生物乙醇是指通過微生物的發(fā)酵將各種生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為燃料乙醇。它可以單獨(dú)或與汽油混配制成乙醇汽油作為汽車燃料。
作用
汽油摻乙醇有兩個(gè)作用：一是乙醇辛值高達(dá)115，可以取代污 染環(huán)境的含鉛添加劑來改善汽油的防爆性能；二是乙醇含氧量高，可以改善燃燒，減少發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的碳沉淀和-氧化碳等不完全燃燒污染物排放。同體積的生物乙醇汽油和汽油相比，燃燒熱值低30%左右。但因?yàn)橹粨饺?0%，熱值減少不顯著，而且不需要改造發(fā)動(dòng)機(jī)就可以使用。
發(fā)展
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，從長遠(yuǎn)來看具有規(guī)模限制和不可持續(xù)性。以木質(zhì)纖維素為原料的第二代生物燃料乙醇是決定未來大規(guī)模替代石油的關(guān)鍵。
美國能源部預(yù)計(jì)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。除了燃料乙醇外，一些企業(yè)還選擇研發(fā)生物質(zhì)氣化生產(chǎn)生物柴油、費(fèi)托合成柴油和生物質(zhì)液化生產(chǎn)生物柴油等技術(shù)的關(guān)鍵問題，為未來規(guī)模應(yīng)用儲備技術(shù)，為搶占未來市場打基礎(chǔ)。
美國業(yè)界普遍認(rèn)為目前生產(chǎn)纖維素乙醇的成本在3-4美元/加侖之間，即0.8-1美元/升。在纖維素燃料乙醇實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)之后，預(yù)計(jì)其生產(chǎn)成本在0.53美元/升左右，稍低于目前的玉米乙醇價(jià)格。如果玉米等糧食作物的價(jià)格繼續(xù)上漲，纖維素乙醇實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)之后的價(jià)格極具競爭力。但生產(chǎn)纖維素乙醇的前期投資較大，根據(jù)美國一些研究機(jī)構(gòu)的測算，生產(chǎn)規(guī)模相同的條件下，纖維素燃料乙醇需要的投資是玉米燃料乙醇的7-8倍。
中國在纖維素酶生產(chǎn)技術(shù)、戊糖發(fā)酵菌株構(gòu)建等方面還沒有取得根本性突破，目前各單位中試研究的每噸纖維素乙醇的原料消耗都在6噸以上，生產(chǎn)成本估算都在5000-6500元/噸乙醇以上，還不適合于工業(yè)化生產(chǎn)。理性估算，中國的纖維素乙醇形成規(guī)模化生產(chǎn)至少還要3-4年以上研究。河南天冠、安徽豐原等公司的纖維素燃料乙醇的研發(fā)和示范走在全國前列。
現(xiàn)狀
近兩年來，各大能源消費(fèi)國競先尋求替代石油的新能源。美國和歐洲不約而同地都選擇生物燃料乙醇作為主要的 替代運(yùn)輸燃料，并制訂了雄心勃勃的開發(fā)計(jì)劃。2007年1月，美國總統(tǒng)布什在《國情咨文》中宣稱，美國計(jì)劃在今后10年中將其國內(nèi)的汽油消費(fèi)量減少20%，其中15%通過使用替代燃料實(shí)現(xiàn)，計(jì)劃到2017年燃料乙醇的年使用量達(dá)到1325億升，是目前年使用量的7倍。2007年3月，歐盟27國出臺了新的共同能源政策，計(jì)劃到2020年實(shí)現(xiàn)生物燃料乙醇使用量占車用燃料的10%。
