摘 要： 本文介紹乙醇的生產(chǎn)及其目前在國內(nèi)外的發(fā)展概況；分析了其經(jīng)濟效益和發(fā)展前景，肯定其能源戰(zhàn)略地位；提出了幾條實現(xiàn)我國燃料乙醇發(fā)展的可行性建議。
　　關(guān)鍵詞： 燃料乙醇 新能源 經(jīng)濟效益
　　
　　目前，全球氣候逐漸變暖，煤、石油、天然氣等化石能源日漸消耗，從而引發(fā)了世界對可再生并對環(huán)境污染少的新型能源的深刻思考。諸如中國、巴西、美國、加拿大等國正在積極開發(fā)和利用生物質(zhì)燃料乙醇。但如果一直采用大量糧食生產(chǎn)燃料乙醇，必然會造成人類缺糧、缺地等生活隱患，所以走“非糧”路線必然是正確道路。再者地球纖維素的貯量豐富，其能量來自太陽，取之不盡，用之不竭。
　　一、國內(nèi)外燃料乙醇的發(fā)展現(xiàn)狀
　　目前，隨著石油價格的飛漲，環(huán)境污染與能源短缺問題日漸突出，化石能源日益枯竭，燃料乙醇便應(yīng)運而生，并逐漸形成了一個產(chǎn)業(yè)，一些農(nóng)產(chǎn)品豐富的國家正大力發(fā)展燃料乙醇的供應(yīng)市場。巴西早在1981年就頒布法令規(guī)定全國銷售的汽油必須添加燃料乙醇，成為世界上唯一不用純汽油作為汽車燃料的國家。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，巴西用占全國面積1.5%的國土面積，解決了全國超過一半的非柴油車用燃料的供應(yīng)。美國自1992年起就開始推廣燃料乙醇汽油，目前已經(jīng)成為燃料乙醇年產(chǎn)量最大的國家，年產(chǎn)近4000萬噸。加拿大從1981年起在汽油中添加乙醇，到2003年，加聯(lián)邦政府宣布實施加拿大燃料乙醇的生產(chǎn)和利用，并撥巨款直接用于魁省等4個省的燃料乙醇商業(yè)化項目。歐盟每年約生產(chǎn)176萬噸酒精。1997年只有5.6%用于燃料。1994年歐盟通過決議，給生物燃料生產(chǎn)工廠予以免稅。并在2010年使燃料乙醇的比例達到12%。因此一些后續(xù)的國家如荷蘭、瑞典和西班牙也出臺了生物燃料計劃。泰國是亞洲第一個由政府開展全國生物燃料項目的國家。在短短的幾年時間內(nèi)，泰國成功地開展了燃料乙醇項目。這些項目提供了利用過剩的食用農(nóng)產(chǎn)品的途徑，對提高泰國農(nóng)村幾百萬農(nóng)民的生活水平起到了積極作用。印度是僅次于中國的亞洲第二大乙醇生產(chǎn)國，設(shè)計的年生產(chǎn)能力約為200萬噸，并準備效法巴西推出“乙醇汽油計劃”。
　　我國是繼巴西、美國之后全球第三大生物燃料乙醇生產(chǎn)國和消費國。受化石能源枯竭和環(huán)境保護雙重壓力的影響，中國生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展再一次被提到戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的位置上來，尤其是在我國已經(jīng)形成了初步規(guī)模的燃料乙醇產(chǎn)業(yè)，更是受到格外關(guān)注。我國燃料乙醇市場格局是2002年形成的，2006年以后的幾年時間里，燃料乙醇已經(jīng)在國內(nèi)更多地區(qū)推廣。到2010年底，燃料乙醇消費量占全國汽油消費量的比例，已經(jīng)由過去不足20％上升到50％以上。同時我國也將采取各種措施來增加燃料乙醇的產(chǎn)量?？梢姡剂弦掖夹袠I(yè)發(fā)展前景光明，具有相當(dāng)?shù)耐顿Y潛力。
　　二、燃料乙醇的概述
