【纤维主宰未来能源？】未来修复纤维环

时间：2020-02-17 07:17:29　来源：雅意学习网本文已影响人

　　将作物秸秆、野草、废木料和家用废料等等又便宜又丰富的东西转化为乙醇，或许在不久之后将成为生物燃料发展的主流技术　　　　今年5月29日，经合组织与联合国粮农组织在其发表的一份报告中称，到2017年，全世界的乙醇产量将是2007年的2倍，达到1250亿升。该报告还指出，政策上的支持，油价的攀升，都会强烈影响未来对生物燃料的需求。而这种上升趋势将导致全球粮食价格的继续攀升和减小粮食在食物和饲料中的使用率。
　　那么，在未来lO年，以家用和农林废料为原料的第二代生物燃料究竟能不能取代粮食乙醇，实现大规模的商业生产呢?
　　
　　黎明前的纤维素乙醇产业
　　
　　很多专家估测，由于玉米乙醇的生产将占用更多耕地，并与粮食需求相竞争，其发展势必受到限制。纤维素乙醇的吸引力在于其原料包括作物秸秆、野草、废木料和家用废料，将这些又便宜又丰富的东西，转化为乙醇所需要的燃料比较少，因此它比生产玉米乙醇的过程所释放的温室气体要少。此外，一定面积的野草或其他作物可以比玉米多生产约两倍的乙醇，因为这些植物的秸秆和种子都可以利用，而不是像现在的玉米乙醇一样只能利用玉米粒。美国自然资源保护委员会的一份报告指出，到2050年，纤维素来源的巨大生产力将最终使得其达到5600亿升的乙醇生产量，相当于现在美国汽油消耗量的2／3。
　　2007年，美国新的联邦法规要求到2022年将可再生能源的产量增加到每年1360亿升，这是现水平的5倍。2007年，美国生产了约250亿升的乙醇，这个数目还不到美国汽油供应量的5％。眼下纤维素乙醇还没有达到大规模的商业化生产，但是这项技术业已得到了各国政府的认可和支持。
　　爱荷华大学农业和农村发展中心的主任布鲁斯・巴伯考克指出，市场会指示出乙醇生产的需求量，玉米乙醇的产量目前还在增长。他预测今年美国的乙醇产量将达到400亿升，到2010年则将增至530亿升，因为各种利弊的平衡，也许玉米乙醇的产量会停止增长。最终，纤维素乙醇将成为玉米乙醇的补充，或进而成为市场的主角。
　　不过，美国人要在2022年达到1360亿升的目标是很困难的。这需要相当大的一部分燃料从非玉米的原料如纤维素生物原料而来。
　　
　　示范工厂已经出现
　　
　　到现在为止，世界上还没有商业规模的纤维素乙醇工厂，不过，已经有一些公司计划在未来的几年中开始生产。美国能源部目前已经投资了大约12家即将建立示范和商业规模工厂的公司。其中一个就是计划明年开工一个商业规模工厂的雷奇燃料公司，该厂预计将有年产8000万升乙醇和甲醇的生产能力。
　　
　　今年5月27日，马萨诸塞州剑桥的麦斯科马公司披露，明尼苏达有望成为年产560万升燃料示范商业化纤维素乙醇工厂的所在地。麦斯科马还有好几个生物乙醇项目正在运作中，其中一个是在田纳西的柳枝稷乙醇的先锋项目。也是5月下旬，蓝火乙醇公司在接受路透社采访时宣布，他们计划在5年内在美国建立10个纤维素乙醇工厂，每个工厂的生产能力至少为2亿升。其原料将为农业废料、废木料和非粮食作物，比如柳枝稷。
　　依然是5月，通用公司先后与科斯卡塔能源公司和马斯科马公司建立战略合作伙伴关系，将携手推进从非粮食生物质中提取制造低碳可替代能源的单步骤生物化学转化技术的研发进程。杜邦公司与丹尼斯克公司旗下的子公司杰能科签署的一份声明，双方将创建一个各占50％股份的合资项目，这个被命名为杜邦丹尼斯克纤维素乙醇的合资公司，将投资1．4亿美元，结合杜邦公司预处理等技术以及杰能科公司的先进酶技术的优势，首先开发以玉米秸秆和甘蔗渣作为原料的纤维素乙醇生产技术。此后，还将开发使用木质纤维素原料如麦秆、各种能源作物和其他生物质为原料的纤维素乙醇生产工艺。该合资企业计划于2012年商业化生产纤维素乙醇。
　　5月29日，一个年生产530万升纤维素乙醇的生物精炼厂已在美国路易斯安那州的詹宁斯动工。这一项目是由美国马萨诸塞州剑桥的沃瑞尼姆公司建设的，将以甘蔗渣作为生产乙醇的原料。
