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世界各国生物燃料发展现状及趋势
打印 2008-12-20 01:57 字体: [大] [中] [小]

 

利用植物捕捉太阳能这个想法对于人类而言,有着一种浪漫、强烈的吸引力。近一二十年来,生物燃料成了一个热门话题。不论是在实验室,还是在股票市场,它都风光无限。尽管现在还无法确保生物燃料的未来,但石油价格的波动和温室效应的压力还是让人们对它寄予厚望。

      那么,这种通过种植作物捕获太阳能的方式,究竟能在多大程度上缓解当前的能源危机?

      很不幸的是,植物在这方面有着一个基本的麻烦。和太阳能电池相比,它们储存太阳能的能力很低,甚至即使是密集种植的植物,都得努力储存才能到达每平方米一到两瓦特(在大气层顶,太阳光在其垂直方向的功率大约是每平方米1500瓦特)。

      但植物拥有的优势可以弥补它们的劣势。和别的能源原料相比,植物生长很便宜,只要有差不多的水和营养物质,他们就能长得很好。而在这个过程中,它们消耗了二氧化碳,这毫无疑问对于环境是一个锦上添花的事情--它们把碳和太阳能一起转化成稳定的碳氢化合物。

      这意味着植物储存的太阳能在以后没有太阳照射的时候依然可以使用,并且它还可以被加工,通过一定的成本和努力,加工成汽车和飞机可以使用的某种碳氢燃料。对于担心燃料进口的稳定性、担心全球石油生产远景的政府来说,这个意义是深远的。

      因此,尽管它们的劣势意味着植物永远不可能成为全球能源问题的完全答案,但是作为一种不使大气层增加二氧化碳的燃料来源,对于比以往更饥渴的运输行业而言,它们有着实质性的潜力--只要石油还保持着意料之中的高价位。

      在发展了这么多年之后,英国《自然》杂志在2006127一期上,以封面文章的大篇幅盘点了目前世界上对于生物燃料的发展概况和遇到的技术瓶颈。

      最成功的道路:巴西模式

      巴西是推动世界生物燃料业发展的先锋。它利用从甘蔗中提炼出的蔗糖生产乙醇,代替汽油作为机动车行驶的燃料。如今巴西乙醇和其他竞争燃料相比,价格上已具有竞争性。这也是当前生物燃料业发展最为成功的典范。

      早在20世纪30年代,巴西人就开始用蔗糖乙醇作为汽车燃料,70年代,由于石油价格的不断上涨,这一技术开始赢得政府的支持。巴西热带地区的光照使得这里非常适合种植甘蔗。现在,巴西已经是世界上最大的甘蔗种植国,每年甘蔗产量的一半用来生产白糖,另一半用来生产乙醇。

      最近几年,由于过高的汽油价格和混合燃料轿车的推广,巴西燃料乙醇工业更是得到了长足的发展。混合燃料轿车能够以汽油和乙醇的混合物为燃料,自从2003年在巴西大众市场销售后,销量节节攀升,目前已经占据了巴西轿车市场的半壁江山。在混合燃料轿车需求的拉动下,巴西燃料乙醇的日产量从2001年的3000万升增加到2005年的4500万升,已能满足国内约40%的汽车能源需求。同时,燃料乙醇工业还为这个失业率高达10%的国家提供了100万个工作岗位。

      尽管,有人提出种植甘蔗也是一个非常耗能的过程,但研究人员经过仔细计算后得出,每种植一吨甘蔗耗能大约25万千焦,而一吨甘蔗生产出的乙醇以及用甘蔗渣发电,可以得到大约200万千焦的能量,回报高达8倍。这是因为甘蔗是一种非常高产的作物,能有效地将太阳能转化为糖储存。因此,用蔗糖生产乙醇是目前世界上制造乙醇最便宜的方法,每升的成本大约只有25美分。

      在未来4年中,巴西计划将新建4050家大型乙醇加工厂。为了保证这些加工厂的原料供应,甘蔗的种植面积也在不断扩大。在这些新增的甘蔗种植面积中,一部分来自新开垦的土地,另一部分则是由粮食、柑橘或咖啡的种植地及饲养牲畜的草场转化过来的。

      但巴西生物燃料发展战略当前的成功,并不意味着巴西的蔗糖乙醇会成为世界生物燃料业未来的选择。因为即使只替代目前全球汽油产量的10%,也需要将巴西现有的甘蔗种植面积扩大40倍。虽然,巴西人总是说我们巴西很大,但他们也清楚不可能出这么多土地用于种植甘蔗。另外,由于甘蔗的品种有强烈的地域性,巴西的技术路线在别的国家很难走得通。就连非洲、印度、印度尼西亚都无法照搬,更别说主要地处温带的中国了。

