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新能源之路,怎樣避開“糧”字而獨辟蹊徑

字體: 放大字體  縮小字體 發布日期:2008-09-03  瀏覽次數:377
荒地遍植能源草   乙醇原料不用愁

  一直以來,人們總是輕視草所蘊含的些許能量。但農學家從沒有這樣認為,他們已從6500種野生雜草里找到30 種“能源草”,可用以制取生物乙醇,也可發電。美國有一種分布極廣的雜草,俗稱“黃鼠草”,用這種草可提煉生物乙醇,每公頃野生黃鼠草能提煉出1噸乙醇,而每公頃人工栽培的雜交黃鼠草最高可提煉6噸。若按這個比例推算,那么在方圓30 公里的土地上種植這種雜交黃鼠草,平均一晝夜能產50千克“石油”。因而,能源草已被認為是最有發展前途的生物質資源之一。

  在2008世界草地與草原大會上,中國農業大學草業科學系教授張英俊表示,生物質能是清潔能源的重要組成部分,中國計劃用適宜的草本植物開發液體燃料能源。由中國農業大學資源與環境學院教授胡林提供的研究報告講,中國未被利用的荒草地,是最重要的保留土地資源之一,如果把其中能適合種植的361萬公頃荒草地種植能提煉乙醇的能源草,每年潛在的生物乙醇產量可達1100萬噸,能替代當今中國汽油消費的23%。這份研究報告還說,盡量減少對食物和其他農產品生產的影響,是開發生物能源產業的基本原則。作為邊際土地,未被利用的荒草地是中國生物能源生產的一條重要途徑。

  因中國用草本植物產油,現在還處在計劃階段,所以考察適宜中國氣候和土壤生長的草本產油植物,變得十分緊迫。國內專家特別推薦了兩種在我國生長廣泛的菊芋(洋生姜)、錦葵。這里,尤其需要大書特書的是菊芋,不但可在荒草地試種,而且適合海邊鹽堿灘涂推廣。一次種下,自然生長;每年挖取其塊莖即可,第二年還會自己生發;畝產量可達萬斤。菊芋的糖的含量,超過甘蔗30%,甜度是蔗糖的一倍,出油率非常高。

  如果要放寬視野,積極從國外引進、栽植優良產油草本,在中國荒草地進行試驗,也是一刻也不能遲疑下去了。可喜的是,國外植物學家已有重大發現。據悉,在澳大利亞北部,生有兩種可提取石油的多年生野草—桉葉藤和牛角瓜,產油率都較高。

  更值得稱道的是,我國著名菌草技術發明者、福建農林大學林占 研究員,種出了一種產量非常高、可用來發電的巨菌草。據透露,浙江蘭溪電廠與林占達成協議,將巨菌草當作發電的能源草,在蘭溪市試種17畝并將推廣。

  今年10月能源草將收割,屆時將進行現場鑒定,仔細測定每畝草究竟能發多少電。

  營建產油林木基地 功到必有利

  草,能產油;產油之樹,更是“油”氣沖天。諾貝爾獎金獲得者,美國著名化學家卡爾文教授,早在20世紀70年代首次在巴西的熱帶森林中就發現一種橡膠樹,這種樹在半年之內每棵可分泌出20一30公升的膠汁,其化學成分同石油相似,不必經過任何提煉,即可當作柴油使用。通常每棵橡膠樹每年能產油50千克。如果搶抓機遇大規模造林,效益肯定不錯。

  巴西還有一種鼎鼎大名的苦配巴樹,人稱“石油樹“。苦配巴高30米,粗約l米,在樹干上開個孔,原油就會源源流出,一晝夜可出原油25千克左右,隔40天左右可采集一次,這種油可直接用于柴油機。卡爾文教授在1986年就首開人工種植“石油樹”之先河,在加利福尼亞種了0.4公頃“石油樹”,一年收獲50噸石油,他的成功在世界上激起一股研究開發“植物石油”的浪潮。美國成功地栽培續隨子和緣玉樹兩種“石油樹”。這兩種樹,每公頃可采集原油最高達125桶。

