導語：如何才能寫好一篇生物燃料，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

而專家們也認為，利用麻瘋果和甜高糧等非糧食作物制造生物燃料不會帶來與人爭糧的風險。

在此背景下，我國生物燃料乙醇發(fā)展秉持“少與人爭糧，不與糧爭地”的原則，由幾年前大面積發(fā)展玉米乙醇，轉向支持發(fā)展以木薯、紅薯、甜高粱等非糧作物制乙醇，并且積極推進纖維素制乙醇的試點工作。

生物燃料乙醇的前世今生

迄今為止，燃料乙醇的發(fā)展經(jīng)歷了兩個階段。第一階段是以玉米、小麥為原料，發(fā)展燃料乙醇的初始階段。這是一個過渡期，可以為纖維素乙醇打下基礎。第二階段是非糧燃料乙醇階段，以薯類、甜高粱等為原料。

按照《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》，到2010年，中國將增加非糧原料燃料乙醇年利用量200萬噸，總利用量為300萬噸。到2020年，生物燃料乙醇年利用量將達到1000萬噸。

國家發(fā)改委能源研究所可再生能源發(fā)展中心副主任任東明指出，生物質(zhì)能（太陽能以化學能形式貯存在動植物和微生物中的能量形式）的發(fā)展方向之一就是重點發(fā)展生物液體燃料。“近中期，國家將積極穩(wěn)妥開發(fā)利用邊際土地種植非糧原料作物、生產(chǎn)燃料乙醇和生物柴油以補充車用燃料。”任東明說，“目前全國有4家燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè)，產(chǎn)業(yè)才剛剛起步。”

目前，中國是處于美國和巴西之后的世界第三大乙醇生產(chǎn)國，年產(chǎn)約10億加侖。

在此必須提及麻瘋果。麻瘋樹是一種不能食用的植物，可用來做籬笆。幾個世紀以前，葡萄牙的水手將這種植物帶到了世界各地。麻瘋樹在干旱的土壤中可以全年生長，其果實不能食用，所以不會造成食物價格的通脹，也不會占用寶貴的莊稼地。

而且，麻瘋樹的投入很少。它可以在其他植物不能生長的地方存活。在赤道南北緯25度的區(qū)域，麻瘋樹生長得最好。

另外，麻瘋樹油在3年的種植期內(nèi)就能實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，而棕櫚油需要7年。而且，麻瘋樹是一種生物屏障，可以圈住牲畜，抵擋沙土，可以生存50年。只要有足夠的肥料和水，麻瘋樹籽自重的40%可生成油，甚至在灌木叢林地帶生長的樹籽也有30%的含油量，大大超過大豆的18%。

但從麻瘋樹果實中加工樹油用作能源還是最近的事，且目前的產(chǎn)量還很小。麻瘋樹在生物柴油燃料中的比例只有不到1%。

據(jù)了解，在中國生長的麻瘋樹果實含油率50%~80%，經(jīng)改性后的麻瘋樹油可適用于各種柴油發(fā)動機。目前，中國野生麻瘋樹的干果產(chǎn)量為300~800kg/畝，平均產(chǎn)量約660kg/畝。

第二代生物燃料投資趨熱

在能源產(chǎn)品獲利頗豐的年代，千百年來在野地里自生自滅的麻瘋樹在過去兩年內(nèi)成為各路資本的寵兒。

四川攀枝花是最適合麻瘋樹生長的地區(qū)之一。作為國內(nèi)麻瘋樹最適合生長的地區(qū)，攀枝花成為國內(nèi)麻瘋樹投資最為集中的地帶。據(jù)攀枝花林業(yè)局人士介紹，早在2005年，美國貝克生物燃料公司就開始在攀枝花進行麻瘋樹種植。“他們曾經(jīng)計劃在幾年內(nèi)投資20億美元，建成世界上最大的生物能源基地，年產(chǎn)近40萬噸生物柴油。”可惜此事之后卻沒有下文了，人們猜測應該是受到金融危機的影響。

另一家生物能源公司英國陽光集團，在2005年也與四川涼山州人民政府簽訂了生物質(zhì)能源項目合作協(xié)議，計劃投資40億元人民幣，在攀西地區(qū)種植100萬畝麻瘋樹煉生物柴油。

緊隨其后的是中石油、中石化、中海油這樣的能源巨頭。僅僅在四川攀枝花以西地區(qū)，三大巨頭公布的投資計劃就超過200億元人民幣。其中中海油前期決定投資24億元，麻瘋樹種植面積超過50萬畝，年產(chǎn)量10萬噸。而中石油和中石化也在攀西地區(qū)重兵投入。在麻瘋樹投資方面，中石油走在了三巨頭的前面。據(jù)中石油西南油氣公司的人士介紹，根據(jù)此前中石油和國家林業(yè)局簽訂的協(xié)議，從2007年開始，中石油在四川和云南建設第一批林業(yè)生物質(zhì)能源基地，面積將達到60多萬畝。

而作為燃料乙醇的另一種原料，甜高粱在《可再生能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃》中，被列為生物液體燃料的第一來源。這源于甜高粱桿在眾多的乙醇生產(chǎn)原料中，成本最低。

中國可再生能源學會副理事長王孟杰透露，甜高粱的乙醇畝產(chǎn)量很高，每畝甜高粱每天合成的碳水化含物可產(chǎn)3.2升酒精，而玉米只有1升，小麥為0.5升，糧用高粱為0.6升。

據(jù)公開資料顯示，2007年春天，中糧集團、BP公司曾召集山東省陽信、河北省黃驊市、內(nèi)蒙古五原縣的相關人士召開了“中糧－BP公司甜高粱制生物乙醇項目農(nóng)藝試驗落實及技術培訓會”，同時在內(nèi)蒙古投資130萬元做甜高粱的固態(tài)發(fā)酵試驗。

中糧擬投資15億元的河北衡水燃料乙醇項目因糧食燃料乙醇被叫停后，將目光投向河北黃驊的甜高粱作物。

此外，2007年，中糧在廣西北海投資達13億元的年產(chǎn)20萬噸燃料乙醇項目已經(jīng)投產(chǎn)，該廠以木薯為主要原料。

廣西繼河南、黑龍江、遼寧等之后，成為全國第6個全封閉使用燃料乙醇的省份，中糧北海燃料乙醇廠也是目前全國唯一的非糧燃料乙醇項目，在投產(chǎn)后基本處在滿負荷生產(chǎn)的狀態(tài)。

同時，早在2006年4月，中糧集團就與丹麥諾維信公司合作，在黑龍江肇東建立了年產(chǎn)500噸的纖維素乙醇中試裝置，目前這個裝置運行良好。中糧透露：“2008年年底開工建設年產(chǎn)1萬噸的工業(yè)設施，如果效果良好，未來打算擴大生產(chǎn)規(guī)模。”

事實上，除中糧集團在黑龍江肇東的纖維素制乙醇試點外，中糧旗下的豐原生化、吉林燃料乙醇公司以及由中石油控股的河南天冠燃料乙醇有限公司，都紛紛在進行纖維素制乙醇的試驗工作，目前均已有所進展。