繼2008年增長60%后，歐盟2009年的乙醇生產(chǎn)量又繼續(xù)增長，增長了31%，歐盟乙醇生產(chǎn)量已從2008年28億升增長到2009年37億升。雖然一些國家，包括奧地利和瑞典，其2009年乙醇產(chǎn)能大大增加，法國仍然是最大的生產(chǎn)國。法國乙醇生產(chǎn)量從2008年10.00億升增長到2009年12.50億升。德國也不甘落后，該國2009年乙醇生產(chǎn)量增長32%，至7.50億升，而第三大生產(chǎn)國西班牙生產(chǎn)量為4.65億升。總計(jì)歐盟18個(gè)乙醇生產(chǎn)國家中有6個(gè)生產(chǎn)量未增長或保持不變。奧地利和瑞典是唯一乙醇生產(chǎn)量增加一倍以上的生產(chǎn)國，奧地利生產(chǎn)量增加了102%，瑞典生產(chǎn)量增加了124%。他們現(xiàn)在的排名分別位列第四和第五大生物燃料生產(chǎn)國。歐盟的乙醇總消費(fèi)量也在上升，歐盟2009年消費(fèi)量約為43億升。較2008年的35億升有大幅度增長。德國消費(fèi)11.43億升，使其成為最大的乙醇消費(fèi)國。法國是第二大消費(fèi)國，消費(fèi)7.98億升；其后是瑞典，消費(fèi)3.77億升。預(yù)計(jì)到2020年，所有歐洲汽油的13%都必須來自于可再生原料。歐洲汽油現(xiàn)僅3.5%來自可再生來源生產(chǎn)，預(yù)計(jì)在今后10年內(nèi)可再生運(yùn)輸工業(yè)將以超過10倍的速度增長。
北海集團(tuán)（North Sea Group）是比利時(shí)、荷蘭、盧森堡經(jīng)濟(jì)聯(lián)盟（Benelux）最大的獨(dú)立燃料供應(yīng)商，該公司于2010年3月26日組建乙醇子公司，該子公司將致力于乙醇銷售和分配。新的企業(yè)命名為北海全球乙醇公司（North Sea Global Ethanol (NSGE)），總部在瑞士Zug，在巴西S?o Paulo擁有子公司。NSGE的目標(biāo)之一在于使完全可持續(xù)的供應(yīng)鏈與下游終端應(yīng)用組合成一體化。
北海集團(tuán)（North Sea Group）原由Van der Sluijs集團(tuán)與FNR+ Holding公司 (Frisol, 北海石油, Reinplus Vanwoerden)聯(lián)合而組成，該集團(tuán)已作出決定，重點(diǎn)將生物柴油與甘蔗生物乙醇業(yè)務(wù)集合在一起，以滿足可持續(xù)發(fā)展的需求。
北海全球乙醇公司 (NSGE)是一家國際性的乙醇貿(mào)易、分銷和投資公司，重點(diǎn)專注于全球乙醇市物。不僅處理燃料乙醇業(yè)務(wù)，而且也開發(fā)工業(yè)、醫(yī)藥、化妝品和飲用級乙醇。
中國開發(fā)生物燃料乙醇的熱潮也在近兩年驟然升溫。2005年，中國生產(chǎn)燃料乙醇125萬噸，2006年增長到133萬噸。中國燃料乙醇的消費(fèi)量已占汽油消費(fèi)量的20%左右，成為繼巴西、美國之后第三大生物燃料乙醇生產(chǎn)國和消費(fèi)國。
乙醇生產(chǎn)補(bǔ)貼
至2010年5月，三項(xiàng)政策左右美國乙醇行業(yè)未來。盡管利潤率提高，生產(chǎn)商已從破產(chǎn)困境走出，政府也支持發(fā)展生物燃料，但美國乙醇行業(yè)整體狀況在得到改善的同時(shí)，其未來發(fā)展仍具不確定性。美國乙醇行業(yè)2010年做了三件大事：說服國會繼續(xù)對乙醇生產(chǎn)給予補(bǔ)貼優(yōu)惠、延續(xù)乙醇進(jìn)口關(guān)稅以及提高汽油中乙醇摻混比例。
可再生燃料協(xié)會（RFA）主席鮑勃？迪內(nèi)恩在全美乙醇會議上表示，目前最大的挑戰(zhàn)是確保政府將之前45美分/加侖的乙醇稅收補(bǔ)貼優(yōu)惠計(jì)劃再延長一段時(shí)日，否則的話，美國近40%的乙醇生產(chǎn)將受到嚴(yán)重影響。據(jù)了解，美國2009年乙醇總產(chǎn)量約為107億加侖，比前一年增加了16.5%。
