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评论人士表示,利用玉米制造的乙醇,极大地鼓励农民改种燃料产品,这也相应地抬升了粮食的价格。现在,美国威斯康辛大学麦迪逊分校的科学家表示,被称作果糖的单糖可以转化成比乙醇更有优势的燃料,这种燃料被称为二甲基呋喃。和乙醇相比,它有一系列优点,和同样体积的乙醇相比,二甲基呋喃燃烧后产生的能量要高40%,和目前使用的汽油相当;二甲基呋喃不溶于水,因此不用担心吸潮问题;二甲基呋喃的沸点要比乙醇高近20摄氏度,这意味着其在常温下是更稳定的液体,在汽车引擎中则被加热挥发成气体。这些都是汽车燃料所要具备的特点。还有一点值得一提,二甲基呋喃的部分制造过程和现在石油化工中使用的方法相似,因此容易推广生产。专家表示,在经过安全和环境试验后,二甲基呋喃可以和汽油混合,作为交通运输工具的燃料使用。 ????
这种新型燃料可以直接从苹果、梨、浆果、瓜类,以及一些根类蔬菜所含的果糖中提取,还可以从谷物、草和树木的高聚合物中提取,从生物化学的角度看,也许利用食品中最常见的葡萄糖是最有前途的方法。
但是,该燃料相比于乙醇的缺点在于,它以食物为原材料。理想化的生物燃料应该从农产品的废料而非作物中提取。这样,稻壳可以用来生产生物燃料而小麦用于人类食用。但是自然与科学恰恰背道而驰,植物的化学结构性质并不容易打破。一种可能性就是利用基因改造技术创造出更适合于这种工艺的植物,另一种可能性就是利用化学或生物技术结合该种生产方法。
空客的母公司一欧洲宇航防务集团透露,拟在未来5年,率先在北京一上海之间开辟生物燃料航线,并投入商业运营,以作为其全球生物燃料飞行的商业试点。
在目前波音的试飞中,生物燃料与传统燃料的比例为5:5,未来可提升到9:1,甚至是100%采用生物燃料。资料显示,只要航空业燃料中的1%采用生物燃料,便可以维持生物燃料市场。不过,生物燃料成本非常高昂,通常是传统航空燃料的4倍以上。
航空公司使用生物燃油,整个行业每年可以减少0.7%的碳排放量,在付费排放的大趋势下,这将为航空公司节省一笔费用,而节油将是更大一笔收益,整个行业可能因为生物燃油而产生1000亿美元的价值。
航空业对替代能源的渴求,从来没有像现在这样强烈过――CEO们每晚被油价意外上升的噩梦惊醒,醒来后又发现自己的飞机已经被纳入全球减少温室气体排放体系中……虽然大多数人不愿承认,但事情往往是这样的:只有被逼上绝路时,变革才可能发生一德国汉莎航空公司宣布,汉莎航空将从2011年4月开始,在一条国内常规航线进行生物混合燃料飞行试验,它将是全球首条使用生物燃料的民用航线。
应对油价波动,航空企业主流的解决方案将是寻找更可靠的生物燃料。与传统燃油从煤炭、石油和天然气等化石燃料中提取不同,生物燃料可以从植物等生物可再生资源中提取,尽管以目前的技术生产,其成本远高于化石燃料,但它最大的优点是,价格要比深受地缘政治和国际游资双重影响的石油更容易控制。更重要的是,它将是前所未有的“洁净”燃料。
最快5年京沪航班用上生物燃料
汉莎航空介绍说,2011年4月起,该公司一架往返于法兰克福与汉堡的空客A321型客机将使用生物混合燃料试飞6个月,汉莎航空将为此投入约660万欧元。
