加快推進(jìn)生物燃料產(chǎn)業(yè)技術(shù)的科技進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。三是重視生物燃料產(chǎn)業(yè)技術(shù)和產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，制定生物燃料產(chǎn)業(yè)技術(shù)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)基礎(chǔ)、技術(shù)準(zhǔn)則、技術(shù)指南和技術(shù)保障作用，并建立國(guó)家級(jí)的質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)加強(qiáng)市場(chǎng)監(jiān)督工作，促進(jìn)生物燃料產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

（四）加強(qiáng)財(cái)政、稅收和金融政策的引導(dǎo)和扶持

一是可以給予適當(dāng)?shù)呢?cái)政投資或補(bǔ)貼，包括建立風(fēng)險(xiǎn)基金制度實(shí)施彈性虧損補(bǔ)貼、對(duì)原料基地給予補(bǔ)助、具有重大意義的技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范補(bǔ)助和加大面對(duì)生產(chǎn)生物燃料產(chǎn)品企業(yè)的政府采購(gòu)等措施，以保證投資主體合理的經(jīng)濟(jì)利益，使投資主體具有發(fā)展生物燃料項(xiàng)目的動(dòng)力。二是加大對(duì)投資生物燃料項(xiàng)目的稅收優(yōu)惠，包括對(duì)投資生物燃料項(xiàng)目的企業(yè)實(shí)行投資抵免和再投資退稅政策，對(duì)生產(chǎn)生物燃料產(chǎn)品的企業(yè)固定資產(chǎn)允許加速折舊，對(duì)科研單位和企業(yè)研制開發(fā)出的生物燃料新技術(shù)、新成果及新產(chǎn)品的轉(zhuǎn)讓銷售在一定時(shí)期可以給予減免營(yíng)業(yè)稅和所得稅等措施，以鼓勵(lì)和引導(dǎo)更多的企業(yè)重視、參與生物燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展。三是積極引導(dǎo)金融資本投向生物燃料產(chǎn)業(yè)，包括對(duì)生物燃料龍頭企業(yè)實(shí)施貸款貼息，支持有條件的生物燃料企業(yè)發(fā)行企業(yè)債券和可轉(zhuǎn)換債券，支持符合條件的生物燃料企業(yè)以現(xiàn)有資產(chǎn)做抵押到境外融資以獲得國(guó)際商業(yè)貸款和銀團(tuán)貸款，鼓勵(lì)和引導(dǎo)創(chuàng)業(yè)投資增加對(duì)生物燃料企業(yè)的投資等措施，鼓勵(lì)以社會(huì)資本為主體按市場(chǎng)化運(yùn)作方式建立面向生物燃料產(chǎn)業(yè)的融資擔(dān)保機(jī)構(gòu)，以降低生物燃料企業(yè)的融資成本，擴(kuò)充和疏通生物燃料企業(yè)的融資渠道。

（五）加強(qiáng)部門間合作，建立產(chǎn)業(yè)服務(wù)配套體系，完善市場(chǎng)體系建設(shè)

一是建設(shè)和完善服務(wù)保障體系。整合資源，建立和完善產(chǎn)業(yè)服務(wù)配套體系，針對(duì)生物質(zhì)資源分布廣、收集運(yùn)輸難等問題，建立生物質(zhì)資源收集配送等產(chǎn)業(yè)服務(wù)體系；積極引導(dǎo)農(nóng)民發(fā)展能源作物種植、農(nóng)作物秸稈收集與預(yù)處理等專業(yè)合作組織，建立生物質(zhì)原料生產(chǎn)與物流體系；盡快建立完善生物燃料產(chǎn)業(yè)技術(shù)的推廣服務(wù)體系、行業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品檢測(cè)中心等配套服務(wù)體系，加強(qiáng)生物燃料產(chǎn)業(yè)技術(shù)、管理人才隊(duì)伍的建設(shè)。二是必須盡快開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的生物燃料產(chǎn)業(yè)的國(guó)產(chǎn)設(shè)備，重點(diǎn)開發(fā)有利于生物燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的裝備設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，包括大型專用成套設(shè)備和成熟的生產(chǎn)工藝路線。三是完善市場(chǎng)體系建設(shè)。要通過市場(chǎng)帶動(dòng)，積極發(fā)展上下游企業(yè)和相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)，整合資源，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，建立完善的市場(chǎng)體系。

篇9

動(dòng)植物油脂的主要成分是甘油三酸酯，通過酯交換法制備的脂肪酸單烷基酯，工業(yè)上應(yīng)用主要是脂肪酸甲酯，俗稱為第一代生物柴油。生物柴油是指天然油脂制備的柴油，也可以是其他柴油，若以動(dòng)植物油脂為原料通過加氫裂解工藝生產(chǎn)非脂肪酸甲酯生物柴油，稱為第二代生物柴油。若以脂肪酸甲酯為代表的生物柴油需達(dá)到“GB/T20828-2007柴油機(jī)燃料調(diào)合用生物柴油（BD100）”標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)；若是非脂肪酸甲酯生物柴油需達(dá)到石化柴油相應(yīng)的《輕柴油》（GB252-2000）技術(shù)要求指標(biāo)。

一、第一代生物柴油發(fā)展現(xiàn)狀及酯交換法工藝存在的問題

各種動(dòng)植物油、草本植物油、木本植物油、動(dòng)物油、廢棄油脂（如地溝油、泔水油）、藻油等都可用來加工生物柴油。

生產(chǎn)生物柴油主要采用動(dòng)植物脂類的可再生資源，能夠通過各種催化和化學(xué)方法轉(zhuǎn)化為適宜碳鏈長(zhǎng)度的可再生液體燃料。目前利用油脂制備液體燃料的主要方法是酯交換法，經(jīng)過多年的發(fā)展，酯交換法已形成比較完備的技術(shù)體系，在歐美國(guó)家主要以大豆油、菜籽油生產(chǎn)生物柴油，生產(chǎn)工藝相對(duì)成熟，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，已部分進(jìn)入石油市場(chǎng)彌補(bǔ)石化柴油的不足。