      因此,巴西模式尽管取得了迄今最大的成功,但却不是未来世界生物燃料业发展的方向,更不适合地处温带、缺少耕地的中国。

      临阵救急的秸秆变油技术

      1923年,德国从事煤炭研究的费希尔和托普希发明了一种技术,可以将煤炭、天然气等转化为液体燃料。由于液体燃料使用更为方便,这种后来被称为-托反应的技术80多年来一直受到业界的重视。

      更为重要的是,对于那些煤炭丰富但缺少石油的国家(比如中国、美国)而言,-托反应技术对保证国家的能源安全有举足轻重的作用。

      但这种技术有一个致命的弱点:成本过高。因此,除非迫不得已,否则人们很少会采用。-托反应技术第一次被大规模采用是在二战期间。当时,被封锁的纳粹德国有90%的柴油和航空燃油供应归功于这一技术。在种族隔离时期,南非由于受到制裁,开始发展-托反应技术,并最终使国内30%的燃料来自煤炭的液化。

      除了成本过高之外,-托反应技术在将煤炭转化为液体燃料的过程中,会产生大量的二氧化碳。这也使得该技术的推广面临环保的压力。解决的办法之一,就是用生物原料替代化石燃料。

      -托反应也可以将秸秆、木屑等生物原料转化为液体燃料。在德国,一家高科技公司采用这种技术,每年已可以生产1.5万吨名为阳光柴油的生物燃料。但目前这一工艺仍远远落后于以煤炭、天然气为原料的同类技术,并且成本更昂贵。

      荷兰能源研究中心的兹瓦特说:石油价格只有涨到每桶70美元以上,才有可能使利用-托反应生产生物燃料的企业赢利。现在,以-托反应为核心技术的能源计划多为企业的示范项目,并得到了国家的资金补贴。比如,在德国用-托反应生产出的生物燃料将被免除针对其他燃料所征收的重税。

      未来之:纤维素乙醇

      美国是另一个主要的燃料乙醇生产国,但与巴西不同,它用的不是甘蔗而是玉米。尽管有不少反对的声音,但美国燃料乙醇的日产量仍从1980年的100万升增加到现在的4000万升。目前,美国已投入生产的乙醇生产厂有97家,另外还有35家正在建设当中。这些工厂几乎都集中在玉米种植带。

      玉米中用于生产乙醇的主要成分是淀粉,通过发酵它可以很容易地分解为乙醇。这正是用玉米生产乙醇的优势,但这也是人们反对的原因,因为淀粉是一种重要的粮食。今年美国计划投入4200万吨玉米用于乙醇生产,按照全球平均食品消费水平,同等数量的玉米可以满足1.35亿人口一年的食品消耗。

      事实上,在整个生物燃料领域,当前最吸引投资者的并不是用蔗糖、玉米生产乙醇,或是从油菜籽中提炼生物柴油,而是用纤维素制造乙醇。

      所有植物的木质部分--通俗地说,就是骨架”--都是由纤维素构成的,它们不像淀粉那样容易被分解(如果容易被分解,木材就没法保存那么久了),但大部分植物捕获的太阳能大多储存在纤维素中。如果能把自然界丰富且不能食用的废物纤维素转化为乙醇,那么将为世界生物燃料业的发展找到一条可行的道路。

      由于技术上的限制,目前还没有一家纤维素乙醇制造厂的产量达到商业规模,但很多大的能源公司都在竞相改进将纤维素转化为乙醇的技术。最大的技术障碍是预处理环节(将纤维素转化为通过发酵能够分解的成分)的费用过于昂贵。美国加利福尼亚大学的怀曼说:惟一比预处理环节更昂贵的就是不要预处理。要想用纤维素生产乙醇,预处理环节无法回避。

      技术上的不确定性,迫使制造乙醇的大部分投资仍集中在传统的工艺--通过玉米、蔗糖生产乙醇,但这些办法无法从根本上解决当前各国面临的能源危机。为了保证能源安全,美国总统布什说,他的政府计划在6年内把纤维素乙醇发展成一种有竞争力的生物燃料。

      因为发展能源不可能走牺牲粮食的道路。尽管现在技术上还存在障碍,但大部分人仍相信,利用纤维素生产燃料乙醇代表了未来生物燃料发展的方向。美国能源部投入2.5亿美元成立了两个生物能源研究中心,负责研究纤维素乙醇。欧盟在其第七个研究与发展框架计划中为纤维素乙醇研究专门预留出1亿欧元的经费。BP公司也宣布将在未来10年内用5亿美元资助生物能源研究。

      在最终的技术线路确定之前,发达国家和世界能源巨头没有把赌注压在某一种技术上,而是更注重基础研究的投资。这值得中国政府和企业学习借鉴,因为任何国家都不可能单靠技术引进发展本国的生物燃料产业。

 

2008-12-20 来源: 责任编辑: