生物燃料

绿色化学结课论文

绿色化学之生物燃料

摘要

阐述了国内外生物乙醇燃料研究进展，分析了其经济、能源、环境、社会效益，肯定了其能源战略地位，提出几条实现我国生物燃料规模化发展的可行性建议以资借鉴。全球变暖、化石能源日渐消耗……引发了人们对新型、可再生能源的深刻思考。如美国、中国等国正积极开发、利用生物质燃料乙醇生产技术。但如果一如既往以大量粮食生产燃料乙醇势必和人“争食”、“争地”，造成人类生存隐患，走“非粮”路线是大势所趋。其中，纤维素地球贮量丰富，其能量来自太阳，通过光合作用固定下来，取之不尽，用之不竭，各国正如火如荼地进行着相关研究。本文分析了燃料乙醇发展经济、能源、环境、社会效益，肯定了其能源战略地位。并提出几条实现我国生物燃料规模化生产的可行性建议。

关键词：乙醇燃料能源

1国内燃料乙醇发展概况

由于燃料乙醇在中国的推广使用还处在初级阶段，产销各个环节政府行为色彩比较浓，离真正的市场化有很远的距离。为了合理利用资源，国家对燃料乙醇的立项投产非常谨慎。2004年2月10日，八部委联合下发《车用乙醇汽油扩大试点方案》和《车用乙醇汽油扩大试点工作实施细则》，在中国部分地区开展车用乙醇汽油扩大试点工作。目前，获得国家批准生产的企业有4家：河南天冠燃料乙醇有限公司、吉林燃料乙醇股份有限责任公司、安徽丰原生物化工有限公司、黑龙江华润酒精有限公司，已形成燃料乙醇生产能力122万t。根据《车用乙醇汽油扩大试点工作的实施细则》，黑龙江、吉林、河南和安徽四省首先在全省范围内推广使用车用乙醇汽油。由于还有部分酒精、氨基酸生产企业也能够生产燃料乙醇，全国燃料乙醇的生产能力实际大于这4家企业的生产能力据环球能源网统计，目前中国生产的燃料乙醇总量为102万t，大约使用粮食400万t，基本使用陈化粮。不过，随着中国国内汽油消费量的增加，现有的燃料乙醇生产能力

根本不能满足试点区域的市场需要。所以，在中国发展燃料乙醇的问题上一直有较大的争议。

目前，中国是继巴西、美国之后全球第三大生物燃料乙醇生产和消费国。“十一五”期间将生产600万吨生物液态燃料，其中燃料乙醇500万吨。实践证明我国过去以粮食为原料生产燃料乙醇，不符合国情，探索非粮能源资源是大势所趋。全国相关研究正如火如荼进行着，呈现一派“百花齐放，百家争鸣”的景象。特别是筹建中的中国科学院青岛生物能源与过程研究所，顺应时代潮流而生，肩负历史、国家使命，是集中力量办大事的“国家队”。

2 中国能源战略

随着全球变暖和化石能源消耗，人们对新型替代能源--乙醇的关注度日益上升，正成为许多国家新能源政策的重要组成部分。以此为契机，8年前中国上马了燃料乙醇项目，也意在解决过剩陈化粮问题。经过1999-2005几年间不懈努力，国家首批4家燃料乙醇定点生产企业完成了规划建设的102万吨产能，基本实现了“十五”提出的“拉动农业、保护环境、替代能源”三大战略目标。然而我国人口众多，人均耕地少，用大量粮食生产燃料乙醇必然要和人“争食”、“争土地”，造成人类生存空间越来越小，不符合我国国情。因此，2006年12月国家发改委和财政部联合下发了《关于加强生物燃料乙醇项目建设管理、促进产业健康发展的通知》要求生物燃料乙醇项目建设需经国家投资主管部门核准，未经国家核准不得增加产能。

