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    燃料乙醇一种新能源的替代品:5万到10万的新能源汽车

    时间:2019-01-09 03:19:31 来源:雅意学习网 本文已影响 雅意学习网手机站

      摘 要: 本文介绍乙醇的生产及其目前在国内外的发展概况;分析了其经济效益和发展前景,肯定其能源战略地位;提出了几条实现我国燃料乙醇发展的可行性建议。   关键词: 燃料乙醇 新能源 经济效益
      
      目前,全球气候逐渐变暖,煤、石油、天然气等化石能源日渐消耗,从而引发了世界对可再生并对环境污染少的新型能源的深刻思考。诸如中国、巴西、美国、加拿大等国正在积极开发和利用生物质燃料乙醇。但如果一直采用大量粮食生产燃料乙醇,必然会造成人类缺粮、缺地等生活隐患,所以走“非粮”路线必然是正确道路。再者地球纤维素的贮量丰富,其能量来自太阳,取之不尽,用之不竭。
      一、国内外燃料乙醇的发展现状
      目前,随着石油价格的飞涨,环境污染与能源短缺问题日渐突出,化石能源日益枯竭,燃料乙醇便应运而生,并逐渐形成了一个产业,一些农产品丰富的国家正大力发展燃料乙醇的供应市场。巴西早在1981年就颁布法令规定全国销售的汽油必须添加燃料乙醇,成为世界上唯一不用纯汽油作为汽车燃料的国家。经过几十年的发展,巴西用占全国面积1.5%的国土面积,解决了全国超过一半的非柴油车用燃料的供应。美国自1992年起就开始推广燃料乙醇汽油,目前已经成为燃料乙醇年产量最大的国家,年产近4000万吨。加拿大从1981年起在汽油中添加乙醇,到2003年,加联邦政府宣布实施加拿大燃料乙醇的生产和利用,并拨巨款直接用于魁省等4个省的燃料乙醇商业化项目。欧盟每年约生产176万吨酒精。1997年只有5.6%用于燃料。1994年欧盟通过决议,给生物燃料生产工厂予以免税。并在2010年使燃料乙醇的比例达到12%。因此一些后续的国家如荷兰、瑞典和西班牙也出台了生物燃料计划。泰国是亚洲第一个由政府开展全国生物燃料项目的国家。在短短的几年时间内,泰国成功地开展了燃料乙醇项目。这些项目提供了利用过剩的食用农产品的途径,对提高泰国农村几百万农民的生活水平起到了积极作用。印度是仅次于中国的亚洲第二大乙醇生产国,设计的年生产能力约为200万吨,并准备效法巴西推出“乙醇汽油计划”。
      我国是继巴西、美国之后全球第三大生物燃料乙醇生产国和消费国。受化石能源枯竭和环境保护双重压力的影响,中国生物质能源产业的发展再一次被提到战略性新兴产业的位置上来,尤其是在我国已经形成了初步规模的燃料乙醇产业,更是受到格外关注。我国燃料乙醇市场格局是2002年形成的,2006年以后的几年时间里,燃料乙醇已经在国内更多地区推广。到2010年底,燃料乙醇消费量占全国汽油消费量的比例,已经由过去不足20%上升到50%以上。同时我国也将采取各种措施来增加燃料乙醇的产量。可见,燃料乙醇行业发展前景光明,具有相当的投资潜力。
      二、燃料乙醇的概述
      1.燃料乙醇的含义
      乙醇俗称酒精,它以玉米、小麦、薯类、甜高粱等为原料,经发酵、蒸馏而制成。将乙醇进一步脱水再加上适量汽油后形成变性燃料乙醇。燃料乙醇中的无水乙醇体积浓度一般都达到99.5%以上,它是燃烧清洁的高辛烷值燃料,是可再生能源。主要是以雅津甜高粱加工而成。
      燃料乙醇再添加变性后,与无铅汽油按一定比例混配成的乙醇汽油,是一种新型绿色环保型燃料。当乙醇混配比例在25%以内时,燃料可保持其原有动力性。它可以有效改善油品的性能和质量,降低一氧化碳、碳氢化合物等主要污染物的排放。它不影响汽车的行驶性能,还可以减少有害气体的排放量。更重要的是,乙醇是太阳能的一种表现形式,在整个自然界大系统中,乙醇的生产和消费过程可形成无污染的闭路循环。
      2.燃料乙醇的使用方法
