第二代生物燃料

 　　1简介

　　第二代生物燃料以非粮作物乙醇、纤维素乙醇和生物柴油等为代表，原料主要使用非粮作物，秸秆、枯草、甘蔗渣、稻壳、木屑等废弃物，以及主要用来生产生物柴油的动物脂肪、藻类等。由此可见，第二代生物燃料与第一代最重要的区别之一，就在于是否以粮食作物为原料。

　　此外，在环境保护方面，第二代生物燃料的表现也远较第一代出色。据美国能源部研究，更注重生态效应的第二代生物燃料有望减少最高达96%的温室气体排放;而第一代以玉米为原料的燃料乙醇，平均仅可以减少约20%的温室气体排放。而且，第二代生物燃料，尤其是纤维素乙醇的取材范围相当广泛，秸秆、枯草等农业废弃物均可入料。对农业废料的循环利用保证了生物能源的可持续发展，解决了第一代生物燃料生产过程中耗费更多能源和使用更多化学物质的问题，同时也降低了对人类健康的潜在威胁。

　　2分代

　　第二代生物燃料即非粮食乙醇燃料，其实第二代生物燃料也分为二代：第一代主要用甜高粱、木薯等非粮食农作物进行提取，优点是淀粉及糖含量高，能替代玉米、小麦等粮食作物，而下一代则以纤维素为主要原料，例如植物的茎叶、农作物秸秆、林业剩余物等都可以转化为燃料，扩大生物燃料的作物种类，更可以废物利用，这也是当前国际研究的重点。

　　优势和不足

　　与第一代生物燃料相比，第二代生物燃料具有非常大的优势。首先，汽车发动机不需要改造就可以直接使用掺入了生物乙醇的汽油或柴油;其次，生产第二代生物乙醇的催化酶技术未来几年成本还将快速下降，大规模工业生产的可行性非常强;第三，秸秆等纤维素类农业废弃物大量存在，比如中国每年农业大约产生7亿吨秸秆，供给非常充足。而且从长期来看，农业生产废弃物还可以用来生产生物高分子新材料。虽然第二代生物燃料在减少碳排放等方面具有很强的优势，但是仍然无法摆脱生物燃料的致命缺陷，即能源密度低。能源密度低使得生产生物燃料的企业不得不保持巨大的能源供应腹地，而运输这些原材料的能耗到底能不能被产生的燃料完全对冲还是一个未知数。不仅如此，原本应该返回土地圈的秸秆等农业废弃物被用来制造能源是否会对生态产生影响，这种影响是否会导致生态的不平衡也很难估量。

　　3技术

　　纤维素原料热裂解等更有潜力的第二代生物燃料生产技术正取代玉米基乙醇汽油等燃料生产技术。

　　快速热裂解技术。德国鲁奇公司与卡尔斯鲁厄研究中心合作建设以纤维素为原料制取生物燃料的中试装置。技术路线是：先将秸秆、木屑等薄壁植物研磨后送反应器，快速加热到500℃，使其裂解冷凝成浆液;再将浆液送炼油厂转化为合成气;合成气通过费托工艺转化为所需燃料。此燃料能以任何比例与化石燃料调和使用。该装置每年可转化约20万吨干燥木质纤维素原料，产能约13.4万吨/年。此路线比合成甲醇更有效率。2011年两家将共建气化装置。

　　酶发酵技术。瑞士Syngenta公司等企业合作开发利用酶发酵的第二代生物燃料技术，包括开发一系列与纤维素乙醇有关的新型酶制剂。这些酶可将经过预处理的纤维素转化为混合糖，这是关键步骤。将纤维素转化成生物燃料要有三个突破：预处理(纤维素的化学制备)、糖化(通过酶将预处理后的纤维素转化为可发酵的糖)和发酵(开发新的微生物将糖发酵成乙醇或其他燃料)。

