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1、木质纤维素乙醇的技术经济分析的综述 Edgard Gnansounou *, Arnaud Dauriat翻译 09应化1班 张哲润（31号） 衡思部（48号） 瑞士联邦理工学院和能源研究计划,生物能源集团(EPFL), ENAC INTER GR-GN, 1015 Lausanne, Switzerland文章信息：文章历史09年10月16日收到，在2010年1月30收到修订后的形式，在2010年2月3日接受，2010年3月4日在网上发表文摘： 木质乙醇预计在未来十年可作为商业化的可再生能源运输。自主的第一代生物乙醇和汽油价格在商业阶段普遍考虑了技术经济分析。回顾总结现有的几种高度传播的当前
2、和计划的分解木质纤维素乙醇的生产成本，由于它们存在显著差异，可假设为以下几个因素: 原料的组成和成本、工艺设计、转换产品的效率,联产，能源的保存。研究的重点在美国和欧洲国家, 本综述探讨在开发过程中技术经济评价性质不同的供应链,即标准成本方面的价值工程和目标成本基于预测的市场价格。本文强调重大贡献的原料乙醇的生产成本和分解木质纤维素需要考虑不同用途的资源之间的竞争。推荐使用价值导向的方法,为目标成本和价值工程配套的考虑可持续发展特点和潜在的竞争资源。 1介绍 分解木质纤维素原料生产乙醇的技术预计在近期五到十年成熟,部分地替代第一代乙醇。由于强制性的目标，在工业化国家生物乙醇的需求正在快速增长，
3、特别是在美国和欧洲国家。旨在通过各种途径提高工作效率和经济效益的研究工作继续在几个国家进行。分解木质纤维素乙醇的重要性源于使用很便宜原料可能性,避免直接和间接与人类的食物和动物饲料竞争和减少环境风险即土壤退化、水、空气污染等那些与第一代生物燃料相关的问题。 监测的必要性,目的使研究工作的精力集中在那些使细节和合适的水平的造型生产成本更有影响力的的设计过程相一致的假设上。相比于普通产品的技术经济分析，木质纤维素乙醇展示了这样的杰出的特点,如:多种重要的途径,特别是用一个大范围的原料的可能性、高的不确定性经济驱动, ,多种的利益相关者参与途径和他们的相互作用的不确定性。 关于木质纤维素乙醇的出版著
4、作往往在有限的途径简化其复杂性,一个很窄范围内的原料,一些对于利益相关者的经济选择因素和隐含的假设的行为。这些假设在不同的研究里明显改变,致使不同的技术经济评估比较棘手。 如Galbe et al. (2007)等现有的综述突出的可变性乙醇的生产成本估计，并发现这些不同的关键驱动是原料成本和生产能力。 在过去的三十年中,木质纤维素乙醇技术经济分析的作品显著增加了。并在美国的RD&D和在欧洲一个较小的范围内具有明显的贡献。本文综述了集中在美国和欧洲的这些作品的案例。收敛和差异在公布的结果中被指出。特别是关于如何解决价值链的生物质在技术经济评价的表现用最后方法论进行了讨论。2先进水平2.1美国的例
5、子技术经济评价只从分解木质纤维素乙醇的角度出发,首次详细的技术报告发现美国的文献情况下可以追溯到80年代中期。表1特别是在1987年,美国国家再生能源实验室(的NREL)数次技术报告送达的分包商。獾工程师、股份有限公司(1987)研究hydrolysis-based乙醇酸植物利用混合阔叶树木片为原料。分析了四个设计的案例(表1)。他们之间的区别是尺寸有关的植物的种类和水解的电力供应模式。 在所有的主要产品分析案例乙醇和糠醛。这个过程描述是基于如下八个单位面积。原料处理、酸水解、发酵、乙醇纯化,糠醛回收、离线的tankage、废物处理设备和公用事业。利用经济评价进行了内部收益率(IRR)。在每种