我國(guó)不同于歐美國(guó)家，我國(guó)人多地少的國(guó)情，決定了生物柴油原料的發(fā)展應(yīng)遵循“不與人爭(zhēng)糧，不與糧爭(zhēng)地”的原則，利用非糧作物和林木質(zhì)物質(zhì)生產(chǎn)生物質(zhì)液體燃料。近期主要利用回收的廢油脂生產(chǎn)生物柴油，目前已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)，我國(guó)每年產(chǎn)廢油脂的數(shù)量是巨大的，利用大中城市回收的廢油及餐飲廢油制備生物柴油，以此廢油作原料可以降低生物柴油生產(chǎn)成本；又是綜合利用工業(yè)廢油及其他廢油，使廢物資源達(dá)到經(jīng)濟(jì)與環(huán)保的目的。

發(fā)展生物柴油產(chǎn)業(yè)可以增加一條由可再生資源生產(chǎn)清潔柴油的渠道，但是其瓶頸問題是產(chǎn)品的質(zhì)量和價(jià)格，不能參與石油市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，與石化柴油缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。所以積極開發(fā)降低生產(chǎn)成本，提高油品品質(zhì)的研究，采用廉價(jià)的原料，通過技術(shù)創(chuàng)新、生產(chǎn)工藝進(jìn)一步優(yōu)化、改進(jìn)、提高產(chǎn)物綜合利用值，以獲取低成本、高質(zhì)量的生物柴油，是我國(guó)生物柴油生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。生物柴油生產(chǎn)工藝及采用原料可導(dǎo)致生物柴油生產(chǎn)成本有較大差異，在一定程度上限制了生物柴油技術(shù)的推廣及應(yīng)用，因此在制備工藝及配套裝置上，著重研究適合各種不同的原料，特別是對(duì)于游離脂肪酸含量較高的油脂，如各種餐飲廢油、地溝油、酸化油等，不能直接通過酯交換反應(yīng)制備生物柴油而開發(fā)出比較適宜的技術(shù)先進(jìn)適用和經(jīng)濟(jì)有利合理的工藝路線，不但能夠增加新建生物柴油企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，還能夠推動(dòng)生物柴油產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展，普及應(yīng)用。

目前動(dòng)植物油脂通過酯交換法制備的脂肪酸甲酯，即第一代生物柴油存有原料利用品種單一、工藝復(fù)雜、設(shè)備繁多、反應(yīng)過程使用過量甲醇，后續(xù)工藝必須有相應(yīng)的甲醇回收裝置；能耗高、色澤深；油脂原料中的游離脂肪酸及水嚴(yán)重影響生物柴油的收率及品質(zhì)；油脂中的不飽和脂肪酸在高溫下容易變質(zhì)，酯化產(chǎn)物難以回收；成本高，生產(chǎn)過程有廢堿液、廢酸液排放造成環(huán)境二次污染等問題。常規(guī)工藝制備的脂肪酸甲酯，由于自身性質(zhì)決定的缺陷在實(shí)際應(yīng)用中還存在一定的問題：如①低溫流動(dòng)性差，冷凝、冷濾點(diǎn)較高，不能在氣候寒冷地區(qū)及冬季使用；②分子結(jié)構(gòu)中含有氧官能團(tuán)造成熱值較低，通常比石化柴油低9%13%；③黏度較高，為5-10mm/s-1，在柴油中輸送困難，使其供油不充分；④密度較高，為0.87-0.90cm3/g，易造成不完全燃燒；⑤儲(chǔ)存穩(wěn)定性差，容易發(fā)生氧化變質(zhì)等問題。又因動(dòng)植物油脂資源少、價(jià)格高，制約了生物柴油的實(shí)際應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化的大力發(fā)展。

天津市迪創(chuàng)生物能源科技有限公司研發(fā)的“環(huán)保型提煉清潔液體燃料真空催化改質(zhì)裝置”是具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的生產(chǎn)第二代生物柴油的技術(shù)裝置，解決了上述的這些問題。

二、第二代生物柴油轉(zhuǎn)化機(jī)理

從總體來看，通過第一代酯交換工藝生產(chǎn)的脂肪酸甲酯，其對(duì)原料油品的要求較高，同時(shí)副產(chǎn)甘油，加大了產(chǎn)品分離的提純難度，增加了生產(chǎn)成本，又由于第一代生物柴油在使用過程中的弊端，研究者們通過第一代生物柴油進(jìn)行加氫脫氧，異構(gòu)化反應(yīng)，得到類似柴油的烷烴，形成了第二代生物柴油。與第一代生物柴油相比，第二代生物柴油具有優(yōu)異的調(diào)和性質(zhì)和低溫流動(dòng)性等特點(diǎn)，適用范圍更廣泛。國(guó)外已開始逐漸進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用階段，為生產(chǎn)超清潔柴油奠定了基礎(chǔ)。在我國(guó)只停留在試驗(yàn)研究階段，迄今為止還尚未有進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)的企業(yè)，第二代生物柴油是未來生物柴油的主要發(fā)展方向。

動(dòng)植物油脂作為可再生資源，由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)中含有與柴油相似的脂肪酸長(zhǎng)碳鏈，使其作為石油資源的替代品成為可能。