其中，2008年5月8日，河南天冠集團研制建成了中國首條年產(chǎn)5000噸纖維乙醇項目產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線，并且順利產(chǎn)出了第一批纖維乙醇。通過生物發(fā)酵，每年它可以將3萬多噸的農(nóng)作物秸桿轉化為綠色燃料乙醇。目前，天冠已掌握并擁有了完整系統(tǒng)的、具有多項自主知識產(chǎn)權的纖維乙醇生產(chǎn)技術。

2006年，總書記曾視察天冠集團，在得知天冠在纖維乙醇方面的核心技術都是自主知識產(chǎn)權時，他高興地表示：“核心技術的知識產(chǎn)權是最重要的，希望你們帶個好頭，爭取盡快獲得成功！”

樂觀前景下的現(xiàn)實困難

第一代生物燃料乙醇也就是玉米等陳化糧制乙醇，并沒有多大的技術含量。即使現(xiàn)在，用木薯、紅薯等作物制燃料乙醇，也只能算是一代半，在技術上并無核心突破。而現(xiàn)在開始的第二代生物燃料乙醇“競賽”，已是真正以技術實力進行比拼了。

總體而言，整個生物質(zhì)技術是我國與世界先進水平差距最小的高技術領域之一，研發(fā)差距在5年以內(nèi)。

中糧集團、河南天冠作為我國生物燃料乙醇的核心企業(yè)，都在不遺余力地進行核心技術創(chuàng)新，以期加快纖維素制乙醇的商業(yè)化步伐。

但是，現(xiàn)在以纖維素生產(chǎn)燃料乙醇，相對于現(xiàn)在的汽油和玉米生產(chǎn)燃料乙醇，成本相差比較大，目前還不具備大規(guī)模商業(yè)化的條件技術。未來發(fā)展的難點就在于技術的突破，其技術進步的核心是降低成本。

首當其沖的是，纖維素燃料乙醇的建廠成本比玉米乙醇廠要高出1.5倍到10倍。同時，雖然說將纖維素制成燃料乙醇的技術早在20年前就已有人完成了，但大規(guī)模種植后的實際效果尚有待觀察。

比如，中石油吉林燃料乙醇有限公司此前種了五六百畝甜高粱，2007年12月試生產(chǎn)了幾噸，結果只得到乙醇含量為20%多的淡酒。2008年又多種了幾百畝，計劃再試一次。

達標的燃料乙醇酒精的含量應為99.5%。據(jù)了解，每3.2噸糧食可產(chǎn)1噸乙醇，而同樣的乙醇卻需要18噸甜高粱稈，運輸量很大。

一位經(jīng)營甜高粱燃料乙醇工廠的業(yè)內(nèi)人士認為，“經(jīng)營甜高粱項目要與農(nóng)民打交道，意味著要指導農(nóng)民種甜高梁，再從他們手里收購。大國企不善此道。”

業(yè)內(nèi)人士表示，搞生物能源，成本大、收益慢，政府應給予相應的補貼和稅收優(yōu)惠，包括怎么補貼，是補貼基地還是補貼農(nóng)戶，加工過后如何上市，上市誰來銷售，銷售的價格和標準等，都應該作出明確的規(guī)定，同時國家必須強制推行，不然就無法執(zhí)行。

民營企業(yè)對此體會尤為深刻。

“如果有政策，我都已經(jīng)賺回一個工廠了。”一位在甜高粱項目投資4000萬元的民企老板說。他投資甜高粱燃料乙醇已有5個年頭了，雖然他的工廠早就能生產(chǎn)出純度為95%以上的乙醇，但至今也沒有正式開工。

原因在于，每生產(chǎn)1噸乙醇，這位老板就要賠500元至1000元人民幣。“我們沒有國家發(fā)放的生產(chǎn)配額，中石油中石化是不會收購的。一旦生產(chǎn)我們只能賣出食用乙醇的市場價，4500元錢一噸，而我們所需的甜高粱稈就要花掉4000多元錢。”該民企老板稱。

據(jù)了解，現(xiàn)在具備甜高粱燃料乙醇生產(chǎn)能力的企業(yè)全國不到3家，都在停產(chǎn)待工。“如果一兩年內(nèi)公司不能入圍國家的配額，那我只有兩個選擇：封廠或者改為食用酒精廠，”這位民企老板已經(jīng)有些灰心，“我們現(xiàn)在的愿望是，只要國家給我們配額，讓我們賣出燃料乙醇的價格，加上副產(chǎn)品的收入就能贏利，但我們看不到希望啊。”

篇2

微生物燃料電池并不是新興的東西，利用微生物作為電池中的催化劑這一概念從上個世紀70年代就已存在，并且使用微生物燃料電池處理家庭污水的設想也于1991年實現(xiàn)。但是，經(jīng)過提升能量輸出的微生物燃料電池則是新生的，為這一事物的實際應用提供了可能的機會。

MFCs將可以被生物降解的物質(zhì)中可利用的能量直接轉化成為電能。要達到這一目的，只需要使細菌從利用它的天然電子傳遞受體，例如氧或者氮，轉化為利用不溶性的受體，比如MFC的陽極。這一轉換可以通過使用膜聯(lián)組分或者可溶性電子穿梭體來實現(xiàn)。然后電子經(jīng)由一個電阻器流向陰極，在那里電子受體被還原。與厭氧性消化作用相比，MFC能產(chǎn)生電流，并且生成了以二氧化碳為主的廢氣。

與現(xiàn)有的其它利用有機物產(chǎn)能的技術相比，MFCs具有操作上和功能上的優(yōu)勢。首先它將底物直接轉化為電能，保證了具有高的能量轉化效率。其次，不同于現(xiàn)有的所有生物能處理，MFCs在常溫，甚至是低溫的環(huán)境條件下都能夠有效運作。第三，MFC不需要進行廢氣處理，因為它所產(chǎn)生的廢氣的主要組分是二氧化碳，一般條件下不具有可再利用的能量。第四，MFCs不需要能量輸入，因為僅需通風就可以被動的補充陰極氣體。第五，在缺乏電力基礎設施的局部地區(qū)，MFCs具有廣泛應用的潛力，同時也擴大了用來滿足我們對能源需求的燃料的多樣性。

微生物燃料電池中的代謝

為了衡量細菌的發(fā)電能力，控制微生物電子和質(zhì)子流的代謝途徑必須要確定下來。除去底物的影響之外，電池陽極的勢能也將決定細菌的代謝。增加MFC的電流會降低陽極電勢，導致細菌將電子傳遞給更具還原性的復合物。因此陽極電勢將決定細菌最終電子穿梭的氧化還原電勢，同時也決定了代謝的類型。根據(jù)陽極勢能的不同能夠區(qū)分一些不同的代謝途徑：高氧化還原氧化代謝，中氧化還原到低氧化還原的代謝，以及發(fā)酵。因此，目前報道過的MFCs中的生物從好氧型、兼性厭氧型到嚴格厭氧型的都有分布。

