生物燃料的前景范文
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篇1
收稿日期:2010-07-28
作者簡介:陳丁丁(1982―),男,江西武寧人,助理工程師,主要從事環境工程方面研究。
中圖分類號:Tk01
文獻標識碼:C
文章編號:1674-9944(2010)08-0207-03
1 引言
環保生物燃料電池并非剛剛出現的一項技術。1910年英國植物學家馬克•比特首次發現了細菌的培養液能夠產生電流,于是他用鉑作電極放進大腸桿菌和普通酵母菌培養液里,成功制造出了世界第一個微生物燃料電池。1984年美國制造了一種能在外太空使用的微生物燃料電池,使用的燃料為宇航員的尿液和活細菌,不過放電率極低。傳統的燃料電池是利用氫氣發電,但從來沒有嘗試使用富含有機物的污水來發電。環保生物燃料電池是一種特殊的燃料電池,以自然界的微生物或酶為催化劑,直接將燃料中的化學能轉化為電能。
2 環保生物燃料電池的工作原理
環保生物燃料電池(Microbial Fuel Cell MFC)是以微生物作為催化劑將碳水化合物中的化學能轉化為電能的裝置,由陽極區和陰極區組成,中間用質子交換膜(Proton Exchange Membrane,PEM)分開,如圖1所示。環保生物燃料電池的工作過程分為幾個步驟:在陽極區,微生物利用電極材料作為電子受體將有機底物氧化,這個過程要伴隨電子和質子(NADH)的釋放;釋放的電子在微生物作用下通過電子傳遞介質轉移到電極上;電子通過導線轉移到陰極區,同時,由NADH釋放出來的質子透過質子交換膜也到達陰極區;在陰極區,電子、質子和氧氣反應生成水,隨著陽極有機物的不斷氧化和陰極反應的持續進行,在外電路獲得持續的電流[1],其反應式如下:
陽極反應:
C.6H.12O.6 + 6H.2O 6CO.2 + 24H++24e-,
E.0=0.1014V
陰極反應:
6O.2+24H++24e-12H.2O,
E.0=1.123V
圖1 生物燃料電池結構示意圖
3 環保生物燃料電池的利用領域
3.1 廢水同步的處理與發電
3.1.1 單一槽設計
電池裝置和氫燃料電池有點相似,是一個圓柱形的樹脂玻璃密閉槽。微生物燃料電池是單一反應槽,里面裝有8條陽極石墨棒,圍繞著一個陰極棒,密閉槽中間以質子交換膜間隔。密閉槽外部以銅線組成的閉合電路,用作電子流通的路徑。當污水被注入反應槽后,細菌酶將污水中的有機物分解,在此過程中釋放出電子和質子。其中電子流向陽極,而質子則通過槽內的質子交換膜流向陰極,并在那里與空氣中的氧以及電子結合生成干凈的水。從而完成對污水的處理。與此同時,反應槽內正負極之間的電子交換產生了電壓,使該設備能夠給外部電路供電。單一反應槽是微生物燃料電池設計的創新。大部分燃料電池的設計以兩反應槽為主,分別為陽極槽和陰極槽,在陽極槽中以厭氧方式維持微生物生長;陰極槽中則需維持在有氧環境下,使電子與氧結合并且與質子形成水分子。而單一反應槽以質子交換膜連接兩槽,其功能不僅可分開兩槽水溶液,還可以避免氧氣擴散至另一槽內。兩槽式的電解槽,需以外力方式提供溶氧至陰極,而單一槽微生物燃料電池可以以連續注水方式將空氣帶入陰極,從而減少通氧設備的花費。在發電量方面,在實驗室里,該設備能產生72W的電流,可以驅動一個小風扇。雖然目前產生的電流不多,但該設備改進的空間很大。從提交發明報告到現在,已經把該燃料電池的發電能力提高到了350W,這一數值最終能達到500~1000W。技術成熟后,可以批量生產的微生物燃料電池的發電能力將獲得很大提高,可以產生500kw的穩定電流,大約是300戶家庭的用電量。
3.1.2 不間斷上流微生物燃料電池
華盛頓大學的研究人員日前稱,他們把利用廢水發電的微生物燃料電池技術又向前推進了一步。去年他們已研究出了這一利用廢水發電的新技術,現在,他們又把新技術的發電量比去年提高了10倍。如果利用這一技術能使發電量再提高10倍的話,食品和農業加工廠就有望能安裝這種設備用于發電,并能為附近居民提供清潔和可再生電能[2]。華盛頓大學環境工程學項目成員、化學工程助教拉思安晉南特博士在“環境科學技術”網站上介紹了這種不間斷上流微生物燃料電池(UMFC)的設計以及工作原理。同過去那些讓微生物在含有營養液的封閉系統中工作的實驗不同的是,安晉南特為微生物提供的是源源不斷的廢水。由于食品和農業加工中會不停排放廢水。因此,安晉南特的技術更容易在這些工廠得到應用。利用廢水發電的微生物燃料電池技術,是在陽極室內安裝價格低廉的U型質子交換膜,將陽極和陰極分開。廢水中含有的有機物,可為細菌群提供豐富食物,使其得以生存和繁衍。這些細菌在電池陽極電極上形成生物膜,同時在食用廢水中有機物時向陽極釋放電子,電子通過與陽極和陰極相連的銅導線移動到陰極,廢水中的質子則穿過質子交換膜回到陰極,同電子和氧原子結合生成水。而電子在導線中的運動過程就形成了人們所需要的電流。繼2005年首次完成了廢水發電的微生物燃料電池設計后,安晉南特新推出的U型設計增加了質子交換膜的面積、縮短了兩極距離,因此降低了因阻力引起的能耗,使電池發電能力提高了10倍,每立方米溶液的發電量從3W/m3增加到了29W/m3。如果微生物燃料電池系統能夠維持20W/m3的電力輸出,就可以點亮小功率的燈泡。
3.1.3 利用太陽能和光和細菌的環保生物燃料電池
Noguera與土木與環境工程教授Marc Anderson、助理教授Trina McMahon,細菌學教授Timothy Donohue,研究員Isabel Tejedor Anderson,以及研究生Yun Kyung Cho和Rodolfo Perez合作發展出一種能在污水處理廠應用的大規模微生物燃料電池系統。目前,研究人員們把微生物封裝在密閉的無氧測試管中,測試管的形狀被做成類似電路的回路。當處理廢物時,先把有機廢水通入管中,作為副產品電子向陽極移動,然后通過回路流到陰極。另外一種副產品質子通過一塊離子交換膜流到陰極。在陰極中,電子和質子與氧氣發生反應形成水。一塊微生物燃料電池理論上最大可以產生1.2V電壓。但是可以像電池一樣把足夠多的燃料電池并聯和串聯起來產生足夠高的電壓來作為一種有實際應用的電源。目前該研究小組正在利用他們在材料科學、細菌學和環境工程方面的優勢來最優化微生物燃料電池的結構。
3.2 新型的環保燃料電池
英國牛津大學科研人員研制出一種新的環保生物電池,這種環保生物電池裝有一種生化酶,可以吸收空氣中的氫和氧來發電。這種生化酶是從一種需要氫氣來維持新陳代謝的細菌中分離出來的。這種酶的獨特之處在于可以與那些如一氧化碳和硫化氫等常規的電池催化劑并存。這種酶是“生長型”的,因此能夠以價格低廉、可再生等特點取代傳統價格昂貴的鉑基催化劑。這種電池消耗的是大氣中的氧氣和氫氣。所使用的酶是從自然界中利用氫氣進行新陳代謝的細菌中分離出來的。這種酶的特性是具有高選擇性,能夠忍受對傳統的燃料電池催化劑具有毒害作用的氣體,例如一氧化碳和硫化氫。研究人員表示,由于這種酶能夠生長,所以對比于其他的氫燃料電池所使用昂貴的鉑催化劑而言,這是一種廉價的、可更新的環保燃料電池。
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3.3 生物醫學的應用
環保生物燃料電池還可以造出另一種重要產品,根據電信號立即測出病人血糖水平的儀器。對于向包括起博器和胰島素生成器等在內的可植入電控醫學設備供電來說,環保生物燃料電池非常有用。這些設備需要無限的電源,這是因為更換這些設備的電池可能需要外科手術。BFC從活的生物體內提取燃料(例如從血流中提取葡萄糖)來產生電流。只要生物個體是活的,這種燃料電池就可以持續起作用[5]。
2010年8月 綠 色 科 技
第8期
4 結語
盡管環保生物燃料電池經數十年研究仍距實用遙遠,燃料電池研究從20世紀90年代初開始又成為熱門領域,現在仍在升溫階段。幾種燃料電池已經處在商業化的前夜。另外,近20年來生物技術的巨大發展,為環保生物燃料電池研究提供了巨大的物質、知識和技術儲備。所以,環保生物燃料電池有望在不遠的將來取得重要進展。隨著生物和化學學科交叉研究的深入,特別是依托生物傳感器和生物電化學的研究進展,以及對修飾電極、納米科學等研究的層層深入,環保生物燃料電池研究必然會得到更快的發展。環保生物燃料電池作為一種綠色環保的新能源,在生物醫學等各個領域的應用的理想必然會實現。
參考文獻:
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The Research and Foreground of Biofuel Cell
Chen Dingding
(Wuning Environmental Protection Bareau, Wuning JiangXi 332300,China)
Abstract:Biofuel cell is a device converting chemical energy into electrical energy directly with the biocatalysts, which has the advantages of abundant fuel resource, mild reaction condition and goodbiology consistence. And, Biofuel cell are capable of converting chemical energy presented in organic wastewater into electricity energy with accomplishments of wastewater treatments simultaneously , which possibly captures considerable benefits in terms of environments and economics.