廢油脂的主要成分還是動(dòng)植物油的成分，動(dòng)植物油中所含的脂肪酸（無論是飽和或不飽和）絕大部分為偶碳直鏈的，主要脂肪酸有C12、C14、C16、C18、C20和C22等幾種，其他的脂肪酸含量很少，這些脂肪酸鏈長(zhǎng)度與柴油碳數(shù)非常接近，這也是作為生物柴油的重要依據(jù)，而長(zhǎng)碳鏈在高溫條件下會(huì)發(fā)生分解、斷鏈、產(chǎn)生小分子烴類。動(dòng)植物油脂通過熱裂解、催化裂解和催化加氫可得到烴類產(chǎn)物，能有效地利用油脂結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，作為石化原料的補(bǔ)充，生產(chǎn)小分子的烴類等有機(jī)化工原料，或轉(zhuǎn)化為新型燃料——生物柴油。這為廢棄油脂的資源化利用又開拓了新的途徑。

催化加氫裂解的過程是石油化工行業(yè)常用的工藝過程，對(duì)提高原料的加工深度，合理利用石油資源、改善油品質(zhì)量，提高輕油收率等具有重要意義。第二代生物柴油利用催化裂解技術(shù)進(jìn)行加氫處理，從而得到與柴油相似的烷烴。

動(dòng)植物油脂的主要成分是脂肪酸甘油酯，在催化加氫條件下，甘油三酯、單甘酯及羧酸在內(nèi)的中間產(chǎn)物，經(jīng)加氫脫羧基、加氫脫羰基、加氫脫氧反應(yīng)生成正構(gòu)烷烴的最終產(chǎn)物是C12-C24正構(gòu)烷烴，副產(chǎn)包括丙烷、水和CO、CO2。由于正構(gòu)烷烴的熔點(diǎn)較高，使得所制備的生物柴油的濁點(diǎn)偏高，低溫流動(dòng)性差，再通過加氫異構(gòu)化反應(yīng)，將部分或全部正構(gòu)烷烴轉(zhuǎn)化為異構(gòu)烷烴，從而提高其低溫使用性能。

催化加氫裂解是指在高溫、高壓、有氫氣存在的條件下進(jìn)行加氫裂化，催化加氫裂解能夠得到高品質(zhì)的燃料油，其燃油性能甚至超過常規(guī)的石化柴油，但是加氫過程使用高熱值氫氣，自身就是高熱值燃料，將其轉(zhuǎn)化不可燃燒的水，不僅操作成本高，也是一種資源的浪費(fèi)。目前在我國(guó)經(jīng)濟(jì)上可行制備生物柴油的主要原料是高酸價(jià)油脂、廢棄動(dòng)植物油脂，分布相對(duì)分散，原材料集中相對(duì)困難，而且設(shè)備投資大，比較適宜石化煉油企業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)。因此該法在我國(guó)近期還不太適用，高溫、高壓、催化劑昂貴，不適宜中小型規(guī)模的企業(yè)采用。

三、供氫催化裂解改質(zhì)工藝生產(chǎn)第二代生物柴油技術(shù)的先進(jìn)性

催化加氫裂解是一種有應(yīng)用前景的油脂轉(zhuǎn)化燃料油技術(shù)，即生產(chǎn)第二代生物柴油的技術(shù)。是將生物油脂通過供氫催化裂解改質(zhì)制備生物液體清潔燃料，是開發(fā)生物柴油替代燃料的又一條途徑，是一種新能源的生產(chǎn)方式，與目前第一代生物柴油的酯交換法制備工藝相比較有其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)。

根據(jù)中華人民共和國(guó)第200920151218.8專利，名稱“環(huán)保型提煉清潔液體燃料真空催化改質(zhì)裝置”的實(shí)用新型專利技術(shù)，授權(quán)公告日：2010年1月27日，生產(chǎn)第二代生物柴油。該項(xiàng)專利技術(shù)被國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局評(píng)為“2011年度10項(xiàng)優(yōu)秀專利”。

該裝置是應(yīng)用第二代生物柴油的轉(zhuǎn)化技術(shù)提高油品質(zhì)量的裝置，克服了第一代生物柴油現(xiàn)有技術(shù)存在的生產(chǎn)成本高、工藝過程復(fù)雜，對(duì)環(huán)境造成二次污染的缺點(diǎn)；又因動(dòng)植物油資源少、價(jià)格高，制約生物柴油的實(shí)際應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化的大力發(fā)展。而第二代生物柴油研究的重點(diǎn)是擴(kuò)大油脂資源和其他可利用資源的應(yīng)用范圍，根據(jù)原料的性質(zhì)，提煉清潔液體燃料真空催化改質(zhì)的轉(zhuǎn)化方法和提高生物柴油油品品質(zhì)的技術(shù)。

該裝置是采用先進(jìn)的催化裂解技術(shù)，將裂解釜中液相懸浮床流態(tài)化與精餾塔固定床催化改質(zhì)提煉燃油耦合同一裝置體系，將二步聯(lián)產(chǎn)法工藝改為一步分流法，簡(jiǎn)化工藝流程，減少中間環(huán)節(jié)，有利于節(jié)能和節(jié)省設(shè)備投資；采用催化裂解、改性提質(zhì)、技術(shù)先進(jìn)適用，經(jīng)濟(jì)有利合理，從而獲得符合國(guó)標(biāo)的高品質(zhì)清潔液體燃料。催化加氫脫氧，降低生物柴油的氧含量，提高其能量密度；加氫異構(gòu)化，提高油品低溫性能，同時(shí)保持高十六烷值、辛烷值，避免了傳統(tǒng)工藝酯交換法的缺點(diǎn)。

