我國(guó)生物能源發(fā)展應(yīng)用及商業(yè)化障礙

賈寧春

(四川大學(xué)化工學(xué)院2011級(jí)生物工程 四川成都 610207)

當(dāng)代社會(huì)是建立在能源基礎(chǔ)上的,全球能源消耗,超過(guò)百分之八十都是化石能源,化石能源不可再生,因而短缺價(jià)格居高不下,以及環(huán)境污染問(wèn)題日益加重,開發(fā)替代能源提上日程。生物能源無(wú)疑是最好的選擇,可再生且環(huán)境問(wèn)題少。生物能源技術(shù)到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到第三代了,第一代是以蛋白質(zhì)、淀粉、低糖、脂類為原料生產(chǎn),第二代是木質(zhì)纖維素為原料,木質(zhì)纖維素包含了纖維素(水解出葡萄糖)、半纖維素(無(wú)定型水解出單糖)、木質(zhì)素(不能水解單糖),第二代就是對(duì)木質(zhì)纖維素進(jìn)行預(yù)處理出去木質(zhì)素和半纖維素,提高纖維素反應(yīng)活性,第三代是將木質(zhì)纖維素中全部成分轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品,新興的第三代燃料是提取藻類中脂類。

我國(guó)生物能源發(fā)展較遲,能源緊張,發(fā)展生物能源勢(shì)在必行。我國(guó)農(nóng)村地區(qū)使用天然氣較少,一是能源緊張,二是管道費(fèi)用貴,農(nóng)村地區(qū)大部分都是直接燃燒生物質(zhì),或者煤炭,能源利用率低,污染重。雖然國(guó)家補(bǔ)貼建沼氣池,一般都是沒(méi)那么多生物質(zhì)投入,供氣不穩(wěn)定,而且后期操作不當(dāng)甲烷產(chǎn)生的溫室效應(yīng)重。沼氣池是我國(guó)生物能源中最成熟的,沼氣池提供清潔能源和綠色化肥,防治田間病蟲害,控制糞、腐爛生物質(zhì)等污染物。國(guó)外許多發(fā)達(dá)國(guó)家實(shí)現(xiàn)了沼氣產(chǎn)業(yè)化,利用規(guī)模化加工方式,將畜禽糞便、高濃度工業(yè)有機(jī)廢水、生活污水處理后的污泥、城、鄉(xiāng)生活垃圾、秸稈等生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)化為沼氣,以便集中向農(nóng)民供氣,或發(fā)電及并網(wǎng)。我國(guó)沼氣池普遍規(guī)模小只能用于供暖供熱,我國(guó)國(guó)情決定了我國(guó)生物能源先是以沼氣產(chǎn)業(yè)化為主。沼氣池最大的障礙是規(guī)模擴(kuò)大和技術(shù)安全普及,提高農(nóng)村工作素質(zhì)。

燃料乙醇主要是利用淀粉質(zhì)、糖質(zhì)、纖維素原料合成?；瘜W(xué)法:生物質(zhì)經(jīng)熱解轉(zhuǎn)換成含H2、CO的合成氣,再經(jīng)化學(xué)、酶催化或微生物發(fā)酵最終生成乙醇。生物法:生物質(zhì)經(jīng)發(fā)酵轉(zhuǎn)化為單糖,再經(jīng)過(guò)酶催化或者發(fā)酵產(chǎn)生乙醇。我國(guó)主要是利用陳化糧、糖廠甘蔗渣進(jìn)行發(fā)酵乙醇,利用秸稈、木料渣發(fā)酵乙醇尚未大規(guī)模形成。燃料乙醇是世界生產(chǎn)規(guī)模最大的生物能源,美國(guó)的玉米-乙醇,巴西的甘蔗-乙醇,預(yù)計(jì)2016年巴西能生產(chǎn)9200萬(wàn)加侖燃料乙醇。我國(guó)耕地面積有限,人口眾多,糧食問(wèn)題不容無(wú)視,美國(guó)的玉米模式和巴西的甘蔗乙醇在中國(guó)行不通,我們不能讓能源爭(zhēng)地,爭(zhēng)糧,糧食問(wèn)題是中國(guó)燃料乙醇最大的障礙。我國(guó)只能從利用林業(yè)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)生的廢棄木質(zhì)纖維素和油料藻類著手,加大研發(fā)力度,開發(fā)出大規(guī)模生產(chǎn)的工藝技術(shù)。我國(guó)玉米主要是用于飼料,玉米生產(chǎn)生物乙醇只是消耗大部分淀粉和可溶性糖類,還有蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、半纖維素等成分留下,這些經(jīng)過(guò)微生物發(fā)酵的殘留物是絕佳的飼料。我國(guó)可以利用一些邊際性地區(qū)栽種玉米、甜高粱、木薯等高糖植物,生產(chǎn)燃料乙醇,但是我國(guó)玉米大部分還是進(jìn)口,大規(guī)模生產(chǎn)受到約束。乙醇汽油燃燒熱低于普通汽油,會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力下降,容易變質(zhì),保質(zhì)期在20天左右,容易吸收水分,水和乙醇沉底,導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)工作異常。我國(guó)乙醇汽油沒(méi)有大規(guī)模上市,汽車發(fā)動(dòng)機(jī)也沒(méi)用相應(yīng)改進(jìn),導(dǎo)致人們使用不方便而放棄使用。

