第二代生物质液体动力燃料的研究

第二代生物质液体动力燃料的研究

汤兆平,孙剑萍

(华东交通大学,南昌　330013)

摘要:第二代生物质液体动力燃料主要包括纤维素乙醇、生物原油精炼动力燃料以及生物质气化合成液体燃料,阐述了它们的生产工艺、成本,分析了其特性及对发动机性能的影响。

关键词:生物质燃料;第二代产品;生产工艺;特性

中图分类号:TK6 文献标识码:A 文章编号:1006-0006(2009)01-0001-02

Research on Second Genera ti on B i o ma ss L i qu i d Fuel of Veh i cle Eng i n e

TAN G Zhao 2ping,SUN J ian 2ping

(East China J iaot ong University,Nanchang 330013,China )

Ab s tra c t:The second generati on bi omass liquid fuels of vehicle engine include mainly cellul ose alcohol,power fuel

fr om refining crude oil as well as liquid fuel fr om bi omass gasificati on .Their p r oducti on technol ogies,cost were intr oduced,and effects of their characteristics p r operty on engine perf or mances were analysed .

Key wo rd s:B i omass fuel;Second generati on p r oduct;Pr oducti on technol ogy;Characteristic p r operty

随着化工燃料的逐渐减少,生物质液体燃料将成为世界上使用最多的车用替代燃料,其第一代产品主要包括燃料乙醇和第一代生物柴油F AME 。以美国、欧洲、巴西、中国等为代表的国家和地区,由于大量使用玉米、棕榈油等作为生产生物燃料的原料,已经拉动全球饲料及农牧产品价格的大幅上涨,同时造成全球粮食供求关系偏紧,其库存处于近30年的谷底。据统计,全球有37个国家因战乱和自然灾害而面临粮食危机,有8.54亿人处于半饥饿状态。发展生物能源,首先要充分尊重人的生存权,因此研究第二代生物质液体燃料不仅具有很高的经济价值,更有重大的战略意义。

1　生产工艺及成本比较

第二代产品是以植物纤维(如木屑、秸秆等农业废物)为生产原料的运输燃料,主要包括纤维素乙醇、生物原油精炼的动力燃料及生物质气化后合成的液体燃料。德国可生长原料联合会估计,在2020年第二代生物质液体燃料将满足德国25%的燃料需求,并有替代生物柴油的趋势。大众汽车公司预测,到2015年第二代生物质燃料将全面取代第一代生物燃料。

植物纤维主要通过生物或热化学法转化为液体动力燃料。现代发酵技术的迅速发展,使生物法制取技术提高到一个崭新的水平,其中水解发酵是最具竞争力的工艺。

生物原油精炼动力燃料、生物质气化合成液体燃料常采用热化学法得到。目前热化学法由于其生产工艺复杂、设备投资大、生产规模相对较小,致使生产成本居高不下。

1.1　纤维素乙醇

加拿大I ogen 公司是当今世界纤维素乙醇生产技术最强的企业,目前拥有世界最大的纤维素乙醇生产线。纤维素乙醇水解发酵工艺一般有酸水解发酵和酶水解发酵2种。

1.1.1　酸水解发酵

酸水解法是在120～200℃的环境下,依靠矿物酸(H 2S O 4或

HCl )水解木质纤维生物质,水解产物经发酵生成乙醇。酸水解法反

应速度快且易完成,由于酸水解液中虽然含有可发酵的糖,但也含有抑制微生物对糖发酵的化合物(如由糖降解所产生的糠醛和羟甲基糠醛等),因此在发酵前需将这些化合物脱除。目前脱除的方法很多,效果较好,但处理成本过高。另外用酸水解所得糖液来发酵酒精的产率只有理论值的50%～60%。

2005年2月,世界上最大的食糖和酒精制造集团———巴西Dedini 公布,他们针对甘蔗渣开发的有机溶剂预处理和稀盐酸水解相结合的“Dedini 快速水解”(Dedini H idr ólise R áp ida )技术,首次大规

模示范制造,成本已降至27美分/L (1.02＄/USgal ),能与当时的石油价格进行竞争。

1.1.2　酶水解发酵

酶水解是利用特殊的酶分解纤维素释放糖。同酸水解相比,酶水解具有反应条件温和、不生成有毒降解产物、得糖率高和设备投资低等优点。但纤维素酶的生产效率低,成本高。2006年8月,我国河南天冠集团开始建设年产3000t 的纤维素乙醇项目,生产成本高达

6000至6500元/t,比小麦为原料生产燃油乙醇的成本高500元至1000元。

2005年,美国诺维信酶制剂公司配制的新复合酶制剂,结合美

国国家可再生能源实验室预处理技术,使玉米秸产乙醇用酶的成本降至原来的1/30。化工业巨头杜邦在改良乙醇生产用细菌———运动发酵单胞菌(Zy momonas mobilis )基因中也取得重大突破,这些细菌在分解玉米粒中的葡萄糖和纤维中的木糖时能一样有效,有望将成本降到用玉米粒生产乙醇的水平。美国能源部认为酶处理成本已不再是产业化的主要障碍,其大规模工业化应用将带来燃料乙醇生产原料和转化技术的根本性变革。

1.1.3　热化学路线

2007年10月,美国乔治亚州的Sopert on 厂成功利用伐木后的剩

余物(枝、叶等)做原料,先将其气化,然后高温分解转化为合成瓦斯,再经化学提炼为酒精。Range Fuels 能源公司表示,他们将于明年建好首座年产约7580万dm 3(2000万USgal )的厂房,并希望未来

收稿日期:2008-01-07

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1・第36卷第1期 拖拉机与农用运输车 Vol .36No .12009年2月 Tract or &Far m Trans porter Feb.,2009