　　水生物技术。水生藻类物质可转化为生物柴油，通过产生糖类物质发酵后变为乙醇。法国Eco-Solution公司拥有的专利技术，可使反应器中海藻生长速度快于自然生长。该公司认为开放式池塘和光反应器结合的方法经济性最好。

　　4应用

　　第二代生物燃料已成为许多国家开发生物燃料时的新宠。德国大众公司等欧洲汽车制造商就与德国佛莱堡科伦工业集团开展合作，共同开发取自稻草或秸秆的第二代生物燃料，该工业集团年产2万吨的“第二代生物柴油”项目已于2008年启动。美国能源部通过资金支持国家可再生能源实验室与企业合作，对纤维素催化酶进行优化，大大地降低其成本，使第二代生物燃料技术有望于2010年投入实现产业化和商业化，UOP公司等许多新能源企业纷纷组建第二代生物燃料生产厂。巴西石油公司则研究从秸秆、稻壳等农业废弃物中提炼乙醇，并加紧生产厂的建设。从2008年开始，许多国家对第二代生物燃料的投入呈几何数字增长。

　　对于第二代生物燃料的关键技术是催化酶技术，酶是一种生物催化剂，可使生物化学反应在温和的环境下进行得更加迅速、效率更高。新型酶制剂能将植物中的纤维素分解成可发酵糖，并进一步转化为乙醇。就在几年前，该技术的成本还比较高，这两年来，随着生物技术的不断创新，其成本已经下降数倍，从而使第二代生物燃料越来越具有竞争力。目前的新型酶制剂非常适合用秸秆这种大量存在的农业废弃物来生产乙醇。

　　5现状

　　美国2007年底通过的《能源独立和安全法》规定，2008年美国使用的可再生燃料应为90亿加仑(1加仑约合3.785升)，到2022年将达到360亿加仑，其中必须有210亿加仑为第二代生物燃料。

　　瑞典政府规定，凡购买第二代生物燃料轿车的人，可获得政府每辆车1万瑞典克朗(约合1200美元)的补贴，甚至有些城市还对这类汽车免收停车费。

　　肯尼亚在环保组织“绿色非洲基金会”的帮助下，2007年底之前已经在1563万平方米的土地上种植了200万棵麻风树。这种树又被称为“生物柴油树”，经改性后的麻风树油可适用于各种柴油发动机，并达到欧Ⅱ排放标准。在马里，有700个社区已经在使用麻风树生产的生物燃料来满足能源需求。莫桑比克能源部今年呼吁用干椰子肉和麻风树生产生物燃料，政府还成立了专门工作组来制定选用土地的标准。斯威士兰、赞比亚和津巴布韦等国家也正在进行类似的尝试。

　　作为世界上最大的使用非粮作物生产乙醇的国家，巴西近年来大量利用甘蔗渣发电，产生了很好的效果。巴西能源调查公司新近公布的一项调查结果表明，用甘蔗渣生产的电量已占巴西全国发电总量的4%。目前，巴西和哥伦比亚的研究机构已从棕榈油中提炼出第二代生物柴油。利用蓖麻子、松子、葵花子、鳄梨等生产生物柴油的技术也处于研制之中。

　　6未来

　　2008年11月，巴西政府在圣保罗举办了有90个国家和24个国际组织参加的“国际生物燃料大会”。大会预计，以纤维素乙醇为代表的第二代生物燃料将在2015年后实现工业化生产。

　　不过，世界最大石油天然气集团之一道达尔集团的炼油与销售部农业开发主管雅克·布隆迪却认为，第二代生物能源的一些关键工艺涉及一系列复杂过程和技术，需要很大的投资和大量的原材料，要实现工业化生产还需经历一个漫长的过程。他说，第二代生物燃料的实际生产成本还是一个重要的未知数。另外，在生物质燃料的经济可行性研究方面，原料收集也是一个受关注的问题。生物质原料极其分散，采集成本、运输成本和生产成本都可能成为制约燃料乙醇业发展的瓶颈。