  中國也擁有豐富的木本油料樹種,種子含油量在40%以上的植物有154種,目前總面積超過400萬公頃,果實產量超過500萬噸,具有開發乙醇燃料的廣闊前景。此外,中國尚有宜林荒山荒地超過8億畝,鹽堿地、沙地、礦山、油田復墾地等邊際性土地有近15億畝,都可以用來種植能源樹種,補充未來發展對生物質能源資源的需求。

  中石化、中海油等國家能源龍頭企業,看好林業乙醇燃料發展潛力,在內蒙古、安徽、湖南、四川、云南、海南、貴州等地進行小桐子、文冠果、黃連木等優良種苗基地培育。我國西部和華南地區的油桐、麻瘋樹(麻瘋樹籽含油率達50%) ,更是加工轉化乙醇燃料的良好原材料,現有10萬畝,到2010年種植面積可達1000萬畝。

  我國把發展林業生物質能源,已作為現代林業建設的重要內容,將規模化培育能源林列入林業“十一五”發展規劃,初步提出到2020年培育能源林2億畝。全部成林后,加上現有林業資源,每年可達到提供600萬噸乙醇燃料原料和4億噸木質纖維燃料的發展目標。

  打開海藻“能源庫”,闖入阿里巴巴之門

  也許林業在各種內外力量的推動下,會有足夠的自信將生物乙醇產業從小打小鬧轉向規模生產,但林木生長的長時間則成為對每個林業經營者的考驗。而且,人們對相應的知識譜系是否有相似的了解,是否有積極而樂觀的興趣,也是問題所在。

  英美專家出語驚人:海洋中,蘊藏著極其豐富的海藻資源。特別是在沿海和近海大陸架,全面推廣養殖高脂海藻,產業化制取乙醇或用其發電,是人類闖入新能源的阿里巴巴之門。海洋是另一片“廣袤的土地”,完全可以通過基因工程方法“ 種出”可再生能源載體—海藻。

  美國紐約市新能源研究所,在海灣地域專門建池養殖海藻。為加快海藻生長,研究所施加氮肥并吹入二氧化碳,提高藻體類脂物含量,從中可提取類脂物可加工成柴油或汽油。每平方米水面,平均每天可獲500多克的藻體,含類脂物量67 %以上。這樣,每年可從藻體中提取燃料油122升,其成本費與目前的燃料油價格相當。另一家太陽能研究所的試驗海域,平均每年每平方米水面可提取燃料150升,能投入商業性生產。

  如果全世界沿海國家,都用“工程微藻”生產燃料乙醇,就完全不會影響國際糧食的價格,進而波及經濟安全。美國能源部和太陽能研究所,利用生長在美國西海岸的巨型海藻,成功地提煉出優質乙醇。大力發展“工程微藻”,使之成為新能源建設的崛起之師,變得舉足輕重。其優越性在于:微藻生產能力高,用海水作為天然培養既可節約農業資源,而且比陸生植物單產油脂高出幾十倍。發展富含油質的微藻,是燃料乙醇用料轉變的一大趨勢。

  令人驚嘆的是,美國研究人員還培養出巨型海藻馬尾藻和加州棕藻,建造了“海藻農場”。可產出龐大的海藻生物量,既用于制造沼氣又可制藥。這兩種巨型海藻生長非常快,每天至少長0.6米,易再生,收獲后無須再種,可源源不斷地提供海藻生物量。

  美國設在科羅拉多州的太陽能研究所用一個直徑20米的池塘養殖藻類,年產藻4噸多.可產油3000多升。日前,這個研究組正從分子生物學角度,開發能產至多的油脂類的藻類,研究目標是在2010年前,用藻類生產的乙醇能提供美國機動車所用燃料總量的8%-10%。

  以生物質氫能   神奇點化未來世界

  在“綠色能源成為世界清潔閥”等等類似命題的教育下,天空、陸地、海洋中的“行走”的飛機、輪船和汽車,需要的不止是一個生物乙醇。向往最潔凈之路的生物質氫能—有了比生物乙醇更環保的渠道,但準入的門檻也更高。

