燃料乙醇一种新能源的替代品

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1、燃料乙醇一种新能源的替代品目前，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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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（1020 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 3040%的市场。市

7、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，

8、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

9、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

10、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

11、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。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）

12、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 23 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

13、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2.8T08T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 Novozym

14、es 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* *T小麦等其他谷物茎秆转化为3x1064x106T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

15、体深层通风发酵培养，通过 诱发育种和基因等方法，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。