生物质乙醇 -

生物质乙醇
一生物质能源的发展前景
随着中国经济的高速增长，以石化能源为主的能源消费量剧增，在过去的20多年里，中国能源消费总量增长了2.6倍，对环境的压力越来越大。

2003年，中国二氧化碳排放量达到8.23亿吨，居世界第二位。

2025年前后，中国二氧化碳排放量可能超过美国而居首位。

2003年，中国二氧化硫的排放量也超过了2000万吨，居世界第一位，酸雨区已经占到国土面积的30%以上。

中国二氧化碳排放量的70%、二氧化硫排放量的90%、氮氧化物排放量的2／3均来自燃煤。

预计到2020年，氧化硫和氮氧化物的排放量将分别超过中国环境容量30%和46%。

根据我国的可持续发展战略，生物质能源的发展具有良好的发展前景。

二生物质能源的介绍
2.1生物质
生物质( biomass，生态学中常译为生物量)是在讨论生物能源( bioenergy)时常用的一个术语,指地球上所有活的和死的生物物质以及新陈代谢产物的总称。

具体来说,生物质资源( biomass resources)包括:所有动物和植物及其排泄物、农业和林业的废弃物、食品加工和林产品加工的下脚料、餐饮业的残羹、城市固体废弃物(municipal solid waste,MSW) 、生活污水( sewage) 、工业废水( black liquor)等。

据估算,地球上每年生产的生物质总量约1400～1800亿t (干物质)。

生物质是储存太阳能的独特单元,其内部蕴含着巨大的生物质能( biomass power) ,而这些能量最初来源于自养生物的光和作用。

生物质作为唯一可再生碳源,兼具无净碳排放、硫含量低和可生物降解等环境友好以及廉价的特点,这使得生物质能源成为世界各国竞相发展的可再生能源之一。

2.2生物质燃料
生物质能源是指能够提供可更新能源供应品——生物燃料的主要构成部分,用以生产热能、动能和电能的那部分生物质资源。

该定义涵盖了两个要点:第一,生物质资源都是潜在的生物质能源,但二者并不等同,只有当生物质资源是用来生产人类所需的热能、动能和电能时才能被称为是生物质能源；第二,生物燃料
是人类所要利用的那部分生物质能的载体。

由植物经光合作用固定的太阳能是世界基础能源消耗量的五倍之多,也就是说被利用的生物质能只占理论生物质能储量的2%～3% ,这意味着生物质能源被开发利用的空间还十分庞大。

生物燃料（biofuel）它涵盖所有以农林产品或其副产品、工业废弃物、生活垃圾等生物有机体及其新陈代谢排泄物为原料制取的燃料。

但大多数情况下,“biofuel”用来专指生物乙醇、甲醇和生物柴油之类的液态生物燃料。

因为液态生物燃料产品被认为是汽油和石化产品的最佳替代或补充。

2.3乙醇燃料的制备
生物乙醇是以富含淀粉，糖分的生物质为原料通过发酵和蒸馏提纯制得的乙醇，属于可再生资源。

生物质原料包括玉米，高粱，小麦，大麦，甘蔗，甜菜，土豆等含糖类和淀粉的农作物。

此外城市垃圾，甘蔗渣，小树干，木片碎屑等纤维质原料也可用来生产生物乙醇。

目前生物乙醇主要来自于谷物粮食发酵，该工艺生产技术已经相当成熟，但生产成本较高，且受到粮食安全等社会因素的制约。

生物乙醇最廉价的智取途径是废弃的农作物秸秆发酵。

生物乙醇可以单独或与汽油混配制成乙醇汽油作为汽车燃料。

汽油掺乙醇有两个作用：一是乙醇辛烷值高达115，可以取代污染环境的含铅添加剂来改善汽油的防爆性能；二是乙醇含氧量高，可以改善燃烧，减少发动机内的碳沉淀和-氧化碳等不完全燃烧污染物排放。