试验目的是研究生物混合燃料在常规飞行中的应用效果、有害物质排量以及对引擎的影响等。据介绍,这种生物混合燃料添加了50%的生物合成物质。与传统煤油燃料相比,其燃烧产生的固体颗粒物和二氧化碳量较低。在6个月试验期间,这架空客A321客机预期总计将减排二氧化碳1500吨。
而就在稍早之前,空客与巴西塔姆航空公司合作,在拉丁美洲进行首次生物燃料试验飞行。此次试验飞行所用的飞机是一架空客A320飞机,所使用的生物燃料以巴西当地产的麻风树果实为原料,生物燃油和传统航空燃油各占一半混合而成。该飞机由里约热内卢起飞,在成功进行历时45min的飞行之后返回起始点。研究表明,与传统以石油为原料的航空煤油相比,利用由麻风树果提炼而成的生物燃料可以使整个航空业的二氧化碳排放减少80%。
甚至在不久的将来,我们也能在国内坐上使用生物燃料的飞机。空客的母公司一欧洲宇航防务集团宣布,拟在未来5年,率先在北京一上海之间开辟生物燃料航线,并投入商业运营,以作为其全球生物燃料飞行的商业试点。
目标:100%采用生物燃料
目前,专家普遍认为,汽车燃油的替代品应该是电力驱动而非生物燃料。但对机来讲,至少从目前看来,电力驱动还不是一个好选择。
航空发动机使用较“清洁”、可再生的生物燃料似乎是目前的惟一选择。现今在发达国家,航空燃油的使用占整个石油产品产量的8%,因此,比较现实的考虑是,逐步增加生物燃料在航空燃油总使用量中的比例。目前第二代原料主要是麻风树、亚麻荠、海藻和盐土植物;与第一代生物燃料玉米、小麦相比,这些燃料更加环保廉价,且不需要制造商重新设计引擎或飞机,航空公司和机场无需开发新的燃料运输系统。
作为全球两大飞机制造巨头之一,波音公司也很早就致力于航空生物燃料的开发。2008年2月,在商业客机的首次生物燃料试飞中,波音公司、英国维珍大西洋航空公司和通用电气航空证明了使用可持续性生物燃料与煤油的混合燃料的技术可行性。同年12月,波音与新西兰航空公司、罗尔斯・罗伊斯公司再次进行了可持续性生物燃料的试飞。2009年初,波音公司又分别与美国大陆航空公司、通用电气航空、日本航空公司及普惠举行了一系列进化测试,所有这些试飞都强调可持续性生物燃料可应用于现有机队的减排,无需改造飞机或引擎。波音称,环保可行的可持续性生物燃料将在2015年成功开发。
在目前波音的试飞中,生物燃料与传统燃料的比例为5:5,未来可提升到9:1,甚至是100%采用生物燃料。
节能减排就是“真金白银”
对于航空界而言,生物燃料之所以如此迫切,是因为清洁天空不只是一个口号,更是真金白银的成本。
作为全球航空业的代表,国际航空运输协会(IATA)提出了三大承诺减排目标,并通过国际民航组织(1CAO)递交给哥本哈根国际气候变化大会。这三大减排目标包括:到2020年,每年燃效提高1.5%;从2020年起,通过碳中和增长,稳定碳排放量;在2050年,碳的净排放量比2005年减少50%。欧盟更是在去年单方面公布,自2012年起对所有抵离欧盟的商业航班实施碳排放权配额制度。按照这一方案测算,中国民航业仅2012年一年就将向欧盟支付约8亿元人民币。
在越来越大的航空碳排减压力下,包括中国在内的世界各国航空公司都开始积极寻求解决方案。目前世界各航空公司业已实施的减排措施主要包括:实施“碳补偿”计划,通过旅客自愿为其合作的非营利组织捐款的形式,购买“碳补偿”额度;改善机队机型提高能效;降低服务能耗等。
但是,目前航空业最大的碳排放源其实是航空燃料,飞机在飞行过程中不仅排放出大量氮氧化物等传统污染物,还排放包括二氧化碳、水蒸气等温室气体。航空燃料的二氧化碳排放量占到航空业总排放量的90%左右,因此专家认为,从航空燃料人手才是航空业减排的根本。
