纖維素乙醇可為汽車燃料 高昂成本需解決
2014年5月30日,使用農作物(如玉米、甘蔗等)生產乙醇作為生物燃料的技術已經在世界各地獲得了大量的消極反饋信息。人們發現,為了生產這種燃料,以玉米為代表的糧食出現了價格上漲的問題。需要指出的是,全球有大量人口把玉米作為日常使用的糧食。
在商業規模上使用乙醇作為汽車燃料的歷史可追溯至1975年,當時巴西政府大力推行“巴西乙醇計劃”,使用甘蔗的糖分生產乙醇燃料。在1990年,美國政府開始廣泛推廣使用玉米生產乙醇的技術,早在那時,美國就已經有22個州的市面上可以買到使用汽油-乙醇混合燃料的汽車,受到政策的推動性影響,在那一年,美國共生產了34億升乙醇。而在2013年,美國已成為全球最大的乙醇生產國,其年產量高達133億加侖(約合504億升),并且全美共有約200個乙醇生產廠;而巴西則以63億加侖(約合243億升)的產量位列第二。需要注意的是,目前乙醇的全球日產量約為187萬桶。
乙醇燃料需求量的增長有多重原因,其中既包括環境因素也包括能源結構調整的因素。在環境因素中,最重要的就是各種交通工具使用化石燃料時排放的大量有害氣體對全球氣候產生了顯著的影響,導致全球變暖問題日益嚴重;而能源結構調整因素指的則是目前已經出現在美國與部分歐洲國家的、對化石燃料的依賴度下降并大力支持可再生能源研究的總體趨勢。
在可再生能源的研究中,通過生物發酵過程獲取的乙醇已經成為了目前重要的生物能源。
在實際應用當中,乙醇和石油被以精確的比例進行混合從而得到不同類型的特殊汽車燃料。在乙醇與汽油按1:9的比例混合時,普通汽車可以直接使用這種燃料,其發動機不需要進行特殊設計(這種燃料的代號為E10);而當乙醇在燃料中的比例達到85%時,汽車的發動機必須進行特別的設計才能夠使用這種燃料。
農業廢料和生物燃料的生產
在美國堪薩斯州,一座使用農業廢料生產乙醇的新型工廠已經完工,而該工廠被業內人士視為最重要該類的工廠之一。據悉,該工廠將從六月起正式投產,并將使用作物葉片、稻殼和玉米秸稈等農業肥料以及木材和草等植物廢物生產乙醇。
通過上述方法生產的燃料被稱為纖維素乙醇或第二代生物燃料。在起始階段,此類燃料獲得了來自各方的大力支持。這是因為科學家們預計,此類燃料不僅有助于減少溫室氣體排放量、降低交通工具對化石燃料的依賴,而且可以讓農民通過出售農業廢料提高收入水平,并能夠降低玉米的使用量、使原本用作乙醇成產原料的玉米成為人們口中的食物。
科學家們曾預計纖維素乙醇將于2010進入商業規模生產,但由于缺乏投資、技術方案無法解決該燃料生產過程中的問題,纖維素乙醇的發展一度陷入困境,完全沒有達到科學家們的預期。
把農業廢料轉化成乙醇的處理過程非常困難,與玉米不同的是,農業廢料的轉化需要經歷復雜的化學處理流程。為了產生可以用來發酵的糖類,操作人員需要粉碎農業廢料中的纖維素、木質素等成分的分子,這就需要對農業廢料首先進行研磨處理與酸處理,然后加入酶與酵素。而對于不同的原料,選擇適當的酵素也非常重要。
當前價格高昂
盡管人們仍然看好纖維素乙醇的前景,并且該燃料可幫助人類降低全球食品價格,但是由于生產過程復雜、成本高昂,纖維素乙醇正面臨著融資問題。
與汽油相比,纖維素乙醇燃燒時產生的溫室氣體減少了60%。但一個不爭的事實是,纖維素乙醇生產廠的建造成本高達玉米乙醇生產廠的兩倍,并且纖維素乙醇的化學處理過程繁復、還需要使用酶進行進一步處理。在最終的產品方面,玉米乙醇的價格略低于石油,而纖維素乙醇的價格則是這三者之中最高的,這也直接導致了該產業投資者數量的下降。
然而,纖維素乙醇的前景仍然是樂觀的。研究人員正在進行多項有關纖維素乙醇生產的技術改良研究,其中包括可以將各種類型的纖維素廢料轉化為乙醇的新型活性酶,以及使用熱能與機械途徑分解纖維素的新方法。
目前,相關研究已經得到了歐盟的支持,歐盟將通過這些研究成果確保可再生能源在2020年時占交通工具能源市場的10%。此外,美國已經開設多家纖維素乙醇生產廠,這也鼓勵了其他企業對利用廢棄物制造能源進行研究,并對其生產環節進行投資。
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