完美的燃料(寻找完美的生物能源)

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寻找完美的生物能源生工一班 武硕军 20122514077以生物乙醇为主的第一代生物燃料早已登场，但累积的问题越来越多：粮食 危机的背景下，水资源和土地资源匮乏；无法应用到碳排放量巨大的航空领域； 成本比石油更高。于是，芒草、柳枝、麻疯树、木纤维、海藻??一个个走进实 验室，但它们要面对的除了技术的新挑战，还有成本和资源的老问题。 海藻、芒草、玉米、木薯、秸秆、柳枝，还有各式各样稀奇古怪的植物，在 生物学家眼中，几乎和“黑金”石油、煤炭没有区别，甚至是更优的能源。 对这些科学家、 各国的能源部长而言，如果能把存在于自然界的生物质内部 的能量释放出来，成为新一代的燃料来源，甚至有可能成为石油危机的救星。近 年来，石油、煤炭、天然气的枯竭，加上全球变暖带来的威胁，让生物质能源的 开发变得更加紧迫。 生物质能是藏在生物质中的能量。 地球上所有的动植物和微生物都是生物质， 它们直接或间接地通过绿色植物的光合作用，将太阳能转化为化学能，储存在体 内。夸张一点说，有太阳的地方，就有生物质能。 亿万年前， 太阳能通过光合作用转化为化学能，储存在当时存在的动植物体 内，深埋于地壳下。经过亿万年的风化演变，形成了今天最重要的能源来源—— 石油、煤炭、天然气。

从某种意义上而言， 传统的化学能源也是生物质能存在的另一种形式，它不 过是地壳经过变化， 将亿万年前储存的生物质能，变成可以直接燃烧使用的化石 能源。 近百年间， 大自然赐予的化石能源被人类消耗得差不多了，美国能源信息署 2005 年的预测显示，石油可以用上 53 年，天然气还能维持 63 年，这个数据和 BP 公司的预测非常接近——其 2005 年的数据估计， 天然气的可持续使用时间是 66 年。 亿万年积累起来的化石能源，只能满足现代社会两百年的能源需求，人类明 显等不及又一个亿万年的演化周期， 迫切地需要把储藏在现有生物质中的能源释 放出来，用于驱动飞机、汽车。奥巴马自上任以来，几乎每年都投入几十亿美金，进行生物燃料的开发。美 国把生物能源当成降低进口石油依存度和振兴经济的法宝， 如今生物能源在美国 已经超过水电，成为第一大可再生能源，占美国能源消费总量的 3%以上。 对于航空业而言，生物柴油更为重要，2012 年起欧盟区域内的航班将纳入 碳交易计划，飞机将被限制二氧化碳的排放。一旦超出，航空公司就要留下“买 碳钱” ，各家航空公司将可能为此付出高达几十亿美元的费用。技术与成本的枷锁每逢油价低迷时， 生物燃料就被打入冷宫。

和化石能源选择性地储存不一样， 有太阳的地方， 就会有生物质能源的存在。 石油埋在中东， 煤炭埋在澳洲和中国， 生物质却遍布地球每一个有人的角落，从寒冷的西伯利亚到炎热的埃塞俄比亚， 全球各地都能找到合适自己的生物能源，不用争得头破血流。 生物质的生长周期还很快， 不少植物一年就能完成一个生长周期，而微生物 如微藻的生长周期更是以天计算。也就是说，它取之不尽，用之不竭，不用担心 有枯竭的一天。 当然， 并不是所有的生物质中蕴含的能量都适合转化为生物能源。荷兰乌德 勒大学对全球生物质原料资源做的预测研究显示，到 2050 年，在坚持不与粮争 地，不毁林，只利用不适合商业作物生产的退化土地的原则下，生物质能源能产 生相当于每年 432 亿吨至 1060 亿吨原油的能量。 和风能、太阳能相比，生物能源还有天然储藏室——就是植物和微生物们， 能稳定且长久地存在。 更妙的是， 相比传统化石燃料，它还会减少碳排放——这对迅速变暖的地球 而言完美的燃料，是一个福音。全球可再生燃料联盟 2009 年 11 月的研究报告显示，无论是 美国的玉米乙醇、巴西的甘蔗乙醇，还是欧盟的生物柴油，都能减少碳排放，主 要生产国的温室气体的减排量是 8757 万吨。

美国和欧盟都计划在 2020 年将生物能源占其能源消耗的比例提高到 20%， 美国更是希望在 2050 年，其生物能源的比例能提高到 50%。 生物能源虽有不凡潜力，但由于成本限制，每逢油价低迷时，这种替代品就 要被打入冷宫一阵子。中国生物燃料产能目前为 360 万吨/年，而产量只有 160万吨/年，仅占液体燃料的 0.7％；美国由于技术难题，也调低了生物能源的生产 指标。 从分子结构上看，生物质中富含大量的碳氢化合物，和化石燃料算是同宗； 但化石燃料是大自然为人类进行了亿万年的预处理，人类只要开采出来，进行简 单的物理处理就可以直接燃烧转化为能量。 作为可再生能源领域唯一可以转化为液体燃料的能源，这就意味着，生物燃 料可以直接和汽油混合使用， 可以直接使用现有的输送管道和原汽油发动机。内 燃机和汽车刚刚诞生时， 生物乙醇和生物柴油都曾作为燃料短暂使用，但迅速被 成本低廉、方便快捷的石油所取代。 但生物质能源深藏在生物质的细胞内部，你毕竟不能掰开一个玉米棒子，或 者砍下一根甘蔗，直接扔进汽车的发动机里，成为汽车加速的动力。想要把它变 为可供燃烧的液体燃料，那可不是一件容易的事情，需要经过极其复杂的化学、 物理过程，才能转化为可供直接使用的生物燃料。

说到碳排放最剧烈的空中交通， 燃烧效率低下的玉米乙醇却无法应用于商业 客机， 而其他生物柴油又面临高空低温凝固的障碍，在无法对发动机进行大规模 更替的情况下，航空业只能等待新一代生物燃料的开发。 虽然在实验室内， 将各式各样的生物质转化为生物燃料不成问题，但要做到 万吨级别的产业化生产，成本太高，即便是各国政府进行补贴，成本上暂时还无 法和石油竞争，你不能指望私家车主去购买 10 块钱一升甚至更高的生物柴油， 而放弃 7 块钱一升的传统汽油和柴油。下一代燃料为了提高燃料效率，科学家倾向于寻找富含多糖的植物。 更重要的是，不是所有的生物质都适合做生物燃料的来源。 目前， 各国都倾向于把生物质转化为液体的生物燃料，直接替代石油用于运 输行业。众所周知，液体生物燃料主要是两大类——生物乙醇和生物柴油，二者 作为燃油的替代产品备受关注。 乙醇自古以来就是燃料， 它既可以单独使用，也可以与传统汽油混合配制成 乙醇汽油作为汽车的燃料。 乙醇兑入传统的汽油后，可以代替污染环境的含铅添加剂来改善汽油的防爆性能； 减少有害气体和温室气体的排放，但乙醇的能量密 度较传统的汽油要低 35%。在不改造发动机的情况下，汽油中只能加入 10％的 生物乙醇，这也是中国乙醇汽油的标准。

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