篇2
關鍵詞 生物質；能源；環境
中圖分類號 TK6 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)101-0225-01
社會的經濟發展進步離不開能源，能源就像是一臺發動機，推動著社會的經濟發展，提高著廣大人民群眾的生活水平。伴隨全球經濟的迅速發展，人類對能源的需要也在迅速增長，能源危機問題也會越來越嚴重，甚至會影響到人類的正常生活。此外，化石燃料的燃燒還會生成大量的溫室氣體從而造成溫室效應，其他燃燒產物也會漂浮在空氣中發生各種物理化學變化，不僅會對大氣造成污染，還會影響人體健康。所以，不管是從能源的可持續發展還是從保護環境的角度來看，找到合適的能源來代替化石燃料，已經成為全人類需要解決的重大問題。
1 生物質能利用概述
生物質能是人類最早使用的能源，一直以來都被人類用作生活燃料。最早利用生物質能的方式是直接燃燒，這種生物質能利用方式到現在仍被廣泛采用。但是，隨著工業的發展，化石燃料大量投入使用，由于其能量集中，生物能現在已經基本被化石燃料取代。就整個現代化國家來說，生物質能在所有正在利用的能源中所占的比例小于3％。由于社會、經濟原因，許多發展中國家在能源利用方面存在著對生物質資源的嚴重矛盾：使用過度和供應不足同時存在。
1987年，全世界消耗的的一次能源約有12.5％為生物質能源。以生物質為能量來源，經濟性是很重要的一個原因，另外還有環境保護的原因。生物質能源轉化裝置有的組裝起來很簡單，而且費用低廉，小規模使用效果很好。生物質能源是生長在土壤中的，不需進口，若能對生物質能源規模化利用，那么為規?；锰峁┰系霓r、林相關產業還會得到很好的發展，也不失為經濟發展的好機遇。從環境保護的角度來講，燃燒生物質能源所產生的污染物較少，更有利于經濟和社會的可持續發展。此外，對生物質資源的商業性開發利用還可以解決固體廢物的處置問題。
2 世界各國（地區）生物質能應用現狀與前景
2.1 國外生物質能應用現狀及前景分析
2.1.1 美國
總體而言，在生物質能的開發利用方面，美國的科技水平處于世界領先的位置。美國比發展中國家更早提出綠色電力的概念，自1979年就應用生物質直燃技術發電，那時候總裝機容量就超過了10000 MW，單機容量達10 MW～25 MW。據有關媒體報道，美國目前有380多家生物質發電廠，主要建設在造紙廠和木材廠周邊，這些工廠大部分地處偏僻，但是能提供近十萬個工作
崗位。
2.1.2 歐洲
歐洲森林資源豐富，大部分歐洲國家的生物質資源開發都是從利用木材為主的，其起步較我國早，而且政府重視程度高，市場化較強，并且有大企業帶動整個產業的發展。生物質能的主要利用使用方式有燃燒供暖、發電和轉化為生物柴油等三種，在這三種中，以供暖最為主要。
芬蘭的生物質資源利用方法主要是建立燃燒站，小規模的燃燒站供熱，大規模的燃燒站則熱電聯產，生物質能源占全國年能源總消耗量的百分之二十。
瑞典主要利用木材開發熱電聯產產業，其工藝技術水平世界領先。最為典型的是瑞典的熱電聯產產業市場化運作能力很強，燃料市場非?；钴S。
丹麥在生物質能源的利用上主要采用生物質直燃發電技術，在這方面取得了很大的成績。丹麥的BWE公司在秸稈燃燒發電技術方面率先研究開發出了可行性方案，如今在仍處于世界上秸稈燃燒發電技術的最高水平。
德國在生物質柴油方面不僅技術成熟，而且得到政府扶持，是生物柴油的最大生產國。目前，德國擁有1兆瓦以上的生物質電廠350家，有數十萬家庭使用的供暖器、發電機是以生物質直燃技術為基礎的。到2030年，德國的能量消耗有17.4％來自生物質能。
2.1.3 巴西
巴西是世界上最大的燃料乙醇的生產和消費大國。巴西主要用甘蔗來制造乙醇，巴西每年生產的甘蔗中，有約50%用于燃料乙醇的生產。生產出來的燃料乙醇，有約50%摻入汽油中使用，另外50%則作用于直接替代汽油燃料。巴西不僅是世界上最大的乙醇生產和消費大國，也是世界上最大的乙醇出口國，巴西生產的乙醇有百分之十五用于出口，主要出口市場為美國。
2.1.4 印度
印度很早就開始使用沼氣，早在1897年就有使用沼氣照明的技術存在。印度在l975年開始就啟動了國家沼氣開發計劃，截止到2008年在農村地區建成了沼氣池450多萬座，許多農村家庭沒有通電，此舉為數十萬家庭提供了炊事燃料，同時還解決了照明問題。
2.2 我國生物質能應用現狀及前景分析
生物質能利用技術在我國很早時候就有了，比如利用造紙廠、制糖廠的廢料發電，還有最近幾年開展的垃圾發電技術。但是生物質發電的商業化和規?；瘧盟剑绕饸W美等發達國家還有明顯不足。
中國科學院廣州能源研究所在生物質能源的利用上做過很多研究，他們承擔了“1 MW生物質氣化發電系統”項目的研究開發，是國家“九五”重點科技攻關項目，此項研究的成套裝置己經正式投入商業化運營，產品一度出口到泰國、緬甸等國家。這標志著我國的生物質能氣化發電技術已經成熟，我國具有自主知識產權，其技術水平已達到國際先進水平。世界銀行對我國的生物質能氣化發電技術在中國的推廣速度之快很是驚訝，表現出了極大的興趣。
生物質直接燃燒發電技術是生物質能利用的又一有效技術，通過國家政策扶持，這項技術在我國也得到了較為快速的發展。隨著2006年12月山東投產了第一個秸稈直接燃燒燃發電技術項目，作為秸稈規?；l電示范項目，帶動很很多相關產業。比如秸稈直接燃燒鍋爐、輔機、等相關發電設備的廠家也已經具備了一定的生產能力，并有數家骨干企業帶動整個行業的發展。
總的來說，我國開發生物質資源具有很大的潛力。隨著國際上化石能源的使用面臨很大的危機，我國發電用煤供應緊張，我國也加大了對研究生物質能發電技術的支持力度，比如加大研究投資、加大建設力度等。我國在生物質能源的利用上要借鑒歐美發達國家的經驗，加大對生物質發電技術的研究力度，制定出符合現階段國情的扶持政策，加快我國生物質能源發電技術的規模化、產業化、商業化的發展進程。
參考文獻
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[3]高立,梅應丹.我國生物質發電產業的現狀及存在問題[J].生態經濟,2011,08.
篇3
【關鍵詞】生物質能源 石油開采 石油化工 節能減排
隨著可持續發展的推進，國家逐步提倡使用可再生能源。生物質能源即為可再生能源，以農作物，樹木，植物枯萎的殘體和家禽的糞便等為原料，進行直接燃燒或生物能源生產的產業即為生物質能源的開發與利用。
1 生物質能源開發的重要性和必要性1.1 非可再生性能源瀕臨枯竭
石油是一種重要的化工原料，也是國家必需的戰略物資，所以說石油工業的發展在一些方面上就是國家軍事實力和經濟實力的象征。近些年來我國快速發展，石油化工產業在我們生活中變得越來越重要，與人們的衣食住行、國家的國計民生緊密相連。石油也可以說是一個國家的血脈，但石油屬非可再生能源，終有用盡的一天。
1.2 非可再生性能源對環境污染嚴重
1.2.1 非可再生性能源開采對地層結構破壞嚴重
石油作為一種典型的非可再生能源，其開發的程序相對復雜，主要包括選址，打井，抽油，注水等過程，這些過程中對地層結構有較大的破壞作用。雖然抽完油要進行注水，但是由于水和石油的密度不同，長時間的石油開采必然會導致地層結構被嚴重破壞，導致地層土質疏松，甚至會發生底層塌陷。
1.2.2 非可再生能源利用對環境污染嚴重
眾所周知，石油等傳統非可再生資源的開采、利用可對環境造成污染。剛開采出來的原油內含有眾多物質，不能被直接很好的利用，需經過石油化工企業的加工提煉，提煉出我們日常生活中所使用的汽油、柴油，瀝青以及各種化工原料和產品。但是，開采、提煉原油的過程也是個污染環境的過程，直接導致大氣污染和水污染。隨著世界人口的增長和人們生活水平的提高，將有更多的化工產品和燃料被需要，更多的能源被開采，有更多的石油化工廠不得不開工建設。環境污染問題必然逐步加重。
鑒于此，我們必須努力提高技術水平，使石油化工單位產品排放更少的污染物，盡量降低對環境的污染程度，更要另辟蹊徑，探索清潔的可替代能源。促進環境與人類的和諧發展，
2 生物質能源開發的現狀
20世紀以來，全球性的非可再生能源危機讓新能源的開發變得迫在眉睫。生物質能源因其清潔、高效、可再生等特點而得到越來越多的人的關注。生物質能源是位居于全球三大化石能源之后排行第四位，我國對于生物質能源的開發主要有以下幾種：
2.1 沼氣技術
沼氣是指有機質在厭氧的條件下，有機質在微生物的發酵作用下產生的一種可燃性氣體。因其最初的發現位置是在沼澤地區，因此被稱為沼氣。此技術主要是使用厭氧法處理家禽的糞便，這項技術是在我國使用較早的生物質能源的開發技術，二十世紀八十年代左右，目前，很多國家都把沼氣當做生活燃料，西歐部分國家生物質能源發電并網量可占總發電量的10%左右。沼氣的開發和利用在我國起步較晚，但發展較迅速，獲得國家發改委批復的沼氣發電CMD項目已有多個。
2.2 熱裂解氣化
在一九七零年左右，很多發達國家就已經對這項技術進行了研究，其中一項名為流化床氣化的技術以其自身明顯的優點占據了當時發達國家生物質能源的開發市場，美國已有19家公司和探究機構從事生物質熱裂解氣化技術的探究和開發；加拿大12個大學的實驗室在開展生物質熱裂解氣化技術的探究，近些年來，我國等發展中國家也對這項技術進行了初步研究。2.3 生物質能源的轉化
目前，生物質能源主要有生物乙、丁醇、生物柴油等。生物質燃料油資源的開發技術開始于“八五計劃”期間，自“九五計劃”以后，國家發改委頒布實施了用糧食和傳統油料制備交通能源的戰略方針。[4]生物質能源的轉化主要是通過對植物油等代用油料的理化、酯化和裂解實現的。作為清潔燃料可以直接代替汽油等石油燃料，近些年來這項技術也得到了追捧。
2.4 壓縮燃燒方法
生物質壓縮技術可將固體農林廢棄物壓縮成型，制成可代替煤炭的壓塊燃料。成型燃料主要應用于兩個方面：一是進一步炭化加工制成木炭棒或木炭塊，作為民用燒栲木炭或工業用木炭原料。二是作為燃料直接燃燒，用于家庭或暖房取暖用燃料。
2.5 聯合燃燒方法