采用供氫催化裂解改質(zhì)是運(yùn)用本裝置的核心技術(shù)，是第二代生物柴油新的一種轉(zhuǎn)化方式。本項(xiàng)目的供氫催化裂解技術(shù)不同于高溫?zé)崃呀?、催化裂解和催化加氫，有自己?dú)有的優(yōu)勢(shì)。其特點(diǎn)是：在廢油脂中加入一定量的具有供氫效果的化合物，也能起到氫氣存在的同樣效果，這些化合物能在熱反應(yīng)過程中提供活性氫自由基，有目的地抑制自由基縮合，從而提高裂化反應(yīng)的苛刻度，增加中間餾分油產(chǎn)量。供氫催化裂解是在常規(guī)裂化工藝基礎(chǔ)上加入具有供氫效果的溶劑，使反應(yīng)過程中液體供氫劑釋放出的活性氫與生物油脂熱解過程中產(chǎn)生的自由基結(jié)合生成穩(wěn)定具有協(xié)同效應(yīng)的低分子，從而抑制自由基的縮合，可提高熱裂解反應(yīng)的速率，防止結(jié)焦，增加輕餾分汽油和中間柴油餾分的收率。

塑料是碳?xì)浠衔?，塑料裂解油中含有大量氫原子，H/C原子比相對(duì)較高，加熱時(shí)揮發(fā)分也比較高，為了獲得廉價(jià)的氫氣，廢塑油、橡膠油與廢油脂加熱共熔裂解，富有優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的協(xié)同效應(yīng)，富含氫的塑膠中含氫基團(tuán)在反應(yīng)過程中會(huì)向動(dòng)植物油裂解產(chǎn)物進(jìn)行加氫轉(zhuǎn)移，塑膠裂解油在油脂裂解中起著供氫作用，是主要的供氫者，油脂中的含氧化合物最容易加氫脫氧，很快反應(yīng)生成烴和水，同時(shí)伴隨脫羧基、脫羰基、異構(gòu)化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)加氫裂解，使動(dòng)植物油裂解為柴油，少量汽油餾分，具有很高的十六烷值、辛烷值和較低的硫含量和芳烴，可單獨(dú)使用或與柴油任一比例摻合使用，是一種優(yōu)質(zhì)的石化燃料的替代品。該技術(shù)已在天津中試裝置進(jìn)行中試，其產(chǎn)品能達(dá)到國(guó)標(biāo)要求指標(biāo)，技術(shù)成熟。由于利用垃圾中的廢料為原料，原料易得且價(jià)廉，既減少對(duì)環(huán)境的污染，又能獲得可利用的豐富資源，生產(chǎn)成本較低，有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，目前在石油燃料市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

供氫催化裂解工藝與酯交換工藝技術(shù)對(duì)比其先進(jìn)性是：

1 用于制備生物柴油的原料：酯交換工藝對(duì)其原料中游離脂肪酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)要求最為苛刻，無論任何油脂都要進(jìn)行脫酸、脫膠處理；供氫催化裂解工藝對(duì)原料中的游離脂肪酸要求最低，大部分油脂不需要脫酸、脫膠就可作原料使用，從而減少了脫酸、脫膠質(zhì)對(duì)油的損耗，擴(kuò)大了對(duì)原料的使用范圍，更加適合我國(guó)生物柴油原料來源廣、適用性強(qiáng)、性質(zhì)不穩(wěn)定和游離脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的現(xiàn)狀。該法具有很好的工業(yè)前景。

2 酯交換工藝合成的脂肪酸甲酯中含有氧和各種雜質(zhì)，同時(shí)由于脂肪酸甲酯在化學(xué)組成方面不同于石化柴油，不能長(zhǎng)期儲(chǔ)存，在其與油接觸時(shí)會(huì)使油污染，酯交換工藝合成的脂肪酸甲酯雖然低硫、低芳烴，符合其清潔柴油發(fā)展方向，但其比重大、熱值低、穩(wěn)定性差，不能擴(kuò)大柴油產(chǎn)量和清潔油品升級(jí)換代，只能低比例與石化柴油混合使用，從而限制在石化柴油中的大量應(yīng)用；而供氫催化裂解工藝制備的生物柴油低硫、低芳烴，符合清潔柴油發(fā)展方向，同時(shí)產(chǎn)品的比重小、熱值高、穩(wěn)定性好、低溫性能好，可適應(yīng)多種環(huán)境條件，全年都可使用，即使在-20攝氏度以下氣溫極低地區(qū)也能夠使用。因此，供氫催化裂解工藝不僅成為生物柴油發(fā)展的主要方向，而且也是為將來石化柴油提供升級(jí)換代的途徑。

3 供氫催化裂解法與酯交換法制備生物柴油相比，催化裂解的產(chǎn)物組成發(fā)生了根本變化，通常得到的是烷烴、烯烴、羰基化合物、脂肪酸的混合物，由于這些化合物的物化性質(zhì)與柴油十分接近，發(fā)熱值、黏度、密度、閃點(diǎn)、餾程等主要指標(biāo)都能達(dá)到國(guó)標(biāo)無鉛汽油和輕柴油相應(yīng)的指標(biāo)要求。

4 供氫催化裂解工藝不需要對(duì)原料進(jìn)行脫酸、脫膠質(zhì)等預(yù)處理步驟，沒有副產(chǎn)物甘油和甲醇回收的問題，只存在裂化一道工序，工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，生產(chǎn)用工、設(shè)備投入、原材料成本大為減少，在生產(chǎn)成本和燃油性能上占有優(yōu)勢(shì)，在現(xiàn)有技術(shù)及目前石油市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，在沒有國(guó)家政府現(xiàn)行政策資金補(bǔ)貼的情況下仍具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

5 采用懸浮床流態(tài)化反應(yīng)器、固定床塔式反應(yīng)器、隔板節(jié)能精餾塔、管式加熱爐及自動(dòng)排渣裝置系統(tǒng)連續(xù)化生產(chǎn)，副產(chǎn)品回收利用，無“三廢”污染物排放，是一種清潔生產(chǎn)工藝。