6、情况下,售价乙醇(税后)要求达到15%的IRR估算,并导致你的范围的数值1.23美元/加(0.32美元/ l)为基材的案例(设计案例我)1.63美元/加(0.43美元/ l)第四设计案例。货币是为1984。 Stone & Webster Engineering (1987),另一个分包商,研究了一种enzyme-based乙醇经济可行性植物每年1500万加仑乙醇使用木材种植从树农场。工厂应该在Hilo附近,在夏威夷群岛上。描述这一过程包括原料处理、前处理硫酸浸渍和蒸汽爆炸、产酶条件、酶水解、蒸发系统浓缩葡萄糖在所需水平、发酵、蒸馏和厌氧消化。在此基础上如何,只有hexoses是发酵的茶。戊分
7、数的木材被用来生产沼气是然后烧掉以木质素分数来产生蒸汽所需的过程。经济评价是基于1984美元不断内部收益率及效果和15%乙醇所需的售价3.5美元/加(0.92美元/ l)。这个基准承担100%股权。这灵敏度分析与75%股权和25%的债务在真正感兴趣的降低要求8%的售价3.04美元/加(0.80美元/ l)。 报告酶hydrolysisbased经济可行性乙醇是发布系统化学有限公司(1987)。这植物的大小是每年2500万加仑乙醇而原料应该是80%(包括57%的硬木。奥斯本森林)和20%的枫树。这个过程是一个独立的水解发酵(SHF)与现场产酶条件、二氧化碳回收糠醛生产。预处理是稀释酸pre-hy
8、drolysis。 至于案例的Stone & Webster Engineering公司经糖化后糖解一步集中使用multi-effect蒸发器。 经济可行性分析的基础上,进行内部乙醇销售我们的价格2.06美元/加(0.54美元/ l)被发现与IRR设置为10%。 除了这些可行性研究、技术经济分解木质纤维素乙醇的评价在很大程度上要归功于两项研究通过与其他我们的NREL联合科研机构和大学如下。Wooley(1999 a)和aden。(2002)。两研究基于一个详细的工艺设计、质量和能量利用奥斯本模型和平衡过程经济学评价。前者研究同时糖化和co-fermentation(SSCF)黄杨树木材。植物的
9、大小5220万加仑(1.98亿升)的乙醇/年。这以稀酸预处理和酶产生了现场。描述这一过程包括九个领域,包括SSCF、乙醇存储、热电厂和其他基础设施建设。经济性能估计也基于10%的IRR。五案例评估:两种情况下的代表现状的技术和近期的最好的工业、和三个未来的情况解释技术进步与事先的快照2005年、2010年和2015年。 经济表现的这些病例分别1.44美元/加乙醇、1.16美元,0.94美元,0.82美元和0.76美元(1997美元)。 在2015年的情况作者设想增加了20%的碳水化合物由于生物量生物技术的改进。第二项研究(亚丁湾et王汝成等,2002)使用相同的框架用下面的主要差异:(1)是玉
10、米秸秆原料;植物的大小是6930万加仑乙醇/年;现场生产的酶是由购买拆卸和更换酶。生产成本的levelised基于10%的折扣率为1.07美元/加乙醇(美金$ 2000)。更新的模型在亚丁湾提供技术(2008),Humbird和亚丁湾(2009年)、亚丁湾和Foust(2009)。从2002年开始,上下文的技术经济评价改变了分解木质纤维素乙醇生物量的推出项目的美国能源部(DOE)。自2007年以来,设计这个计划已经获得了一个明确的战略目标：公共部门的目标是到2017年减少使用现在汽油使用量的20%, 35 _ 109 l的生产再生和替代燃料在2017年。 在关于RD&D分解木质纤维素生物酒精,
11、“多年制定计划”(MYPP)被释放和每两年更新一次,包括到目前为止2005(美国DOE,2005年),2007(美国DOE,2007年)和2009(美国DOE,2009)。在框架的“生物程序”,菲利普斯吴昱。(2007)释放一个技术报告与硫酸盐热化学乙醇目标达到经济竞争力的分解木质纤维素在2012年starch-based乙醇和乙醇。 原料是混合白杨木薯片。过程由七大领域包括原料处理、烘干、制气、气的清理和调节、酒精合成和酒精分离。经济评价是基于levelised生产成本最低售价称为乙醇(MESP)。给定一个MESP的1.07美元/加乙醇、设计实例,如:为了满足目标,折扣10%。这个方法是sy
