木質纖維素是這個星球上最豐富的可再生資源,因為它是植物最重要的組成部分,據估計,木質纖維素原料占世界生物質量的50%。在大多數情況,它們被簡單地燒毀或丟棄。
但實際上,它是生物燃料的極佳原料,可以轉化為纖n素乙醇。玉米乙醇之所以被人詬病, 除了“與人爭糧”、“與農爭地”外,還有能量效率低的頑疾—消耗1個能量單位的化石能源,只能產出1.36個能量單位的玉米乙醇。
對纖維素乙醇而言,這些都不是問題,它的能效比相當讓人滿意,投入1個能量單位的化石能源,能得到10個能量單位的纖維素乙醇。
它甚至不用消耗太多的土地和人力,那些現有的被廢棄的纖維素資源—農作物秸稈、甘蔗渣、木屑、廢紙、廢林木等工農業及城市生活廢棄物中都含有豐富的 維素,都是生產纖維素乙醇廉價而豐富的原料。
每年纖維素類生物質如果能全部轉化 生物能源,相當于340-1600億桶原油,而目前全球每年消耗的石油是30億桶。
單農作 秸稈一項,中國年產6.5 億噸,理論上纖維素乙醇的年生產能力高達1.4 億噸,可以滿足2009年全部運輸燃料需求。
和玉米、大豆相比,纖維素類的能源作物對土地條件要求不高,可以栽種在那些貧瘠的土地上。
谷物乙醇生產商POET公司的數據顯示,纖維素乙醇與汽油相比,可減少溫室氣體排放111%,美國環保局的這一數據是130%,基本相當。
因此,中國科學院、中國工程院院士石元春將它稱之為“明日之星”。美國正是看到了它的光明前景,在過去兩年內砸下數十億美元進行纖維素乙醇的商業化應用進行研發。
實際上,纖維素乙醇技術早在19世紀就已經提出,主要包括纖維素原料的預處理、纖維素的糖化和糖化產物的發L三個步驟。雖然纖維素乙醇的原料成本很低,但由于加工過程復雜,設備投資大,其低原料成本被高昂的生產成本、勞動力成本、水電成本和設備投資折舊等所抵消。
纖維素本質上是一種多糖,它是由上千個葡萄糖分子緊密咬合,用氫鍵連接起來的長鏈分子。這種分子結構對水解非常抗拒,它將糖分子封存了起來,任誰也休想動它一分一毫。
最早,用硫酸水解纖維素,設備和生產成本都很高,而且環境污染也很嚴重。當今纖維素乙醇的主導技術是,用生物-代替硫酸水解纖維素,同時進行糖化和發酵。
雖然酶的成本已經降低為原來的1/30,-繼續降低成本似乎遇到了瓶頸,每升纖維素乙醇的成本在0.7—1美元間徘徊,比石油的成本高出50%。
受困于成本,纖維素乙醇還沒能商業化。雖然已經有萬噸級別的生產裝置,但要和石油一較高下,還有待最后的突破。
海藻產油:成本是最大問題
任何生物能源,想要代替傳統的化石能源,都要邁過兩道關口—產量和成本。因此,廉價而易得的生物質原料很重要。
被認為是明日之星的纖維素乙醇正是因其廉價而易得的原材料才備受矚目,而可以和纖維素媲美的是—藻類生物能源。
作為地球上長得最快的生物質之一,在適宜的條件下,藻類的生長速度幾乎可以用小時來計算。和其他植物的季節性產出不同,藻類四季都可以持續收割。
就連產油量都是其他油料作物難以望其項背的—藻類含油量在10%-60%左右,產油量是大豆的100倍。
當然,它也不需要土地,生長中幾乎不需要特別養分,只需要陽光、二氧化碳和水,無論在海水、淡水,甚至是廢水中都能生存。中國科學院青島生x能源與過程研究所研究員呂雪峰說,一些工業廢水中的氮、磷元素甚至能促進藻類的生長。
海藻生長循環需要二氧化碳,實際上是一種固碳機制。如果從海藻中生產美國所有需用的柴油,則海藻生長可望吸收美國電廠排放二氧化碳總量的56%。
理論上,生物質吸收的空氣中的二氧化碳,生物能源經過燃燒后回到大氣中,是完美的零排放方案。但實際情況要復雜得多,從海藻的種植、收獲到提煉,都要消耗能量和排放碳。
加之現有的技術手段,多數使用淡水培養海藻,水體資源的浪費也被環保組織所批判。
但無論如何,看起來如此誘人的前景,讓各國都不敢忽視藻類生物能源的開發,目前中國多家研究機構正在從事藻類生物燃料的開發。
但考慮到經濟成本,藻類柴油要走出實驗室,比纖維素乙醇還要漫長許多枷宋素乙醇的成本比原油高50%左右,而藻類柴油的情況更復雜一點。
如果在開放的池塘中進行養殖,加上國家的補貼,成本尚能與石油抗衡,但它占地面積大、浪費水資源,也難以就水體和溫度進行調節,生產起來極其不穩定,發展受到很大限制。
如果用固化反應器,在封閉的容器中利用工廠排出的廢氣和廢水進行養殖,不但條件穩定,成品質量高,而且對環境非常友好;但問題是,它的成本居然接近原油的10倍。
因此,藻類生物燃料雖然看起來非常誘人,但最終進入商業化生產,替代部分石油燃料,還需要漫長的過程。在國內研究藻類 生物學家看來,打通技術路線并不難,但由于生產成本太高,目前還缺乏商業化生產的條件。