O 張玉璽

（銀川能源學(xué)院石油化工系 寧夏 750105）

生物乙醇原料的發(fā)展現(xiàn)狀及展望

O 張玉璽

（銀川能源學(xué)院石油化工系 寧夏 750105）

生物乙醇的發(fā)展深受“爭議”。通過對玉米乙醇、甘蔗乙醇、纖維素乙醇的發(fā)展介紹，分析了生物乙醇的未來發(fā)展中糧食乙醇仍是重點(diǎn)，發(fā)展中要兼顧環(huán)境，纖維素的發(fā)展要突破高“成本”的瓶徑。

生物乙醇；糧食乙醇；纖維素乙醇；環(huán)境；成本

一、前言

由于世界石油資源短缺，環(huán)境的日益惡化，溫室效應(yīng)的加劇，生物燃料一直被認(rèn)為是緩解石油危機(jī)和環(huán)境污染的最好替代品。但隨著生物燃料的迅猛發(fā)展，以及水資源的短缺、糧食饑荒等問題的出現(xiàn)，生物燃料的發(fā)展質(zhì)疑聲也越來越大！而生物乙醇由于其原料的特殊性更成為了矛盾的焦點(diǎn)！

二、生物乙醇的原料的發(fā)展

1.玉米乙醇

美國是世界上最大的玉米乙醇生產(chǎn)國，從2004年到2008年，美國燃料乙醇的產(chǎn)量年均增長率達(dá)35.70%，以玉米為原料生產(chǎn)的燃料乙醇占全國燃料乙醇的95%。美國從2005年實(shí)施《能源法案》，該法案規(guī)定美國所售的運(yùn)輸燃料必須摻混乙醇或其他生物燃料，這必然導(dǎo)致玉米消費(fèi)需求增加。自2007年以來美國乙醇產(chǎn)量大幅增長，從2007年的230億公升（65億加侖）增至2014的540億公升（約合143億加侖），并有約6%的乙醇產(chǎn)量出口到海外市場。糧食乙醇在中國發(fā)展較晚，2001年，出于消化“陳化糧”政府開始鼓勵生物乙醇的生產(chǎn)。但是在2006年左右，由于糧食乙醇在我國的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了玉米價格走高的趨勢，為了避免與人爭糧，2007年6月，國務(wù)院召開關(guān)于可再生能源會議，強(qiáng)調(diào)“在不得占用耕地，不得消耗糧食，不得破壞生態(tài)環(huán)境的原則下，堅(jiān)持發(fā)展非糧食燃料乙醇”。加拿大生物乙醇燃料的主要生產(chǎn)原料是玉米和小麥等富含淀粉的農(nóng)作物，加拿大政府預(yù)計2013年加拿大乙醇產(chǎn)量將增至19.79億公升，到2014年將達(dá)到20.16億公升。但并未達(dá)到聯(lián)邦政府的要求 22.69億公升。隨著玉米乙醇的大量需求，糧食價格上漲，生物乙醇與人爭糧問題凸顯。聯(lián)合國早在2012年，就指責(zé)在干旱影響下，美國仍有40%的玉米用于乙醇的生產(chǎn)，減少了糧食出口，加劇了全球糧荒。而糧食價格的飆升，會導(dǎo)致玉米等農(nóng)作物的過度種植，破壞了動物棲息地，農(nóng)民為了保證玉米產(chǎn)量，必然會加大化肥的使用量，玉米地所施氮肥污染了農(nóng)田下方的水井，滲入了數(shù)百萬人賴以獲得飲用水的河流。水資源將會被嚴(yán)重污染。