聯合燃燒是指將生物質壓縮，摻入燃煤等傳統燃料中進行混合燃燒的一種用能方式。聯合燃燒可大幅降低燃煤中的硫氧化物、氮氧化物的生成，高效環保，技術門檻較低，利用較廣。
2.6 垃圾焚燒方法
垃圾燃燒的燃燒是指將垃圾分類之后對可燃垃圾進行燃燒用能的去能方式。在使用這種方式進行去能時，要先將垃圾進行分類或者將垃圾研磨成懸浮液后進行沉降、過篩，然后再進行燃燒。實驗數據顯示每燃燒500t垃圾，可產生1W千萬?時的電量。這種垃圾處理方式可大大減緩環境壓力。
3 生物質能源的前景探析
我國現在所使用的能源中，生物質能源僅占能源總量的百分之十四，生物質能源開發具有很廣闊的前景。與此同時，生物質能源也有著自己絕對的優勢，這正是國家提倡生物質能源的一個重要原因。
目前，生物質能源的利用技術又傳喜訊。生物柴油加工技術目前已取得了實質性突破，一些發達國家利用餐廚廢油加工成柴油，并進一步加工轉化為航空煤油。與之相比，我國的生物柴油產業也已初步形成，為餐廚廢油的無害化處置、防止餐廚廢油流回餐桌開辟了一條新路，也為保障我國食品衛生安全作出了巨大貢獻。但生物柴油行業尚處在發展培育期，需要國家相關部門出臺更多的支持政策，嚴控餐廚廢油非法流向，需要有更多愿意承擔社會責任的企業加入生物柴油行業，發展生物柴油行業。
生物柴油加工技術的進步，為我們生物質能源利用技術的發展帶來了希望，大大提高我們開發生物質能源利用技術的信心，為生物質能源利用技術的開發，帶來光明的前景。
結語：生物質能源必然會發揮其明顯的優勢，逐步的加大自己在能源領域的比重，同時，生物質能源必然會逐步減小環境的污染，有力緩解企業節能減排壓力。
參考文獻
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篇4
關鍵詞微生物;生物能源;研究現狀;應用
中圖分類號 Q939.9 文獻標識碼A文章編號 1007-5739(2009)11-0282-03
隨著可再生能源的迅速發展,人們對能源微生物的重視程度日益增加[1]。能源微生物主要包括甲烷產生菌、乙醇產生菌、氫氣產生菌、生物柴油產生菌和生物電池微生物5大類,這些微生物分別與沼氣、生物乙醇、生物氫氣、生物柴油和生物燃料電池等能源的轉化有直接的關系[2-4]。能源微生物以農業、林業廢棄物和城市垃圾為原料產生綠色、可再生能源,對社會和環境的和諧發展具有重要意義。進一步了解和應用能源微生物是綠色農業和生態環境可持續發展中的1個重要而深遠的研究課題,有待于進一步的研究、開拓和探索。
1能源微生物種類及轉化機理
根據安斯沃思(Ainsworth)的分類系統,伯杰(Bergey’s)細菌鑒定法和洛德(Lodder)酵母菌鑒定法,能源性微生物主要分為5大類[5-8]:
甲烷產生菌的主要種類有甲烷桿菌屬(Methanobacterium)、甲烷八疊菌屬(Methanosarcina)、甲烷球菌屬(Methanoccus)等[5]。其作用是在生物質原料的厭氧發酵過程中,產生以甲烷為主的沼氣[6]。
乙醇產生菌的主要種類有酵母菌屬(Saccharomyces)、假絲酵母屬(Candida)、裂殖酵母菌屬(Schizosaccharomyces)、球擬酵母屬(Torulopsis)、酒香酵母屬(Brettanomyces)、畢赤氏酵母屬(Pichia)、漢遜氏酵母屬(Hansenula)、克魯弗氏酵母屬(Kluveromyces)、曲霉屬(Aspengillus)、隱球酵母屬(Cryptococcus)、德巴利氏酵母屬(Debaryomyces)、卵孢酵母屬(Oosporium)等[7]。其作用是將復雜有機物酵解生成乙醇[8]。
氫氣產生菌的主要種類有紅螺菌屬(Rhodospirillum)、莢硫菌屬(Thiocapsa)、紅微菌屬(Rhodomicrobium)、外硫紅螺菌屬(Ectothiorhodospira)、紅假單胞菌屬(Rhodopseudomonas)、藍細菌類硫螺菌屬(Thiospirillum)、板硫菌屬(Thiopedia)、梭桿菌屬(Fusobacterium)、閃囊菌屬(Lamprocystis)、網硫菌屬(Thiodictyon)、埃希氏菌屬(Escherichia)等[9]。生物制氫是利用產氫微生物的生理代謝過程發酵產生氫氣[10]。
產油微生物包括酵母、霉菌、細菌和藻類,常見的有:淺白色隱球酵母(Cryptococcus albidus)、彎隱球酵母(Cryptococcus albidun)、茁芽絲孢酵母(Trichospiron pullulans)、斯達氏油脂酵母(Lipomyces)、產油油脂酵母(Lipomy slipofer)、類酵母紅冬孢(Rhodosporidium toru loides)、膠粘紅酵母(Rhodotorula),土霉菌(Asoergullus terreus)、紫癱麥角菌(Clavicepspurpurea)、高粱褶孢黑粉菌(Tolyposporium)、深黃被孢霉(Mortierella isabellina)、高山被孢霉(Mortierella alpina)、卷枝毛霉(Mucor-circinelloides)、拉曼被孢霉(Mortierella ramanniana)等霉菌,硅藻(diatom)和螺旋藻(Spirulina)等藻類[11]。微生物油脂是指某些微生物在一定條件下將碳水化合物、碳氫化合物和普通油脂等碳源轉化為菌體內大量儲存的油脂[12,13]。
生物電池的微生物包括脫硫弧菌(Desulfovibrio desulfuricans)、腐敗希瓦菌(Shewanella purefaciens)[14]、大腸桿菌(Escherichiacoli)[15]、銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa)[16]、地桿菌(Geobacteraceae sulferreducens)[17]、丁酸梭菌(Clostridium byt-yricum)[18]、嗜甜微生物(Rhodoferax ferrireducens)[19]、糞產堿菌(Alcaligenesfaecallis)、鶉雞腸球菌(Enterococcus gallinanm)等。它們在新能源開發[20]、微生物傳感器[21]和水處理工藝[22]方面有良好的應用前景。
2能源微生物研究與應用概況
2.1甲烷產生菌
近20年來,我國科研工作者對厭氧消化處理中的產甲烷菌進行了非常深入的研究。1980年周孟津和楊秀山分離出巴氏八疊球菌;1983年錢澤澎分離出嗜樹木甲烷短桿菌和甲酸甲烷桿菌[23];1984年趙一章等分離出馬氏甲烷短桿菌菌株C-44[24]和菌株HX;1985年,張輝等分離出嗜熱甲酸甲烷桿菌[25,26];1987年劉光燁等在酒窖窖泥中分離到布氏甲烷桿菌CS[27],錢澤澎等分離出亨氏甲烷螺菌[28],1988年陳美慈等分離出嗜熱甲烷桿菌TH-6[29]。而在最近的十幾年里,又陸續發現一些新的產甲烷菌種,2000年孫征發現的彎曲甲烷桿菌Px1[30],極大地促進了產甲烷菌的研究進程。我國現在采用人畜糞便、農副產品下腳料、酒糟廢液和其他工業生產中的廢液等生產甲烷,用于照明、燃燒等,其使用價值是相當可觀的。例如日產酒糟500~600m3的酒廠,可日產含甲烷55%~65%的沼氣9 000~11 000m3,相當于日發電量12 857~15 714KW,日產標準煤17.1~20.9t,可以代替橡膠生產中烘干用油的30%~40%。我國年產木材采伐廢物1 000萬噸,油茶殼75萬噸,膠渣13萬噸,纖維板生產廢液350萬噸和亞硫酸紙漿廢液180萬噸為原料,通過微生物作用可獲得沼氣1 780億立方米。同時,使上述廢液的凈化率達30%~60%,并可獲得單細胞蛋白飼料約9萬噸(按1.7%得率計)[31]。
2.2乙醇產生菌
燃料乙醇具有燃燒完全、效率高、無污染等特點,用其稀釋汽油所制成的“乙醇汽油”,功效可提高15%左右。制作乙醇的原料豐富,成本低廉。1988年,巴西就有88%的新轎車的發動機使用乙醇作燃料。美國計劃2006~2012年間,燃料乙醇年用量從1 200萬噸增加到2 300萬噸。英國、德國、荷蘭等農業資源豐富的國家,也在進行燃料酒精的生產[32]。我國纖維素資源充足,年產植物秸稈約6億噸,如果其中的10%經微生物發酵轉化,就可生產出乙醇燃料近800萬噸,其殘渣還可用作飼料和肥料,因此發展纖維素乙醇前景廣闊[33]。1993年,Ho等[34]將木糖還原酶、木糖醇脫氫酶和木酮糖激酶的基因轉入釀酒酵母,首次成功構建出利用葡萄糖和木糖生產乙醇的工程酵母。Sonderegger等[35]將多個異源基因導入代謝木糖的酵母工程菌,重組酵母不僅降低副產物木糖醇的量,所得乙醇產量比親株提高25%?，F有乙醇菌種大多耐受力差、副產物多、對發酵條件要求苛刻,今后研究應致力于篩選優良性狀的菌株,或利用基因工程手段選育高產纖維素酶、木質素酶菌種以及能克服上述問題的菌種,對其酶學特性、功能基因進行研究,優化發酵條件,輔以工藝措施的改進,提高燃料乙醇生產效率并降低成本。
2.3氫氣產生菌
微生物制氫是一項利用微生物代謝過程生產氫氣的生物工程技術,所用原料有陽光、水,或是有機廢水、秸稈等,能克服工業制氫能耗大、污染重等缺點;同時,由于氫氣的可再生、零排放優點,是一種真正的清潔能源,受到世界各國的高度重視。楊素萍等[36]利用瓊脂固定化Clostridium butyricum 菌株以糖蜜酒精廢液為原料進行產氫。丁酸梭菌(Clostridium butyricum)、產氣腸桿菌(Enterobacter aerogenes)和麥芽糖假絲酵母(Candida maltose)在36℃混合發酵廢棄物48h,產氫速率可達15.42mL/h?L,明顯高于單個菌種。此外,利用豆渣、堆肥、活性污泥產氫的報道相繼問世。目前的研究應努力改進生產工藝,逐漸明確微生物產氫機理,保證其在產氫過程中的高效性、穩定性和對不同生態條件的適應性,相信不久的將來微生物制氫將成為世界能源的一個重要支柱[37]。