12、stematised在MYPP(美国DOE,2005,2007,2009年,在全球生物燃料项目的成本目标(EPCT)固定成本随着相容指标的各种不同的领域这一过程。此外,从一个MYPP EPCT变化另一个以反映币值、升级因素和汽油价格预测的靶向治疗年(表2)。为例,估算2012年EPCT生化。 信息管理(EIA,2009)预测批发汽油价格在2012年2.62美元/加汽油(美金$ 2007)。假设一个转换因子为0.67加仑汽油每加仑乙醇,EPCT设置在1.76美元/加乙醇(美金$ 2007)。然而,乙醇的成本预测乙醇工厂是桃园县1.49美元/加乙醇(美金$ 2007)。所作出的贡献,原料生产乙醇生
13、产成本增加由于MYPP到另一个进步的理解和评估原料生产和物流(图1)。2.2其它技术经济评价案例除了美国进行技术经济评价所带来的重大贡献,欧洲研究机构主要是在瑞典、荷兰和丹麦的Galbe。(2007)提出一个回顾过程分解木质纤维素的经济学乙醇发表了自1996年以来，他们把生产分解木质纤维素乙醇的成本估算的研究在美国和欧洲国家进行,指出高变异性的结果。然而,比较,那是有点棘手的一年货币并非美元给作者。他们指出乙醇产量和能源需求的关键过程影响是乙醇生产成本这个因素为约束条件,对特定的原料和工艺配置。水不溶性固体”(感知)浓度研究了循环过程流所选择的降低能源需求和增加的coproducts。Sass
14、ners (2008)比较技术经济性能转换的lignocellulosics-to-ethanol基于三个采用不同的制气原料即软木(云杉),硬(柳属)和一个农业残余物(玉米秸秆)。这个过程包括SO2-catalysed蒸汽爆破预处理和同步糖化和发酵(SSF)。显示的重要原料显著差异和戊己比率,如下。7.4为紧俏,2.9和1.6为玉米秸秆设置,基于权重的干物质的百分比。然而,对于比例的C5和C6作为一个整体,玉米秸秆是第一个(68%),其次为云杉(67.5%)和柳属(64.5%)。乙醇的过程能力的植物应该是200000吨,每年干生物量。过程参数调整,以适应每个实验数据原料。酶是假定购买而酵母生产
15、现场。作为一个例子,温度的蒸汽预处理是195、190、205 C和酵母的浓度为3.0、1.8和2.5克/升,分别用粘、玉米秸秆和云杉。三种基地情况下进行,每次原料的地方为蒸汽转换因子是前处理和SSF适应了从实验和分析研究工作隆德大学,瑞典。在此基础上的情况下,它假定只有hexoses(葡聚糖,galactan和mannan)转化为乙醇。 资料和能量守恒是白杨进行了分析比较,用优先。整体考虑到更高的乙醇产量-糖消耗量为酵母在生产乙醇的过程损失进行了估算到239,215和292为干燥公吨设置、玉米秸秆和云杉,分别。注意相应的乙醇从hexoses产量分别为245、302、426公制吨。因此估计产量与
16、69.3%、71.2%和68.5%的产量潜力为设置、玉米秸秆、云杉,分别。较低的值可以解释这样的云杉更严重的预处理条件,从而导致更多的退化的糖和更高层次的抑制剂。替代情况下当两种hexoses转换成乙醇和戊糖吗评估。其结果,总收率为314、306、315 l对干公吨设置,分别为玉米秸秆和云杉,这些分别为67.4%,62.1%,64.9%的整体从hexoses增产潜力和戊糖。因此,一般情况下,绝对的产量(升乙醇的原料干公吨)增加,转换戊糖转化为乙醇的;然而,相对收益如下。(模拟产量关于假设工艺条件)/(理论收益减少。这些结果说明需要的是一个妥协关系,一方面严格的预处理条件一个高的消化率有利于提高纤维素酶的活性和抑制剂水平，另一方面温和的条件使降低风险的半纤维素降解糖减少,形成
