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生物质能源的第二个春天:发展第二代生物乙醇

来源:网络整理 作者:采集侠 2016/07/26 11:22

  生物质能源的第二个春天

  今年7月23日,中国国家能源局正式批准中粮集团设立国家能源生物液体燃料研发(试验)中心。就在今年9月10日刚刚结束的中美可再生能源产业论坛和中美先进生物燃料论坛第四次工作组会议上,该中心第一次代表中国政府与美国政府代表团谈判,共商合作大计。这一系列事件表明,中国的能源产业格局面临着一次重大调整。

  ◎袁越

  第一代生物质能

  从某种意义上说,整个人类发展史就是一部能源利用方式的进步史。

  人类第一个熟练掌握的能源载体就是生物质(Biomass)。自从人类学会了钻木取火,木头就成了人类最主要的能量来源。木柴热值高,易于运输和储存,所含能量也很容易释放,是早期人类最喜欢的能源载体。可是,随着人口的增长,木材的需求量飞速上涨。17世纪末期,英国为了冶炼金属,将国内的森林几乎砍伐殆尽。最终拯救英国森林的,恰恰是如今谈之色变的煤炭。事实上,第一次工业革命之所以发生在英国,与英国丰富的煤炭资源有密不可分的关系。

  因为照明的特殊需要,人类还使用过一段时间的鲸油。如果不是因为19世纪中期一名加拿大人发明了从煤炭中提取煤油的技术,鲸很可能早就灭绝了。

  煤炭的热值比木头更高,开采和运输也很容易,很快就代替了日渐稀少的木材,成为人们的最爱。1859年,第一口现代化油井在美国的宾夕法尼亚州喷出了原油,又一种化石能源登上了历史舞台。伴随石油而来的是天然气,现代人烧饭取暖已经离不开它了。从木头到煤炭再到石油和天然气,人类使用的能源载体的质量越来越好。无论从能量密度、释放方式还是储量多少来衡量,煤炭、石油和天然气这三种化石能源载体都远好于木材和鲸油等生物质能。但即使如此,化石能源仍然用了将近100年才彻底打败了生物质能源,主宰了人类的能源市场。由此可见,能源的使用习惯具有很强的惯性,很难被改变。

  就拿汽车工业来说,从石油里提炼出的汽油直接促成了汽车工业的兴起,但早期的汽油非常昂贵,发明家们不得不四处寻找替代品。1900年巴黎世博会上展出的一台迪塞尔发动机(发明人为著名的德国汽车工程师鲁道夫·迪塞尔〔Rudolf Diesel〕)居然以花生油为动力!而美国汽车大王亨利·福特也曾经预言,从植物中提取的乙醇将取代汽油,成为未来汽车的动力来源。事实上,那时的美国汽车都是能烧乙醇的,直到19世纪30年代美国开始禁酒,乙醇燃料才终于被汽油打败。自那之后,化石能源享受了半个多世纪的好时光,直到科学家发现了全球变暖的潜在威胁后,生物质能源才被重新请了回来。

  当然,这些年来生物质能源也并没有消失,世界上还有不少人靠烧柴取暖做饭。但这些都属于“第零代”生物质能源,我们通常所说的第一代生物质能源指那些意在代替化石能源的新的能量利用方式。其中,焚烧发电是能源效率最低的做法,但却因为技术简便、成本较低而最先被商业化了。尤其在那些森林资源比较丰富的国家,木材加工后剩下的碎木片很容易被混入煤炭当中,燃烧发电。

  但是,大多数能源专家都会告诉你,风能、太阳能、潮汐能、核能和水电才是最有前途的低碳发电方式。相比之下,生物质能最好的利用方式是做成液体燃料,代替汽油。不过,英国可再生能源专家克里斯·古德尔(Chris Goodall)通过计算发现,同样一吨粮食,如果做成乙醇加到汽车油箱里,和先燃烧发电,再驱动一辆同等吨位的电动车相比,行驶的路程是差不多的。