在规划实施中，国家采取国际通行做法，对燃料乙醇生产给予财政补贴和产业政策扶持。财政补贴额逐年减少，2007年每生产一吨燃料乙醇国家给予1373元补贴，到2008年底将采取弹性补贴方式以尽可能避免企业亏损。未来工作依据是国家《生物燃料乙醇及车用乙醇汽油“十一五”发展专项规划》，其总体思路是积极培育石油替代市场，促进产业发展；根据市场发育情况，扩大发展规模；确定合理布局，严格市场准入；依托主导力量，提高发展质量；稳定政策支持，加强市场监管。其基本原则有7条：因地制宜，非粮为主；能源替代，能化并举；自主创新，节能降耗；清洁生产，循环经济；合理布局，留有余地；统一规划，业主招标；政策支持，市场推动。“十一五”期间我国将生产600万吨生物液态燃料，其中燃料乙醇500万吨。这一产量的制定主要取决于全国用于非粮生产的盐碱地和荒地面积。并且国家将继续实行生物燃料乙醇“定点生产、定向流通、市场开放、公平竞争”的相关政策。

3燃料乙醇效益

燃料乙醇是通过对乙醇进一步脱水，再加上适量变性剂制成。目前，中国试点推广的E10乙醇汽油是在汽油中掺入10％纯度达99.9％以上的乙醇制成。简而言之，燃料乙醇发展实现了“十五”规划中提出的“拉动农业、保护环境、替

代能源”三大战略目标，不仅部分解决了汽油紧张，拉动了大宗农产品的消费，为农民增加了收入，也促进了国家可持续发展战略。乙醇燃烧值仅为汽油2/3，但其分子中含氧，抗爆性能好，取代传统MTBE为汽油抗爆、增氧添加剂，避免了其毒害性 (致癌，地下水污染)，具有优良能源、环保效益。如汽油中乙醇添加量≤l5％时，对汽车行驶性能无明显影响而尾气中温室气体含量降低30％

-50％。添加10％，其辛烷值可提高2-3倍，还可清洁汽车引擎，减少机油替换使其动力性能增加。事非偶然，联合国工业发展组织就在维也纳乙醇专题讨论会上提出：“乙醇应该被当作燃料和化工原料永久的和可供选择的来源”。

4 燃料乙醇生产原料

一次能源必将耗竭，研究、开发可再生能源势在必行。以混配乙醇汽油 (E10乙醇汽油) 为例，每用1000万吨就可节省1O0万吨汽油，而要提炼这些汽油至少需要300万吨原油，足见乙醇的能源战略地位。

燃料乙醇生产原料主要有玉米 (美国)、甘蔗(巴西)、薯类、谷类等。不同原料全生命周期的能量效益也不同，由高到低依次是甜甘蔗、甜高梁 > 木薯 > 玉米、小麦。如巴西甘蔗能量比达到1︰8以上，玉米、小麦等粮食作物及木薯、甘薯大约是1︰1.3～1.4，产生正效益。然而以粮食为原料，势必与人“争粮”、“争地”，利用非粮资源是大势所趋。非粮资源包括木薯、甘薯、甜高梁，还有大量粮食作物秸秆，农业、工业、生活废料等纤维素、半纤维素、木素及其它可用生物有机质资源。其中，纤维素是地球上贮量最丰富的有机物，其能量来自太阳，通过植物光合作用固定下来。每年地球上由光合作用生成的植物体总量达1.5×l011 kg，40％是纤维素。按全球人口平均，每人每天可分摊到56 kg。日本就重点研究利用农、林废弃物等植物纤维素制备燃料乙醇。如我国过去以玉米为原料生产燃料乙醇，成本相对要高，不符合人多地少的国情。因此，现阶段国家对生物燃料乙醇项目建设实行核准制。“十一五”专项规划要求燃料乙醇生产走“非粮”路线。此外，欧盟、加拿大、菲律宾、墨西哥等国也正如火如荼地进行着相关研究。