研究人員稱，政府取消補(bǔ)貼的話將使美國乙醇行業(yè)11.2萬人失業(yè)。雖然相對于美國的勞動(dòng)力規(guī)模來說，這個(gè)數(shù)字不算大，但如果這件事發(fā)生在美國失業(yè)率接近10%的當(dāng)下，其影響當(dāng)局不能忽視。
美國的生物燃料計(jì)劃已經(jīng)根據(jù)《可再生燃料標(biāo)準(zhǔn)》（RFS）立法。因此，到底是繼續(xù)資助本地乙醇生產(chǎn)，還是通過進(jìn)口乙醇達(dá)到RFS要求，立法者需要作出選擇。
乙醇裝置建設(shè)近況
總部在美國弗吉尼亞州的歐塞奇生物能源（Osage Bio Energy，OBE）公司于2010年3月26日宣布開發(fā)冬季大麥乙醇作為先進(jìn)生物燃料，將利用區(qū)域性的谷物，主要是冬季大麥，通過將淀粉轉(zhuǎn)化為糖類、然后發(fā)酵的傳統(tǒng)的途徑，來生產(chǎn)乙醇和高價(jià)值的聯(lián)產(chǎn)品，以供應(yīng)東海岸市場。OBE公司將于2010年7月在弗吉尼亞州Hopewell為Appomattox生物能源公司(ABE)建設(shè)第一家工廠，將于2010年底投產(chǎn)，可生產(chǎn)6500萬加侖/年乙醇。
美國清潔能源投資公司（Clean Energy Capital，CEC）于2010年11月6日宣布，在美國加利福尼亞州Imperial Valley開發(fā)第一套大型商業(yè)化規(guī)模甘蔗乙醇煉制廠。生產(chǎn)的乙醇將符合加利福尼亞州的低碳燃料標(biāo)準(zhǔn)。該項(xiàng)目將投資5.75億美元，生產(chǎn)6600萬加侖/年乙醇，足以可滿足3.5萬戶家庭的電力需求，并且產(chǎn)生的生物甲醇可為1萬戶家庭提供熱能需求。與甘蔗具有相似特性的甜高梁也將使用。來自煉油廠對乙醇的強(qiáng)勁需求緣于生產(chǎn)的乙醇將可滿足美國最苛刻的低碳燃料指令的要求。這項(xiàng)業(yè)務(wù)將與主要的國際石油公司簽約銷售乙醇的長期合同，并從當(dāng)?shù)剞r(nóng)場主購買甘蔗。
世界上最大的乙醇生產(chǎn)商美國Poet公司最新的乙醇裝置于2011年3月15日投產(chǎn)，這是該公司第27套乙醇裝置，裝置位于印第安納州，年產(chǎn)能為9000萬加侖，這將使該州總乙醇生產(chǎn)量超過10億加侖目標(biāo)。Poet公司于2010年收購了Poet Biorefining公司，現(xiàn)正在完成投資約3000萬美元的改造，包括采用Poet公司專利的發(fā)酵工藝BPX，該工藝使用酶替代熱，可降低能源成本。該裝置也擁有水回收系統(tǒng)和新的污染控制設(shè)備。
其他一些州也在考慮采用與加利福尼亞州相同的低碳燃料標(biāo)準(zhǔn)，包括康乃提克州、特拉華州、緬因州、馬里蘭州、馬薩諸塞州、新罕布什爾州、新澤西州、紐約州、俄勒岡州、賓夕法尼亞州、羅德島、佛蒙特州和華盛頓州。亞拉巴馬州、佛羅里達(dá)州、佐治亞州、夏威夷州、路易斯安那州、密西西比州、南卡羅林那州和得克薩斯州在內(nèi)的一些州，甘蔗將有增長，將成為建設(shè)甘蔗乙醇煉制廠的首選地。
爭議
2007年9月，經(jīng)合組織(OECD)發(fā)表了題為《生物燃料：是比疾病還要糟糕的治療方案嗎？》的長篇報(bào)告，認(rèn)為發(fā)展生物燃料得不償失，呼吁美國和歐洲國家取消對當(dāng)前生物液體燃料的補(bǔ)貼政策。在同期召開的OECD“可持續(xù)發(fā)展圓桌會議”上，針對燃料乙醇的能源投入產(chǎn)出比、經(jīng)濟(jì)性、社會和環(huán)境影響問題，支持和反對生物燃料的兩派展開了激烈辯論。