2.甘蔗乙醇

巴西是世界上最大的甘蔗乙醇生產(chǎn)國，早在40多年前，巴西約90%的石油消費(fèi)需要進(jìn)口，為了改變嚴(yán)重依賴進(jìn)口石油的狀況，軍政府強(qiáng)力啟動了乙醇燃料發(fā)展計劃。1973年至2007年，巴西生物能源的產(chǎn)量增加了744.4%。巴西規(guī)劃將建設(shè)615座乙醇工廠，2007年底約為400座。隨著乙醇產(chǎn)量的大幅提升，巴西乙醇出口將從2005年的24.3億升增加到2010年的80億升。2007～2011年巴西乙醇生產(chǎn)量將翻二倍以上，巴西目前正在評價使現(xiàn)有乙醇生產(chǎn)提高12倍的可能性。這需大大增加從甘蔗生產(chǎn)乙醇的數(shù)量，到2025年可望生產(chǎn)乙醇2050億升(540億美制加侖)，即占世界生產(chǎn)量約50%。巴西從甘蔗提取乙醇的能源平衡值是從玉米中提取乙醇的5倍，具有明顯的優(yōu)勢。甘蔗乙醇是用甘蔗提煉出的蔗糖直接發(fā)酵而成，玉米則需先把淀粉變成糖，然后再蒸餾提煉乙醇。甘蔗乙醇的成本低，需求大的優(yōu)勢刺激了甘蔗乙醇的發(fā)展。促進(jìn)了甘蔗在法國、西班牙和英國各國的種植。法國現(xiàn)在已是甜菜和甘蔗的生產(chǎn)大國。雖然甘蔗生長所需化肥少，對水和土地的污染小，但甘蔗乙醇的大量使用，必將占用農(nóng)業(yè)用地，甚至?xí)箒嗰R遜熱帶雨林、大西洋熱帶雨林和許多珍貴草原、林地受到侵犯。環(huán)境會因?yàn)榫G地、森林的減少而溫室效應(yīng)加劇，土地沙化。

3.纖維素乙醇

纖維素乙醇的發(fā)展始于兩個原因，原料廣泛和不會干擾和危及糧食生產(chǎn)。因?yàn)槔w維素幾乎存在于所有的草本植物中。具有很大的開發(fā)潛力。其中的木質(zhì)纖維素主要來源于麥草、玉米秸稈、玉米芯制漿和造紙廠的纖維渣、廢紙、包裝紙等廢棄物，可謂是變廢為寶。為了促進(jìn)纖維素乙醇的發(fā)展，早在2005年頒布的美國能源政策法案(EPACT)為此制定如下優(yōu)惠政策：纖維素乙醇的RFS標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)纖維素乙醇生產(chǎn)廠的優(yōu)惠貸款保證以及免稅待遇。2006年8月，我國河南天冠集團(tuán)建設(shè)首個纖維素乙醇項(xiàng)目。秸稈類纖維質(zhì)原料生產(chǎn)乙醇成為現(xiàn)實(shí)。但纖維素乙醇由于原料分散度高，原料集中較困難；預(yù)處理和酶解技術(shù)，所需的成本較高，且生產(chǎn)產(chǎn)生的污水量大，技術(shù)仍處于初級階段。德國大眾公司等歐洲汽車制造商與德國佛萊堡科倫工業(yè)集團(tuán)開展合作，2008年啟動取自稻草或秸稈的第二代生物燃料。美國能源部與企業(yè)合作，為降成本致力于纖維素催化酶的優(yōu)化。美國能源部預(yù)計纖維素燃料乙醇可能在2012年左右即可取得重要突破.而歐洲的一些研究機(jī)構(gòu)則認(rèn)為大約在2015-2020年，此外還有一些研究機(jī)構(gòu)認(rèn)為則有可能在2025年之后纖維素燃料乙醇才能進(jìn)入規(guī)模生產(chǎn)和市場應(yīng)用階段。

三、生物乙醇未來展望

1.糧食乙醇仍是生物乙醇發(fā)展的重點(diǎn)

目前的工業(yè)化生產(chǎn)的燃料乙醇絕大多數(shù)是以糧食作物為原料的，雖然生物乙醇的原料已經(jīng)由糧食慢慢轉(zhuǎn)移到了纖維素上，但目前世界上還沒有一家工業(yè)規(guī)模利用纖維素原料生產(chǎn)燃料乙醇的企業(yè)。而世界各國生物汽油的使用仍在增加2007年3月，歐盟27國出臺了新的共同能源政策，計劃到2020年實(shí)現(xiàn)生物燃料乙醇使用量占車用燃料的10%?！?007—2016世界農(nóng)業(yè)展望》中預(yù)測，以目前生物燃料的發(fā)展速度推算，國際糧價居高不下。