5 燃料乙醇生产路线

对于生物质衍生合成气制乙醇有并存、竞争的化学法、生物法两种转化技术。

（1）生物法：纤维素、半纤维素，酸解或酶解或发酵→单糖 (五碳、六碳糖)，化学、酶催化及微生物发酵→乙醇

（2）化学法：纤维素、半纤维素、木素及其它生物体有机物，热解→合成气 (H2, CO)，化学或酶催化或微生物发酵→乙醇

在某些方面，化学法好比西药，强烈、见效快，生物法好比中药，温和、见效慢。两种方法“各有千秋”，其制约因素是成本和高效、廉价催化剂、酶和合适微生物的开发等关键技术。总而言之，生物法具有选择性、活性好、反应条件温和等优点，但原料利用率低、反应时间长、产物浓度低及酶、微生物活性易受影响且纤维素降解和单糖转化所需酶、微生物适于不同反应条件，不能很好耦合。相比，化学法具有原料利用率高、反应时间短、催化剂构成简单、没有严格反应条件限制等优点，但为高温、高压过程，对设备要求高。

6 经济分析

目前中国推广的E10乙醇汽油价格按国家同期公布的90号汽油出厂价乘以价格系数0.911。90号汽油目前出厂价不到5000元/吨。由于玉米价格上涨导致生产成本增加，每销售1吨燃料乙醇要亏损数百元且在汽油多次提价之前，每吨亏损一度达到了1000多元。此外，燃料乙醇定价机制不合理，有两个“倒挂”，不能充分体现其价值：一是油价倒挂，我国原油价格和国际市场接轨，但成品油没有实现接轨；二是燃料乙醇产品价格倒挂。原本成品油价格就低，再乘以0.911所形成的价格对燃料乙醇经济性就很差。另外，以燃料乙醇取代高价MTBE，而燃料乙醇各项指标接近或优于MTBE，价格更高才合理，但并非如此，从技术上也没有充分体现其经济性。就目前生产工艺而言，燃料乙醇生产成本本来就很高再加上定价机制不合理，导致生产企业严重依赖于国家财政补贴。

7 结语

全球大约12%的能量供应来自生物质的燃烧，其中发展中国家大约35%的初级能源为生物质能，主要集中在传统的领域(例如炊事);发达国家大约3%，主要作为商品能源，进行区域供暖或发电。为了促进生物质技术的广泛应用，各国分别制定了相应的目标和政策。例如，欧盟在《可再生能源白皮书》中建议在2010年将再生能源的使用份额提高到12%，达到京都议定书的要求，其中建议生物质能转化为电能和热能的总量将达到5，700PJ。

目前，我国已经成为世界能源消费大国，也是全球能源消耗增长最迅速的国家。在2002年世界初级能源消耗的增加量中，中国占68.5%，成为主要的能源消费国和进口国。2002年中国石油需求增长了5.8%，相当于2002年世界石油消耗量的增加值，己经取代日本成为全球第二大石油消费国.预计到2020年，我国能源总需求量为20亿吨标准油，石油和天然气的净进口重为3.1卜3.68亿吨，占能源消费量的15.85%、18.4%.

近20年来，我国在生物质能的应用方面取得了长足的进步，每年可提供相当于3亿多吨标准煤的能源，促进经济发展，保护生态环境，满足广大农村地区人们生活用能的要求。但与发达国家相比，无论技术层面或应用层面则具有较大的差距。我国每年产生50余亿吨的生物质，其中约6亿吨被用作能源，主要作为农民的生活和生产用能，能源利用率较低，仅为10%~20%。为进一步促进我国生物质能产业的发展，建议政府的有关部门制定优惠政策，研究高效的燃烧技术，促进建立生物质燃料收集、预处理和配送体系，积极推广村、镇级生物质供热系

统，鼓励建设与使用生物质发电系统及与煤混合燃烧发电系统，这将对我国社会、经济和环境持续协调发展起到重大深远的影响。

参考文献

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