      乙醇既是一种化工基本原料,又是一种新能源。尽管目前已经有着广泛的用途,但仍是传统观念的市场范围。其现在的使用方法主要有两种:一种以乙醇为汽油的“含氧添加剂”,这也是美国使用燃料乙醇的基本方法;二是用乙醇代替汽油,这是巴西较普遍采用的方法。未来乙醇作为基础产业的市场方向将主要体现在三个方面:一是车用燃料,主要是乙醇汽油和乙醇柴油。这就是我们传统所说的燃料乙醇市场,也是近期的(10年内)容量相对于以后较小的市场(在我国约1000万吨/年)。二是作为燃料电池的燃料。在低温燃料电池诸如手机、笔记本电脑,以及新一代燃料电池汽车等可移动电源领域具有非常广阔的应用前景,这是乙醇的中期市场(10―20年内)。乙醇目前已被确定为安全、方便、较为实用理想的燃料电池燃料。乙醇将拥有新型电池燃料30―40%的市场。市场容量至少是近期市场的5倍以上(主要是纤维原料乙醇);三是乙醇将成为支撑现在以乙烯为原料的石化工业的基础原料。在未来二十年左右的时间内,由于石油资源的日趋紧张,再加上纤维质原料乙醇生产的大规模工业化,成本相对于石油原料已具可竞争性,乙醇将顺理成章地进入石化基础原料领域(如乙烯原料市场),很可能将最终取而代之。如果要做一个形象而夸张的比喻的话,二十世纪后半叶国际石油大亨的形象将在二十一世纪中叶为“酒精考验”的乙醇大亨所替代。
      3.燃料乙醇的特点
      (1)可作为新的燃料替代品。
      乙醇作为新的燃料替代品,可直接作为液体燃料,也可用于生产生物质燃料乙醇的主要原料来源或者同汽油混合使用,减少对不可再生能源――石油的依赖,保障国家能源的安全。
      (2)辛烷值高,抗爆性能好。
      作为汽油添加剂,可提高汽油的辛烷值。通常车用汽油的辛烷值一般要求为90、93或97,乙醇的辛烷值可达到111,所以向汽油中加入燃料乙醇可大大提高汽油的辛烷值,且乙醇对烷烃类汽油组分(烷基化油、轻石脑油)辛烷值调合效应好于烯烃类汽油组分(催化裂化汽油)和芳烃类汽油组分(催化重整汽油),添加乙醇还可以较为有效地提高汽油的抗爆性。
      (3)减少矿物燃料的应用,以及对大气的污染。
      乙醇的氧含量高达34.7%,乙醇可以按较甲基叔丁基醚(MTBE)更少的添加量加入汽油中。汽油中添加7.7%乙醇,氧含量达到2.7%;如添加10%乙醇,氧含量可以达到3.5%。所以加入乙醇可帮助汽油完全燃烧,以减少对大气的污染。使用燃料乙醇取代四乙基铅作为汽油添加剂,可消除空气中铅的污染;取代MTBE,可避免对地下水和空气的污染。另外,除了提高汽油的辛烷值和含氧量,使用乙醇汽油可以有效降低汽车尾气对环境的污染,降低碳氢化合物和氮的氧化物的排放量。
      (4)可再生能源。
      若采用雅津甜高粱、小麦、玉米、稻谷壳、薯类、甘蔗、糖蜜等生物质发酵生产乙醇,其燃烧所排放的CO2和作为原料的生物源生长所消耗的CO2,在数量上基本持平。这对减少大气污染及抑制温室效应意义重大。
      三、燃料乙醇的生产工艺
      目前,燃料乙醇的生产方法有合成法和生物法两种。由于近年来原油资源短缺及乙烯价格上升,所以合成法逐渐被生物法所取代。
      生物法生产燃料乙醇大部分是以甘蔗、玉米、薯类和植物秸秆等农产品或农林废弃物为原料经酶解糖化发酵制造的,其生产工艺有酶解法、酸水解法及一步酶法等。其生产工艺与食用乙醇的生产工艺基本相同,有所不同的是需要增加浓缩脱水后处理工艺,使乙醇的含量达到99.5%以上。脱水后制成的燃料乙醇再加入少量的变性剂就成为变性燃料乙醇,与汽油按一定比例调和就成为车用乙醇汽油。合成法是用纤维素、半纤维素、木素及其它生物体有机物,经过热解→合成气(H2,CO),化学或酶催化或微生物发酵而合成乙醇。
      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。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、微生物适用于不同反应条件,不能很好耦合。而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。