2.4產油微生物
目前,國內繞著如何提高油脂含量,在菌種和發酵工藝方面開展了大量的研究,成功研制國際水平的產脂微生物菌種與生產工藝[38]。使用生物柴油對人類健康和全球危害都相對較輕,排放物中多環芳香化合物和亞硝酸多環芳香化合物含量水平低,二氧化碳和一氧化碳排放量僅為石油的10%,具有較好的生物降解性能。開發微生物油脂生產生物柴油,在降低污染、增加產量方面較前二者有更大的優越性。開發微生物油脂,不僅微生物發酵周期短,受場地、季節、氣候變化影響不大,還可以利用木質纖維素、工業廢水、廢氣等資源豐富、價格低廉的原料進行生產,既能夠解決人類資源短缺的問題,又可以保護環境,一舉多得,具有巨大發展空間。美國國家可再生能源實驗室(NREL)認為,微生物油脂發酵可能是生物柴油產業和生物經濟的重要研究方向[11]。
2.5生物燃料電池微生物
生物燃料電池是一類特殊的電池,它以自然界的微生物或酶為催化劑,直接將燃料中的化學能轉化為電能,不僅無污染、效率高、反應條件溫和,而且燃料來源廣泛,具有較大的發展空間。Hagerman[39]研究以含酸廢水為原料的燃料電池,Kim等[40]利用微生物電池培養并富集了具有電化學活性的微生物,電池運行3年多,并從中分離出梭狀芽孢桿菌。最近美國科學家找到一種嗜鹽桿菌,其所含的一種紫色素可直接將太陽能轉化為電能,電池里的單細胞藻類首先利用太陽能,將二氧化碳和水轉化為糖,再讓細菌自給自足地利用這些糖來發電。Pizzariello等[41]設計的兩極室葡萄糖氧化酶/辣根過氧化物酶酶燃料電池,在不斷補充燃料的情況下可以連續工作30d以上,具有一定的實用價值。
3應用前景
微生物作為生物能的主要參與者,其最大特點就是清潔、高效、可再生,與石油、煤炭等傳統能源相比,有利于環境保護,與太陽能、核能、風能、水能、海洋能等新能源相比,其來源廣、成本低、受地理因素影響小。雖然目前存在一些技術問題,但開發潛力是巨大的,利用前景是廣闊的。不僅如此,微生物在現有的非可再生能源利用上也功不可沒,可提高石油開采率和褐煤利用率,降低二者的污染效應,當之無愧地成為實現能源可持續發展目標的關鍵因素。利用微生物生產能源和對其進行利用,不僅沒有環境污染問題出現,而且還可使目前污染嚴重的環境狀況得以緩解。更有發展前景的是,生產和使用微生物能源可以治理污染,變廢為寶獲得綜合效益。
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篇5
見證奇跡
親愛的智慧星們，現在我們位于荷蘭東部，連接埃德和瓦赫寧的一條公路上。夜幕剛剛降臨，在預定的七點鐘，公路邊護欄上的路燈“刷”地一下全亮了。我和在場的所有工作人員興奮地跳了起來！與此同時，對講機里傳來聲音：“‘電花園’成功啟動，再重復一遍，‘電花園’成功啟動！”所有人激動不已，哈哈，植物電池的應用大獲成功啦！
“秘密基地”
他們是怎樣辦到的呢？小桶很好奇這個問題，便央求現場的弗雷德里克研究員帶我去看看他們的“秘密基地”。弗雷德里克欣然同意，然后帶著我走了一段兒就停了下來。在路燈的照射下，我看到路邊有一大片茂盛的水生植物，僅此而已，這就是基地的全部？
看著我疑惑的神情，弗雷德里克給了我一個手電筒，讓我看看植物下方。我貓著腰仔細查看才發現，茂密的水生植物之間竟然拉著電線和電極，而電線則被引向公路。弗雷德里克告訴我，在這片100平方米的花壇里，一共有400個植物電池，真正的功臣就是它們，是它們給了路燈電力！而“電花園”也一樣，那里也有400個植物電池，能夠給300個發光二極管供電，從而讓整個花園都亮起來！
可再生電源
哎，小桶這會兒真是懊悔當年沒有好好學習，所以現在對于植物電池這件事情是一點都摸不著頭腦，真搞不懂植物是怎么產生電流的？微生物燃料電池和普通的燃料電池又有什么區別呢？
弗雷德里克研究員不得不給我惡補一下物理知識。原來，普通燃料電池內部是由化學反應產生電流，利用的是氫的氧化作用。而微生物燃料電池，利用的則是微生物（細菌）的自然化學反應來產生電流。簡單來說，就是植物在進行光合作用生長的過程中，會產生超過其自身需要的更多的糖，這些多余的糖會被周邊土壤回收和分解，釋放出質子和電子。研究人員將電極放置入土壤，從中捕獲電子發電，依靠植物的不斷生長產生持續的電力。
那具體是怎樣操作的呢？弗雷德里克解釋說，他們首先是在溫室中栽培這些植物，然后把它們移植到60多平方厘米、裝有電極的塑料容器中，然后放到現場去。
發展前景
邊走邊聊，我們已經來到了史上第一個“電花園”。真不可思議，花園小道一邊是茂盛生長的水生植物，一邊是整齊排列的發著橘黃色夢幻光線的LED燈，將整個公園都襯托得如童話王國一般。
當我問到微生物燃料電池的發展前景時，弗雷德里克介紹，這項技術的最大優勢就是它是綠色可再生能源，可以說是取之不盡用之不竭，直到植物生命終結。但劣勢是，微生物燃料電池的產出比較小，1平方米只有0.2瓦的功率，只能支持一個LED燈泡。難怪我們剛剛看到電池之間要相連，就是要產生足夠電流的原因呀！
篇6
1.能源農業的任務
能源農業就是以生產生物質能源為目的的農業。生物質能源燃燒對環境造成的污染比礦物能源少，比核能安全，比風能、地熱使用廣泛，被譽為“綠色能源”。開發生物質能源，可有效延長地球上石油資源的使用時間。在未來世界里，沼氣可能是天然氣的替代物，酒精可能是汽油的替代物。我國非常重視生物質能源的發展，制定了明確的發展目標，預計未來幾年，乙醇的生產能力將達到年產1000萬噸。由于生物質能源需要大量的農作物為原料，因此生物能源的前端是能源農業。生物能源的大發展，必將改變中國農業的發展方向。因此，能源農業的任務是以生物質能源為主要開發對象，以生化轉化、物化轉換等方式利用生物能源，從而達到從“黑色能源”向“綠色能源”轉變的目的。
2.能源農業的發展方向
2.1大力發展能源作物 能源作物是指以提供燃料油為目的而栽培的植物，可通過生化轉化等方法制造酒精和生物柴油。如以生產酒精為目的的玉米、甘蔗、甜高粱、甘薯、木薯等；以生產生物柴油為目的的油料作物，如小桐子、油菜、棉花等。據測算，每噸以玉米、甘蔗等能源作物制造的燃料乙醇可以替代1噸燃料油，同時還能提高燃料的燃燒和動力性能。但是我國地少人多，用玉米作為原料大量生產燃料乙醇在我國還不現實。因此，培育具有高光合作用轉化率、綜合利用價值大的高產能源作物，是我國發展能源農業的最佳途徑。
2.2充分發展利用轉基因技術 轉基因技術應用在食物方面要求標識受到很大限制，而在能源作物上則不受基因標識的限制，具有很大的發展空間。因此，轉基因技術在培育能源作物、發展能源農業方面將大有作為。針對我國人多地少的特點，只能在不與糧食爭地的前提下發展能源農業。因此，利用轉基因技術培育新品種，開發耐鹽、抗旱、高產、高蓄能的能源植物是能源農業的發展方向。目前我國的轉基因技術研究已日趨成熟，具備了在能源農業上大顯身手的能力。
3.我國發展能源農業的意義
大自然通過光合作用產生大量生物質，但是目前世界上生物質的利用率還不到7%，要真正取代石化能源還需要改進技術，降低生產成本，大力發展能源農業。生物質液化燃料對于歐洲許多國家來說，多局限于國土面積的狹小，發展前景有限。而對于中國這樣幅員遼闊的大國來說，只要充分利用現有農林業用地和宜耕土地后備資源，合理開發宜林荒山荒地和易改造的鹽堿化耕地，就有發展能源農業的廣闊前景。
篇7
來源于電的生物燃料
美國加州勞倫斯伯克利國家實驗室的科學家史蒂夫?斯格帶領他的團隊研發出一種高效的生產液體燃料的方法，他們采用一種叫做Ralstonia eutropha的細菌，通過對細菌進行基因工程改造，讓其改變了自然狀態下的產能方式――自然界中的細菌以氫為能量來源，通過轉化二氧化碳合成有機物.科學家重建了該細菌的代謝途徑，從工程大腸桿菌等其他細菌中引入生產中鏈甲基酮的代謝途徑，使得細菌的代謝終產物變為十六烷，它非常接近于傳統柴油.這一新技術所需要的是氫和可再生電能，而可再生電能可以用太陽能和風能等再生能源產生，也就是說，電燃料整體為可再生和綠色的.這一技術解決了傳統生物能源生產過程中的不足，徹底避免了生物燃料與人爭糧的窘境，而且其比目前生物能源的生產效率高10倍.這一研究目前離應用還有一定距離，尚處于實驗室階段，不過進展順利，已獲得美國能源高級研究計劃署電燃料項目支持的340萬美元的資助，這也是能源署高級研究計劃署電燃料項目所支持的13個電燃料項目之一.
電燃料，顧名思義，就是細菌等微生物直接利用電能而獲取能量生長，并且生產出生物燃料的生產方式，這一方式有了一大改進.傳統的生物燃料生產方式都有一個關鍵的限速步驟，那就是光合作用.無論是一代還是二代生物能源技術，大多數生物燃料能量都是源自植物通過光合作用所轉化的太陽能.像是初期玉米和甘蔗中的糖類物質，以及后來的秸稈中的纖維素，說到底，都是由植物本身進行光合作用將太陽能轉化為化學能而來的.光合作用對于植物本身來說必不可少，但遺憾的是，光合作用相對來說較為低效，這就導致了生物原料生產周期較長；想要獲取儲存在植物中的能量特質來生成生物燃料，需要大量的加工步驟.電燃料的生產則成功繞過了光合作用，如果能夠突破關鍵技術，將大大提高生物燃料的生產效率.
改變生物燃料的爭糧窘境
除了光合作用的低效，生物燃料還有一個致命的問題，那就是與人爭糧.2012年的美國大旱重啟了食品與生物燃料之間的斗爭――今年美國玉米產量與一個月前的預測相比下降了17%，與去年的產量水平相比下降了13%，每公頃產量可能是17年以來最低.玉米價格已經達到了創紀錄新高.而且玉米也是動物飼料的主要組成部分，因此，肉類、牛奶和雞蛋價格也可能隨之攀升.與此同時，全美大約40%的玉米被用來制造乙醇，乙醇生產過程會剩下一些可供喂養動物的東西.然而，如今美國玉米產量的至少四分之一被制成了乙醇，作為燃料使用，這已成為政府的強制要求.但國際糧農組織負責人呼吁“立即暫時中止”這一政府要求，以便將更多的玉米用于食品或飼養牲畜.美國畜牧行業也督促國會暫停要求在汽油中添加乙醇的法律.可以說，自從生物燃料問世，這一問題就一直處于爭論的漩渦當中.