同体积的生物乙醇汽油和汽油相比，燃烧热值低30％左右，但因为只掺入10％，热值减少不显著，而且不需要改造发动机就可以使用。

生物燃料乙醇是通过发酵法生产的，即利用微生物的发酵作用将糖分或淀粉，也可将纤维素类水解生成单糖后再发酵产生乙醇。

用于发酵转化为乙醇和CO
2
法制取燃料乙醇的原料，按成分分为三种：糖质、淀粉质和纤维素，后两种原料均需要先通过水解得到可发酵糖；按照发酵过程物料存在状态，可分为固体发酵法、半固体发酵法和液体发酵法；根据发酵醪注入发酵罐的方式不同，可分为间歇式、半连续式和连续式。

糖质原料制取乙醇技术是以甘蔗、甜高粱茎秆为原料，经过物理方法预处理后，采用发酵蒸馏的方法生产燃料乙醇；淀粉质原料制取乙醇技术是以玉米、木薯、甘薯等淀粉含量高的生物质为原料，经过粉碎、蒸煮和糖化后，形成可发酵性糖，再进行发酵处理，得到燃料乙醇的技术；纤维素原料制取乙醇技术是以秸秆为原料，经过物理或化学方法预处理，利用酸水解或酶水解的方法将秸秆中的纤维素和半纤维素降解为单糖，然后，再经过发酵和蒸馏生产的燃料乙醇的技术。

2.4乙醇燃料的发展前景
目前世界上使用乙醇汽油的国家主要是美国、巴西等国。

在美国使用的是E85乙醇汽油，即85%的乙醇和15%的汽油混合作为燃料，而美国是用甘蔗和玉米来生产乙醇的，这种E85汽油的价格与性能与常规汽油相似。

我国化石资源相对缺乏，必须大力发展生物乙醇燃料。

一方面，我国面临能源短缺的压力。

2009年中国的石油对外依存度突破51.2%，到2020年中国石油需求量将高达4.5亿吨，其中2.5亿吨来自进口。

近年国际油价大幅飙升，对中国经济造成了影响，利用可再生资源发展生物乙醇，可以部分替代常规能源，有效缓解能源短缺。

另一方面，发展燃料乙醇是调整我国农业结构，提高农民收入的有效手段。

生物质的利用可以带动农村经济，增加农民收入，促进农业的工业化、中小城镇建设、富余劳动力转移，缩小城乡差别。

特别是可以有效地利用盐碱地、滩涂地、生荒地等，组织农村富余劳动力种植能源作物，促进农业产业的良性循环，形成一个长期、稳定、可控的生产和消费市场，为农业的产业化和解决“三农”问题探索一条新途径。

另外，推广燃料乙醇还可以减少化石燃料对环境造成的污染，对环境起到保护和改善作用。

用乙醇替代等量汽油，可降低汽车尾气有害物质和温室气体的排放，为实现我国碳减排的长期目标提供了支持。

目前，我国淀粉类原料发酵法制取乙醇技术比较成熟，并已经进行了工业化生产，中粮集团正在广西北海建设年产20 万吨燃料乙醇项目。

我国在甜高粱、木薯等能源作物开发和利用方面取得了一定成绩，自主开发的固体、液体发酵工艺和技术达到应用水平，并在黑龙江省建成年产5000 吨的甜高粱茎秆生产乙醇示范装置。

但是，目前还存在着发酵菌种培育、关键工艺和配套设备优化、废渣废水回收利用等问题。

据测算，我国农作物秸秆年产量约 6 亿吨，其中有 1.5亿～2 亿吨可能源化利用。

纤维素原料来源比较丰富，有一定的发展前景。

国际能源公司都在竞相改进将纤维素转化为乙醇的技术。

但由于技术上的限制，目前世界上还没有一家纤维素乙醇制造厂的产量达到商业规模。

我国也正在开展纤维素制取燃料乙醇的技术研究开发，中粮黑龙江肇东酒精有限公司、安徽丰原集团、山东龙力科技有限公司等建立了千吨级纤维素乙醇中间试验装置。

在纤维素生物转化利用的过程中，需要解决木质纤维素分子对生物转化的抗性，将大分子多糖降解为可发酵糖；通过微生物代谢工程和基因工程研究，由可发酵糖进行生物转化；简捷、高效的下游过程技术产物分离等重大技术问题。