生物柴油是利用油料植物,油料藻類,廢棄油脂經(jīng)過(guò)生物、化學(xué)手段轉(zhuǎn)化成高脂酸甲酯或乙酯。植物油是生產(chǎn)生物柴油的主要原料,其中巴西以蓖麻油、轉(zhuǎn)基因大豆油為主要原料,美國(guó)以轉(zhuǎn)基因大豆油為原料,歐盟和加拿大等國(guó)家以雙低菜籽油為原料,而馬來(lái)西亞、印度尼西亞則以其盛產(chǎn)的棕櫚油來(lái)發(fā)展生物柴油。生物柴油主要處理方法:混合法、高溫裂解法、酯交換法。其中在,酯交換法最常用,就是利用甘油三酯與甲醇、乙醇等低級(jí)醇催化反應(yīng)得甘油低醇酯,即生物柴油。我國(guó)目前培育開發(fā)技術(shù)較為成熟的油料樹種主要有麻瘋樹、文冠果、黃連木、光皮樹、油桐和烏桕等,這些油料植物在我國(guó)不同地區(qū)都有幾百萬(wàn)畝的栽種面積,主要是利用林業(yè)資源和農(nóng)村邊際地區(qū)。麻風(fēng)樹平均畝產(chǎn)生物柴油70L,今年我國(guó)柴油價(jià)格在6.6元/L左右,一畝地收益不到500元,效益不高,是我國(guó)生物柴油的短板。我國(guó)的廢棄油脂大部分提取地溝油去了,生產(chǎn)生物柴油利潤(rùn)不及地溝油,利潤(rùn)是限制我國(guó)生物柴油的主要因素。我國(guó)需進(jìn)一步研究如何提高油料作物產(chǎn)量和制定相關(guān)政策扶持補(bǔ)貼生物柴油。

生物制氫是利用牛糞、精制糖廢水、豆制品廢水、乳制品廢水、淀粉廢水、釀酒廢水、麥麩、酒糟、玉米秸稈等農(nóng)業(yè)固體廢棄物以及廚余垃圾通過(guò)光合細(xì)菌或厭氧細(xì)菌生成氫氣。目前生物制氫還在實(shí)驗(yàn)室階段,氫氣的運(yùn)輸保存一直都是比較昂貴的。

我國(guó)發(fā)展生物能源刻不容緩,結(jié)合我國(guó)國(guó)情從產(chǎn)業(yè)化沼氣入手,利用我國(guó)邊際土地種植木薯、甜高粱、麻風(fēng)樹等植物發(fā)展生物乙醇、柴油,積極開發(fā)第三代木質(zhì)素的分解技術(shù),利用藻類、林業(yè)下腳料、農(nóng)業(yè)秸稈等物質(zhì)生產(chǎn)生物燃料。政府的扶持政策還得加大,生物能源關(guān)系著國(guó)家安全穩(wěn)定和環(huán)境生態(tài)和諧。