篇8
一、國內生物燃料產業發展現狀及存在的主要制約因素
（一）國內生物燃料產業發展現狀
1、燃料乙醇開始規?；瘧?/p>
“十五”期間，我國在黑龍江、吉林、河南、安徽4省，分別依托吉林燃料乙醇有限責任公司、河南天冠集團、安徽豐原生化股份有限公司和黑龍江華潤酒精有限公司四家企業建成了四個燃料乙醇生產試點項目進行定點生產，初步形成了現有國內燃料乙醇市場格局。到2007年，我國燃料乙醇產能達160萬噸，四家定點企業產能達144萬噸。值得注意的是，為不影響糧食安全并改善能源環境效益，我國已確定不擴大現有陳化糧玉米乙醇生產能力的政策，轉向以木薯和甜高粱等非糧作物為原料生產燃料乙醇，并開始商業化生產。目前，廣西木薯乙醇項目的生產能力超過20萬噸，2008年全國燃料乙醇總產量達172萬噸。此外，生物液體燃料也已開始在道路交通部門中初步得到規?；瘧?，我國燃料乙醇的消費量已占汽油消費量的20%左右，在黑龍江、吉林、遼寧、河南、安徽5省及湖北、河北、山東、江蘇部分地區已基本實現車用乙醇汽油替代普通無鉛汽油。
2、生物柴油步入快速發展軌道
自2002年經國務院批示，國家發改委開始推進生物柴油產業發展以來，生物柴油年產量由最初的1萬噸發展到現在的近20萬噸，總設計產能約200萬噸/年，生物柴油被納入《中華人民共和國可再生能源法》的管理范疇。2008年，為鼓勵和規范生物柴油產業發展，防止重復建設和投資浪費，根據生物燃料產業發展總體思路和基本原則，結合國家有關政策要求及產業化工作部署與安排，國家發改委批準了中石油南充煉油化工總廠6萬噸/年、中石化貴州分公司5萬噸/年和中海油海南6萬噸/年3個小油桐生物柴油產業化示范項目。截止目前，我國生物柴油產業已初步形成以海南正和生物能源公司、四川古杉油脂化工公司和福建卓越新能源發展公司等民營公司、外資公司以及中糧集團、航天科工集團和三大石油集團共同參與的格局。
（二）生物燃料產業發展需突破的主要制約因素
目前，我國生物燃料產業的快速發展還面臨許到原料資源供應、產業發展的技術瓶頸、商業化應用市場和政策、市場環境不完善等制約因素。
1、原料資源供應嚴重不足
無論是燃料乙醇還是生物柴油都面臨著“無米下鍋”。
從燃料乙醇看，如果完全用玉米來生產，按照1∶3.3 比例計算，2020 年將達4950 萬噸，加上其他工業消費對玉米需求的增長，未來我國玉米生產將難以滿足燃料乙醇生產的工業化需求，而且隨著陳化糧食逐步消耗殆盡和玉米價格的不斷上漲，玉米燃料乙醇的發展可能威脅到我國糧食安全，因此完全使用玉米生產燃料乙醇在我國并不現實。
從生物柴油看，國內僅有的幾個項目都是以地溝油、植物油腳等廢棄油脂做原料，而全國一年的廢棄油脂也只有600―700萬噸，其中相當比例還要用于化工生產，每年可供生物柴油企業利用的廢棄油脂不足50 萬噸。按照1.2 噸廢棄油脂生產1 噸生物柴油計算，40 多萬噸廢棄油脂能滿足的產能只有30 多萬噸。目前，我國很多企業處于部分停產或完全停產狀態，行業發展陷入了困境。
2、產業發展中的技術、標準瓶頸制約
目前，我國生物質能產業發展尚處于起步階段，產業發展中的生產技術、產品標準、生產設備等問題已成為阻礙生物燃料產業快速健康發展的重要問題之一。
從燃料乙醇的發展看，一方面，我國的自主研發能力還比較弱，缺乏具有自主知識產權的核心技術。目前國內以玉米、木薯等淀粉類為原料的生產技術已經進入商業化初期階段，以甜高粱、甘蔗等糖質類為原料基礎的燃料乙醇生產技術大多處于試驗示范階段，還需在優良品種選育、適應性種植、發酵菌種培育、關鍵工藝和配套設備優化、廢渣廢水回收利用等方面作進一步研究。而國外以淀粉、糖質類為原料的燃料乙醇生產技術已經十分成熟，并進入大規模商業化生產階段。此外，我國的纖維素乙醇還處在試驗階段，技術還有待完善，尤其是如何降低纖維預處理和纖維酶的成本，高效率的發酵技術等方面，總體而言與國外發達國家相比差距較大。另一方面，國內還缺乏以不同生物質為原料的燃料乙醇相關產品和技術標準。盡管我國于2001年頒布了變性生物燃料乙醇（GB18350－2001）和車用乙醇汽油（GB18351－2001）兩項強制性國家標準，在技術內容上等效采用了美國試驗與材料協會標準（ASTM）；但上述標準主要是基于淀粉類原料而制定的，而制備燃料乙醇的原料種類較多且生產工藝也大不相同，在某些技術指標上也會有所差異，單一基于淀粉類原料制定的標準在一定程度上制約了我國燃料乙醇產業的快速發展。
從生物柴油的發展看，我國主要采用化學酯化法生產生物柴油，已形成較完備的技術體系和方法，但由于酯化過程要進行水洗、除渣、酯化、分離、蒸餾、洗滌、干燥、脫色等一系列過程，因此，轉化率低，成本較高，而且產品質量難以保障。此外，雖然我國在2007年頒布了《柴油機燃料調和用生物柴油（BD100）國家標準》（GB/T20828－2007），但由于生物柴油的酸度、灰分、殘炭均高于石油類柴油，常會以B5或B20等BX類生物柴油與石化柴油混用。而我國至今沒有B5或B20標準，更沒有對生物柴油企業的生產設計和運行進行技術規范，生物柴油質量難以保證，導致難以進入中石油、中石化的銷售終端，大量生物柴油賣給企業用作燒鍋爐等用途，極大地制約了我國生物柴油產業的快速健康發展。
3、生產成本過高，商業化應用缺乏市場前景
從燃料乙醇看，目前，除巴西以甘蔗為原料生產的燃料乙醇成本可以與汽油相競爭外，其他國家燃料乙醇的成本都比較高，而我國燃料乙醇由于受原料成本高、耗能大、轉化率低等因素影響，燃料乙醇的生產成本更高；從生物柴油看，在原料價格高峰時，生物柴油的生產成本是每噸接近7000元，而售價是6000元左右。因此，不依靠政府補貼，大規模的商業化應用缺乏市場前景。
4、政策法規和市場環境尚需改進
雖然我國在2005年2月28日通過了《可再生能源法》，并于2007年8月出臺了《可再生能源中長期發展規劃》，但主要是以利用再生能源發電作為目標和重點的，缺乏對包括燃料乙醇、生物柴油等生物燃料開發利用的明確性規定。另外，在生物燃料產業發展方面缺乏利用稅收減免、投資補貼、價格補貼、政府收購等市場經濟杠桿和行政手段促進發展的政策性法規；而且，部分出臺的優惠政策行業內企業很難享受。此外，我國生物燃料產業的市場化競爭和運作環境也有待進一步完善。
二、我國生物燃料產業發展的路線圖
（一）發展目標
按照因地制宜、綜合利用、清潔高效的原則，合理開發生物質資源，以產業發展帶動技術創新，通過加強生物質的資源評價和規劃，健全生物燃料產業的服務體系，包括完善科技支撐體系，加強標準化和人才培養體系建設，完善信息管理體系等途徑促進生物燃料產業的發展，實現生物燃料產業發展從追趕型到領先型的轉變。到2020年，燃料乙醇年利用量達1000萬噸，生物柴油年利用量達200萬噸，年替代化石燃料1億噸標準煤。
（二）發展路線
近期（2011―2015年）：在燃料乙醇方面，應維持玉米乙醇、小麥乙醇的現有發展規模，繼續提高玉米乙醇、小麥乙醇項目的生產效率；重點發展木薯乙醇、馬鈴薯乙醇等非糧淀粉類燃料乙醇；努力完善木薯乙醇、馬鈴薯乙醇等非糧燃料乙醇的生產工藝，提高生產經濟性；進行甜高粱乙醇、甘蔗乙醇等糖類原料的直接發酵技術的示范；同時，加大纖維素遺傳技術研發力度，爭取在纖維素酶水解技術上有所突破；開展抗逆性能源植物的種植示范。在生物柴油方面，仍將維持以廢棄油脂為主，以林木油果等為輔的原料供給結構；開展高產木本油料種植技術研究；開展先進酯化技術示范；制定生物柴油技術規范和B5或B20等BX類生物柴油與石化柴油混用的產品標準，并建立國家級的質量監測系統。
中期（2016―2020年）：在燃料乙醇方面，加大以甜高粱等糖類作物為原料的燃料乙醇的產業化利用，應用耐高溫、高乙醇濃度、高滲透性微生物發酵技術，采用非相變分離乙醇技術；戊糖、己糖共發酵生產乙醇技術實現突破，纖維素乙醇進入生產領域；耐貧瘠能源作物在鹽堿地、沙荒地大面積種植，提高淀粉作物中淀粉含量、糖作物中的糖含量技術成功，燃料乙醇在運輸燃料中起到重要作用。在生物柴油方面，大力開發以黃連木、麻風樹等木本油料植物果實作為生物柴油主要原料的生物柴油，高產、耐風沙、干旱的灌木與草類規模化種植技術取得突破；高壓醇解、酶催化、固體催化等生物柴油技術廣泛應用。
遠期（2020年以后）：在燃料乙醇方面，燃料乙醇逐步替代汽油并探索利用更高熱值產品（如丁醇等）；植物代謝技術取得突破，減少木質素含量提高纖維素含量，大規模生產木質纖維類生物質燃料乙醇的工業技術開發成功并實現產業化。在生物柴油方面，以黃連木、麻風樹等木本油料植物果實作為生物柴油主要原料的生物柴油的生產工藝不斷成熟且生產經濟性不斷提高，規模不斷擴張；工程微藻法技術逐步完善并走向成熟且實現產業化。
三、促進我國生物燃料產業發展的保障措施
（一）統一思想，合理規劃，有序推進
向全社會廣泛宣傳發展生物燃料產業的重要意義，切實提高對發展生物燃料產業重要性的認識，把生物燃料產業的發展提高到國家經濟和社會發展的戰略高度予以考慮。同時，要借鑒先發國家在生物燃料產業發展過程中的經驗和教訓，仔細分析生物燃料產業發展過程中可能會出現的問題。此外，各地區也要按照因地制宜、統籌兼顧、突出重點的原則，做好生物燃料產業發展的規劃工作，根據生物質資源狀況、技術特點、市場需求等條件，研究制定本地區生物燃料產業發展規劃，提出切實可行的發展目標和要求，充分發揮好資源優勢，實現生物質能的合理有序開發，走出一條具有中國特色的生物燃料產業發展路徑。
（二）開展資源評價，發展能源作物
必須通過生物質資源的調查和評價工作，搞清各種生物質資源總量、用途及其分布，為發展生物燃料產業奠定良好基礎。一是開展調查研究，做好資源評價。二是在生物質資源普查與科學評價基礎上，制定切實可行的能源作物發展規劃，以確定在什么地方具有大規模種植何類能源作物的條件。在不毀壞林地、植被和濕地，不與糧爭地，不與民爭糧的原則下，調整種植業比例，優化種植結構，根據主要能源作物品種的性能、適宜的邊際性土地等資源數量、區域分布現狀，科學制訂能源作物的種植規劃。在種植基礎好、資源潛力大的地區，規劃建設一批能源作物種植基地，為生物燃料示范建設和規?；l展提供可靠的原料供應基礎。