    本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文   四、燃料乙醇的经济效益
      生物质直接燃烧热效率很低,只有10%左右,而将它们转化成气体或液体燃料(甲烷、氢气、乙醇、丁醇、柴油等)热效率可达30%以上,缓解了人类面临的资源、能源、环境等一系列问题。其次,乙醇燃烧值仅为汽油2/3,但分子中含氧,用作汽油添加剂抗暴性能好、低排放,可提高其辛烷值2―3倍,还能使汽车动力性能增加等。
      据推算,平均每3.3吨玉米可生产1吨燃料乙醇,而且生产只是利用玉米种的淀粉,玉米种的其他部分仍可综合利用。如生产优质的药用添加剂、食品添加剂、专用饲料和农业复合肥等产品,由此可见燃料乙醇的生产成本比较低。巴西以甘蔗为原料生产燃料乙醇,成本价为每升0.2美元。美国以玉米为原料生产燃料乙醇,成本价为每升0.33美元。而且如谷物茎秆、稻草和木屑等废料也可用来生产燃料乙醇,这样就大大降低了燃料乙醇的生产成本。
      除此之外,燃料乙醇还有一些明显的关联经济效应。一方面,燃料乙醇有巨大的环保效应,这可以大大降低城市处理空气污染的费用。另一方面,对于石化行业发展来说,燃料乙醇具有巨大的需求又是十分有利的。燃料乙醇的辛烷值是非常高的,可以提高油品质量和辛烷值。
      五、燃料乙醇的发展前景和展望
      燃料乙醇的生产正在由传统的粮食酿造向生物加工过渡,所以它的发展前景是十分广阔的。美国能源部资助用生物质废料生产燃料乙醇的技术开发,美国每年生产约2.8×108T的生物质废料。如谷物茎秆、稻草和木屑等,开发将生物质废料转化为乙醇是生物质制乙醇工业持续发展的关键,美国Novozymes公司和NREL合作研发了将生物质(如玉米秸秆)中的纤维素转化成葡萄糖,再发酵成燃料乙醇,这大大降低了燃料乙醇的生产成本。加拿大IOGEN公司与加拿大石油公司合作投产了世界上最大的,也是迄今唯一的用纤维素废料生产乙醇的装置,每年可将12000―15000T小麦等其他谷物茎秆转化为3×106―4×106T燃料乙醇。这也将燃料乙醇的生产成本价降到了1.1美元/加仑,预计未来可减少到90美分/加仑。
      我国由天冠集团和山东大学联合攻关的纤维素酶科项目中试发酵试验表明,酶活力及生产成本达到国内领先水平。该项目利用酶解法生产纤维素乙醇,具有反应条件温和、环境污染小、装置简单等优点。采用当今流行的液体深层通风发酵培养,通过诱发育种和基因工程等方法,从提高酶活性降低生产成本着手,利用经济实用的秸秆类物质作原料,使酶的发酵水平显著提高,可望经过后续处理进行规模化生产。
      燃料乙醇作为一种新型清洁燃料,是目前世界上可再生能源的发展重点,符合中国能源替代战略和可再生能源发展方向,技术上成熟安全可靠,在中国完全适用,具有较好的经济效益和社会效益,成为普通汽油与柴油的替代品。燃料乙醇作为推动农业产业化的战略产业,必须依靠科技进步。在吸收国外成果和经济的基础上,加强燃料乙醇生产新技术研究、开发和副产物深度加工研究工作。
      近年来,石油等矿物质日渐枯竭,油价进一步上涨,使燃料乙醇发展更重要,而且使燃料乙醇的价格有一定的上升空间。随着石油等矿物质的枯竭与油价的大幅上升,以乙醇等能代替矿物质能源的新型能源供应多元化战略已成为国家能源政治的一个方向。
      
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       注:“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读
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