各種生物燃料生產(chǎn)途徑一覽

戴朝典 編譯

各種各樣新的生物燃料及可再生燃料的生產(chǎn)途徑被開發(fā)出來，為人類最終完全擺脫對化石燃料的依賴描繪出光明的前景。

隨著地球上化石燃料資源的日益枯竭，許多國家正在積極探索可再生生物燃料的生產(chǎn)途徑，已經(jīng)大規(guī)模投入的用玉米、甘蔗等農(nóng)作物來生產(chǎn)生物柴油的方法，在巴西和美國等國家已得到廣泛應(yīng)用。但是，這種通過大規(guī)模種植農(nóng)作物來獲得生物燃料的途徑帶來了大面積砍伐森林、改變土地使用、改變?nèi)驓夂?、影響世界糧食生產(chǎn)和供應(yīng)等一系列嚴(yán)重后果，為越來越多的有識之士所抨擊。在這種形勢下，各種各樣新的生物燃料及可再生燃料的生產(chǎn)途徑被開發(fā)出來，為人類最終完全擺脫對化石燃料的依賴描繪出光明的前景。

基于氣化工藝的生物質(zhì)低碳燃料途徑

芬蘭VTT 技術(shù)研究中心的研究人員開發(fā)出一種基于氣化工藝的從纖維素生物質(zhì)原料生產(chǎn)可再生低碳燃料的工藝。該工藝可以大規(guī)模地把生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為甲醇、二甲醚、費-托液體或合成汽油。他們通過生產(chǎn)成本估算得出：甲醇的成本為58 ～65 歐元/MWh，二甲醚為58 ～66 歐 元/MWh，費- 托液體為64 ～75 歐元/MWh，合成汽油為68 ～78 歐元/MWh。轉(zhuǎn)換成每L 當(dāng)量汽油的價格，估計生產(chǎn)成本為0.5 ～0.7歐元/L。因此，該可再生能源解決方案的價格與當(dāng)前化石運輸燃料的稅前價格處于同一水平，并且比目前進(jìn)口的生物燃料便宜。

該生產(chǎn)工藝的技術(shù)功能性已經(jīng)通過了芬蘭和美國的工業(yè)試驗驗證，在芬蘭和歐盟已開始進(jìn)行商業(yè)規(guī)模的示范運行規(guī)劃。

基于藻類的生物燃料途徑

美國能源部太平洋國家實驗室(PNNL)的研究人員發(fā)現(xiàn)，美國的陸地和水源可以適合足以支持每年生產(chǎn)1 136.5億L 的基于藻類的生物燃料——滿足美國每年燃料需求量的1/20。目前美國能源部已經(jīng)撥款2 200 萬美元，用于藻類燃料和生物質(zhì)原料供應(yīng)鏈項目。

此外，加拿大政府也支持了一個為期3 年的項目，在阿爾伯塔省建造一個1 900 萬美元的示范規(guī)模設(shè)施，利用藻類回收從一個油砂設(shè)施排放的工業(yè)CO2，并將其轉(zhuǎn)化為生物燃料。該項目的最終目的是大規(guī)模測試這種技術(shù)的生存能力和可行性，如果成功，它可以被用來作為從油砂以及加拿大和全球其他行業(yè)回收工業(yè)排放的模式。

基于木質(zhì)素的船舶生物燃料途徑

總部設(shè)在丹麥哥本哈根的馬士基集團(tuán)(M rst)是全球最大的集裝箱承運公司。為了減少每年70 億美元的船運燃料費用，積極參與了潛在的世界上最豐富的可再生生物燃料項目之一——木質(zhì)素燃料的研發(fā)。

木質(zhì)素是在植物中發(fā)現(xiàn)的一種復(fù)雜的有機聚合物，較多的木質(zhì)素存在于木材中。木質(zhì)素也作為一種加工殘余物，在造紙生產(chǎn)及先進(jìn)的生物乙醇生產(chǎn)過程中被排放。

馬士基集團(tuán)與埃因霍溫科技大學(xué)的一家上市公司簽署了一份諒解備忘錄，共同從木質(zhì)素中研制一種船用燃料CyclOx。CyclOx 是木質(zhì)素解聚作用產(chǎn)生的環(huán)狀氧化物，并且表現(xiàn)為分子學(xué)的一個等級。研究表明，把10%的CyclOx 添加到標(biāo)準(zhǔn)柴油燃料中，可以減少高達(dá)50%的煙塵排放。

基于細(xì)菌的生物柴油途徑

美國能源部聯(lián)合生物能源研究所的研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一種用于生產(chǎn)源于脂肪酸的柴油范圍甲基酮的細(xì)菌——Ralstoniaeutropha。

該細(xì)菌是一種能以有機培養(yǎng)基或H2和CO2在好氧條件下生長的化學(xué)無機自養(yǎng)生物。在營養(yǎng)不平衡的條件下，該細(xì)菌產(chǎn)生大量的多羥基丁酸鹽(PHB)，能利用CO2作為單一碳源，成為可再生液體運輸燃料的新原料。

