生物乙醇

生物乙醇是指通過微生物的發酵將各種生物質轉化為燃料酒精。它可以單獨或與汽油混配製成乙醇汽油作為汽車燃料。

基本介紹

• 中文名：生物乙醇
• 性質：用發酵將生物質轉化燃料酒精
• 現狀：以糧食作物為原料
• 地區：主要是美國、巴西等國

作用

汽油摻乙醇有兩個作用：一是乙醇辛烷值高達115，可以取代污染環境的含鉛添加劑來改善汽油的防爆性能；二是乙醇含氧量高，可以改善燃燒，減少發動機內的碳沉澱和-氧化碳等不完全燃燒污染物排放。同體積的生物乙醇汽油和汽油相比，燃燒熱值低30%左右。但因為只摻入10%，熱值減少不顯著，而且不需要改造發動機就可以使用。

生物乙醇

發展

目前的工業化生產的燃料乙醇絕大多數是以糧食作物為原料的，從長遠來看具有規模限制和不可持續性。以木質纖維素為原料的第二代生物燃料乙醇是決定未來大規模替代石油的關鍵。

美國能源部預計纖維素燃料乙醇可能在2012年左右即可取得重要突破，而歐洲的一些研究機構則認為大約在2015－2020年，此外還有一些研究機構認為則有可能在2025年之後纖維素燃料乙醇才能進入規模生產和市場套用階段。除了燃料乙醇外，一些企業還選擇研發生物質氣化生產生物柴油、費托合成柴油和生物質液化生產生物柴油等技術的關鍵問題，為未來規模套用儲備技術，為搶占未來市場打基礎。

美國業界普遍認為目前生產纖維素乙醇的成本在3-4美元/加侖之間，即0.8-1美元/升。在纖維素燃料乙醇實現商業化生產之後，預計其生產成本在0.53美元/升左右，稍低於目前的玉米乙醇價格。如果玉米等糧食作物的價格繼續上漲，纖維素乙醇實現量產之後的價格極具競爭力。但生產纖維素乙醇的前期投資較大，根據美國一些研究機構的測算，生產規模相同的條件下，纖維素燃料乙醇需要的投資是玉米燃料乙醇的7-8倍。

中國在纖維素酶生產技術、戊糖發酵菌株構建等方面還沒有取得根本性突破，目前各單位中試研究的每噸纖維素乙醇的原料消耗都在6噸以上，生產成本估算都在5000-6500元/噸乙醇以上，還不適合於工業化生產。理性估算，中國的纖維素乙醇形成規模化生產至少還要3-4年以上研究。河南天冠、安徽豐原等公司的纖維素燃料乙醇的研發和示範走在全國前列。

現狀

近兩年來，各大能源消費國競先尋求替代石油的新能源。美國和歐洲不約而同地都選擇生物燃料乙醇作為主要的替代運輸燃料，並制訂了雄心勃勃的開發計畫。2007年1月，美國總統布希在《國情咨文》中宣稱，美國計畫在今後10年中將其國內的汽油消費量減少20%，其中15%通過使用替代燃料實現，計畫到2017年燃料乙醇的年使用量達到1325億升，是目前年使用量的7倍。2007年3月，歐盟27國出台了新的共同能源政策，計畫到2020年實現生物燃料乙醇使用量占車用燃料的10%。

生物乙醇

繼2008年增長60%後，歐盟2009年的乙醇生產量又繼續增長，增長了31%，歐盟乙醇生產量已從2008年28億升增長到2009年37億升。雖然一些國家，包括奧地利和瑞典，其2009年乙醇產能大大增加，法國仍然是最大的生產國。法國乙醇生產量從2008年10.00億升增長到2009年12.50億升。德國也不甘落後，該國2009年乙醇生產量增長32%，至7.50億升，而第三大生產國西班牙生產量為4.65億升。總計歐盟18個乙醇生產國家中有6個生產量未增長或保持不變。奧地利和瑞典是唯一乙醇生產量增加一倍以上的生產國，奧地利生產量增加了102%，瑞典生產量增加了124%。他們現在的排名分別位列第四和第五大生物燃料生產國。歐盟的乙醇總消費量也在上升，歐盟2009年消費量約為43億升。較2008年的35億升有大幅度增長。德國消費11.43億升，使其成為最大的乙醇消費國。法國是第二大消費國，消費7.98億升；其後是瑞典，消費3.77億升。預計到2020年，所有歐洲汽油的13%都必須來自於可再生原料。歐洲汽油現僅3.5%來自可再生來源生產，預計在今後10年內可再生運輸工業將以超過10倍的速度增長。