　　1.燃料乙醇的含義
　　乙醇俗稱酒精，它以玉米、小麥、薯類、甜高粱等為原料，經(jīng)發(fā)酵、蒸餾而制成。將乙醇進一步脫水再加上適量汽油后形成變性燃料乙醇。燃料乙醇中的無水乙醇體積濃度一般都達到99.5%以上，它是燃燒清潔的高辛烷值燃料，是可再生能源。主要是以雅津甜高粱加工而成。
　　燃料乙醇再添加變性后，與無鉛汽油按一定比例混配成的乙醇汽油，是一種新型綠色環(huán)保型燃料。當(dāng)乙醇混配比例在25%以內(nèi)時，燃料可保持其原有動力性。它可以有效改善油品的性能和質(zhì)量，降低一氧化碳、碳氫化合物等主要污染物的排放。它不影響汽車的行駛性能，還可以減少有害氣體的排放量。更重要的是，乙醇是太陽能的一種表現(xiàn)形式，在整個自然界大系統(tǒng)中，乙醇的生產(chǎn)和消費過程可形成無污染的閉路循環(huán)。
　　2.燃料乙醇的使用方法
　　乙醇既是一種化工基本原料，又是一種新能源。盡管目前已經(jīng)有著廣泛的用途，但仍是傳統(tǒng)觀念的市場范圍。其現(xiàn)在的使用方法主要有兩種：一種以乙醇為汽油的“含氧添加劑”，這也是美國使用燃料乙醇的基本方法；二是用乙醇代替汽油，這是巴西較普遍采用的方法。未來乙醇作為基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的市場方向?qū)⒅饕w現(xiàn)在三個方面：一是車用燃料，主要是乙醇汽油和乙醇柴油。這就是我們傳統(tǒng)所說的燃料乙醇市場，也是近期的（10年內(nèi)）容量相對于以后較小的市場（在我國約1000萬噸/年）。二是作為燃料電池的燃料。在低溫燃料電池諸如手機、筆記本電腦，以及新一代燃料電池汽車等可移動電源領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景，這是乙醇的中期市場（10—20年內(nèi)）。乙醇目前已被確定為安全、方便、較為實用理想的燃料電池燃料。乙醇將擁有新型電池燃料30—40%的市場。市場容量至少是近期市場的5倍以上（主要是纖維原料乙醇）；三是乙醇將成為支撐現(xiàn)在以乙烯為原料的石化工業(yè)的基礎(chǔ)原料。在未來二十年左右的時間內(nèi)，由于石油資源的日趨緊張，再加上纖維質(zhì)原料乙醇生產(chǎn)的大規(guī)模工業(yè)化，成本相對于石油原料已具可競爭性，乙醇將順理成章地進入石化基礎(chǔ)原料領(lǐng)域（如乙烯原料市場），很可能將最終取而代之。如果要做一個形象而夸張的比喻的話，二十世紀后半葉國際石油大亨的形象將在二十一世紀中葉為“酒精考驗”的乙醇大亨所替代。
　　3.燃料乙醇的特點
　?。?）可作為新的燃料替代品。
　　乙醇作為新的燃料替代品，可直接作為液體燃料，也可用于生產(chǎn)生物質(zhì)燃料乙醇的主要原料來源或者同汽油混合使用，減少對不可再生能源——石油的依賴，保障國家能源的安全。
　　（2）辛烷值高，抗爆性能好。
　　作為汽油添加劑，可提高汽油的辛烷值。通常車用汽油的辛烷值一般要求為90、93或97，乙醇的辛烷值可達到111，所以向汽油中加入燃料乙醇可大大提高汽油的辛烷值，且乙醇對烷烴類汽油組分（烷基化油、輕石腦油）辛烷值調(diào)合效應(yīng)好于烯烴類汽油組分（催化裂化汽油）和芳烴類汽油組分（催化重整汽油），添加乙醇還可以較為有效地提高汽油的抗爆性。
　?。?）減少礦物燃料的應(yīng)用，以及對大氣的污染。