　　这一新建的工厂将成为美国的首座示范规模的纤维素乙醇工厂。沃瑞尼姆纤维素乙醇计划造价将达到每加仑2美元，这种价格比起汽油和其他类型的乙醇更具竞争能力。明年，沃瑞尼姆计划将建设年生产能力为8000万升的商业规模工厂。
　　与此同时，德国两大公司南方化学公司与林德公司也宣布5月初组建了合资企业，将开发基于不与人争粮的作物生产第二代生物燃料技术。
　　加拿大现在的乙醇产量是10亿升，2012年计划将达到25亿升。加拿大渥太华的艾欧基公司早在2003年1月就建成了周处理25吨小麦秸秆、年产32万升纤维素乙醇的示范工厂。2005年5月，加拿大政府核准其投资5亿美元在萨斯喀彻温省建设年产将为8700万升纤维素乙醇的装置，预计于2011年建成。艾欧基公司的项目得到了壳牌公司、高盛投资银行和加拿大石油公司的资金支持。
　　中国也在积极进行纤维素乙醇的研发工作，5月8日，由河南天冠集团建设的1万吨纤维乙醇一期产业化示范项目，进入试运行阶段。河南天冠纤维乙醇产业化示范项目，包括建设中的年产1万吨纤维素酶和5千吨纤维乙醇的生产装置，基本做到了纯生物制乙醇生产。
　　在今年晚些时候，美国会颁布一个可再生能源的新标准，将去年的能源账单变成法律，要求2010年时纤维素生物燃料的使用将达到3．8亿升，到2020年达到600亿升。
　　
　　巧用基因工程
　　
　　纤维素是所有植物都存在的一种复杂碳水化合物，玉米的茎叶、牧草和木屑都可以成为供给纤维素的主要候选者。从纤维素制造乙醇比起用玉米制成的乙醇有很多优势。要使制造纤维素乙醇在商业上可行的最大障碍就是纤维素的降解。降解纤维素的酶叫做木纤维酵素或纤维素酶，一般是大型生物反应器中生长的微生物所产生的，而这种大型生物反应器是造价昂贵的，同时这还是一个能源密集型的生产过程。
　　迈克尔　J・布雷洛克是美国堪萨斯曼哈顿一家叫做伊甸园的农作物生物技术公司的系统发展副总裁，他说：“为了使得制造纤维素乙醇变得具有真实的竞争力，我们实在是需要将造价降下来。”
　　玛利亚・斯蒂克林是密歇根州立大学作物与土壤学教授，她表示，可以通过对玉米进行基因工程改造来让作物本身产生这种酶，从而减免制造酶的费用。与其用能源密集型的加工在生物反应器中制造酶，倒不如按照她所说的，“让植物利用免费的太阳能制造酶”。
　　一般情况下，纤维素的降解需要三种不同的酶。去年，斯蒂克林发表了用基因修饰的办法改造玉米的研究，她可以将分别产生3种不同的酶的3个基因整合在一种作物中。她是在今年4月美国化学学会在新奥尔良的国家会议上宣讲其转基因成果的。
　　伊甸园公司最近发展了斯蒂克林的技术，希望在今年内开始其转基因玉米的大田试验。布雷洛克说，在未来的三年内，他们将开始实现该技术的商业化目标。这家公司并不是单枪匹马在从事这一研究策略，美国马萨诸塞州美德福德的一家农业生物技术公司艾格瑞维达，也在用转基因技术来改造玉米，他们的目的很简单，就是想提高纤维素乙醇的产量。
　　曾为美国普渡大学的农业和生物工程教授迈克尔・莱迪石说：“这真是一个值得研究的方向。”但是，最终的情况要比看起来的更为复杂。莱迪石已经离开了普渡大学，现在是麦斯科马的主任技术员，他说，主要困难就是要找到保证这些酶在化学物理的预处理期间保持活性的方法，预处理是为了去掉木质素，木质素是细胞壁上坚硬的聚合物，具有抗压和有保护纤维素纤维的作用。
　　一种办法就是通过转基因的办法使得植物仅需要轻微的预处理，比如，斯蒂克林正在致力于降低玉米中木质素含量的研究，她还希望可以修改木质素的分子构造，这样，就可以使之更容易降解。虽然其研究目前集中在玉米的基因修饰上，但她指出，这项技术最终将转移到其他作物，比如柳枝稷等制造纤维素乙醇的原料上。
　　回首历史，人类大规模开采化石燃料不过是最近几百年的事，纤维素乙醇的异军突起为可再生能源的蓝图画上了浓重的一笔。变废为宝的话题引人注目，无论是5年还是10年，让我们拭目以待其普及的那一天。

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