在高陽極電勢的情況下，細菌在氧化代謝時能夠使用呼吸鏈。電子及其相伴隨的質(zhì)子傳遞需要通過NADH脫氫酶、泛醌、輔酶Q或細胞色素。Kim等研究了這條通路的利用情況。他們觀察到MFC中電流的產(chǎn)生能夠被多種電子呼吸鏈的抑制劑所阻斷。在他們所使用的MFC中，電子傳遞系統(tǒng)利用NADH脫氫酶，F(xiàn)e/S（鐵/硫）蛋白以及醌作為電子載體，而不使用電子傳遞鏈的2號位點或者末端氧化酶。通常觀察到，在MFCs的傳遞過程中需要利用氧化磷酸化作用，導致其能量轉化效率高達65%。常見的實例包括假單胞菌（Pseudomonasaeruginosa），微腸球菌（Enterococcusfaecium）以及Rhodoferaxferrireducens。

如果存在其它可替代的電子受體，如硫酸鹽，會導致陽極電勢降低，電子則易于沉積在這些組分上。當使用厭氧淤泥作為接種體時，可以重復性的觀察到沼氣的產(chǎn)生，提示在這種情況下細菌并未使用陽極。如果沒有硫酸鹽、硝酸鹽或者其它電子受體的存在，如果陽極持續(xù)維持低電勢則發(fā)酵就成為此時的主要代謝過程。例如，在葡萄糖的發(fā)酵過程中，涉及到的可能的反應是：C6H12O6+2H2O=4H2+2CO2+2C2H4O2或6H12O6=2H2+2CO2+C4H8O2。它表明，從理論上說，六碳底物中最多有三分之一的電子能夠用來產(chǎn)生電流，而其它三分之二的電子則保存在產(chǎn)生的發(fā)酵產(chǎn)物中，如乙酸和丁酸鹽。總電子量的三分之一用來發(fā)電的原因在于氫化酶的性質(zhì)，它通常使用這些電子產(chǎn)生氫氣，氫化酶一般位于膜的表面以便于與膜外的可活動的電子穿梭體相接觸，或者直接接觸在電極上。同重復觀察到的現(xiàn)象一致，這一代謝類型也預示著高的乙酸和丁酸鹽的產(chǎn)生。一些已知的制造發(fā)酵產(chǎn)物的微生物分屬于以下幾類：梭菌屬（Clostridium），產(chǎn)堿菌（Alcaligenes），腸球菌（Enterococcus），都已經(jīng)從MFCs中分離出來。此外，在獨立發(fā)酵實驗中，觀察到在無氧條件下MFC富集培養(yǎng)時，有豐富的氫氣產(chǎn)生，這一現(xiàn)象也進一步的支持和驗證這一通路。

發(fā)酵的產(chǎn)物，如乙酸，在低陽極電勢的情況下也能夠被諸如泥菌屬等厭氧菌氧化，它們能夠在MFC的環(huán)境中奪取乙酸中的電子。

代謝途徑的差異與已觀測到的氧化還原電勢的數(shù)據(jù)一起，為我們一窺微生物電動力學提供了一個深入的窗口。一個在外部電阻很低的情況下運轉的MFC，在剛開始在生物量積累時期只產(chǎn)生很低的電流，因此具有高的陽極電勢（即低的MFC電池電勢）。這是對于兼性好氧菌和厭氧菌的選擇的結果。經(jīng)過培養(yǎng)生長，它的代謝轉換率，體現(xiàn)為電流水平，將升高。所產(chǎn)生的這種適中的陽極電勢水平將有利于那些適應低氧化的兼性厭氧微生物生長。然而此時，專性厭氧型微生物仍然會受到陽極倉內(nèi)存在的氧化電勢，同時也可能受到跨膜滲透過來的氧氣影響，而處于生長受抑的狀態(tài)。如果外部使用高電阻時，陽極電勢將會變低，甚至只維持微弱的電流水平。在那種情況下，將只能選擇適應低氧化的兼性厭氧微生物以及專性厭氧微生物，使對細菌種類的選擇的可能性被局限了。

MFC中的陽極電子傳遞機制

電子向電極的傳遞需要一個物理性的傳遞系統(tǒng)以完成電池外部的電子轉移。這一目的既可以通過使用可溶性的電子穿梭體，也可以通過膜結合的電子穿梭復合體。

氧化性的、膜結合的電子傳遞被認為是通過組成呼吸鏈的復合體完成的。已知細菌利用這一通路的例子有Geobactermetallireducens、嗜水氣單胞菌（Aeromonashydrophila）以及Rhodoferaxferrireducens。決定一個組分是否能發(fā)揮類似電子門控通道的主要要求在于，它的原子空間結構相位的易接近性（即物理上能與電子供體和受體發(fā)生相互作用）。門控的勢能與陽極的高低關系則將決定實際上是否能夠使用這一門控（電子不能傳遞給一個更還原的電極）。

MFCs中鑒定出的許多發(fā)酵性的微生物都具有某一種氫化酶，例如布氏梭菌和微腸球菌。氫化酶可能直接參加了電子向電極的轉移過程。最近，這一關于電子傳遞方法的設想由McKinlay和Zeikus提出，但是它必須結合可移動的氧化穿梭體。它們展示了氫化酶在還原細菌表面的中性紅的過程中扮演了某一角色。

細菌可以使用可溶性的組分將電子從一個細胞（內(nèi)）的化合物轉移到電極的表面，同時伴隨著這一化合物的氧化。在很多研究中，都向反應器中添加氧化型中間體比如中性紅，勞氏紫（thionin）和甲基紫蘿堿（viologen）。經(jīng)驗表明這些中間體的添加通常都是很關鍵的。但是，細菌也能夠自己制造這些氧化中間體，通過兩種途徑：通過制造有機的、可以被可逆的還原化合物（次級代謝物），和通過制造可以被氧化的代謝中間物（初級代謝物）。

第一種途徑體現(xiàn)在很多種類的細菌中，例如腐敗謝瓦納拉菌（Shewanellaputrefaciens）以及銅綠假單胞菌（Pseudomonasaeruginosa）。近期的研究表明這些微生物的代謝中間物影響著MFCs的性能，甚至普遍干擾了胞外電子的傳遞過程。失活銅綠假單胞菌的MFC中的這些與代謝中間體產(chǎn)生相關的基因，可以將產(chǎn)生的電流單獨降低到原來的二十分之一。由一種細菌制造的氧化型代謝中間體也能夠被其他種類的細菌在向電極傳遞電子的過程中所利用。

通過第二種途徑細菌能夠制造還原型的代謝中間體——但還是需要利用初級代謝中間物——使用代謝中間物如Ha或者HgS作為媒介。Schroder等利用E.coliK12產(chǎn)生氫氣，并將浸泡在生物反應器中的由聚苯胺保護的鉑催化電極處進行再氧化。通過這種方法他們獲得了高達1.5mA/cm2（A，安培）的電流密度，這在之前是做不到。相似的，Straub和Schink發(fā)表了利用Sulfurospirillumdeleyianum將硫還原至硫化物，然后再由鐵重氧化為氧化程度更高的中間物。評價MFCs性能的參數(shù)