　　乙醇的氧含量高達34.7%，乙醇可以按較甲基叔丁基醚（MTBE）更少的添加量加入汽油中。汽油中添加7.7%乙醇，氧含量達到2.7%；如添加10%乙醇，氧含量可以達到3.5%。所以加入乙醇可幫助汽油完全燃燒，以減少對大氣的污染。使用燃料乙醇取代四乙基鉛作為汽油添加劑，可消除空氣中鉛的污染；取代MTBE，可避免對地下水和空氣的污染。另外，除了提高汽油的辛烷值和含氧量，使用乙醇汽油可以有效降低汽車尾氣對環(huán)境的污染，降低碳氫化合物和氮的氧化物的排放量。
　?。?）可再生能源。
　　若采用雅津甜高粱、小麥、玉米、稻谷殼、薯類、甘蔗、糖蜜等生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，其燃燒所排放的CO2和作為原料的生物源生長所消耗的CO2，在數(shù)量上基本持平。這對減少大氣污染及抑制溫室效應(yīng)意義重大。
　　三、燃料乙醇的生產(chǎn)工藝
　　目前，燃料乙醇的生產(chǎn)方法有合成法和生物法兩種。由于近年來原油資源短缺及乙烯價格上升，所以合成法逐漸被生物法所取代。
　　生物法生產(chǎn)燃料乙醇大部分是以甘蔗、玉米、薯類和植物秸稈等農(nóng)產(chǎn)品或農(nóng)林廢棄物為原料經(jīng)酶解糖化發(fā)酵制造的，其生產(chǎn)工藝有酶解法、酸水解法及一步酶法等。其生產(chǎn)工藝與食用乙醇的生產(chǎn)工藝基本相同，有所不同的是需要增加濃縮脫水后處理工藝，使乙醇的含量達到99.5%以上。脫水后制成的燃料乙醇再加入少量的變性劑就成為變性燃料乙醇，與汽油按一定比例調(diào)和就成為車用乙醇汽油。合成法是用纖維素、半纖維素、木素及其它生物體有機物，經(jīng)過熱解→合成氣（H2，CO），化學(xué)或酶催化或微生物發(fā)酵而合成乙醇。
　　在某些方面，化學(xué)法好比西藥，強烈、見效快，生物法好比中藥，溫和、見效慢。兩種方法“各有千秋”，其制約因素是成本和高效、廉價催化劑、酶和合適微生物的開發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)。生物法具有選擇性、活性好、反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點，但原料利用率低、反應(yīng)時間長、產(chǎn)物濃度低及酶、微生物活性易受影響且纖維素降解和單糖轉(zhuǎn)化所需酶、微生物適用于不同反應(yīng)條件，不能很好耦合。而化學(xué)法具有原料利用率高、反應(yīng)時間短、催化劑構(gòu)成簡單、沒有嚴格反應(yīng)條件限制等優(yōu)點，但為高溫、高壓過程，對設(shè)備要求高。
　　
　　四、燃料乙醇的經(jīng)濟效益
　　生物質(zhì)直接燃燒熱效率很低，只有10％左右，而將它們轉(zhuǎn)化成氣體或液體燃料（甲烷、氫氣、乙醇、丁醇、柴油等）熱效率可達30％以上，緩解了人類面臨的資源、能源、環(huán)境等一系列問題。其次，乙醇燃燒值僅為汽油2/3，但分子中含氧，用作汽油添加劑抗暴性能好、低排放，可提高其辛烷值2—3倍，還能使汽車動力性能增加等。
　　據(jù)推算，平均每3.3噸玉米可生產(chǎn)1噸燃料乙醇，而且生產(chǎn)只是利用玉米種的淀粉，玉米種的其他部分仍可綜合利用。如生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的藥用添加劑、食品添加劑、專用飼料和農(nóng)業(yè)復(fù)合肥等產(chǎn)品，由此可見燃料乙醇的生產(chǎn)成本比較低。巴西以甘蔗為原料生產(chǎn)燃料乙醇，成本價為每升0.2美元。美國以玉米為原料生產(chǎn)燃料乙醇，成本價為每升0.33美元。而且如谷物莖稈、稻草和木屑等廢料也可用來生產(chǎn)燃料乙醇，這樣就大大降低了燃料乙醇的生產(chǎn)成本。