美國和歐盟似乎還并未對質(zhì)疑的聲音做出反應(yīng)，而中國已率先開始限制和調(diào)控生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)。07年底，中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會緊急下發(fā)《關(guān)于加強(qiáng)生物燃料乙醇項(xiàng)目建設(shè)管理，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的通知》，暫停核準(zhǔn)和備案玉米加工燃料乙醇項(xiàng)目，并對在建和擬建項(xiàng)目進(jìn)行全面清理。08年6月，發(fā)改委全面叫停糧食乙醇的開發(fā)，要求今后生物燃料的發(fā)展必須滿足不占用耕地、不消耗糧食和不破壞生態(tài)環(huán)境為前提。
商業(yè)使用
目前，全球現(xiàn)在使用生物乙醇做成etbe（乙酯 Tertiary Butyl Ether）替代甲基叔丁基醚，通常以5~15%的混合量在不需要修改/替換現(xiàn)有汽車引擎的狀況下加入；有些時(shí)候ETB E也以替代鉛的方式加入汽油中，以提高辛烷值而得到較潔凈的汽油；也可以完全替代汽油使用為輸送燃料。
目前世界上使用乙醇汽油的國家主要是美國、巴西等國。在美國使用的是E85乙醇汽油，即85%的乙醇和15%的汽油混合作為燃料，而美國是用甘蔗和玉米來生產(chǎn)乙醇的，這種E85汽油的價(jià)格與性能與常規(guī)汽油相似。早在2003年7月中旬美國威斯康星州、美國乙醇汽車聯(lián)合會與通用汽車公司就在美國6個(gè)州推行E85的使用，將其作為汽油的代用燃料。目前美國僅有大約140家加油站提供E85，其中大多數(shù)在中西部。有300萬輛車是既可以用汽油也可以用E85，而且通用汽車公司還在大量生產(chǎn)這種使用兩類燃料的汽車。現(xiàn)在，美國每年要消耗30億加侖的乙醇添加到汽油中。如今E85已占乙醇燃料的85%，也正在受到公眾的喜愛。然而，這似乎還不夠。為了節(jié)能和環(huán)保，2005年6月28日美國參議院還通過了一項(xiàng)能源法案，要求到2012年，每年石油供應(yīng)商應(yīng)當(dāng)添加80億加侖的乙醇到汽油中。
研究進(jìn)展
日本成功開發(fā)出一項(xiàng)新技術(shù)，可低成本、高產(chǎn)量地利用稻草生產(chǎn)生物乙醇。
在通常情況下，稻草中的淀粉很難溶解于水，所以，現(xiàn)有技術(shù)主要是利用稻草中的纖維素來生產(chǎn)乙醇，淀粉沒有得到有效利用。技術(shù)人員在稻草原料中增添了一種特殊的堿溶液，并確認(rèn)淀粉在堿溶液中能充分溶解。然后，再將溶解后的淀粉采用與纖維素不同的生產(chǎn)工藝，使淀粉轉(zhuǎn)化成糖。
日本實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)設(shè)備已經(jīng)能夠用1噸干稻草生產(chǎn)出315升乙醇，與利用原有技術(shù)與設(shè)備生產(chǎn)相比，產(chǎn)量增加了24%以上，成本也已下降到每升70.7日元（約合0.7美元）。
生物乙醇已成為美國、巴西等國重要的清潔燃料，但目前生物乙醇基本上用玉米等糧食作物生產(chǎn)，常常會與糧食安全產(chǎn)生矛盾，不具有可持續(xù)性。
根據(jù)阿得雷德大學(xué)的研究，墨西哥沙漠植物龍舌蘭有望成為生物燃料和其他生化產(chǎn)品的來源。澳大利亞研究理事會植物細(xì)胞壁卓越中心的研究者們發(fā)現(xiàn)，每公頃龍舌蘭植物每年可以生產(chǎn)多達(dá)1.5萬升的生物燃料，而且它還可生長在低降雨條件下的貧瘠土地。
研究者們正在尋找乙醇生產(chǎn)的最佳栽培方法，例如利用種植密度和機(jī)械化來最大限度地提高產(chǎn)量并優(yōu)化發(fā)酵。龍舌蘭植物生產(chǎn)大量的糖，很容易發(fā)酵成生物乙醇。研究者們對乙醇產(chǎn)量進(jìn)行了建模，每公頃植物預(yù)測每年可生產(chǎn)4000~15000升乙醇。
參考資料 >
新技術(shù)可用稻草低成本生產(chǎn)生物乙醇.生物谷.2014-06-15