物美价廉的生物燃料新星

■ 孟　迪

物美价廉的生物燃料新星

■ 孟迪

生物燃料泛指由生物质组成并经加工得到的固体、液体或气体燃料，其中的液体生物燃料可以替代由石油制取的汽油和柴油，是可再生能源开发利用的重要方向。由于生物燃料在二氧化碳减排方面表现出色，因此生物燃料的应用扩大将带来巨大的减排收益。国际能源署（IEA）预计，生物燃料在实现可持续生产之后，每年可避免21亿吨二氧化碳排放。

不过，推动生物能源走向高潮的高油价和环保两项要素，现在有了一些新变化。成本是限制生物燃料大面积推广的重要原因，特别是在全球油价低迷的背景下，生物燃料产业面临着严峻挑战。在世界上最大的生物柴油出口国阿根廷，受低油价冲击的生物柴油企业正身陷困境。这只是当前全球生物燃料产业现状的一个缩影，在美国、巴西、印尼的生物燃料企业，都面临着类似的困境。

尽管面临挑战，但生物燃料发展的脚步一直没有停止。近两年，都有哪些物美价廉的生物燃料原料进入世界科学家们的“法眼”呢？

以秸秆等废弃物为原料

以农产品为原料的第一代生物燃料在我国发展很快。中国科学院发布的《中国工业生物技术白皮书2015》显示，2014年我国生物燃料乙醇年产量约216万吨，生物柴油年产量约121万吨。虽然在使用过程中比化石燃料清洁，但在开垦土地、种植、生产等过程中仍会损害环境。所以，第一代生物燃料开启了生物燃料新的方向，即以秸秆等废弃物为原料的第二代生物燃料技术。

以玉米秸秆和玉米芯等农作物废弃物为原料生产的纤维素乙醇是一种新型清洁能源，并可以作为燃料乙醇来使用。据测算，添加10%体积燃料乙醇的车用乙醇汽油可减少一氧化碳排放25%～30%，减少二氧化碳排放约10%。近年来，越来越多的国家将发展生物质能作为替代化石能源的重要战略措施。

我国生物质能资源十分丰富，每年有7.5亿吨生物质急需综合开发利用，其中用植物秸秆生产纤维素乙醇就是较好的开发方式。在国家财税政策调节的引导下，中国燃料乙醇行业逐渐向非粮经济作物和纤维素原料综合利用方向转变。2015年7月，吉林省新天龙实业股份有限公司与美国杜邦公司达成一项特许协议，新天龙公司将应用杜邦公司的纤维素乙醇工业化生产技术和二代纤维素酶，采用大量玉米秸秆来生产可再生燃料，在四平市建设纤维素乙醇生产项目。

混种柳枝稷为生物燃料加码

柳枝稷是一种生长在大范围土地上、适应多类型气候、高强茎梗的美国当地作物。很早以前，美国中部大草原茂密的柳枝稷，肥沃了土壤，创造了数百万英亩的农田（现在主要种植玉米）。

柳枝稷是一种主要用于饲料和土壤修复的野生草，且成熟慢。因为前期它要储存能量构建强大的根系，柳枝稷需要三四年才能达到其最具生产力的作物产量，之后就会减少对水分和肥料的需求。种植柳枝稷有很多好处：易于维护，不需要每年重新播种；相对抗病和抵御极端天气；可使用商业化干草设备进行种植和收获。然而，将柳枝稷细胞壁上坚硬的木质纤维素转化为乙醇（美国最常见的生物燃料添加剂），比玉米淀粉转化更为困难。

多年以来，柳枝稷研究主要集中在一旦达到了生物炼制程度，如何有效处理它。不过，科学家们现在正在探索牧草特别是柳枝稷是如何丰富国家生物燃料供给的。茎是生产生物燃料最主要的木质纤维素来源，研究团队还试图找到提高这类柳枝稷生产效率的办法和更容易加工成乙醇的品种。