四、第二代生物柴油發(fā)展前景

生物柴油作為一種可再生與環(huán)境友好的清潔燃料，將成為石油燃料油的理想替代能源。目前使用的生物柴油是常規(guī)酯交換法制備的第一代生物柴油，即以油料作物、油料植物和工程微藻等水生植物油脂、動(dòng)物油脂及餐飲地溝油等為原料通過酯交換工藝生產(chǎn)脂肪酸甲酯（FAME），生產(chǎn)過程中同時(shí)副產(chǎn)甘油。這一技術(shù)比較成熟，已部分進(jìn)入市場(chǎng)彌補(bǔ)石化柴油的不足。在第一代生物柴油的基礎(chǔ)上，第二代生物柴油是以動(dòng)植物油脂為原料通過催化加氫裂解工藝生產(chǎn)的非脂肪酸甲酯生物柴油。與第一代生物柴油相比，第二代生物柴油具有優(yōu)異的調(diào)和性質(zhì)和低溫流動(dòng)性能等優(yōu)點(diǎn)，明顯優(yōu)于第一代脂肪酸甲酯，適用范圍更加廣泛，是未來生物柴油的主要發(fā)展方向。目前國(guó)外第二代生物柴油已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用階段，為生產(chǎn)超低硫清潔柴油奠定基礎(chǔ)。從目前來看，植物油作為石油替代資源的成本較高，因此植物油的開發(fā)利用受到制約。但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，由于石油資源不斷減少以及日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，開發(fā)可再生的綠色替代能源是必然趨勢(shì)。我國(guó)每年的廢食用油和其他碳?xì)鋸U油的資源十分豐富，這也比大豆油、菜籽油便宜很多，利用廢棄動(dòng)植物油脂和碳?xì)鋸U油生產(chǎn)第二代生物柴油，清潔汽油，認(rèn)真提高廢油資源的綜合利用，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展思路，不僅對(duì)于緩解燃油的緊缺局面起到了一定的補(bǔ)充作用，而且對(duì)于新增企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益將是巨大的。

據(jù)測(cè)算，該項(xiàng)目投資500萬(wàn)元即可投產(chǎn)。按全年生產(chǎn)生物柴油產(chǎn)品10000噸，所需原料為12500噸，料油市場(chǎng)價(jià)格按其平均價(jià)格4800元/噸計(jì)算，年凈利潤(rùn)總額可達(dá)1211.90萬(wàn)元，投資利稅率可達(dá)21.78%，投資回收期為半年。另外，本項(xiàng)目有較強(qiáng)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。正常生產(chǎn)年份以生產(chǎn)能力利用率表示的盈虧平衡點(diǎn)為12.86%。計(jì)算表明，當(dāng)項(xiàng)目正常生產(chǎn)年份的生產(chǎn)能力利用率達(dá)12.86%時(shí)，可不虧不盈，即當(dāng)年生產(chǎn)第二代生物柴油1286噸，即可保本。發(fā)明人馮善茂表示，他本人以及他所在單位愿意向廣大企業(yè)和個(gè)人提供技術(shù)合作與咨詢。

五、聯(lián)手共創(chuàng)，打造生物柴油低碳時(shí)代

第二代生物柴油的發(fā)明人馮善茂及他的研發(fā)單位天津市迪創(chuàng)生物能源科技有限公司是擁有可再生生物質(zhì)能源自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的科技型企業(yè)，從20世紀(jì)90年代初就從事可再生能源生物液體燃料的研究，不用國(guó)家一分錢，將自己的經(jīng)濟(jì)收入全部投入到科學(xué)研究工作中，在堅(jiān)持不懈的努力下，取得多項(xiàng)發(fā)明成果，在生物液體燃料中相繼發(fā)明了①“環(huán)保型生產(chǎn)生物柴油的酯化裝置”（ZL200620149130.2）、②“節(jié)能環(huán)保型生物柴油粗酯精制裝置”（ZL200820136768.1）、③“環(huán)保型提煉清潔液體燃料真空催化改酯裝置”（ZL200920151215.8）等，其中①、②兩項(xiàng)專利技術(shù)在2009年第9屆香港國(guó)際專利發(fā)明博覽會(huì)上均榮獲發(fā)明金獎(jiǎng)；“節(jié)能環(huán)保型生物柴油粗酯精制裝置”的學(xué)術(shù)論文（成果）在2010年國(guó)際交流評(píng)選活動(dòng)中被評(píng)為“世界重大學(xué)術(shù)思想特等獎(jiǎng)”；“環(huán)保型提煉清潔液體燃料真空催化改酯裝置”（ZL200920151215.8），該項(xiàng)專利技術(shù)被國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局評(píng)為“2011年度10項(xiàng)優(yōu)秀專利”。上述3項(xiàng)專利是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，并根據(jù)國(guó)內(nèi)、國(guó)外比較成熟的工藝，經(jīng)過多年的科學(xué)研究與實(shí)驗(yàn)而研制開發(fā)出具有節(jié)能環(huán)保、產(chǎn)業(yè)延伸、生產(chǎn)鏈接的生物柴油配套技術(shù)與裝置。根據(jù)當(dāng)前我國(guó)能源的緊缺狀況，燃料油品的市場(chǎng)需求及用戶生產(chǎn)者的要求，生物柴油升級(jí)換代的第二代生物柴油應(yīng)運(yùn)而生，為了使生物柴油新興產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展，實(shí)施產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合，天津市迪創(chuàng)生物能源科技有限公司與山東濰坊春泉環(huán)保設(shè)備有限公司已簽訂長(zhǎng)期合作合同，建立“資源綜合利用科研實(shí)驗(yàn)基地”，加快生物質(zhì)燃料的研發(fā)與設(shè)備開發(fā)，加快適用技術(shù)的專利轉(zhuǎn)化，使生物柴油新興產(chǎn)業(yè)健康穩(wěn)步發(fā)展。充分發(fā)揮山東濰坊春泉環(huán)保設(shè)備有限公司制造壓力容器與設(shè)備的專有技術(shù)與優(yōu)勢(shì)，專業(yè)生產(chǎn)生物柴油與生物質(zhì)煉化的專用設(shè)備。中國(guó)首套第二代生物柴油的全整套的中試煉化設(shè)備，在山東濰坊春泉環(huán)保設(shè)備有限公司投資、加工落成，已于今年5月試車投產(chǎn)，這標(biāo)志我國(guó)第二代生物柴油生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)成功，首套裝置在山東落成投產(chǎn)。