据估计,航空公司使用生物燃油,整个行业每年可以减少0.7%的碳排放量,在付费排放的大趋势下这将为航空公司节省一笔费用,而节油将是更大一笔收益,整个行业可能因为生物燃油而产生1000亿美元的价值。在业内人士看来,燃油市场定价的不稳定性和未来石油储备的问题,都使得航空公司维持运营并赢利的难度进一步加大。而减少二氧化碳排放,除了不断提高飞机的效率,寻求飞机使用的燃油的改进也十分重要。
不与粮食抢耕地
在中国,在全国耕地有限的情况下,种植生物燃料将有可能侵占宝贵的粮食生产用地。
对此,有一种观点认为,藻类是生物燃料的最佳选择。例如汉莎航空机队中的所有飞机一年能消耗2500万吨石油燃料,若使用棕榈油作为生物燃料,需要德国、瑞士和奥地利三个国家的全部土地种植,才能满足巨大的燃料消耗。若选择藻类作为生物燃料来源,根据预计,汉莎航空所需的藻类燃料,只需1/2的柏林城市面积就能满足需求。
不过,不一定非用土地才能完成种植,水甚至二氧化碳加上废水、自然光,都是藻类的生产原料。可以根据具体需求设计生产模式,例如可用游泳池、生物燃料反应堆、反应池等。藻类不供食用,因此不会消耗土地和粮食,仅作为生物燃料的来源,也不会和粮食生产竞争土地使用。
目前,美国和加拿大正在此方面进行认真扎实的努力。加拿大“海洋营养”公司是全球最大的生产“欧米伽3”脂肪酸添加剂的公司,该公司的科学家筛选了数百种海洋微生物植物后,发现了出油率特别高的“超级海藻”。据专家称,该“超级海藻”单细胞的出油率是其他海藻单细胞出油率的60倍。目前,“海洋营养”公司已经掌握了这种海藻的人工培植技术以及低温储藏方法。
事实上,多年来,生物燃料作为一种新型能源一直被多国广为探索。不久前,中国商用飞机有限责任公司也携手波音公司进军航空生物燃料研发高地,双方成立节能减排技术中心,寻求提炼航空燃料的妙方。
而在这方面,英国算得上是佼佼者之一。早在2008年,英国的维珍大西洋航空公司就进行了首次使用生物燃料的航空飞行。这次飞行的机型是波音747,航程从伦敦到阿姆斯特丹,在一个飞机引擎中添加了20%的生物燃料,其原作物是椰子和巴西棕榈树。
生物燃料是当前全球应对气候变化讨论中的一个热点话题。如今,英国作为积极应对气候变化的国家,非常重视推动生物燃料的发展,在政策、商业、科研等方面都做了大量工作。虽然全球整个生物燃料市场的前景还面临一些争论,但英国的生物燃料产业仍在稳步发展。
1、用废弃食用油换乘车打折卡
据统计,在2009/2010财年英国车辆所使用的生物燃料中,约71%是生物柴油,约29%是生物乙醇,还有很小一部分的生物甲烷。
目前,一些英国公司正在通过国际合作发展生物燃料。例如英国石油公司与美国Martek生物科学公司签署了合作协议,共同开发把糖分转变为生物柴油的技术。英国“太阳生物燃料”公司前几年曾在非洲大量投资,购买土地种植麻风树,以便从麻风树果实中提炼生物燃料。
在英国国内,一些公司通过回收废弃食用油来生产生物燃料。例如英国最大的公交和长途公共汽车运营商STAGECOACH就有这样一个项目,该公司向居民发放免费容器盛装废弃食用油,居民以此换取乘车打折卡,所收集的废油被送到一家能源公司制成生物柴油,供STAGECOACH公司的部分车辆作为燃料使用。