使用微生物燃料電池產(chǎn)生的功率大小依賴于生物和電化學這兩方面的過程。

底物轉化的速率

受到如下因素的影響，包括細菌細胞的總量，反應器中混合和質(zhì)量傳遞的現(xiàn)象，細菌的動力學（p-max——細菌的種屬特異性最大生長速率，Ks——細菌對于底物的親和常數(shù)），生物量的有機負荷速率（每天每克生物量中的底物克數(shù)），質(zhì)子轉運中的質(zhì)子跨膜效率，以及MFC的總電勢。

陽極的超極化

一般而言，測量MFCs的開放電路電勢（OCP）的值從750mV~798mV。影響超極化的參數(shù)包括電極表面，電極的電化學性質(zhì)，電極電勢，電極動力學以及MFC中電子傳遞和電流的機制。

陰極的超極化

與在陽極觀測到的現(xiàn)象相似，陰極也具有顯著的電勢損失。為了糾正這一點，一些研究者們使用了赤血鹽（hexacyanoferrate）溶液。但是，赤血鹽并不是被空氣中的氧氣完全重氧化的，所以應該認為它是一個電子受體更甚于作為媒介。如果要達到可持續(xù)狀態(tài)，MFC陰極最好是開放性的陰極。

質(zhì)子跨膜轉運的性能

目前大部分的MFCs研究都使用Nafion—質(zhì)子轉換膜（PEMs）。然而，Nafion—膜對于（生物）污染是很敏感的，例如銨。而目前最好的結果來自于使用Ultrex陽離子交換膜。Liu等不用使用膜，而轉用碳紙作為隔離物。雖然這樣做顯著降低了MFC的內(nèi)在電阻，但是，在有陽極電解液組分存在的情況下，這一類型的隔離物會刺激陰極電極的生長，并且對于陰極的催化劑具有毒性。而且目前尚沒有可信的，關于這些碳紙-陰極系統(tǒng)在一段時期而不是短短幾天內(nèi)的穩(wěn)定性方面的數(shù)據(jù)。

MFC的內(nèi)在電阻

這一參數(shù)既依賴于電極之間的電解液的電阻值，也決定于膜電阻的阻值（Nafion—具有最低的電阻）。對于最優(yōu)化的運轉條件，陽極和陰極需要盡可能的相互接近。雖然質(zhì)子的遷移會顯著的影響與電阻相關的損失，但是充分的混合將使這些損失最小化。

性能的相關數(shù)據(jù)

在平均陽極表面的功率和平均MFC反應器容積單位的功率之間，存在著明顯的差異。表2提供了目前為止報道過的與MFCs相關的最重要的的結果。大部分的研究結果都以電極表面的mA/m以及mW/m2兩種形式表示功率輸出的值，是根據(jù)傳統(tǒng)的催化燃料電池的描述格式衍生而來的。其中后一種格式對于描述化學燃料電池而言可能已經(jīng)是充分的，但是MFCs與化學燃料電池具有本質(zhì)上的差異，因為它所使用的催化劑（細菌）具有特殊的條件要求，并且占據(jù)了反應器定的體積，因此減少了其中的自由空間和孔隙的大小。每一個研究都參照了以下參數(shù)的特定的組合：包括反應器容積、質(zhì)子交換膜、電解液、有機負荷速率以及陽極表面。但僅從這一點出發(fā)要對這些數(shù)據(jù)作出橫向比較很困難。從技術的角度來看，以陽極倉內(nèi)容積（液體）所產(chǎn)生的瓦特/立方米（Watts/m3）為單位的形式，作為反應器的性能比較的一個基準還是有幫助的。這一單位使我們能夠橫向比較所有測試過的反應器，而且不僅僅局限于已有的研究，還可以拓展到其它已知的生物轉化技術。

此外，在反應器的庫侖效率和能量效率之間也存在著顯著的差異。庫侖效率是基于底物實際傳遞的電子的總量與理論上底物應該傳遞的電子的總量之間的比值來計算。能量效率也是電子傳遞的能量的提示，并結合考慮了電壓和電流。如表2中所見，MFC中的電流和功率之間的關系并非總是明確的。需要強調(diào)的是在特定電勢的條件下電子的傳遞速率，以及操作參數(shù)，譬如電阻的調(diào)整。如果綜合考慮這些參數(shù)的問題的話，必須要確定是最大庫侖效率（如對于廢水處理）還是最大能量效率（如對于小型電池）才是最終目標。目前觀測到的電極表面功率輸出從mW/m2~w/m2都有分布。

優(yōu)化

生物優(yōu)化提示我們應該選擇合適的細菌組合，以及促使細菌適應反應器內(nèi)優(yōu)化過的環(huán)境條件。雖然對細菌種子的選擇將很大程度上決定細菌增殖的速率，但是它并不決定這一過程產(chǎn)生的最終結構。使用混合的厭氧-好氧型淤泥接種，并以葡萄糖作為營養(yǎng)源，可以觀察到經(jīng)過三個月的微生物適應和選擇之后，細菌在將底物轉換為電流的速率上有7倍的增長。如果提供更大的陽極表面供細菌生長的話，增長會更快。

批處理系統(tǒng)使能夠制造可溶性的氧化型中間體的微生物的積累成為了可能。持續(xù)的系統(tǒng)性選擇能形成生物被膜的種類，它們或者能夠直接的生長在電極上，或者能夠通過生物被膜的基質(zhì)使用可移動的穿梭分子來傳遞電子。

通過向批次處理的陽極中加入可溶性的氧化中間體也能達到技術上的優(yōu)化：MFCs中加入氧化型代謝中間體能夠持續(xù)的改善電子傳遞。對這些代謝中間體的選擇到目前為止還僅僅是出于經(jīng)驗性的，而且通常只有低的中間體電勢，在數(shù)值約為300mV或者還原性更高的時候，才認為是值得考慮的。應該選擇那些具有足夠高的電勢的氧化中間體，才能夠使細菌對于電極而言具有足夠高的流通速率，同時還需參考是以高庫侖效率還是以高能量效率為主要目標。

一些研究工作者們已經(jīng)開發(fā)了改進型的陽極材料，是通過將化學催化劑滲透進原始材料制成的。Park和Zeikus使用錳修飾過的高嶺土電極，產(chǎn)生了高達788mW/m2的輸出功率。而增加陽極的特殊表面將導致產(chǎn)生更低的電流密度（因此反過來降低了活化超極化）和更多的生物薄膜表面。然而，這種方法存在一個明顯的局限，微小的孔洞很容易被被細菌迅速堵塞。被切斷食物供應的細菌會死亡，因此在它溶解前反而降低了電極的活化表面。總之，降低活化超極化和內(nèi)源性電阻值將是影響功率輸出的最主要因素。