該裝置，采用供氫催化、裂解改質(zhì)生產(chǎn)低凝生物柴油的工藝，裝置適用范圍廣泛，既可用植物油、動(dòng)物油又可用廢棄油脂、廢機(jī)油、廢塑料油及石化煉廠的廢料，經(jīng)過裂解改質(zhì)后都可轉(zhuǎn)化為替代石油的燃料油品。

篇10

“綠色航空”勢(shì)在必行

航空界對(duì)替代能源的渴求，從未像現(xiàn)在這樣強(qiáng)烈過。從萊特兄弟發(fā)明飛機(jī)以來，飛機(jī)就與石油消耗如影隨形般聯(lián)系在一起，并因此成為“高碳”俱樂部重要成員之一。國(guó)際權(quán)威數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前全球航空運(yùn)輸業(yè)每年消耗15億17億桶航空煤油，2008年全球航空運(yùn)輸業(yè)排放的二氧化碳高達(dá)6.77億噸，盡管僅占全球總排放量的2％。但是由于高空飛行的飛機(jī)直接將二氧化碳排放在1萬(wàn)米左右的平流層，所產(chǎn)生的實(shí)際溫室影響要比地面排放大4倍左右，對(duì)全球變暖的影響更直接、更明顯。此外，飛機(jī)在飛行過程中還排放出大量氮氧化物、水蒸氣，都對(duì)全球變暖有重要影響。

從上世紀(jì)70年代以來，盡管由機(jī)和引擎技術(shù)的不斷提高，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率在過去40年已經(jīng)提高了70％，但這些進(jìn)步被同一時(shí)期航空業(yè)的快速發(fā)展所抵消。飛機(jī)絕對(duì)排放量不僅沒有下降，反而還在迅速上升。根據(jù)歐盟的統(tǒng)計(jì)，歐盟境內(nèi)二氧化碳排放在20世紀(jì)90年代整體下降5.5％，而其成員國(guó)國(guó)際航空溫室氣體的排放在這段時(shí)間增加73％，且預(yù)計(jì)到2012年將增加150％。與此同時(shí)，石油等不可再生石化能源資源的日趨枯竭，進(jìn)一步給航空運(yùn)輸業(yè)未來的可持續(xù)發(fā)展蒙上了一層陰影。

面對(duì)能源危機(jī)和氣候變化的雙重挑戰(zhàn)，僅憑飛機(jī)燃燒效率和航空公司營(yíng)運(yùn)效率的提高，無法確保能源的可持續(xù)，也無法從根本上實(shí)現(xiàn)碳減排。尋找新的替代能源，實(shí)現(xiàn)更綠色的飛行，成為航空運(yùn)輸業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。由行器自身原因和安全因素，風(fēng)能、水利、核燃料和太陽(yáng)能等可替代能源目前均不能滿足航空業(yè)的需要，可再生的生物能源成為最佳的替代選擇。

古老能源的新生

生物能源，是指從生物質(zhì)得到的能源，它是通過植物光合作用，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為其它形態(tài)的含碳化合物，這些物質(zhì)通過燃燒可以釋放能量。因此，生物能源的形成實(shí)質(zhì)是生物質(zhì)同化、固定陽(yáng)光能和大氣中二氧化碳的結(jié)果。生物質(zhì)具體的種類很多，植物類中最主要也是我們經(jīng)常見到的有木本植物、農(nóng)作物(秸稈、稻草、谷殼等)、雜草、藻類等。非植物類中主要有動(dòng)物糞便、動(dòng)物尸體、廢水中的有機(jī)成分、垃圾中的有機(jī)成分等。

從能量的形成過程來講，生物能源與化石能源在本質(zhì)是一樣的，二者的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特性也相似，可以采用相同或相近的技術(shù)進(jìn)行處理和利用。不同的是，地球上的化石能源是自然生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)過幾十億年的漫長(zhǎng)進(jìn)化，才將巨量的碳通過光合作用以化石能源的方式固化封存于地下，從而使大氣中的二氧化碳的濃度降到適合人類生存。但近幾百年來，煤炭、石油等化石能源的大規(guī)模開發(fā)，使這些封存的碳被集中、快速地釋放出來。如同打開了“潘多拉魔盒”，必然極大破壞生態(tài)平衡。生物燃料盡管在燃燒釋放能量的同時(shí)也會(huì)釋放二氧化碳，但它在成長(zhǎng)過程中會(huì)從大氣中吸收等量的二氧化碳，形成一個(gè)良性循環(huán)，理論上二氧化碳的凈排放為零，能夠?qū)崿F(xiàn)“碳中性”。此外，生物能源是一種取之不盡、用之不竭的可再生能源，地球每年通過光合作用可生產(chǎn)1400-1800億噸生物質(zhì)，其中蘊(yùn)含的能量相當(dāng)于全世界能耗總量的10-20倍。

生物燃料是人類最早利用的能源。古人鉆木取火、伐薪燒炭，實(shí)際上就是在使用生物能源。但是通過生物質(zhì)直接燃燒獲得能量是低效而不經(jīng)濟(jì)的。化石能源的大規(guī)模使用，使生物燃料受到冷落。從上世紀(jì)70年代以來，日益顯露的環(huán)境問題讓人類的目光再次投向生物能源，隨著生物燃料轉(zhuǎn)化技術(shù)的不斷發(fā)展，古老的能源獲得了新生機(jī)。