2.生物乙醇的發(fā)展要兼顧環(huán)境

生物乙醇的原料發(fā)展離不開農(nóng)作物，農(nóng)作物的生長離不開水資源和化肥，生物燃料的需求逐年的遞增，將會加大農(nóng)作物的產(chǎn)量和種植面積，水和化肥的用量隨之上升，化肥的過量使用，將會導(dǎo)致水資源的間接污染，而種植面積的不斷增大，會縮減了森林綠地面積，空氣中的二氧化碳含量劇增。如果任其發(fā)展，環(huán)境污染不可避免。據(jù)統(tǒng)計，每年25%-30%的溫室氣體，是由森林面積的減少而引起的，因此生物乙醇的發(fā)展，在農(nóng)作物和纖維素為原料的基礎(chǔ)上，應(yīng)開發(fā)新型技術(shù)和能源。以藻類為原料的生物燃料正在興起，其中海帶提取生物乙醇正在研究中。藻類生物燃料最大的特點(diǎn)是節(jié)約耕地、高效利用CO2，油脂含量高；是改善環(huán)境、緩解溫室效應(yīng)的又一選擇。

3.纖維素乙醇的發(fā)展要突破“成本瓶徑”

纖維素由于資源豐富，不存在與人爭糧，而受到各國的重視，但其生產(chǎn)成本高，使得纖維素乙醇的生產(chǎn)還沒有形成規(guī)?；?。纖維素乙醇領(lǐng)域研發(fā)的領(lǐng)頭羊之一，M&G (Gruppo Mossi and Ghisolfi)集團(tuán)，對纖維素的各主要技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行了廣泛而且深入的研究，特別是預(yù)處理工藝和酶解工藝已經(jīng)有了突破。并在意大利北部城市CRESCENTINO建立了工業(yè)示范項(xiàng)目。美國自然資源保護(hù)委員會的一份報告指出，到2050年，纖維素來源的巨大生產(chǎn)力將最終使得其達(dá)到5600億升的乙醇生產(chǎn)量，相當(dāng)于如今美國汽油消耗量的2/3?？梢娎w維素乙醇突破技術(shù)難關(guān)后，前景不可估量。

四、結(jié)語

生物乙醇的生產(chǎn)原料雖然現(xiàn)在仍以糧食為主，可是纖維素乙醇一旦攻克技術(shù)上的難關(guān)，生產(chǎn)規(guī)?；?，其“與人爭糧、與糧爭地”問題將會不復(fù)存在，環(huán)境將會得到前所未有的改善，因?yàn)槔w維素是自然界中分布最廣、含量最多的一種多糖；耕作成本低、量大；更關(guān)鍵的是，這些作物的種植生產(chǎn)不會干擾和危及糧食生產(chǎn)。并且還有一些能夠在廢水或者重金屬污染的土壤中生長并凈化土壤。因此纖維素乙醇的發(fā)展，將會在未來成為生物燃料發(fā)展中的亮點(diǎn)。

[1]丁聲俊，美國燃料乙醇：挨了罵掙了錢[N],中國經(jīng)濟(jì)導(dǎo)報 2010-03-30(A04).

[2]李妍楠，大地“長”能源離我們有多遠(yuǎn)[N]，中國石油報，2010-09-02(004).

[3]互動百科.生物燃料[EB/OL].(2011-04-16)[2016-5-16]. http://www.hudong.co.

[4]中國百科網(wǎng).全球燃料乙醇行業(yè)現(xiàn)狀分析[EB/OL].(2011-04-16)[2016-5-16]. http://www.chinabaike.com/t/33547/2015/1127/3927171.html

[5]張玉璽從生物燃料原料的開發(fā)現(xiàn)狀看生物燃料發(fā)展的利與弊[J].當(dāng)代化工.2013（11）：1538-1540

[6]李桂菊,張軍,陳偉.生物燃料發(fā)展現(xiàn)狀及利弊爭議[J].能源與環(huán)境，2009（5）:85-86.

[7]張玉璽,馬紅軍,藻類生物燃料的發(fā)展與環(huán)境保護(hù)[J].當(dāng)代化工，2013（12）:1711-1714.

Current Development Situation and Prospect for Bioethanol Raw Material

Zhang Yuxi
（School of Petroleum and Chemical Engineering of Yinchuan Energy Institute,Ningxia,750105）

The development of bio-ethanol gets serious ‘controversy’. By the introduction for the development of corn ethanol, sugarcane ethanol and cellulosic ethanol, we get that in the course of analyzing the future development of biological ethanol, grain ethanol is still the key, besides, in the developing process,we should also take the environment into consideration, and the development of cellulose need to break through the bottle diameter of high ‘cost’.

bioethanol；grain ethanol；cellulosic ethanol；environment；cost

Q

A

張玉璽（1977～），女，銀川能源學(xué)院石油化工系，研究方向：石油加工工藝。