IVIFC：支柱性核心技術

污物驅動的應用在于能夠顯著的移除廢棄的底物。目前，使用傳統(tǒng)的好氧處理時，氧化每千克碳水化合物就需要消耗1kWh的能量。例如，生活污水的處理每立方米需要消耗0.5kWh的能量，折算后在這一項上每人每年需要消耗的能源約為30kWh。為了解決這一問題，需要開發(fā)一些技術，特別是針對高強度的廢水。在這一領域中常用的是UpflowAnaerobicSludgeBlanket反應器，它產(chǎn)生沼氣，特別是在處理濃縮的工業(yè)廢水時。UASB反應器通常以每立方米反應器每天10~20kg化學需氧量的負荷速率處理高度可降解性的廢水，并且具有（帶有一個燃燒引擎作為轉換器）35%的總電力效率，意味著反應器功率輸出為0.5~1kW/m3。它的效率主要決定于燃燒沼氣時損失的能量。未來如果發(fā)展了比現(xiàn)有的能更有效的氧化沼氣的化學染料電池的話，很可能能夠獲得更高的效率。

能夠轉化具有積極市場價值的某種定性底物的電池，譬如葡萄糖，將以具有高能量效率作為首要目標。雖然MFCs的功率密度與諸如甲醇驅動的FCs相比是相當?shù)偷模菍τ谶@項技術而言，以底物安全性為代表的多功能性是它的一個重要優(yōu)勢。

篇3

“綠色航空”勢在必行

航空界對替代能源的渴求，從未像現(xiàn)在這樣強烈過。從萊特兄弟發(fā)明飛機以來，飛機就與石油消耗如影隨形般聯(lián)系在一起，并因此成為“高碳”俱樂部重要成員之一。國際權威數(shù)據(jù)顯示，當前全球航空運輸業(yè)每年消耗15億17億桶航空煤油，2008年全球航空運輸業(yè)排放的二氧化碳高達6.77億噸，盡管僅占全球總排放量的2％。但是由于高空飛行的飛機直接將二氧化碳排放在1萬米左右的平流層，所產(chǎn)生的實際溫室影響要比地面排放大4倍左右，對全球變暖的影響更直接、更明顯。此外，飛機在飛行過程中還排放出大量氮氧化物、水蒸氣，都對全球變暖有重要影響。

從上世紀70年代以來，盡管由機和引擎技術的不斷提高，飛機發(fā)動機的燃燒效率在過去40年已經(jīng)提高了70％，但這些進步被同一時期航空業(yè)的快速發(fā)展所抵消。飛機絕對排放量不僅沒有下降，反而還在迅速上升。根據(jù)歐盟的統(tǒng)計，歐盟境內(nèi)二氧化碳排放在20世紀90年代整體下降5.5％，而其成員國國際航空溫室氣體的排放在這段時間增加73％，且預計到2012年將增加150％。與此同時，石油等不可再生石化能源資源的日趨枯竭，進一步給航空運輸業(yè)未來的可持續(xù)發(fā)展蒙上了一層陰影。

面對能源危機和氣候變化的雙重挑戰(zhàn)，僅憑飛機燃燒效率和航空公司營運效率的提高，無法確保能源的可持續(xù)，也無法從根本上實現(xiàn)碳減排。尋找新的替代能源，實現(xiàn)更綠色的飛行，成為航空運輸業(yè)的當務之急。由行器自身原因和安全因素，風能、水利、核燃料和太陽能等可替代能源目前均不能滿足航空業(yè)的需要，可再生的生物能源成為最佳的替代選擇。

古老能源的新生

生物能源，是指從生物質(zhì)得到的能源，它是通過植物光合作用，將二氧化碳轉化為其它形態(tài)的含碳化合物，這些物質(zhì)通過燃燒可以釋放能量。因此，生物能源的形成實質(zhì)是生物質(zhì)同化、固定陽光能和大氣中二氧化碳的結果。生物質(zhì)具體的種類很多，植物類中最主要也是我們經(jīng)常見到的有木本植物、農(nóng)作物(秸稈、稻草、谷殼等)、雜草、藻類等。非植物類中主要有動物糞便、動物尸體、廢水中的有機成分、垃圾中的有機成分等。

從能量的形成過程來講，生物能源與化石能源在本質(zhì)是一樣的，二者的內(nèi)部結構和特性也相似，可以采用相同或相近的技術進行處理和利用。不同的是，地球上的化石能源是自然生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)過幾十億年的漫長進化，才將巨量的碳通過光合作用以化石能源的方式固化封存于地下，從而使大氣中的二氧化碳的濃度降到適合人類生存。但近幾百年來，煤炭、石油等化石能源的大規(guī)模開發(fā)，使這些封存的碳被集中、快速地釋放出來。如同打開了“潘多拉魔盒”，必然極大破壞生態(tài)平衡。生物燃料盡管在燃燒釋放能量的同時也會釋放二氧化碳，但它在成長過程中會從大氣中吸收等量的二氧化碳，形成一個良性循環(huán)，理論上二氧化碳的凈排放為零，能夠實現(xiàn)“碳中性”。此外，生物能源是一種取之不盡、用之不竭的可再生能源，地球每年通過光合作用可生產(chǎn)1400-1800億噸生物質(zhì)，其中蘊含的能量相當于全世界能耗總量的10-20倍。

生物燃料是人類最早利用的能源。古人鉆木取火、伐薪燒炭，實際上就是在使用生物能源。但是通過生物質(zhì)直接燃燒獲得能量是低效而不經(jīng)濟的。化石能源的大規(guī)模使用，使生物燃料受到冷落。從上世紀70年代以來，日益顯露的環(huán)境問題讓人類的目光再次投向生物能源，隨著生物燃料轉化技術的不斷發(fā)展，古老的能源獲得了新生機。

到目前為止，生物燃料的發(fā)展已經(jīng)歷了三個階段。第一代生物燃料主要是以玉米、甘蔗、大豆和蓖麻等糧食作物和油料作物為原料，因其存在“與民爭食”的特點而飽受非議，同時還面臨原料供給的瓶頸，目前已逐步被以麥稈、草和木材等農(nóng)林廢棄物和貧瘠土地上生長的木本植物作為原料的第二代生物燃料和以微藻為原料的第三代生物原料所替代。第二、三代生物燃料可以不消耗糧食，不造成污染，節(jié)約大量耕地和水，發(fā)展前景被業(yè)界普遍看好，因此也被稱為可持續(xù)性生物燃料。目前，生物燃料已成為人類可再生能源最重要的組成部分，約占全球可再生能源消費的74％左右。

助飛航空業(yè)的綠色能源

由于民航客機要在1萬米之上高空飛行，其發(fā)動機必須適應高空缺氧、氣溫氣壓較低的惡劣環(huán)境。因而要求航空煤油有較好的低溫性、安定性、蒸發(fā)性、性以及無腐蝕性、不易起靜電及著火危險性小等特點。目前適用于航空業(yè)的生物燃料主要是麻風樹、亞麻薺、微藻和鹽土植物。其中最具代表性的是麻風樹和微藻。

麻風樹是一種廣泛分布于亞熱帶及干熱河谷地區(qū)的熱帶常綠樹或大型灌木，其果實稱為小桐子，果實的含油率35％至41％，野生麻風樹果實的最高含油量約為60％。在我國，野生麻風樹主要分布于兩廣、瓊、云、貴、川等地。麻風樹生長迅速，生命力強，在部分地方可以形成連片的森林群落。3年可掛果投產(chǎn)，5年進入盛果期。麻風樹的干果產(chǎn)量為300-800公斤／畝，平均產(chǎn)量約660公斤／畝，果實采摘期長達50年，每3.5噸小桐子可提煉出約1噸生物柴油，經(jīng)過進一步精煉之后，可生成約0.15噸航空煤油。