虽然生物燃料现在还主要应用于车辆,但英国一些航空公司已率先进行了航空业使用生物燃料的探索。例如“维珍大西洋”公司在2008年进行了全球首次使用生物燃料的试飞,在一架波音747客机的一个引擎中加入了20%的生物燃料,从伦敦飞到了阿姆斯特丹。
2、科学界热衷生物燃料
据介绍,英国科学界非常热衷于研究生物燃料,相关研究走在世界前列。有些研究关注如何降低生物燃料的成本,如帝国理工学院等机构研究人员在《绿色化学》上报告说,用木材制造生物燃料时常需要将木材粉碎成很小的颗粒,这个过程需要消耗不少传统能源,估计每粉碎一吨木材需消耗约8英镑的能源。但如果在粉碎过程中加入某种离子液体作为剂,可以把这个环节所消耗的能源量降低80%,把粉碎每吨木材消耗的能源成本降低到约1,6英镑。据估算,最后得到的生物乙醇的价格有望因此降低1 O%。
除成本研究外,还有些研究在探索使用不同的原材料来生产生物燃料。使用甘蔗、玉米等农作物来制造生物燃料常被指责与民争粮、与粮争地,但如果使用通常废弃的秸秆等部位来制造生物燃料就可以避免这个问题。秸秆的主要成分是纤维素,如何分解纤维素一直是个难题。
英国约克大学等机构的研究人员在美国《国家科学院学报》杂志上说,他们从真菌中发现了一种名为G H61的酶,它能够在铜元素的帮助下以较高的效率分解纤维素,使其降解为乙醇,然后用以制造生物燃料。
此外,树木枝干和许多植物的茎秆中还含有许多通常难以分解的木质素,英国沃里克大学等机构研究人员在《生物化学》杂志上说,一种红球菌能分泌一种具有分解木质素能力的酶。这种红球菌可以大量培养,因此也可以用于分解植物茎秆制造生物燃料。
3、民众自制生物燃料
尽管生物燃料在英国获得商界及科学界人士的“全方位”支持,但对于大部分英国民众来说,是否在开车时使用生物燃料仍取决于它的价格,单纯出于环保目的而使用生物燃料的人群毕竟还是少数。
对于使用柴油发动机的汽车来说,许多车辆不需要改装就可以烧生物柴油,而现在英国一些加油站出售的柴油价格在每升1.4英镑左右,有公司出售的生物柴油售价在1.25英镑左右,但每升生物柴油能驱动车辆行驶的距离通常低于传统柴油,因此消费者往往会随着油价的波动和性价比的变化,选择是否使用生物燃料。
有意思的是,有些具备相应知识的英国民众还自制生物燃料,这样会比买油便宜得多。
根据英国《每日电讯报》报道,萨默赛特郡的詹姆斯。莫菲就是这样一个例子。他从两家餐厅购入废弃食用油,每升只需1 O便士;在筛去渣滓后,向其中加入甲醇和氢氧化钠等化学物质,经过加热和沉淀等过程,就能得到自制的生物柴油。
他说,自己开车每月消耗150升生物柴油,制造这些生物柴油的成本是每升约18便士,这比市场价格要便宜得多。根据英国税务海关总署的规定,民众每年自制生物柴油2500升以下无需交纳任何费用。因此,像莫菲这样自制生物柴油的民众可以给自己省下一大笔钱。
4、政府稳步推进
在英国能源与气候变化部201 1年的《英国可再生能源路线图》中,有关机构专门列出了有关生物燃料的目标。其中提到,在2009/201 0财政年度,英国道路上行驶的车辆使用生物燃料的比例占道路交通所用总燃料的3,33%,这个比例在近几年一直处于增长之中,英国计划到2014年将其提高到5%。
由于生物燃料主要用于供给车辆,英国交通部也参与了相关管理工作,负责《可再生交通燃料规范》的实施。根据这项法规,英国每年销售量在45万升以上的燃料供应商必须使生物燃料等可再生能源在其销售量中达到一定比例,如果自身销售的生物燃料达不到相应比例,则需要花钱从其他超额完成任务的燃料供应商那里购买相应份额。