（三）加大生物燃料產業前沿技術研究和產業化示范工作
必須要堅持點面結合、整體推進的原則，將近、中遠期目標相結合，并結合我國生物質資源特點，加大對生物燃料產業前沿技術和技術產業化研究的支持力度。一是制定生物燃料產業發展的技術路線圖，通過政府、企業和研究機構的共同工作，提出中長期需要的技術發展戰略，有利于幫助企業或研發機構識別、選擇和開發正確的技術，并幫助引導投資和配置資源。二是加強生物燃料產業技術的試點和產業化示范工作，設立生物燃料產業研究發展專項資金，增加研究開發投入，加大生物燃料產業技術的研發力度，加快推進生物燃料產業技術的科技進步與產業化發展。三是重視生物燃料產業技術和產品的標準體系建設，制定生物燃料產業技術和產品標準，發揮標準的技術基礎、技術準則、技術指南和技術保障作用，并建立國家級的質量監測系統加強市場監督工作，促進生物燃料產業的健康發展。
（四）加強財政、稅收和金融政策的引導和扶持
一是可以給予適當的財政投資或補貼，包括建立風險基金制度實施彈性虧損補貼、對原料基地給予補助、具有重大意義的技術產業化示范補助和加大面對生產生物燃料產品企業的政府采購等措施，以保證投資主體合理的經濟利益，使投資主體具有發展生物燃料項目的動力。二是加大對投資生物燃料項目的稅收優惠，包括對投資生物燃料項目的企業實行投資抵免和再投資退稅政策，對生產生物燃料產品的企業固定資產允許加速折舊，對科研單位和企業研制開發出的生物燃料新技術、新成果及新產品的轉讓銷售在一定時期可以給予減免營業稅和所得稅等措施，以鼓勵和引導更多的企業重視、參與生物燃料產業發展。三是積極引導金融資本投向生物燃料產業，包括對生物燃料龍頭企業實施貸款貼息，支持有條件的生物燃料企業發行企業債券和可轉換債券，支持符合條件的生物燃料企業以現有資產做抵押到境外融資以獲得國際商業貸款和銀團貸款，鼓勵和引導創業投資增加對生物燃料企業的投資等措施，鼓勵以社會資本為主體按市場化運作方式建立面向生物燃料產業的融資擔保機構，以降低生物燃料企業的融資成本，擴充和疏通生物燃料企業的融資渠道。
（五）加強部門間合作，建立產業服務配套體系，完善市場體系建設
一是建設和完善服務保障體系。整合資源，建立和完善產業服務配套體系，針對生物質資源分布廣、收集運輸難等問題，建立生物質資源收集配送等產業服務體系；積極引導農民發展能源作物種植、農作物秸稈收集與預處理等專業合作組織，建立生物質原料生產與物流體系；盡快建立完善生物燃料產業技術的推廣服務體系、行業質量標準和產品檢測中心等配套服務體系，加強生物燃料產業技術、管理人才隊伍的建設。二是必須盡快開發具有自主知識產權的生物燃料產業的國產設備，重點開發有利于生物燃料產業發展的裝備設計與制造技術，包括大型專用成套設備和成熟的生產工藝路線。三是完善市場體系建設。要通過市場帶動，積極發展上下游企業和相關配套產業，整合資源，優化結構，建立完善的市場體系。
篇9
動植物油脂的主要成分是甘油三酸酯，通過酯交換法制備的脂肪酸單烷基酯，工業上應用主要是脂肪酸甲酯，俗稱為第一代生物柴油。生物柴油是指天然油脂制備的柴油，也可以是其他柴油，若以動植物油脂為原料通過加氫裂解工藝生產非脂肪酸甲酯生物柴油，稱為第二代生物柴油。若以脂肪酸甲酯為代表的生物柴油需達到“GB/T20828-2007柴油機燃料調合用生物柴油（BD100）”標準指標；若是非脂肪酸甲酯生物柴油需達到石化柴油相應的《輕柴油》（GB252-2000）技術要求指標。
一、第一代生物柴油發展現狀及酯交換法工藝存在的問題
各種動植物油、草本植物油、木本植物油、動物油、廢棄油脂（如地溝油、泔水油）、藻油等都可用來加工生物柴油。
生產生物柴油主要采用動植物脂類的可再生資源，能夠通過各種催化和化學方法轉化為適宜碳鏈長度的可再生液體燃料。目前利用油脂制備液體燃料的主要方法是酯交換法，經過多年的發展，酯交換法已形成比較完備的技術體系，在歐美國家主要以大豆油、菜籽油生產生物柴油，生產工藝相對成熟，產品質量穩定，已部分進入石油市場彌補石化柴油的不足。
我國不同于歐美國家，我國人多地少的國情，決定了生物柴油原料的發展應遵循“不與人爭糧，不與糧爭地”的原則，利用非糧作物和林木質物質生產生物質液體燃料。近期主要利用回收的廢油脂生產生物柴油，目前已經形成產業，我國每年產廢油脂的數量是巨大的，利用大中城市回收的廢油及餐飲廢油制備生物柴油，以此廢油作原料可以降低生物柴油生產成本；又是綜合利用工業廢油及其他廢油，使廢物資源達到經濟與環保的目的。
發展生物柴油產業可以增加一條由可再生資源生產清潔柴油的渠道，但是其瓶頸問題是產品的質量和價格，不能參與石油市場競爭，與石化柴油缺乏競爭力。所以積極開發降低生產成本，提高油品品質的研究，采用廉價的原料，通過技術創新、生產工藝進一步優化、改進、提高產物綜合利用值，以獲取低成本、高質量的生物柴油，是我國生物柴油生產技術的發展趨勢。生物柴油生產工藝及采用原料可導致生物柴油生產成本有較大差異，在一定程度上限制了生物柴油技術的推廣及應用，因此在制備工藝及配套裝置上，著重研究適合各種不同的原料，特別是對于游離脂肪酸含量較高的油脂，如各種餐飲廢油、地溝油、酸化油等，不能直接通過酯交換反應制備生物柴油而開發出比較適宜的技術先進適用和經濟有利合理的工藝路線，不但能夠增加新建生物柴油企業的經濟效益，還能夠推動生物柴油產業的大力發展，普及應用。
目前動植物油脂通過酯交換法制備的脂肪酸甲酯，即第一代生物柴油存有原料利用品種單一、工藝復雜、設備繁多、反應過程使用過量甲醇，后續工藝必須有相應的甲醇回收裝置；能耗高、色澤深；油脂原料中的游離脂肪酸及水嚴重影響生物柴油的收率及品質；油脂中的不飽和脂肪酸在高溫下容易變質，酯化產物難以回收；成本高，生產過程有廢堿液、廢酸液排放造成環境二次污染等問題。常規工藝制備的脂肪酸甲酯，由于自身性質決定的缺陷在實際應用中還存在一定的問題：如①低溫流動性差，冷凝、冷濾點較高，不能在氣候寒冷地區及冬季使用；②分子結構中含有氧官能團造成熱值較低，通常比石化柴油低9%13%；③黏度較高，為5-10mm/s-1，在柴油中輸送困難，使其供油不充分；④密度較高，為0.87-0.90cm3/g，易造成不完全燃燒；⑤儲存穩定性差，容易發生氧化變質等問題。又因動植物油脂資源少、價格高，制約了生物柴油的實際應用及產業化的大力發展。
天津市迪創生物能源科技有限公司研發的“環保型提煉清潔液體燃料真空催化改質裝置”是具有自主知識產權的生產第二代生物柴油的技術裝置，解決了上述的這些問題。
二、第二代生物柴油轉化機理
從總體來看，通過第一代酯交換工藝生產的脂肪酸甲酯，其對原料油品的要求較高，同時副產甘油，加大了產品分離的提純難度，增加了生產成本，又由于第一代生物柴油在使用過程中的弊端，研究者們通過第一代生物柴油進行加氫脫氧，異構化反應，得到類似柴油的烷烴，形成了第二代生物柴油。與第一代生物柴油相比，第二代生物柴油具有優異的調和性質和低溫流動性等特點，適用范圍更廣泛。國外已開始逐漸進入工業應用階段，為生產超清潔柴油奠定了基礎。在我國只停留在試驗研究階段，迄今為止還尚未有進入工業化生產的企業，第二代生物柴油是未來生物柴油的主要發展方向。
動植物油脂作為可再生資源，由于其結構特點中含有與柴油相似的脂肪酸長碳鏈，使其作為石油資源的替代品成為可能。
廢油脂的主要成分還是動植物油的成分，動植物油中所含的脂肪酸（無論是飽和或不飽和）絕大部分為偶碳直鏈的，主要脂肪酸有C12、C14、C16、C18、C20和C22等幾種，其他的脂肪酸含量很少，這些脂肪酸鏈長度與柴油碳數非常接近，這也是作為生物柴油的重要依據，而長碳鏈在高溫條件下會發生分解、斷鏈、產生小分子烴類。動植物油脂通過熱裂解、催化裂解和催化加氫可得到烴類產物，能有效地利用油脂結構的特點，作為石化原料的補充，生產小分子的烴類等有機化工原料，或轉化為新型燃料——生物柴油。這為廢棄油脂的資源化利用又開拓了新的途徑。
催化加氫裂解的過程是石油化工行業常用的工藝過程，對提高原料的加工深度，合理利用石油資源、改善油品質量，提高輕油收率等具有重要意義。第二代生物柴油利用催化裂解技術進行加氫處理，從而得到與柴油相似的烷烴。
動植物油脂的主要成分是脂肪酸甘油酯，在催化加氫條件下，甘油三酯、單甘酯及羧酸在內的中間產物，經加氫脫羧基、加氫脫羰基、加氫脫氧反應生成正構烷烴的最終產物是C12-C24正構烷烴，副產包括丙烷、水和CO、CO2。由于正構烷烴的熔點較高，使得所制備的生物柴油的濁點偏高，低溫流動性差，再通過加氫異構化反應，將部分或全部正構烷烴轉化為異構烷烴，從而提高其低溫使用性能。
催化加氫裂解是指在高溫、高壓、有氫氣存在的條件下進行加氫裂化，催化加氫裂解能夠得到高品質的燃料油，其燃油性能甚至超過常規的石化柴油，但是加氫過程使用高熱值氫氣，自身就是高熱值燃料，將其轉化不可燃燒的水，不僅操作成本高，也是一種資源的浪費。目前在我國經濟上可行制備生物柴油的主要原料是高酸價油脂、廢棄動植物油脂，分布相對分散，原材料集中相對困難，而且設備投資大，比較適宜石化煉油企業大規模生產。因此該法在我國近期還不太適用，高溫、高壓、催化劑昂貴，不適宜中小型規模的企業采用。
三、供氫催化裂解改質工藝生產第二代生物柴油技術的先進性
催化加氫裂解是一種有應用前景的油脂轉化燃料油技術，即生產第二代生物柴油的技術。是將生物油脂通過供氫催化裂解改質制備生物液體清潔燃料，是開發生物柴油替代燃料的又一條途徑，是一種新能源的生產方式，與目前第一代生物柴油的酯交換法制備工藝相比較有其獨有的優勢。