到目前為止，生物燃料的發(fā)展已經(jīng)歷了三個(gè)階段。第一代生物燃料主要是以玉米、甘蔗、大豆和蓖麻等糧食作物和油料作物為原料，因其存在“與民爭(zhēng)食”的特點(diǎn)而飽受非議，同時(shí)還面臨原料供給的瓶頸，目前已逐步被以麥稈、草和木材等農(nóng)林廢棄物和貧瘠土地上生長(zhǎng)的木本植物作為原料的第二代生物燃料和以微藻為原料的第三代生物原料所替代。第二、三代生物燃料可以不消耗糧食，不造成污染，節(jié)約大量耕地和水，發(fā)展前景被業(yè)界普遍看好，因此也被稱為可持續(xù)性生物燃料。目前，生物燃料已成為人類可再生能源最重要的組成部分，約占全球可再生能源消費(fèi)的74％左右。

助飛航空業(yè)的綠色能源

由于民航客機(jī)要在1萬(wàn)米之上高空飛行，其發(fā)動(dòng)機(jī)必須適應(yīng)高空缺氧、氣溫氣壓較低的惡劣環(huán)境。因而要求航空煤油有較好的低溫性、安定性、蒸發(fā)性、性以及無腐蝕性、不易起靜電及著火危險(xiǎn)性小等特點(diǎn)。目前適用于航空業(yè)的生物燃料主要是麻風(fēng)樹、亞麻薺、微藻和鹽土植物。其中最具代表性的是麻風(fēng)樹和微藻。

麻風(fēng)樹是一種廣泛分布于亞熱帶及干熱河谷地區(qū)的熱帶常綠樹或大型灌木，其果實(shí)稱為小桐子，果實(shí)的含油率35％至41％，野生麻風(fēng)樹果實(shí)的最高含油量約為60％。在我國(guó)，野生麻風(fēng)樹主要分布于兩廣、瓊、云、貴、川等地。麻風(fēng)樹生長(zhǎng)迅速，生命力強(qiáng)，在部分地方可以形成連片的森林群落。3年可掛果投產(chǎn)，5年進(jìn)入盛果期。麻風(fēng)樹的干果產(chǎn)量為300-800公斤／畝，平均產(chǎn)量約660公斤／畝，果實(shí)采摘期長(zhǎng)達(dá)50年，每3.5噸小桐子可提煉出約1噸生物柴油，經(jīng)過進(jìn)一步精煉之后，可生成約0.15噸航空煤油。

藻類是最原始的生物之一，按大小通常分為大藻(海帶、紫菜等)和微藻(直徑小于1mm單細(xì)胞或絲狀體)。其中用于制備生物燃料的是微藻。利用微藻發(fā)展生物能源有許多其它陸地植物不具備的優(yōu)勢(shì)。第一，生長(zhǎng)環(huán)境要求簡(jiǎn)單。微藻幾乎能適應(yīng)各種生長(zhǎng)環(huán)境。不管是海水、淡水、工業(yè)污廢水、荒蕪的灘涂鹽堿地、廢棄的沼澤、魚塘，甚至下水道都可以種植微藻。第二，微藻產(chǎn)量非常高。一般陸地能源植物一年只能收獲一到兩季，而微藻幾天就可收獲一代，微藻單位面積的產(chǎn)率高出高等植物數(shù)十倍。第三，產(chǎn)油率極高。脂類含量比其它油料作物如玉米、油菜、麻風(fēng)樹等要高很多，一般含有30％-50％左右脂類，有的甚至高達(dá)80％。第四，利于環(huán)境保護(hù)。每年由微藻光合作用吸收固化的二氧化碳占全球二氧化碳固定量40％以上。微藻現(xiàn)今被看作是最有前景的生物燃料來源，被稱為下一個(gè)“能源巨人”。

由麻風(fēng)樹和微藻所生成的生物煤油由于具備良好的燃料性能，能與化石燃料兼容，又可直接應(yīng)用于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)；與現(xiàn)有飛機(jī)的兼容性非常好，既能和傳統(tǒng)的航空煤油混合， 也可完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的航空煤油，直接為飛機(jī)提供能量。此外，它比傳統(tǒng)航空燃料的凝結(jié)點(diǎn)更低，燃料的每加侖能量值更高。燃燒過程中二氧化硫、氮氧化合物、碳?xì)浠衔锏呐欧泡^少，造成空氣污染和酸雨現(xiàn)象會(huì)明顯降低。由于生物燃料在運(yùn)輸和制造過程中會(huì)有一定的碳排放，絕對(duì)的碳中性是不存在的。不過即使考慮到這些因素，與石油燃料相比，生物燃料依然能夠?qū)崿F(xiàn)60％-80％的碳減排。

綠色飛行不再遙遠(yuǎn)

正是由于生物燃料對(duì)航空業(yè)未來發(fā)展的革命性效應(yīng)，近年來，包括飛機(jī)制造商、航空公司、發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)商在內(nèi)的航空產(chǎn)業(yè)鏈成員們以及能源和學(xué)術(shù)界領(lǐng)導(dǎo)者間的通力合作，加快了生物燃料的開發(fā)與應(yīng)用的推進(jìn)步伐。