这个比例是逐年上升变化的,目前的指向是前面提到的在2014年5%的目标。客观地说,这是一个稳健的目标,每年的上升幅度不大,显示出英国政府稳步推进生物燃料发展的态度。
此外,英国政府还对生物燃料的标准进行了规定,即与传统化石燃料相比至少能减排温室气体35%以上,并且原料产地的生物多样性不能因为生产生物燃料而受到影响。这是为了让生物燃料能够切实起到保护环境的效果。
5、前景还不明朗
需要说明的是,英国的生物燃料虽稳步发展,但仍称不上达到“快跑”的程度。
一方面,英国商界虽然在发展生物燃料方面做出了诸多探索,但并没有出现特别明显的增长,一些项目还遇到了问题。比如有报道称太阳生物燃料公司在非洲某些国家的项目已经终止,维珍大西洋公司虽然率先探索在飞机上应用生物燃料,但现在全球已有多家航空公司实现了使用生物燃料的商业化飞行,而维珍大西洋公司却没有太多进一步的消息。这可能与联合国气候变化谈判结果波动和全球生物燃料市场本身的前景也还面临一些争论有关。
1、多为国外引进燃烧设备,价格偏高;
2、设备适用性较差,木质颗粒不易结渣,秸秆容易结渣 ;
3、全自动设备较少,手动点火时污染物难以控制 ;
一直以来,中国生物质能源的发展较远落后于风能及太阳能,甚至不少人士认为生物质能源在我国成不了“大气候”。作为中国农业大学教授、生物质工程中心主任的程序则认为,部分人之所以对生物质能有误解,是因为不了解生物质能的潜力和升级换代的技术。
在第一代生物燃油已近极限,第二代纤维素生物乙醇技术、经济可行性久“攻”不克的情况下,“先进生物燃料”特别是热化学途径的生物天然气和木质原料气化合成燃油有望脱颖而出。
《能源》:全球生物质能源的发展经历了第一代生物燃油和第二代纤维素生物乙醇技术的发展,目前,这两种生物质能的发展情况如何?
程序:目前,这两种技术的发展都遇到了瓶颈,这也助长了部分人认为生物质能发展不起来的认识。
发达国家能源界的学者和企业家越来越认识到,第一代生物燃料作车用有不确定性。因为需要和化石燃油掺混,其总用量有限,也就是所谓的“混合墙”限制。
从2010年起,第一代生物燃料增长形势就明显受挫了。2009-2010年产量增长率还有13.6%,而2010-2011年仅有3.1%。
对于第二代生物燃料,在美国曾经呼声很高。但是,虽然经历了连续多年的研发热潮,目前仍没有完全突破商业化的障碍。其关键在于纤维素乙醇的生产成本还远未达到预想的价位。而且,这种技术使用的原料需要用酸、碱等预处理,会造成环境问题。
《能源》:第一代和第二代生物质能技术都难以继续往前发展,那按您的说法,生物质能源产业要靠什么得以推进?
程序:所以,我说现在要提“先进生物燃料”的概念。实际上在2009年,美国环保署就率先提出了要支持“先进生物燃料”研发的原则。所谓先进生物燃料,就是指第一代生物能源以外的一类新型生物燃料。它们的生命全周期的温室气体排放量,比化石燃料低至少50%。
它采用的技术路线有多条,最主要的方式是用木质纤维类作为原料,如林木下脚料和废弃物、秸秆等,通过热化学途径,生产生物合成液体或气体燃料,英文为Biomass to Liquids,简称 BtL。
《能源》:“先进生物燃料”的最大特点是什么?与前面两代技术相比,“先进生物燃料”有哪些优点?