根據中華人民共和國第200920151218.8專利，名稱“環保型提煉清潔液體燃料真空催化改質裝置”的實用新型專利技術，授權公告日：2010年1月27日，生產第二代生物柴油。該項專利技術被國家知識產權局評為“2011年度10項優秀專利”。
該裝置是應用第二代生物柴油的轉化技術提高油品質量的裝置，克服了第一代生物柴油現有技術存在的生產成本高、工藝過程復雜，對環境造成二次污染的缺點；又因動植物油資源少、價格高，制約生物柴油的實際應用及產業化的大力發展。而第二代生物柴油研究的重點是擴大油脂資源和其他可利用資源的應用范圍，根據原料的性質，提煉清潔液體燃料真空催化改質的轉化方法和提高生物柴油油品品質的技術。
該裝置是采用先進的催化裂解技術，將裂解釜中液相懸浮床流態化與精餾塔固定床催化改質提煉燃油耦合同一裝置體系，將二步聯產法工藝改為一步分流法，簡化工藝流程，減少中間環節，有利于節能和節省設備投資；采用催化裂解、改性提質、技術先進適用，經濟有利合理，從而獲得符合國標的高品質清潔液體燃料。催化加氫脫氧，降低生物柴油的氧含量，提高其能量密度；加氫異構化，提高油品低溫性能，同時保持高十六烷值、辛烷值，避免了傳統工藝酯交換法的缺點。
采用供氫催化裂解改質是運用本裝置的核心技術，是第二代生物柴油新的一種轉化方式。本項目的供氫催化裂解技術不同于高溫熱裂解、催化裂解和催化加氫，有自己獨有的優勢。其特點是：在廢油脂中加入一定量的具有供氫效果的化合物，也能起到氫氣存在的同樣效果，這些化合物能在熱反應過程中提供活性氫自由基，有目的地抑制自由基縮合，從而提高裂化反應的苛刻度，增加中間餾分油產量。供氫催化裂解是在常規裂化工藝基礎上加入具有供氫效果的溶劑，使反應過程中液體供氫劑釋放出的活性氫與生物油脂熱解過程中產生的自由基結合生成穩定具有協同效應的低分子，從而抑制自由基的縮合，可提高熱裂解反應的速率，防止結焦，增加輕餾分汽油和中間柴油餾分的收率。
塑料是碳氫化合物，塑料裂解油中含有大量氫原子，H/C原子比相對較高，加熱時揮發分也比較高，為了獲得廉價的氫氣，廢塑油、橡膠油與廢油脂加熱共熔裂解，富有優勢互補的協同效應，富含氫的塑膠中含氫基團在反應過程中會向動植物油裂解產物進行加氫轉移，塑膠裂解油在油脂裂解中起著供氫作用，是主要的供氫者，油脂中的含氧化合物最容易加氫脫氧，很快反應生成烴和水，同時伴隨脫羧基、脫羰基、異構化反應實現加氫裂解，使動植物油裂解為柴油，少量汽油餾分，具有很高的十六烷值、辛烷值和較低的硫含量和芳烴，可單獨使用或與柴油任一比例摻合使用，是一種優質的石化燃料的替代品。該技術已在天津中試裝置進行中試，其產品能達到國標要求指標，技術成熟。由于利用垃圾中的廢料為原料，原料易得且價廉，既減少對環境的污染，又能獲得可利用的豐富資源，生產成本較低，有巨大的經濟效益和環境效益，目前在石油燃料市場競爭中有很強的競爭力。
供氫催化裂解工藝與酯交換工藝技術對比其先進性是：
1 用于制備生物柴油的原料：酯交換工藝對其原料中游離脂肪酸的質量分數要求最為苛刻，無論任何油脂都要進行脫酸、脫膠處理；供氫催化裂解工藝對原料中的游離脂肪酸要求最低，大部分油脂不需要脫酸、脫膠就可作原料使用，從而減少了脫酸、脫膠質對油的損耗，擴大了對原料的使用范圍，更加適合我國生物柴油原料來源廣、適用性強、性質不穩定和游離脂肪酸質量分數高的現狀。該法具有很好的工業前景。
2 酯交換工藝合成的脂肪酸甲酯中含有氧和各種雜質，同時由于脂肪酸甲酯在化學組成方面不同于石化柴油，不能長期儲存，在其與油接觸時會使油污染，酯交換工藝合成的脂肪酸甲酯雖然低硫、低芳烴，符合其清潔柴油發展方向，但其比重大、熱值低、穩定性差，不能擴大柴油產量和清潔油品升級換代，只能低比例與石化柴油混合使用，從而限制在石化柴油中的大量應用；而供氫催化裂解工藝制備的生物柴油低硫、低芳烴，符合清潔柴油發展方向，同時產品的比重小、熱值高、穩定性好、低溫性能好，可適應多種環境條件，全年都可使用，即使在-20攝氏度以下氣溫極低地區也能夠使用。因此，供氫催化裂解工藝不僅成為生物柴油發展的主要方向，而且也是為將來石化柴油提供升級換代的途徑。
3 供氫催化裂解法與酯交換法制備生物柴油相比，催化裂解的產物組成發生了根本變化，通常得到的是烷烴、烯烴、羰基化合物、脂肪酸的混合物，由于這些化合物的物化性質與柴油十分接近，發熱值、黏度、密度、閃點、餾程等主要指標都能達到國標無鉛汽油和輕柴油相應的指標要求。
4 供氫催化裂解工藝不需要對原料進行脫酸、脫膠質等預處理步驟，沒有副產物甘油和甲醇回收的問題，只存在裂化一道工序，工藝設備簡單，生產用工、設備投入、原材料成本大為減少，在生產成本和燃油性能上占有優勢，在現有技術及目前石油市場競爭中，在沒有國家政府現行政策資金補貼的情況下仍具有很強的競爭力。
5 采用懸浮床流態化反應器、固定床塔式反應器、隔板節能精餾塔、管式加熱爐及自動排渣裝置系統連續化生產，副產品回收利用，無“三廢”污染物排放，是一種清潔生產工藝。
四、第二代生物柴油發展前景
生物柴油作為一種可再生與環境友好的清潔燃料，將成為石油燃料油的理想替代能源。目前使用的生物柴油是常規酯交換法制備的第一代生物柴油，即以油料作物、油料植物和工程微藻等水生植物油脂、動物油脂及餐飲地溝油等為原料通過酯交換工藝生產脂肪酸甲酯（FAME），生產過程中同時副產甘油。這一技術比較成熟，已部分進入市場彌補石化柴油的不足。在第一代生物柴油的基礎上，第二代生物柴油是以動植物油脂為原料通過催化加氫裂解工藝生產的非脂肪酸甲酯生物柴油。與第一代生物柴油相比，第二代生物柴油具有優異的調和性質和低溫流動性能等優點，明顯優于第一代脂肪酸甲酯，適用范圍更加廣泛，是未來生物柴油的主要發展方向。目前國外第二代生物柴油已經進入工業生產和應用階段，為生產超低硫清潔柴油奠定基礎。從目前來看，植物油作為石油替代資源的成本較高，因此植物油的開發利用受到制約。但是從長遠來看，由于石油資源不斷減少以及日益嚴格的環保要求，開發可再生的綠色替代能源是必然趨勢。我國每年的廢食用油和其他碳氫廢油的資源十分豐富，這也比大豆油、菜籽油便宜很多，利用廢棄動植物油脂和碳氫廢油生產第二代生物柴油，清潔汽油，認真提高廢油資源的綜合利用，符合循環經濟發展思路，不僅對于緩解燃油的緊缺局面起到了一定的補充作用，而且對于新增企業經濟效益和環境效益將是巨大的。
據測算，該項目投資500萬元即可投產。按全年生產生物柴油產品10000噸，所需原料為12500噸，料油市場價格按其平均價格4800元/噸計算，年凈利潤總額可達1211.90萬元，投資利稅率可達21.78%，投資回收期為半年。另外，本項目有較強的抗風險能力。正常生產年份以生產能力利用率表示的盈虧平衡點為12.86%。計算表明，當項目正常生產年份的生產能力利用率達12.86%時，可不虧不盈，即當年生產第二代生物柴油1286噸，即可保本。發明人馮善茂表示，他本人以及他所在單位愿意向廣大企業和個人提供技術合作與咨詢。
五、聯手共創，打造生物柴油低碳時代
第二代生物柴油的發明人馮善茂及他的研發單位天津市迪創生物能源科技有限公司是擁有可再生生物質能源自主知識產權的科技型企業，從20世紀90年代初就從事可再生能源生物液體燃料的研究，不用國家一分錢，將自己的經濟收入全部投入到科學研究工作中，在堅持不懈的努力下，取得多項發明成果，在生物液體燃料中相繼發明了①“環保型生產生物柴油的酯化裝置”（ZL200620149130.2）、②“節能環保型生物柴油粗酯精制裝置”（ZL200820136768.1）、③“環保型提煉清潔液體燃料真空催化改酯裝置”（ZL200920151215.8）等，其中①、②兩項專利技術在2009年第9屆香港國際專利發明博覽會上均榮獲發明金獎；“節能環保型生物柴油粗酯精制裝置”的學術論文（成果）在2010年國際交流評選活動中被評為“世界重大學術思想特等獎”；“環保型提煉清潔液體燃料真空催化改酯裝置”（ZL200920151215.8），該項專利技術被國家知識產權局評為“2011年度10項優秀專利”。上述3項專利是針對現有技術存在的不足，并根據國內、國外比較成熟的工藝，經過多年的科學研究與實驗而研制開發出具有節能環保、產業延伸、生產鏈接的生物柴油配套技術與裝置。根據當前我國能源的緊缺狀況，燃料油品的市場需求及用戶生產者的要求，生物柴油升級換代的第二代生物柴油應運而生，為了使生物柴油新興產業持續發展，實施產、學、研結合，天津市迪創生物能源科技有限公司與山東濰坊春泉環保設備有限公司已簽訂長期合作合同，建立“資源綜合利用科研實驗基地”，加快生物質燃料的研發與設備開發，加快適用技術的專利轉化，使生物柴油新興產業健康穩步發展。充分發揮山東濰坊春泉環保設備有限公司制造壓力容器與設備的專有技術與優勢，專業生產生物柴油與生物質煉化的專用設備。中國首套第二代生物柴油的全整套的中試煉化設備，在山東濰坊春泉環保設備有限公司投資、加工落成，已于今年5月試車投產，這標志我國第二代生物柴油生產技術開發成功，首套裝置在山東落成投產。
該裝置，采用供氫催化、裂解改質生產低凝生物柴油的工藝，裝置適用范圍廣泛，既可用植物油、動物油又可用廢棄油脂、廢機油、廢塑料油及石化煉廠的廢料，經過裂解改質后都可轉化為替代石油的燃料油品。
篇10
“綠色航空”勢在必行
航空界對替代能源的渴求，從未像現在這樣強烈過。從萊特兄弟發明飛機以來，飛機就與石油消耗如影隨形般聯系在一起，并因此成為“高碳”俱樂部重要成員之一。國際權威數據顯示，當前全球航空運輸業每年消耗15億17億桶航空煤油，2008年全球航空運輸業排放的二氧化碳高達6.77億噸，盡管僅占全球總排放量的2％。但是由于高空飛行的飛機直接將二氧化碳排放在1萬米左右的平流層，所產生的實際溫室影響要比地面排放大4倍左右，對全球變暖的影響更直接、更明顯。此外，飛機在飛行過程中還排放出大量氮氧化物、水蒸氣，都對全球變暖有重要影響。