  但是,即使古德尔的算法是正确的,液体燃料也不会很快被淘汰,因为电动汽车的发展遇到了很多困难。除了电池的技术瓶颈外,电动汽车还会对整个汽车工业体系带来颠覆性的冲击,会面临很多政治压力。相比之下,生物乙醇替代石油的做法很容易融入现在的体系当中,遇到的阻力会小很多。

  粮食乙醇项目就是在这样的背景下上马的。

  简单说,粮食乙醇就是先把粮食中的淀粉转变成糖,然后通过酵母发酵的方式将糖变成乙醇。最先开始进行大规模工业化生产的是美国和巴西,这两个国家都是农业大国,都有着广阔的土地资源。巴西因为气候原因盛产甘蔗,避免了水解淀粉这一步,成本降到了最低,不靠补贴也能盈利。美国则主要用玉米来生产粮食乙醇,成本较高,目前还需要国家补贴才能确保盈利。

  去年美国一共生产了121亿加仑(1加仑约等于3.8升)的粮食乙醇,每加仑大约补贴45美分。目前美国的汽油标准是E10,也就是乙醇含量占汽油总量的10%。去年美国一共消耗了大约1400亿加仑的汽油,这样算下来美国的粮食乙醇产量已经接近极限。不过奥巴马政府正在考虑把标准提高到E15,这个配比对汽车发动机的工作状态影响不大,无须另行改装。从理论上讲,汽车发动机可以承受的最高配比是E85,即使这么高的配比也只需对发动机做些小改动就行了。

  乙醇的热值比汽油差一点,但乙醇中含有氧原子,可以替代汽油中的增氧剂,因此加了少量乙醇的汽油加速性能还要更好一些。另外,乙醇可以代替汽油中的一些有毒添加剂,对环境更友好。

  既然粮食乙醇有这么多好处,为什么没有在世界范围内普及开来呢?一个原因就是这种办法对于减排二氧化碳的作用并不大。种玉米需要消耗大量的化肥,收割和运输也需要能量,淀粉水解的过程还要加热,算下来粮食乙醇只比汽油节省了大约30%的二氧化碳排放。如果再把毁林开荒造成的损失算进去,粮食乙醇并不合算。

  更重要的是,目前全世界粮食供应并不富裕,用粮食造乙醇难免有与民争粮的嫌疑。这一条正是许多环保组织批评粮食乙醇的主要罪状,中国的粮食乙醇产业也正是在这里被卡住了。

  中国的粮食乙醇起步稍晚。大约在2004年前后,中国粮食大丰收,出现了农民卖粮难的情况。为了维持粮价,保障农民利益,政府批准上马了一批玉米乙醇加工厂。谁知2006年粮食减产,全世界的粮价也都开始疯长,不少人便把矛头对准了粮食乙醇工业。中国政府顺应民意,迅速出台了新政策,对燃料乙醇实行配额制管理,只允许黑龙江华润、吉林燃料乙醇、安徽丰原、河南天冠这4家企业生产粮食乙醇,并把接受国家补贴的粮食乙醇总量限制在144万吨的水平,这就等于为中国的粮食乙醇产量设定了上限。

  “中国目前每年生产燃料乙醇172万吨,其中以玉米为原料的大约是110万吨,其余的用小麦和木薯(属于‘非粮’)。生产110万吨乙醇大约需要340万吨玉米,相比之下,中国的玉米年产量约为1.6亿吨,这点量对玉米价格影响很小。”中粮集团(以下简称“中粮”)生化能源事业部总经理岳国君对本刊记者说,“更重要的是,生产玉米乙醇用的都是陈化粮,有的连做饲料都不合适,拿来生产乙醇恰好是一种很好的废物利用方式。”

  在岳国君看来,中国粮食储存能力有限,粮食乙醇正好可以用来消化部分陈粮,有利于解决丰收年农民卖粮难的问题,比国家托市收购更能有效地保护农民利益。

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