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将草炼成油:新能源时代的到来

2009-08-13 09:30:00 江南时报

生物燃料可以用植物或植物制品为原材料。目前,第一代生物燃料以可食用作物为原料,主要包括玉米、大豆、甘蔗。但是这种对粮食作物的额外需求使得2008年家畜饲料价格大幅上升,第一代生物燃料显然并不是我们所期望的、对环境安全具有积极影响的能源形式。目前科学家正致力于研究,怎样将农业废弃物、木材及生长更为迅速的草本植物,转化为种类繁多的生物燃料(甚至是航空燃油)。

  草油价低量大

  第二代生物燃料主要以纤维素质材料为原料,如富含纤维素、生长迅速的草本植物,因此将英文“汽油”(gasoline)单词中前缀“gas”去掉,引入“grass”(草),就组成了形象生动的专有名词“草油”(grassoline)。可转化为草油的原料有很多,从木材废料(锯木屑、木质建筑残片)到农业废弃物(玉米秸秆、小麦茎秆),再到“能源作物”(生长迅速、纤维含量高、专门种植用作草油原料的草本和木本植物)。这些原料作物耕作成本低(与每桶石油有等价能效的草油为10到40美元)、量大,更关键的是,这些作物的种植生产不会干扰和危及粮食生产。

  纤维素类植物生物质丰富,能够可持续地收获,来制造生物燃料。美国农业部和能源部的研究显示,在不减少作为人类食物、动物饲料及出口生物质份额的前提下,美国每年能够生产13亿吨(干重)生物质。如此大量的生物质每年至少能够产生1000亿加仑(约3790亿升)草油,大约相当于每年美国汽油、柴油消耗总量的一半。放眼全球,每年纤维素类生物质生产量能够转化的生物燃料相当于340亿~1600亿桶原油,已经超过了目前全球每年30亿桶原油的消耗量。纤维素类生物质能够转化成任何类型的燃料,如乙醇、普通汽油、柴油,甚至航空燃油。

  尽管此领域依然处于起步阶段,一些示范工厂已经开始运行,第一个商业化生物燃料炼制厂预计在2011年建成。人类历史上的能源新纪元——草油时代也许很快就要到来。

  能量封印是难题

  自然界把纤维素赋予植物作为主要骨架结构,这种由葡萄糖分子紧密咬合并层层叠加的“脚手架”,为植物提供了抵抗重力和生物降解的支撑性架构。为了释放纤维素里的能量,科学家必须先破坏进化赋予植物的这种异常稳定的结构。

  一般来说,这种“解封”过程先要将固体生物质解构成聚合度更低的小分子物质,随后将它们转化成燃料。低温(50℃~200℃)情况下,生物质裂解产生的单糖可以被发酵成乙醇或其他形式的燃料,玉米及糖类作物(如甘蔗)采用的就是这种转化方式。生物质在高温(400℃~600℃)下会直接转化为生物质原油,再经过提炼就可以成为汽油或者柴油。极端高温(高于700℃)下,生物质会直接变成气体并进一步转化为液态燃料。

  到目前为止,还没人知道到底哪种方法能够以最低的成本获得最高的能量。




责任编辑: 中国能源网

标签: 新能源

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