  氫能是一種儲量大、后續性強、熱效率高的環保型能源,它可通過一定方法利用其它能源質制取。據推算,如把海水中的氫全部提取出來,它所產生的總熱量比地球上所有化石燃料放出的熱量還大9000倍。水經電解,可以制氫,但電耗過高,不適宜大規模生產。

  當前,用生物質氣化制氫,是最經濟實惠的方法。研發生物產氫技術,離不開海水中的藻類和光合細菌。大量培養海洋藻類,然后通過光合作用和光合細菌產氫,是一條大有希望的途徑。光合細菌產氫,是在將海藻中的氫元素通過裂解或者氣化的方法提取出來。科學家著眼于遺傳工程技術和細胞固定化技術,可使光合細菌“推動”海藻生物連續產氫。加拿大、德國、日本等國家,正全力支持這項生物產氫技術。在加拿大,已建成每天生產液態氫10噸的工廠。德國建立了“藻類農場”產氫。

  特別令人驚奇的是,用光合細菌處理高濃度廢水(如造紙廢水),既防止污染、保護環境,又能獲取菌體蛋白質及其他生物活性物質,用以產生氫氣。而中國哈爾濱工業大學教授任南琪,獨辟蹊徑利用有機廢水發酵法通過微生物制氫,傲視天下。這種產氫過程,伴隨有機物的降解,能使廢水得到凈化,可謂“一箭雙雕”。

  用各種各樣的生物質產氫,不僅用作汽車燃料,而且經液化后運往所需地,還能用作電廠燃料。若將氫液化,然后將液氫冷卻,使之成為冰糕狀叫脂膏氫,可作火箭的“口糧”。火箭使用這種脂膏氫,發射力可提高1.5倍。我國早已試驗成功的氫彈,也是氫能的一種特殊應用。

  浙江大學新材料所與內燃機所,最近合作成功地改裝了一輛燃用氫-油混合燃料的中巴車,通過添加約4.7Wt% 氫氣進行的氫-汽油混合燃料燃燒,平均節油率達44%。我國自行研制的30kw氫燃料電池電動汽車,成為氫能利用的新看點。以氫作燃料的汽車,在經濟性、適應性和安全性方面均有良好前景,但目前存在貯氫密度小和成本高兩大障礙。大量廉價氫的生產,是實現氫能利用的根本。而且,氫能的使用必須推廣氫加注站,讓加氫像加汽油一樣方便。但值得注意的是,氫分子重量輕,極易向空氣中泄漏、擴散。

  木質纖維液化發酵   好一個“點木成金”

  畢竟以氫作燃料的時代,還是遙遙無期。其成功運轉,需要國家的強力推進。因作為高技術的能源產品,它還只是擁有極少量的商業擁躉。生物制氫技術的發展,完全按照從專業研究中獲得的用戶偏好進行調試。對有限的消費者來說,僅是對時尚消費符號的占據和認知。在汽油、柴油穩穩占據能源市場的主流位置的時刻,生物乙醇才是最現實的力量。尋找生物乙醇原料的國情回歸,才是生物燃料產業發展的理性之路。

  但只在現有液體燃料標準統治下,人們對生物乙醇的選擇并不見得那么仁慈,在征服市場的過程中,需要國家根據的中國的實際來前瞻操作。譬如,木質纖維植物儲備量巨大,是中國的國情實際之一,國家需要給予政策助力。木質纖維,作為能源材料,當前的主要方式是直接燃燒。這樣燃燒不但不完全,而且對環境造成巨大污染。液化,是大規模利用木質纖維素的最有效方法之一。真正的遠見,是對未來機遇的有效預想和大膽試驗。木質纖維生物乙醇,用詩意一點的話說,坦白、清新— 它在優美地觸及現實的痛點,它的美妙與中國的漂亮干凈具有獨特關系。