藻類是最原始的生物之一，按大小通常分為大藻(海帶、紫菜等)和微藻(直徑小于1mm單細胞或絲狀體)。其中用于制備生物燃料的是微藻。利用微藻發(fā)展生物能源有許多其它陸地植物不具備的優(yōu)勢。第一，生長環(huán)境要求簡單。微藻幾乎能適應各種生長環(huán)境。不管是海水、淡水、工業(yè)污廢水、荒蕪的灘涂鹽堿地、廢棄的沼澤、魚塘，甚至下水道都可以種植微藻。第二，微藻產(chǎn)量非常高。一般陸地能源植物一年只能收獲一到兩季，而微藻幾天就可收獲一代，微藻單位面積的產(chǎn)率高出高等植物數(shù)十倍。第三，產(chǎn)油率極高。脂類含量比其它油料作物如玉米、油菜、麻風樹等要高很多，一般含有30％-50％左右脂類，有的甚至高達80％。第四，利于環(huán)境保護。每年由微藻光合作用吸收固化的二氧化碳占全球二氧化碳固定量40％以上。微藻現(xiàn)今被看作是最有前景的生物燃料來源，被稱為下一個“能源巨人”。

由麻風樹和微藻所生成的生物煤油由于具備良好的燃料性能，能與化石燃料兼容，又可直接應用于傳統(tǒng)發(fā)動機；與現(xiàn)有飛機的兼容性非常好，既能和傳統(tǒng)的航空煤油混合， 也可完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的航空煤油，直接為飛機提供能量。此外，它比傳統(tǒng)航空燃料的凝結點更低，燃料的每加侖能量值更高。燃燒過程中二氧化硫、氮氧化合物、碳氫化合物的排放較少，造成空氣污染和酸雨現(xiàn)象會明顯降低。由于生物燃料在運輸和制造過程中會有一定的碳排放，絕對的碳中性是不存在的。不過即使考慮到這些因素，與石油燃料相比，生物燃料依然能夠實現(xiàn)60％-80％的碳減排。

綠色飛行不再遙遠

正是由于生物燃料對航空業(yè)未來發(fā)展的革命性效應，近年來，包括飛機制造商、航空公司、發(fā)動機生產(chǎn)商在內(nèi)的航空產(chǎn)業(yè)鏈成員們以及能源和學術界領導者間的通力合作，加快了生物燃料的開發(fā)與應用的推進步伐。

自2008年2月24日波音公司與維珍航空合作完成了人類歷史上首次采用添加50％生物燃料的混合燃油為動力的飛行試驗以來，新西蘭航空、法航、日航、美國大陸航空公司等多家航空公司先后進行了一系列類似生物燃料的試飛，證明了使用可持續(xù)性生物燃料與煤油的混合燃料的技術可行性。2010年6月，空中客車公司成功完成了以微藻為原料的純生物燃料飛行，表明生物燃料完全可以獨立為飛機的飛行提供能量。按照國際航協(xié)的計劃，在完成相關安全性測試和認證后，生物燃料在2012年開始正式進入商用領域，到2020年生物燃料占航空燃油的比例將達到15％，2030年達到30％，2040年達到50％，并希望在2050年實現(xiàn)整個行業(yè)總量減排50％的目標。

目前，我國航空生物燃料的試驗和開發(fā)工作已全面展開。2010年5月26日，中國航空集團公司與中石油、波音公司、霍尼韋爾UOP公司合作，正式啟動了中國民航可持續(xù)航空生物燃料驗證試飛項目。初步確定2011年年中，國航將使用一架波音747-400飛機在不同的高度和操作環(huán)境下進行不超過2小時的飛行試驗。屆時，該飛機的一臺發(fā)動機將按1：1的比例，加注生物燃料和傳統(tǒng)航油混合燃油。所用燃油的原料來自中石油在中國的原料基地應用UOP公司精煉加工技術轉化的航空生物燃料。這次試飛將是全球首次在一個國家完成原料種植、生物燃油提煉與混合、驗證飛行的全鏈條驗證。

中科院青島生物能源與過程研究所和美國波音公司研發(fā)中心已簽署推進藻類可持續(xù)航空生物燃料合作備忘錄，將在青島組建可持續(xù)航空生物燃料聯(lián)合實驗室，啟動微藻航空生物燃油這一能源技術的大規(guī)模研發(fā)。預計5年左右實現(xiàn)關鍵技術重大突破，形成幾千噸的規(guī)模性示范，10年左右實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

生物原料的規(guī)模化種植也已啟動。根據(jù)規(guī)劃，我國麻風樹主要分布區(qū)為西南云貴川三省，從2006年開始利用荒山荒地大規(guī)模人工種植麻風林，目前人工種植規(guī)模已達15萬公頃，占中國人工種植麻風樹面積的95％以上。今后幾年種植規(guī)模將進一步擴大，到2020年將有7500萬畝中國的荒地用于種植麻風樹，其中僅四川省就將有3000萬畝荒地成為麻風樹種植基地。如能完成種植目標，屆時產(chǎn)自中國的原材料所生產(chǎn)的生物燃料可取代全球航空運輸業(yè)現(xiàn)有40％的石化燃料。

從現(xiàn)在的實驗情況來看，生物燃油應用到航空業(yè)來，技術已經(jīng)不是最大困難。現(xiàn)階段，航空生物燃料成本還很昂貴，約為傳統(tǒng)航空煤油的3-4倍。但隨著技術進步、工藝優(yōu)化和生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，成本肯定會降下來，甚至比石油燃料更低。而且，生物燃油的價格要比深受地緣政治和國際游資雙重影響的石油更易控制，可以幫助航空公司控制成本，減少意外開支。可以預見，使用生物燃油作為可持續(xù)航空燃油，將成為民航業(yè)發(fā)展新趨勢。

把握機遇低碳領航

我國發(fā)展生物能源的空間和潛力十分巨大。據(jù)統(tǒng)計，全國有4600多萬公頃宜林地，還有約1億公頃不宜發(fā)展農(nóng)業(yè)的廢棄土地資源，可以結合生態(tài)建設種植能源植物。我國的渤海、黃海、東海、南海，按自然疆界可達473萬平方公里，鹽堿地面積達1.5億畝，可供開發(fā)的微藻資源潛力巨大。近幾年，我國生物能源科研技術水平進步顯著，在某些領域基本與發(fā)達國家處在相近的起跑線上。面對新能源革命的浪潮，應從戰(zhàn)略層面高度重視，抓住機遇，順勢而上，借鑒發(fā)達國家經(jīng)驗，加大生物能源發(fā)展的推進力度，確保在低碳經(jīng)濟時代占有一席之地。

強化生物能源的戰(zhàn)略推進。國家“十二五”能源發(fā)展規(guī)劃已將生物能源發(fā)展列入七大重點能源領域。要進一步細化國家層面的協(xié)調(diào)和引導，盡快建立具體、科學的產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖。做好鹽堿、沼澤、山坡、半沙漠化等不宜發(fā)展農(nóng)業(yè)的廢棄土地資源以及海洋、河灘等資源的生物燃料開發(fā)規(guī)劃，加強對生物能源產(chǎn)業(yè)扶持、消費補貼或金融支持力度。選擇有雄厚技術積累和資金實力的生物能源生產(chǎn)企業(yè)，建立產(chǎn)業(yè)化示范基地，增強規(guī)模化生產(chǎn)能力。

篇4

須考慮代用燃料的發(fā)展問題.汽車使用醇類燃料作為石油的替代燃料,也許是一個解決能源消耗和尾氣排放的手段之一.其中,丁醇是一種極具潛力的新型生物燃料,被稱為第二代生物燃料,可以用來完全或者部分替代化石燃料,從而緩解石油危機.