程序:生物质的组成成分,一般来讲可以分为六类:淀粉、脂肪、蛋白质、纤维素、半纤维素、木质素。第一代生物质能技术利用的成分是淀粉、脂肪、蛋白质。第二代技术用的是纤维素。
但事实上,生物质所含能量中,淀粉、脂肪、蛋白质占40%,纤维素占了20%,剩下占40%的半纤维素和木质素在前面两种方式中并不能被利用。唯一能全部利用这六大类成分的方法是燃烧,也就是通过生物质电厂,但它的热量转化效率在这几种方式中是最低的,是最不经济的方式。
通过热化学方式生产“先进生物燃料”,恰恰能利用和转化半纤维素和木质素,显著提高生物质能的转化效率,而且大大拓宽了原料的来源。
生产出的生物合成燃料,属于所谓的“直接使用燃油”,就是说,可以在发动机不改装的情况下,以纯态或高掺混比车用,因而完全摆脱了前面所说的第一代生物燃料的“混合墙”制约。
《能源》:那目前,“先进生物燃料”在国外的发展情况如何?是否有成熟项目?
程序:在2009-2013年的5年间,先进生物燃料项目,包括中试和生产性示范的,数目增加了3倍,而它的总产量则扩大了10倍,达到了年产24亿公升(相当于168万吨)。
欧盟国家对用气化-费托合成途径制作生物柴油、航空煤油的热情很高。一些大型企业集团如Uhde、UPM、Axen,也都在进行商业化的努力。
德国的科林(Choren)公司在世界上第一次生产出用木屑合成的液体柴油。2012年9月,科林公司将气化技术转让给德国林德(Linde)集团。林德与芬兰Forest BtL Oy合作,在芬兰建设一座年产13万吨的生物合成柴油/石脑油厂,计划于2016年底投产。
美国伦泰克公司在科罗拉多州建成了BtL商业示范厂并投产,年产能1万吨生物合成燃油。该公司还计划2015年在加拿大安大略省建成年产能为60万吨生物气化合成柴油和航煤厂。
《能源》:那您的意思是,目前这一技术并未达到商业化程度?这其中的制约因素是什么?
程序:是的,目前它的技术成熟度还没有完全达到商业化生产、应用的程度,但是已经达到半商业化了,我认为离商业化也不远了。
根据测算,能够达到有规模经济效益的年生产产能,终端产品应该在20万吨以上。
目前主要的制约因素是,项目规模化后,会需要巨大数量的原料,该如何解决原料问题。还有,如何保证相应的较低成本,以及预处理大幅度增大的难度如何克服。
《能源》:先进生物燃料的研究和开发在我国处于一个怎样的情况?
程序:据我调研,目前采用生物质气化-合成途径制取生物燃油的,主要是武汉阳光凯迪新能源公司在做。这家公司于2013年初取得突破,其年产1万吨的半工业化装置于1月投产,并且连续正常运行至今。
据了解,目前,该公司技术放大到年产20万吨级工业化规模的工艺包已经完成。计划在两年时间内,分别在湖北新洲和广西北海筹建年产能10万和30万吨的生物质气化合成燃油的工厂,原料主要为林业剩余物和进口的棕榈油榨渣、枝叶,预计2016年底建成。
《能源》:先进生物燃料的生产成本大约为多少?是否又是需要补贴才能盈利?我国要发展先进生物燃料,需要面临的阻碍有哪些?
程序:阳光凯迪采用的方式生产出以生物合成柴油为主体的合成燃油,目前的成本是可控制在8000元/吨以内。如果今后规模化了,成本应该会有大幅的下降。
在这种成本条件下,不需要政府补贴,也是可以盈利的。目前,阳光凯迪急待向国家要的不是补贴,而是油品准入市场的政策,希望产品能够到市场上去参与公平竞争的准入。因为我国的油品市场准入具有垄断性,如果阳光凯迪生产的生物合成油不能进入市场合法交易,那阳光凯迪就会陷入困境。
《能源》:那您对我国发展先进生物燃料有哪些建议?