自2008年2月24日波音公司與維珍航空合作完成了人類歷史上首次采用添加50％生物燃料的混合燃油為動(dòng)力的飛行試驗(yàn)以來，新西蘭航空、法航、日航、美國(guó)大陸航空公司等多家航空公司先后進(jìn)行了一系列類似生物燃料的試飛，證明了使用可持續(xù)性生物燃料與煤油的混合燃料的技術(shù)可行性。2010年6月，空中客車公司成功完成了以微藻為原料的純生物燃料飛行，表明生物燃料完全可以獨(dú)立為飛機(jī)的飛行提供能量。按照國(guó)際航協(xié)的計(jì)劃，在完成相關(guān)安全性測(cè)試和認(rèn)證后，生物燃料在2012年開始正式進(jìn)入商用領(lǐng)域，到2020年生物燃料占航空燃油的比例將達(dá)到15％，2030年達(dá)到30％，2040年達(dá)到50％，并希望在2050年實(shí)現(xiàn)整個(gè)行業(yè)總量減排50％的目標(biāo)。

目前，我國(guó)航空生物燃料的試驗(yàn)和開發(fā)工作已全面展開。2010年5月26日，中國(guó)航空集團(tuán)公司與中石油、波音公司、霍尼韋爾UOP公司合作，正式啟動(dòng)了中國(guó)民航可持續(xù)航空生物燃料驗(yàn)證試飛項(xiàng)目。初步確定2011年年中，國(guó)航將使用一架波音747-400飛機(jī)在不同的高度和操作環(huán)境下進(jìn)行不超過2小時(shí)的飛行試驗(yàn)。屆時(shí)，該飛機(jī)的一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)將按1：1的比例，加注生物燃料和傳統(tǒng)航油混合燃油。所用燃油的原料來自中石油在中國(guó)的原料基地應(yīng)用UOP公司精煉加工技術(shù)轉(zhuǎn)化的航空生物燃料。這次試飛將是全球首次在一個(gè)國(guó)家完成原料種植、生物燃油提煉與混合、驗(yàn)證飛行的全鏈條驗(yàn)證。

中科院青島生物能源與過程研究所和美國(guó)波音公司研發(fā)中心已簽署推進(jìn)藻類可持續(xù)航空生物燃料合作備忘錄，將在青島組建可持續(xù)航空生物燃料聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，啟動(dòng)微藻航空生物燃油這一能源技術(shù)的大規(guī)模研發(fā)。預(yù)計(jì)5年左右實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)重大突破，形成幾千噸的規(guī)模性示范，10年左右實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

生物原料的規(guī)?；N植也已啟動(dòng)。根據(jù)規(guī)劃，我國(guó)麻風(fēng)樹主要分布區(qū)為西南云貴川三省，從2006年開始利用荒山荒地大規(guī)模人工種植麻風(fēng)林，目前人工種植規(guī)模已達(dá)15萬(wàn)公頃，占中國(guó)人工種植麻風(fēng)樹面積的95％以上。今后幾年種植規(guī)模將進(jìn)一步擴(kuò)大，到2020年將有7500萬(wàn)畝中國(guó)的荒地用于種植麻風(fēng)樹，其中僅四川省就將有3000萬(wàn)畝荒地成為麻風(fēng)樹種植基地。如能完成種植目標(biāo)，屆時(shí)產(chǎn)自中國(guó)的原材料所生產(chǎn)的生物燃料可取代全球航空運(yùn)輸業(yè)現(xiàn)有40％的石化燃料。

從現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)情況來看，生物燃油應(yīng)用到航空業(yè)來，技術(shù)已經(jīng)不是最大困難?，F(xiàn)階段，航空生物燃料成本還很昂貴，約為傳統(tǒng)航空煤油的3-4倍。但隨著技術(shù)進(jìn)步、工藝優(yōu)化和生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，成本肯定會(huì)降下來，甚至比石油燃料更低。而且，生物燃油的價(jià)格要比深受地緣政治和國(guó)際游資雙重影響的石油更易控制，可以幫助航空公司控制成本，減少意外開支?？梢灶A(yù)見，使用生物燃油作為可持續(xù)航空燃油，將成為民航業(yè)發(fā)展新趨勢(shì)。

把握機(jī)遇低碳領(lǐng)航

我國(guó)發(fā)展生物能源的空間和潛力十分巨大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)有4600多萬(wàn)公頃宜林地，還有約1億公頃不宜發(fā)展農(nóng)業(yè)的廢棄土地資源，可以結(jié)合生態(tài)建設(shè)種植能源植物。我國(guó)的渤海、黃海、東海、南海，按自然疆界可達(dá)473萬(wàn)平方公里，鹽堿地面積達(dá)1.5億畝，可供開發(fā)的微藻資源潛力巨大。近幾年，我國(guó)生物能源科研技術(shù)水平進(jìn)步顯著，在某些領(lǐng)域基本與發(fā)達(dá)國(guó)家處在相近的起跑線上。面對(duì)新能源革命的浪潮，應(yīng)從戰(zhàn)略層面高度重視，抓住機(jī)遇，順勢(shì)而上，借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)驗(yàn)，加大生物能源發(fā)展的推進(jìn)力度，確保在低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代占有一席之地。

強(qiáng)化生物能源的戰(zhàn)略推進(jìn)。國(guó)家“十二五”能源發(fā)展規(guī)劃已將生物能源發(fā)展列入七大重點(diǎn)能源領(lǐng)域。要進(jìn)一步細(xì)化國(guó)家層面的協(xié)調(diào)和引導(dǎo)，盡快建立具體、科學(xué)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖。做好鹽堿、沼澤、山坡、半沙漠化等不宜發(fā)展農(nóng)業(yè)的廢棄土地資源以及海洋、河灘等資源的生物燃料開發(fā)規(guī)劃，加強(qiáng)對(duì)生物能源產(chǎn)業(yè)扶持、消費(fèi)補(bǔ)貼或金融支持力度。選擇有雄厚技術(shù)積累和資金實(shí)力的生物能源生產(chǎn)企業(yè)，建立產(chǎn)業(yè)化示范基地，增強(qiáng)規(guī)模化生產(chǎn)能力。