1 丁醇性能的優(yōu)缺點

丁醇可作為汽油的代用燃料.丁醇與其它普通醇類燃料如乙醇和甲醇相比,具有很多優(yōu)點.丁醇的熱值大約是汽油的83%,乙醇和甲醇的熱值分別只有汽油的65%和48%,丁醇的熱值比乙醇要高30％左右,因此相同質(zhì)量的丁醇可比乙醇多輸出約1／3的動力;丁醇的揮發(fā)性遠低于乙醇,只有乙醇的1／6左右,丁醇的吸濕性遠小于甲醇、乙醇和丙醇;這些低碳醇能與水完全互溶,而丁醇則具有適度的水溶性,丁醇的這一特性使它在純化階段降低了能源消耗;丁醇比乙醇的腐蝕性低,能夠利用現(xiàn)有管道運輸,同時由于比其它低碳醇具有相對較高的沸點和閃點,其安全性更高;此外,丁醇與汽油、柴油的互溶性較好,因此可以不必對現(xiàn)有的發(fā)動機結構作大的改動,而且可以使用體積分數(shù)幾乎為100％的丁醇燃料.



盡管作為發(fā)動機燃料丁醇比其它低碳醇具有更多的優(yōu)勢,但將丁醇直接應用到發(fā)動機中仍然存在一些潛在的問題,例如:① 與發(fā)動機性能的匹配性.盡管丁醇與甲醇、乙醇相比具有更高的能量,但它的熱值仍然比傳統(tǒng)的汽油或柴油燃料低,因此,汽油或柴油發(fā)動機利用丁醇作為替代燃料需要增加燃油供給量.② 盡管甲醇、乙醇的密度比丁醇低,但它們較高的辛烷值允許發(fā)動機有更高的壓縮比和燃燒效率,較高的燃燒效率減少了溫室氣體的排放量.③ 丁醇比乙醇、甲醇的黏度高,這使得丁醇應用在柴油發(fā)動機中不會產(chǎn)生燃油泵內(nèi)不足和潛在的磨損問題.然而將丁醇應用于火花點火式發(fā)動機(簡稱SI發(fā)動機)時,較高的黏度將產(chǎn)生潛在的沉積或腐蝕等問題.

2 丁醇生產(chǎn)的發(fā)展過程

2.1 丁醇生產(chǎn)的歷史

Wirtz在1852年發(fā)現(xiàn)正丁醇可以作為一種常規(guī)的燃料組成部分.十年之后,Pasteur于1862年通過試驗得出結論,丁醇是厭氧轉化乳酸和乳酸鈣的直接產(chǎn)物.1876—1910年,許多學者研究了丙酮-丁醇的生產(chǎn)方法和有關的溶劑［1］.

通過ABE(丙酮、丁醇、乙醇)發(fā)酵法工業(yè)生產(chǎn)丁醇和丙酮始于1912—1916年,這是已知最早的工業(yè)發(fā)酵法之一,在生產(chǎn)規(guī)模上排名第二,僅次于通過酵母發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇的規(guī)模,而且它是已知的最大型的生物技術工藝流程［2-3］.在發(fā)酵過程中主要有三類典型的產(chǎn)物:① 溶劑(丙酮、丁醇、乙醇);② 有機酸(乙酸、乳酸、丁酸);③ 氣體(二氧化碳、氫).生物合成的丙酮、丁醇、乙醇共享相同的代謝途徑,即從葡萄糖到乙酰輔酶A(acetylCoA),但隨后的分支進入不同的途徑.通過發(fā)酵法生產(chǎn)的丁醇皆是生物丁醇,自從19世紀60年代通過ABE發(fā)酵法生產(chǎn)丁醇的產(chǎn)量持續(xù)下降,幾乎所有的丁醇都是通過石油化工方法生產(chǎn)的.發(fā)酵法生產(chǎn)丁醇的產(chǎn)量下降,主要是因為石油化工原料的價格比淀粉糖基如谷物、糖蜜的價格低,因此用石油燃料生產(chǎn)丁醇越來越受到歡迎,在這個階段ABE發(fā)酵法被使用得越來越少.

19世紀80年代,石油危機促進了生物燃料的發(fā)展.那時人們最關注的代用燃料是乙醇,人們雖然熟悉乙醇的生產(chǎn),但并沒有認識到為了將乙醇與汽油混合,進行脫水這一非常消耗能源的步驟是必要的,同時也沒有認識到運輸乙醇-汽油燃料的困難性,因為乙醇-汽油燃料不能利用現(xiàn)有的管道運輸,任何濃度的乙醇-汽油燃料都會對橡膠密封產(chǎn)生腐蝕和損害.盡管乙醇是一種能量等級較低的醇類物質(zhì),而且具有腐蝕性、難于提純、易揮發(fā)、有爆炸危險性等缺點,但它較高的產(chǎn)量使得乙醇成為主要應用的生物燃料.過去的30年中,能源密集型的乙醇生產(chǎn)仍然不能滿足人們對燃料、能源、清潔空氣的需求.近年來,為了應對石油化工產(chǎn)品和污染治理成本的上升,且生產(chǎn)乙醇的技術、設備稍作調(diào)整就可以直接用于生產(chǎn)丁醇,因此,許多國家開始重新關注丁醇.

2.2 利用非糧食生物質(zhì)提高丁醇生產(chǎn)能力

生物丁醇可通過發(fā)酵法利用淀粉或糖類制取,然而,由于成本高、產(chǎn)量相對較低、發(fā)酵時間長等原因,使得用ABE發(fā)酵法生產(chǎn)丁醇無法在工業(yè)規(guī)模上與采用合成法生產(chǎn)丁醇進行競爭.隨著人們對丁醇這一代用燃料越來越關注,許多公司紛紛研究新方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)ABE發(fā)酵法,從而使生物丁醇的生產(chǎn)可達到工業(yè)規(guī)模.基于生物化學轉換非糧食木質(zhì)纖維素的第二代生物丁醇生產(chǎn)相比現(xiàn)有的能源密集型生物丁醇生產(chǎn)具有一些潛在優(yōu)勢.