北海集團（North Sea Group）是比利時、荷蘭、盧森堡經濟聯盟（Benelux）最大的獨立燃料供應商，該公司於2010年3月26日組建乙醇子公司，該子公司將致力於乙醇銷售和分配。新的企業命名為北海全球乙醇公司（North Sea Global Ethanol (NSGE)），總部在瑞士Zug，在巴西S?o Paulo擁有子公司。NSGE的目標之一在於使完全可持續的供應鏈與下游終端套用組合成一體化。

北海集團（North Sea Group）原由Van der Sluijs集團與FNR+ Holding公司 (Frisol, 北海石油, Reinplus Vanwoerden)聯合而組成，該集團已作出決定，重點將生物柴油與甘蔗生物乙醇業務集合在一起，以滿足可持續發展的需求。

北海全球乙醇公司 (NSGE)是一家國際性的乙醇貿易、分銷和投資公司，重點專注於全球乙醇市物。不僅處理燃料乙醇業務，而且也開發工業、醫藥、化妝品和飲用級乙醇。

中國開發生物燃料乙醇的熱潮也在近兩年驟然升溫。2005年，中國生產燃料乙醇125萬噸，2006年增長到133萬噸。中國燃料乙醇的消費量已占汽油消費量的20%左右，成為繼巴西、美國之後第三大生物燃料乙醇生產國和消費國。

乙醇生產補貼

至2010年5月，三項政策左右美國乙醇行業未來。儘管利潤率提高，生產商已從破產困境走出，政府也支持發展生物燃料，但美國乙醇行業整體狀況在得到改善的同時，其未來發展仍具不確定性。美國乙醇行業2010年做了三件大事：說服國會繼續對乙醇生產給予補貼優惠、延續乙醇進口關稅以及提高汽油中乙醇摻混比例。

可再生燃料協會（RFA）主席鮑勃?迪內恩在全美乙醇會議上表示，目前最大的挑戰是確保政府將之前45美分/加侖的乙醇稅收補貼優惠計畫再延長一段時日，否則的話，美國近40%的乙醇生產將受到嚴重影響。據了解，美國2009年乙醇總產量約為107億加侖，比前一年增加了16.5%。

研究人員稱，政府取消補貼的話將使美國乙醇行業11.2萬人失業。雖然相對於美國的勞動力規模來說，這個數字不算大，但如果這件事發生在美國失業率接近10%的當下，其影響當局不能忽視。

美國的生物燃料計畫已經根據《可再生燃料標準》（RFS）立法。因此，到底是繼續資助本地乙醇生產，還是通過進口乙醇達到RFS要求，立法者需要作出選擇。

乙醇裝置建設近況

總部在美國維吉尼亞州的歐塞奇生物能源（Osage Bio Energy，OBE）公司於2010年3月26日宣布開發冬季大麥乙醇作為先進生物燃料，將利用區域性的穀物，主要是冬季大麥，通過將澱粉轉化為糖類、然後發酵的傳統的途徑，來生產乙醇和高價值的聯產品，以供應東海岸市場。OBE公司將於2010年7月在維吉尼亞州Hopewell為Appomattox生物能源公司(ABE)建設第一家工廠，將於2010年底投產，可生產6500萬加侖/年乙醇。

美國清潔能源投資公司（Clean Energy Capital，CEC）於2010年11月6日宣布，在美國加利福尼亞州Imperial Valley開發第一套大型商業化規模甘蔗乙醇煉製廠。生產的乙醇將符合加利福尼亞州的低碳燃料標準。該項目將投資5.75億美元，生產6600萬加侖/年乙醇，足以可滿足3.5萬戶家庭的電力需求，並且產生的生物甲醇可為1萬戶家庭提供熱能需求。與甘蔗具有相似特性的甜高梁也將使用。來自煉油廠對乙醇的強勁需求緣於生產的乙醇將可滿足美國最苛刻的低碳燃料指令的要求。這項業務將與主要的國際石油公司簽約銷售乙醇的長期契約，並從當地農場主購買甘蔗。

世界上最大的乙醇生產商美國Poet公司最新的乙醇裝置於2011年3月15日投產，這是該公司第27套乙醇裝置，裝置位於印第安納州，年產能為9000萬加侖，這將使該州總乙醇生產量超過10億加侖目標。Poet公司於2010年收購了Poet Biorefining公司，現正在完成投資約3000萬美元的改造，包括採用Poet公司專利的發酵工藝BPX，該工藝使用酶替代熱，可降低能源成本。該裝置也擁有水回收系統和新的污染控制設備。