人工林木材等为新西兰解忧

几乎所有的新西兰的石油都是进口的，而且80%以上是为了满足国家运输燃料的需求。因此，替代进口的化石运输燃料成为增加生物能源在新西兰发展的最大机遇。

由残留生物资源为原料生物燃料生产，仅能满足新西兰6%的总运输燃料的需求。所以，生物燃料需求将通过更高水平种植的原料块来实现。在新西兰，最大的生物质资源就是人工林木材，也最有潜力去扩展为大规模的生物燃料生产。

目前，新西兰已经有一个成熟的人工林产业和木材加工业，提供了一个坚实的基础以发展未来的生物燃料和生化产业。森林庄园，总计约173万公顷，由主要的辐射松（约90%，25～30轮伐期）和道格拉斯冷杉（6%，40～45轮伐期）。

到2030年，新西兰可以通过利用低生产率的土地森林来满足全部交通燃料的需求。这里有920万公顷的山地、丘陵，以及这片土地上只转换30%的森林将满足该国的总运输燃料的需求，同时仍保留了更有价值的平原用于粮食生产。

木材边角料如树根树桩，也成为生物燃料物美价廉的原料。日前，中国企业阳光凯迪宣布将投资10亿欧元在芬兰北部凯米市建厂生产生物质油，计划2019年底投产，预计年产20万吨生物燃料，其中75%是生物柴油，25%是生物汽油。工厂所用原材料被称作是“能源木料”，包括木材边角料如树根树桩。

咖啡渣也要升级到生物燃料

总部位于伦敦的年轻的能源公司“Bio-bean（生物豆）”专门将从英国各家咖啡馆和工厂回收来的咖啡渣制成各种生物燃料，近期将推出袋装的炭块。

“Bio-bean”的创始者Arthur Kay发现，咖啡具有的热值比木材还高，从废弃咖啡渣中提取出的油份可进一步加工为生物柴油，而剩余的咖啡渣可变成烧烤或锅炉用的生物质颗粒燃料。

在“Bio-bean”采用的五阶段加工系统中，这些咖啡渣被提炼、搅拌、沥干。其中的油份占约20%，在完成提取油份后，沥干剩下的咖啡渣，将其制成颗粒状或块状烧烤用炭。燃料公司将咖啡渣提取油与一定量的矿物柴油混合成一种生物柴油。

目前，“Bio- bean”制作工厂的日产量在数10吨左右，远远满足不了英国生物质颗粒燃料的年使用量（500万吨）。因此，只能依赖进口（主要是美国）来填补国内需求。

物尽其用的葡萄果渣

无独有偶，从食物废渣中发现商机的还有澳大利亚阿德莱德大学的博士生Kendall Corbin。他的研究发现，葡萄酒厂酿葡萄酒剩下的葡萄果渣中有31%～54%是由碳水化合物组成的，很适合作为制取生物燃料的原料。因此，他正在尝试从酿酒废料中提取生物燃料。

Corbin研究了如何用酸和酶提前处理葡萄果渣，来提高提取生物燃料的有效性。研究发现，使用酸和酶提前处理后，1.1吨的葡萄果渣可转换成高达400升的生物乙醇；如果没有这些添加剂，大部分的葡萄果渣中发现的碳水化合物会直接通过发酵转化为乙醇，相同数量的葡萄果渣只能转化成270升的生物乙醇。

除了生物燃料，Corbin研究内容还涵盖了如何用葡萄果渣来制作肥料或动物饲料。

尽管面临挑战，生物燃料要突破技术瓶颈仍需时日，但不可否认的是，生物燃料发展的脚步一直没有停止，生物燃料的发展前景依然可期。在2015年底，近200个缔约方达成《巴黎协定》，不仅强调了2℃温控目标，更是提出各方将努力把升温控制在1.5℃以内，被认为是“拯救地球的最好机会”。专家认为，作为2020年后的减排行动纲领，《巴黎协定》为生物燃料在二氧化碳减排行动中发挥更大作用提供了历史机遇。