  以木質素纖維的“水解液”(先期處理過的木生物質)為原料,采用特定微生物進行油脂發酵,是一項適合我國國情的制取乙醇燃料的“康莊大道”。該路線不依賴耕地和油料植物,木質原料經水解得到廉價的碳源,纖維素發酵后得到微生物油脂,再經酯化制備生物乙醇燃料。欲加速擴大產油微生物的規模并縮短發酵所需時間,須高度關注全細胞生物催化劑的應用。令人始料不及的是,木質纖維素液化后,不但可制得生物乙醇,還可得到可燃性氣體。

  全面研究國情現狀,從普通的生物質入手“點化”財富,是大有可為的。在中國生物質能轉化中,我們必須從自有的豐富、廉價資源出發,從有價值推廣的生物品類出發,看準的事情,就堅定不移地干下去。清華大學劉德華教授強調,生物質能利用,特別是乙醇燃料,是我國建設和諧社會、解決“農業、能源、環境”難題、理順國情實際的最佳切合點。我國的老少邊窮地區—生物質能與土地資源富集,通過發展生物產業,可以讓這些地區形成新興產業,讓農村地區形成工業化支點。劉教授曾專門到青海省調查,青海是德國面積的兩倍,非常適合種植油菜。現在德國通過生產乙醇燃料年產量140萬噸,如果青海能夠發展到德國水平,其產業鏈收益非常可觀。再如,我國新疆棉產區面積廣大,如果在棉籽中引入一個產油基因,即可讓棉籽產生很高的副效益。

  用秸稈造油 變廢為寶的“朝陽工程”

  油菜籽和棉籽,說到底是著眼乙醇原料的地域生產安排、育種專項突破,但并沒有針對中國本身的獨特現實,做一番從實際出發、從現在出發的構想。生物質資源中90%的木質纖維素尤其秸稈未被利用,這才是中國存在最廣泛的可再生性生物質資源的現實。中國是一個農業大國,生物質一直是農村的主要能源之一。

  目前,絕大部分農作物秸稈,因得不到有效利用而就地焚燒于農田,不僅浪費了大量的能源,而成了嚴重的環境污染。眾多糧食、木材、茶葉、果類等加工廠,每天都有大量的谷殼、鋸末、木屑、果殼等廢棄物產出堆放,亟須生物質氣化轉換成可燃氣。我國扶持秸稈、谷殼、鋸末、木屑、果殼等生物質能源產業發展的政策,尚缺乏可操作性。中央和各級政府應盡快制定出相關政策,以此作原料產油—每噸價格補貼多少,以此發電上網—實行怎樣的優惠政策。如這些政策及時、有效、有推動性,可以盡早實現生物乙醇非糧生產的產業化拓展。

  中國科學技術大學生物質潔凈能源實驗室,早在2006年就成功研制出每小時可處理150公斤生物質秸稈熱解液化工業中試裝置。曾先后采用玉米稈、棉花稈、木屑和稻殼等多種原料進行的熱解液化試驗表明,秸稈產油率50%以上、木屑產油率60%以上。這種方式得到的初級生物油,通過水蒸汽催化重整,可制取較高氫/碳比的富氫合成氣(主要組分為H 2/CO/CO2的混合氣)。這種合成氣進一步純化,可獲得氫氣,也可通過不同的工藝合成制取柴油、汽油、甲醇或二甲醚等高品位的液體燃料。

  最令人激動的是,安徽豐原生化集團公司,將秸稈乙醇燃料技術打造成中國特色的“點柴成金”術。他們通過聯合攻關,經一系列深加工最終轉化為燃料乙醇。據悉,豐原“農作物非食用性產品加工轉化項目”已進入中試階段,2006年1 0月,我國政府決定在安徽豐原建立研發秸稈燃料乙醇國家級實驗室。將秸稈燃料酒精的研發列為了國家重大科技專項,秸稈乙醇不再是一個遙不可及的神話。

  專家測算,如果我國每年能利用全國50‰的作物秸稈、40‰的畜禽糞便、30‰的林業廢棄物,以及開發5‰的邊際土地種植能源作物,并建設約1000個生物質轉化工廠,那么其產出的能源就相當于年產5000萬噸石油,約為一個大慶油田的年產量,農民也因此新增收入400億元和一千多萬個就業崗位。
 
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