其他一些州也在考慮採用與加利福尼亞州相同的低碳燃料標準，包括康乃提克州、德拉瓦州、緬因州、馬里蘭州、麻薩諸塞州、新罕布爾州、新澤西州、紐約州、俄勒岡州、賓夕法尼亞州、羅德島、佛蒙特州和華盛頓州。阿拉巴馬州、佛羅里達州、喬治亞州、夏威夷州、路易斯安那州、密西西比州、南卡羅林那州和德克薩斯州在內的一些州，甘蔗將有增長，將成為建設甘蔗乙醇煉製廠的首選地。

爭議

2007年9月，經合組織(OECD)發表了題為《生物燃料：是比疾病還要糟糕的治療方案嗎？》的長篇報告，認為發展生物燃料得不償失，呼籲美國和歐洲國家取消對當前生物液體燃料的補貼政策。在同期召開的OECD“可持續發展圓桌會議”上，針對燃料乙醇的能源投入產出比、經濟性、社會和環境影響問題，支持和反對生物燃料的兩派展開了激烈辯論。

美國和歐盟似乎還並未對質疑的聲音做出反應，而中國已率先開始限制和調控生物燃料乙醇產業。07年底，國家發改委緊急下發《關於加強生物燃料乙醇項目建設管理，促進產業健康發展的通知》，暫停核准和備案玉米加工燃料乙醇項目，並對在建和擬建項目進行全面清理。08年6月，發改委全面叫停糧食乙醇的開發，要求今後生物燃料的發展必須滿足不占用耕地、不消耗糧食和不破壞生態環境為前提。

商業使用

目前，全球現在使用生物乙醇做成ETBE（Ethyl Tertiary Butyl Ether）替代MTBE，通常以5~15%的混合量在不需要修改/替換現有汽車引擎的狀況下加入；有些時候ETBE也以替代鉛的方式加入汽油中，以提高辛烷值而得到較潔淨的汽油；也可以完全替代汽油使用為輸送燃料。

使用乙醇的汽車

目前世界上使用乙醇汽油的國家主要是美國、巴西等國。在美國使用的是E85乙醇汽油，即85%的乙醇和15%的汽油混合作為燃料，而美國是用甘蔗和玉米來生產乙醇的，這種E85汽油的價格與性能與常規汽油相似。早在2003年7月中旬美國威斯康星州、美國乙醇汽車聯合會與通用汽車公司就在美國6個州推行E85的使用，將其作為汽油的代用燃料。目前美國僅有大約140家加油站提供E85，其中大多數在中西部。有300萬輛車是既可以用汽油也可以用E85，而且通用汽車公司還在大量生產這種使用兩類燃料的汽車。現在，美國每年要消耗30億加侖的乙醇添加到汽油中。如今E85已占乙醇燃料的85%，也正在受到公眾的喜愛。然而，這似乎還不夠。為了節能和環保，2005年6月28日美國參議院還通過了一項能源法案，要求到2012年，每年石油供應商應當添加80億加侖的乙醇到汽油中。

研究進展

日本成功開發出一項新技術，可低成本、高產量地利用稻草生產生物乙醇。

在通常情況下，稻草中的澱粉很難溶解於水，所以，現有技術主要是利用稻草中的纖維素來生產乙醇，澱粉沒有得到有效利用。技術人員在稻草原料中增添了一種特殊的鹼溶液，並確認澱粉在鹼溶液中能充分溶解。然後，再將溶解後的澱粉採用與纖維素不同的生產工藝，使澱粉轉化成糖。

日本實驗生產設備已經能夠用1噸乾稻草生產出315升乙醇，與利用原有技術與設備生產相比，產量增加了24%以上，成本也已下降到每升70.7日元（約合0.7美元）。

生物乙醇已成為美國、巴西等國重要的清潔燃料，但目前生物乙醇基本上用玉米等糧食作物生產，常常會與糧食安全產生矛盾，不具有可持續性。

根據阿得雷德大學的研究，墨西哥沙漠植物龍舌蘭有望成為生物燃料和其他生化產品的來源。澳大利亞研究理事會植物細胞壁卓越中心的研究者們發現，每公頃龍舌蘭植物每年可以生產多達1.5萬升的生物燃料，而且它還可生長在低降雨條件下的貧瘠土地。

研究者們正在尋找乙醇生產的最佳栽培方法，例如利用種植密度和機械化來最大限度地提高產量並最佳化發酵。龍舌蘭植物生產大量的糖，很容易發酵成生物乙醇。研究者們對乙醇產量進行了建模，每公頃植物預測每年可生產4000~15000升乙醇。