　　除此之外，燃料乙醇還有一些明顯的關(guān)聯(lián)經(jīng)濟效應(yīng)。一方面，燃料乙醇有巨大的環(huán)保效應(yīng)，這可以大大降低城市處理空氣污染的費用。另一方面，對于石化行業(yè)發(fā)展來說，燃料乙醇具有巨大的需求又是十分有利的。燃料乙醇的辛烷值是非常高的，可以提高油品質(zhì)量和辛烷值。
　　五、燃料乙醇的發(fā)展前景和展望
　　燃料乙醇的生產(chǎn)正在由傳統(tǒng)的糧食釀造向生物加工過渡，所以它的發(fā)展前景是十分廣闊的。美國能源部資助用生物質(zhì)廢料生產(chǎn)燃料乙醇的技術(shù)開發(fā)，美國每年生產(chǎn)約2.8×108T的生物質(zhì)廢料。如谷物莖稈、稻草和木屑等，開發(fā)將生物質(zhì)廢料轉(zhuǎn)化為乙醇是生物質(zhì)制乙醇工業(yè)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，美國Novozymes公司和NREL合作研發(fā)了將生物質(zhì)（如玉米秸稈）中的纖維素轉(zhuǎn)化成葡萄糖，再發(fā)酵成燃料乙醇，這大大降低了燃料乙醇的生產(chǎn)成本。加拿大IOGEN公司與加拿大石油公司合作投產(chǎn)了世界上最大的，也是迄今唯一的用纖維素廢料生產(chǎn)乙醇的裝置，每年可將12000—15000T小麥等其他谷物莖稈轉(zhuǎn)化為3×106—4×106T燃料乙醇。這也將燃料乙醇的生產(chǎn)成本價降到了1.1美元/加侖，預(yù)計未來可減少到90美分/加侖。
　　我國由天冠集團和山東大學(xué)聯(lián)合攻關(guān)的纖維素酶科項目中試發(fā)酵試驗表明，酶活力及生產(chǎn)成本達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。該項目利用酶解法生產(chǎn)纖維素乙醇，具有反應(yīng)條件溫和、環(huán)境污染小、裝置簡單等優(yōu)點。采用當(dāng)今流行的液體深層通風(fēng)發(fā)酵培養(yǎng)，通過誘發(fā)育種和基因工程等方法，從提高酶活性降低生產(chǎn)成本著手，利用經(jīng)濟實用的秸稈類物質(zhì)作原料，使酶的發(fā)酵水平顯著提高，可望經(jīng)過后續(xù)處理進行規(guī)?；a(chǎn)。
　　燃料乙醇作為一種新型清潔燃料，是目前世界上可再生能源的發(fā)展重點，符合中國能源替代戰(zhàn)略和可再生能源發(fā)展方向，技術(shù)上成熟安全可靠，在中國完全適用，具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益，成為普通汽油與柴油的替代品。燃料乙醇作為推動農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，必須依靠科技進步。在吸收國外成果和經(jīng)濟的基礎(chǔ)上，加強燃料乙醇生產(chǎn)新技術(shù)研究、開發(fā)和副產(chǎn)物深度加工研究工作。
　　近年來，石油等礦物質(zhì)日漸枯竭，油價進一步上漲，使燃料乙醇發(fā)展更重要，而且使燃料乙醇的價格有一定的上升空間。隨著石油等礦物質(zhì)的枯竭與油價的大幅上升，以乙醇等能代替礦物質(zhì)能源的新型能源供應(yīng)多元化戰(zhàn)略已成為國家能源政治的一個方向。
　　
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　　 注：“本文中所涉及到的圖表、公式、注解等請以PDF格式閱讀”