以甜高粱、木薯和甘薯等低质糖类和淀粉类作物为原料生产燃料乙醇，具有单位土地面积产量较高、生产成本较低、化石能源替代效益高于玉米燃料乙醇的优点，是近期可行的发展方向；而纤维素燃料乙醇因目前技术尚不成熟，成本最为高昂，其规模化发展仍有赖于重大技术突破和显著成本下降。

因此，综合考虑
土地生产率、生产成本和化石能源替代效益，近中期我国应主要利用劣质土地发展以木薯、甘薯和甜高粱为原料的非粮燃料乙醇，并加大纤维素燃料乙醇研发力度，力争在中远期实现商业化应用。

三在中国发展生物燃料的几点看法
在我国这样一个人口众多、耕地面积有限的大国发展生物燃料，“不与人争粮,不与粮争地”应该是一个合理的基本原则。

要坚持这个原则，又要发展生物燃料产业, 就须建立“多功能生产(multifunctionalp roduction) ”型的生物燃料原料基地。

所谓生产的多功能性,是指在生产过程中能将人类所需常规物品(如粮食、纤维素等)和生态服务功能耦合在一起。

其中，生态服务功能体现在土地得到休养生息、地上植被得以恢复、生物多样性得到保护等等。

多功能生产正是体现了可持续科学的理念。

我国目前有荒漠化和盐碱化土地260万km2 (占国土总面积的27. 32% ) ，还有7300km2 退耕地。

若能够因地制宜地利用好这些土地资源来种植适宜的能源植物，这将既能起到恢复生态又能创造经济价值的双重收益。

但是,我国目前生物能源的重点尚局限于农业、林业及二者的废弃物，以及南方地区的一批能源植物。

有人提出,要在广袤的干旱、半干旱地区实现可持续发展，必须要将生态系统恢复、土地利用方式转型和多样化(包括发展生物燃料)以及社会和经济发展相结合，在可持续科学( sustainability science)和景观生态学(包括景观规划和设计)原理的指导下，建立与时俱进、适应变化的人类——环境耦合系统。

例如，内蒙古有78. 8045万km2 草地，依托畜牧业而发展的肉品、乳品、皮毛绒制品加工业是草原地区经济创收的支柱产业。

过度放牧使草原严重退化，甚至在出现大面积沙化,致使沙尘暴频繁发生。

此外自然灾害、鼠害和蝗灾也呈增加趋势，草原生态系统功能和服务不断下降。

20世纪90年代就有调查研究表明：内蒙古近90%的草地已经呈现不同等级程度的退化，而退化草地的初级生产力只有未退化草地生产力水平的一半或更低。

显然，内蒙古草原无论是从生态还是社会经济发展方面都是在不可持续的轨迹上运行。

要改变这一现状，就必须要对其落后的生产方式进行改革，实施科学的生态系统管理政策。

发展生物燃料在内蒙古可持续发展中可以起到重要作用。

具体地说，要恢复大面积的退化草场就必须要实行禁牧，让其通过自然演替过程恢复植被；而畜牧业的长期发展须采取圈养、饲育厂和集约经营的途径，饲料的来源包括一些人工草场和天然打草场；同时发展草地生态系统作为第二代生物燃油的原料生产基地。

四结语
发展生物燃料一方面要清楚地认识到发展生物燃料是大势所趋，必须予以重视；另一方面则要强调以科学为依据，谨慎从事。

尤其是对于液体生物燃料的大型项目，必须要先弄清生产加工原料的长期来源问题和液体生物燃料生产所涉及的一系列技术问题。

世界人口在不断增加，生态系统日趋退化，环境问题与日俱增。

在这种情况下，“不与人争粮，不与粮争地”是生物燃料发展应该遵循的一个基本原则。

在人口众多的农业大国应当如此，在土地退化严重、生态系统脆弱的干旱和半干旱地区，更当如此。

因此,生物燃料的发展不应该只是为了能源的需求，而应该作为地区和国家可持续发展整体计划的一部分，科学的、合理的发展生物质能源。

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