甲基酮是目前用于香料和調(diào)味料生產(chǎn)的自然發(fā)生的脂肪族化合物?？茖W(xué)家證實，甲基酮具有很高的柴油燃料比功率(十六烷值)。利用Ralstoniaeutropha細(xì)菌，可以使用固定的CO2來制造甲基酮。這樣，生物燃料生產(chǎn)就不需要通常轉(zhuǎn)化生物質(zhì)為燃料所需的許多步驟，如生物燃料作物的種植和收獲、消化纖維素生物質(zhì)，以及酶的糖化、消化生物質(zhì)來生產(chǎn)可發(fā)酵糖。如果該細(xì)菌被用來直接從CO2制造生物燃料的話，所有原先的從生物質(zhì)生產(chǎn)生物燃料的步驟所需的資源就可能因此被淘汰。

基于垃圾填埋場生物氣的可再生柴油和石腦油途徑

美國環(huán)保署(EPA)最近發(fā)布了修訂可再生燃料標(biāo)準(zhǔn)(RFSZ)計劃的規(guī)劃制定提案，在最終的RFSZ 規(guī)劃中，EPA確定了從垃圾填埋場、污泥污水處理廠以及化糞池采集生物氣作為一種先進(jìn)生物燃料類型。EPA 提議包括用垃圾填埋場生物氣原料生產(chǎn)的可再生電力以及利用這些生物氣通過費-托工藝生產(chǎn)生物柴油和石腦油，作為認(rèn)可的先進(jìn)的生物質(zhì)醇基燃料。

基于垃圾填埋場生物氣的壓縮天然氣途徑

美國加州空氣資源委員會(ARB)的研究人員開發(fā)了一種從填埋物生產(chǎn)生物甲烷(LFG-CNG)的途徑。在該途徑中的生物甲烷將通過管道，壓縮并制成可供機動車輛使用的壓縮天然氣。為了該途徑能在全北美范圍得到應(yīng)用，ARB 計劃開發(fā)一條距離約為5 800 km 的運輸管道。

基于烹飪油的生物柴油途徑

Endicott 生物燃料公司將在德克薩斯州的阿瑟港新工廠開始利用烹飪油（地溝油）生產(chǎn)生物柴油。該工廠設(shè)計年產(chǎn)能1.36億L 生物柴油。

與更常見的不能耐受高脂肪酸濃度的脂肪酸甲基脂工藝不同，該專利的Sabine 工藝?yán)糜坞x脂肪酸生產(chǎn)生物柴油。這是通過使用Davy 工序的反應(yīng)蒸餾實現(xiàn)的。由于Sabine 工藝希望游離脂肪酸、全天然脂肪或容易獲得的油類，這些脂肪或廢油自然是首選。Sabine 工藝也可以處理甘油酯油，通過在前處理工序裂解它們析出它們的游離脂肪酸成分。Sabine 工藝產(chǎn)出一種被稱為瀝青的高BTU 可再生副產(chǎn)品，其在熱含量和黏度方面類似于目前市場上適用于大型遠(yuǎn)洋輪船的6 號重油。

基于鋼廠廢氣的生物乙醇途徑

西門子金屬技術(shù)公司與LanzaTech公司——一家從廢氣生產(chǎn)低碳燃料和化學(xué)品的公司，簽署了一項為期10 年的開發(fā)和銷售針對全球鋼鐵行業(yè)綜合環(huán)境解決方案的合作協(xié)議。該合作將利用由LanzaTech 開發(fā)的發(fā)酵技術(shù)將鋼鐵行業(yè)產(chǎn)生的富碳廢氣轉(zhuǎn)化為低碳生物乙醇和其他平臺化學(xué)品。

鋼鐵生產(chǎn)產(chǎn)生的廢氣含有大量的CO和CO2。從全球來看，鋼鐵行業(yè)貢獻(xiàn)了全球6.7%的CO2排放量。生產(chǎn)1 t 鋼材平均排放1.8 t CO2。迄今為止，這些氣體都被燃燒或在工廠內(nèi)用于創(chuàng)建過程熱能和電能。

LanzaTech 的創(chuàng)新技術(shù)替代了轉(zhuǎn)爐、焦化或高爐煉鐵工藝作為添加物和能量的廢氣再利用。該專利生化發(fā)酵工藝使得鋼廠經(jīng)營者能夠利用以CO、CO2和氫的形式包含在廢氣中的化學(xué)能來生產(chǎn)生物乙醇或其他的基礎(chǔ)化學(xué)品如乙酸、丙酮、異丙醇、正丁醇或2，3-丁二醇。該技術(shù)的另一個主要好處是，其CO2排放量比石油基燃料低50%～70%，并且比鋼廠廢氣轉(zhuǎn)換為電能低約1/3。