從上世紀70年代以來，盡管由機和引擎技術的不斷提高，飛機發動機的燃燒效率在過去40年已經提高了70％，但這些進步被同一時期航空業的快速發展所抵消。飛機絕對排放量不僅沒有下降，反而還在迅速上升。根據歐盟的統計，歐盟境內二氧化碳排放在20世紀90年代整體下降5.5％，而其成員國國際航空溫室氣體的排放在這段時間增加73％，且預計到2012年將增加150％。與此同時，石油等不可再生石化能源資源的日趨枯竭，進一步給航空運輸業未來的可持續發展蒙上了一層陰影。
面對能源危機和氣候變化的雙重挑戰，僅憑飛機燃燒效率和航空公司營運效率的提高，無法確保能源的可持續，也無法從根本上實現碳減排。尋找新的替代能源，實現更綠色的飛行，成為航空運輸業的當務之急。由行器自身原因和安全因素，風能、水利、核燃料和太陽能等可替代能源目前均不能滿足航空業的需要，可再生的生物能源成為最佳的替代選擇。
古老能源的新生
生物能源，是指從生物質得到的能源，它是通過植物光合作用，將二氧化碳轉化為其它形態的含碳化合物，這些物質通過燃燒可以釋放能量。因此，生物能源的形成實質是生物質同化、固定陽光能和大氣中二氧化碳的結果。生物質具體的種類很多，植物類中最主要也是我們經常見到的有木本植物、農作物(秸稈、稻草、谷殼等)、雜草、藻類等。非植物類中主要有動物糞便、動物尸體、廢水中的有機成分、垃圾中的有機成分等。
從能量的形成過程來講，生物能源與化石能源在本質是一樣的，二者的內部結構和特性也相似，可以采用相同或相近的技術進行處理和利用。不同的是，地球上的化石能源是自然生態系統經過幾十億年的漫長進化，才將巨量的碳通過光合作用以化石能源的方式固化封存于地下，從而使大氣中的二氧化碳的濃度降到適合人類生存。但近幾百年來，煤炭、石油等化石能源的大規模開發，使這些封存的碳被集中、快速地釋放出來。如同打開了“潘多拉魔盒”，必然極大破壞生態平衡。生物燃料盡管在燃燒釋放能量的同時也會釋放二氧化碳，但它在成長過程中會從大氣中吸收等量的二氧化碳，形成一個良性循環，理論上二氧化碳的凈排放為零，能夠實現“碳中性”。此外，生物能源是一種取之不盡、用之不竭的可再生能源，地球每年通過光合作用可生產1400-1800億噸生物質，其中蘊含的能量相當于全世界能耗總量的10-20倍。
生物燃料是人類最早利用的能源。古人鉆木取火、伐薪燒炭，實際上就是在使用生物能源。但是通過生物質直接燃燒獲得能量是低效而不經濟的?；茉吹拇笠幠Ｊ褂?，使生物燃料受到冷落。從上世紀70年代以來，日益顯露的環境問題讓人類的目光再次投向生物能源，隨著生物燃料轉化技術的不斷發展，古老的能源獲得了新生機。
到目前為止，生物燃料的發展已經歷了三個階段。第一代生物燃料主要是以玉米、甘蔗、大豆和蓖麻等糧食作物和油料作物為原料，因其存在“與民爭食”的特點而飽受非議，同時還面臨原料供給的瓶頸，目前已逐步被以麥稈、草和木材等農林廢棄物和貧瘠土地上生長的木本植物作為原料的第二代生物燃料和以微藻為原料的第三代生物原料所替代。第二、三代生物燃料可以不消耗糧食，不造成污染，節約大量耕地和水，發展前景被業界普遍看好，因此也被稱為可持續性生物燃料。目前，生物燃料已成為人類可再生能源最重要的組成部分，約占全球可再生能源消費的74％左右。
助飛航空業的綠色能源
由于民航客機要在1萬米之上高空飛行，其發動機必須適應高空缺氧、氣溫氣壓較低的惡劣環境。因而要求航空煤油有較好的低溫性、安定性、蒸發性、性以及無腐蝕性、不易起靜電及著火危險性小等特點。目前適用于航空業的生物燃料主要是麻風樹、亞麻薺、微藻和鹽土植物。其中最具代表性的是麻風樹和微藻。
麻風樹是一種廣泛分布于亞熱帶及干熱河谷地區的熱帶常綠樹或大型灌木，其果實稱為小桐子，果實的含油率35％至41％，野生麻風樹果實的最高含油量約為60％。在我國，野生麻風樹主要分布于兩廣、瓊、云、貴、川等地。麻風樹生長迅速，生命力強，在部分地方可以形成連片的森林群落。3年可掛果投產，5年進入盛果期。麻風樹的干果產量為300-800公斤／畝，平均產量約660公斤／畝，果實采摘期長達50年，每3.5噸小桐子可提煉出約1噸生物柴油，經過進一步精煉之后，可生成約0.15噸航空煤油。
藻類是最原始的生物之一，按大小通常分為大藻(海帶、紫菜等)和微藻(直徑小于1mm單細胞或絲狀體)。其中用于制備生物燃料的是微藻。利用微藻發展生物能源有許多其它陸地植物不具備的優勢。第一，生長環境要求簡單。微藻幾乎能適應各種生長環境。不管是海水、淡水、工業污廢水、荒蕪的灘涂鹽堿地、廢棄的沼澤、魚塘，甚至下水道都可以種植微藻。第二，微藻產量非常高。一般陸地能源植物一年只能收獲一到兩季，而微藻幾天就可收獲一代，微藻單位面積的產率高出高等植物數十倍。第三，產油率極高。脂類含量比其它油料作物如玉米、油菜、麻風樹等要高很多，一般含有30％-50％左右脂類，有的甚至高達80％。第四，利于環境保護。每年由微藻光合作用吸收固化的二氧化碳占全球二氧化碳固定量40％以上。微藻現今被看作是最有前景的生物燃料來源，被稱為下一個“能源巨人”。
由麻風樹和微藻所生成的生物煤油由于具備良好的燃料性能，能與化石燃料兼容，又可直接應用于傳統發動機；與現有飛機的兼容性非常好，既能和傳統的航空煤油混合， 也可完全代替傳統的航空煤油，直接為飛機提供能量。此外，它比傳統航空燃料的凝結點更低，燃料的每加侖能量值更高。燃燒過程中二氧化硫、氮氧化合物、碳氫化合物的排放較少，造成空氣污染和酸雨現象會明顯降低。由于生物燃料在運輸和制造過程中會有一定的碳排放，絕對的碳中性是不存在的。不過即使考慮到這些因素，與石油燃料相比，生物燃料依然能夠實現60％-80％的碳減排。
綠色飛行不再遙遠
正是由于生物燃料對航空業未來發展的革命性效應，近年來，包括飛機制造商、航空公司、發動機生產商在內的航空產業鏈成員們以及能源和學術界領導者間的通力合作，加快了生物燃料的開發與應用的推進步伐。
自2008年2月24日波音公司與維珍航空合作完成了人類歷史上首次采用添加50％生物燃料的混合燃油為動力的飛行試驗以來，新西蘭航空、法航、日航、美國大陸航空公司等多家航空公司先后進行了一系列類似生物燃料的試飛，證明了使用可持續性生物燃料與煤油的混合燃料的技術可行性。2010年6月，空中客車公司成功完成了以微藻為原料的純生物燃料飛行，表明生物燃料完全可以獨立為飛機的飛行提供能量。按照國際航協的計劃，在完成相關安全性測試和認證后，生物燃料在2012年開始正式進入商用領域，到2020年生物燃料占航空燃油的比例將達到15％，2030年達到30％，2040年達到50％，并希望在2050年實現整個行業總量減排50％的目標。
目前，我國航空生物燃料的試驗和開發工作已全面展開。2010年5月26日，中國航空集團公司與中石油、波音公司、霍尼韋爾UOP公司合作，正式啟動了中國民航可持續航空生物燃料驗證試飛項目。初步確定2011年年中，國航將使用一架波音747-400飛機在不同的高度和操作環境下進行不超過2小時的飛行試驗。屆時，該飛機的一臺發動機將按1：1的比例，加注生物燃料和傳統航油混合燃油。所用燃油的原料來自中石油在中國的原料基地應用UOP公司精煉加工技術轉化的航空生物燃料。這次試飛將是全球首次在一個國家完成原料種植、生物燃油提煉與混合、驗證飛行的全鏈條驗證。
中科院青島生物能源與過程研究所和美國波音公司研發中心已簽署推進藻類可持續航空生物燃料合作備忘錄，將在青島組建可持續航空生物燃料聯合實驗室，啟動微藻航空生物燃油這一能源技術的大規模研發。預計5年左右實現關鍵技術重大突破，形成幾千噸的規模性示范，10年左右實現產業化。
生物原料的規?；N植也已啟動。根據規劃，我國麻風樹主要分布區為西南云貴川三省，從2006年開始利用荒山荒地大規模人工種植麻風林，目前人工種植規模已達15萬公頃，占中國人工種植麻風樹面積的95％以上。今后幾年種植規模將進一步擴大，到2020年將有7500萬畝中國的荒地用于種植麻風樹，其中僅四川省就將有3000萬畝荒地成為麻風樹種植基地。如能完成種植目標，屆時產自中國的原材料所生產的生物燃料可取代全球航空運輸業現有40％的石化燃料。
從現在的實驗情況來看，生物燃油應用到航空業來，技術已經不是最大困難?，F階段，航空生物燃料成本還很昂貴，約為傳統航空煤油的3-4倍。但隨著技術進步、工藝優化和生產規模不斷擴大，成本肯定會降下來，甚至比石油燃料更低。而且，生物燃油的價格要比深受地緣政治和國際游資雙重影響的石油更易控制，可以幫助航空公司控制成本，減少意外開支?？梢灶A見，使用生物燃油作為可持續航空燃油，將成為民航業發展新趨勢。
把握機遇低碳領航
我國發展生物能源的空間和潛力十分巨大。據統計，全國有4600多萬公頃宜林地，還有約1億公頃不宜發展農業的廢棄土地資源，可以結合生態建設種植能源植物。我國的渤海、黃海、東海、南海，按自然疆界可達473萬平方公里，鹽堿地面積達1.5億畝，可供開發的微藻資源潛力巨大。近幾年，我國生物能源科研技術水平進步顯著，在某些領域基本與發達國家處在相近的起跑線上。面對新能源革命的浪潮，應從戰略層面高度重視，抓住機遇，順勢而上，借鑒發達國家經驗，加大生物能源發展的推進力度，確保在低碳經濟時代占有一席之地。
強化生物能源的戰略推進。國家“十二五”能源發展規劃已將生物能源發展列入七大重點能源領域。要進一步細化國家層面的協調和引導，盡快建立具體、科學的產業發展路線圖。做好鹽堿、沼澤、山坡、半沙漠化等不宜發展農業的廢棄土地資源以及海洋、河灘等資源的生物燃料開發規劃，加強對生物能源產業扶持、消費補貼或金融支持力度。選擇有雄厚技術積累和資金實力的生物能源生產企業，建立產業化示范基地，增強規?；a能力。