有研究表明,改良菌株具有更高的利用淀粉的能力,同時能在發(fā)酵培養(yǎng)液中積累較高濃度的丁醇(17～21 g•L-1)［2］.除了使用玉米,丙酮-丁醇生產(chǎn)還使用了液化玉米粉和玉米漿,60 g•L-1的液化玉米粉和玉米漿產(chǎn)生約26 g•L-1的溶劑.由于發(fā)酵酶作用物的成本對丁醇價格影響最大,利用其它可再生能源和經(jīng)濟上可行的基材例如淀粉基包裝材料、玉米纖維水解物、大豆蜜糖、水果加工工業(yè)廢料等進行丁醇發(fā)酵,從這些替代性可再生資源中生產(chǎn)的溶劑總量為14.8~30.1 g•L-1［3］.在關于多糖的研究中,其焦點是纖維素和半纖維素,它們是地球上最豐富的可再生利用資源.大量糖類已用于生產(chǎn)丁醇,使用改良菌株進行分批發(fā)酵,可以提高丁醇的產(chǎn)量.

小麥麩是小麥制粉工業(yè)的副產(chǎn)品,主要包括半纖維素、淀粉和蛋白質(zhì).經(jīng)稀硫酸水解的小麥麩皮水解產(chǎn)物中含有53.1 g•L-1的總還原糖、21.3 g•L-1的葡萄糖、17.4 g•L-1木糖和10.6 g•L-1的阿拉伯糖［4］.一種工業(yè)酶作用物液化玉米淀粉(LCS)已經(jīng)被成功用于ABE生產(chǎn),分批發(fā)酵LCS(60 g•L-1)過程中產(chǎn)生18.4 g•L-1的ABE產(chǎn)品,與葡萄糖相當.如果向分批發(fā)酵反應器放入糖化的液化玉米淀粉(SLCS),通過氣體剝離重新獲得ABE,此法可以得到81.3 g•L-1的ABE［5］.

同時,隨著丁醇制備技術的不斷成熟,丁醇的生產(chǎn)成本也逐漸下降.美國ButylFuel公司的成果表明,使 用微生物發(fā)酵法可以由1 L玉米制備0.27 L丁醇,其成本僅為0.317美元•L-1,遠低于利用石油化工方法制備丁醇的成本1.350美元•L-1.而如果使用飼料等廢棄物代替玉米,此生產(chǎn)成本可進一步下降［6］.

3 丁醇作為生物燃料應用的進展

如前所述,丁醇和其它低碳醇相比具有許多優(yōu)勢,并且大量新技術的使用也可提高丁醇的產(chǎn)量.另外許多因素都促進了生物燃料的發(fā)展,例如不確定的石油價格、溫室氣體排放、提高能源安全和能源多樣性的需要等.目前很多研究團隊已將丁醇作為一種替代生物燃料進行研究,將丁醇與汽油或柴油混合應用在發(fā)動機上，或應用在一些基本的燃燒反應器中.

3.1 丁醇的基礎燃燒試驗

在丁醇的基礎燃燒試驗中,研究人員測量了層流層的燃燒速度,同時還研究了在預混和燃燒或擴散燃燒中形成的中間物質(zhì).利用這些試驗數(shù)據(jù)開發(fā)了丁醇的化學反應動力學模型.這些預測模型可以提供對丁醇燃燒特性更好的理解,并可以解釋通過石油衍生原料和其它生物原料獲取的丁醇在燃燒特性方面的差異.Sarathy等［7］的試驗結果表明,丁醇的層流燃燒速度在當量比介于0.8和1.1之間時增加,相對應的最大燃燒速度為47.7 cm•s-1,隨后在達到較高的當量比時燃燒速度下降.

一個早期的關于靜態(tài)反應器的研究指出,丁醇的熱解是通過C3H7－CH2OH鍵的裂變開始的,產(chǎn)生了正丙基自由基和羥甲基自由基.羥甲基自由基進一步分解為甲醛和氫自由基,而正丙基自由基分解為乙烯和甲基自由基［8］.有學者研究了丁醇的燃燒速度,因為燃燒速度是決定傳播和穩(wěn)定預混火焰的關鍵參數(shù)之一.Roberts使用火焰錐的陰影圖像測量了丁醇的燃燒速度,結果表明,丁醇的最大燃燒速度和正丙醇、異戊醇是類似的,約為46 cm•s-1［9］.

3.2 在可變操作參數(shù)單缸發(fā)動機（CFR發(fā)動機）中使用丁醇作為混合燃料的研究

Yacoub等［10］多次進行了關于應用直鏈醇C1－C5(甲醇-正戊醇)與汽油混合使用在CFR發(fā)動機上的研究,試驗條件為:空氣和燃料按化學計量比混合,轉速為1 000 r•min-1.對發(fā)動機的工作條件進行了優(yōu)化,使混合燃料中氧的質(zhì)量分數(shù)分別為2.5%和5.0%,相應丁醇的體積分數(shù)分別為11%和22%.研究結果表明:丁醇比無鉛汽油容易產(chǎn)生燃燒爆震,所有醇-汽油混合燃料的試驗均顯示CO排放減少,總的HC排放也減少.盡管如此,所有混合燃料與汽油相比未燃燒醇排放較高,醇含量越高未燃燒醇的含量也越高;所有混合燃料的醛排放較高,甲醛是主要成分;NOx排放可能增加也可能降低,取決于不同的操作條件.

Gautam等［11-12］在900 r•min-1、空氣和燃料為化學計量比的試驗條件下,使用6種醇-汽油混合燃料在 CFR發(fā)動機上進行試驗,每種混合燃料由體積比為9∶1的汽油和醇組成,混合用的醇包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和戊醇.試驗結果表明,混合燃料中氧含量越高,抗爆震性能越高,火焰速度越快.在最大功率工況條件下,排放試驗結果表明,醇-汽油混合燃料比純汽油的排放明顯降低,CO排放降低16%~20%,CO2排放降低18%~23%,NOx排放降低5%~11%,總的HC排放降低17%~23%.這是因為混合燃料有更好的抗爆震性能,允許更高的壓縮比,從而提高發(fā)動機的輸出能量.醇-汽油混合燃料與純汽油相比,循環(huán)燃料消耗量高3%~5%,但比油耗低15%~19% .

Szwaja等［13］在一臺單缸CFR發(fā)動機上通過改變點火提前角研究了丁醇的燃燒特性,丁醇的體積分數(shù)為0%~100%,壓縮比為8~10,轉速為900 r•min-1,空氣和燃料為化學計量比.試驗結果表明,最高峰值壓力隨丁醇體積分數(shù)的增加而提高.因此,混合燃料最佳點火正時應延遲.通過試驗,研究人員從燃燒、能量密度以及理化性能等角度證明了丁醇可代替汽油作為純?nèi)剂匣蛉剂匣旌衔?

3.3 在SI發(fā)動機中使用丁醇作為混合燃料的研究

目前關于SI發(fā)動機中使用丁醇的研究非常廣泛,但關于丁醇-汽油混合燃料燃燒和丁醇燃料發(fā)動機的研究還很少.幾乎所有關于丁醇-汽油混合燃料的研究都集中在不同運行工況下對發(fā)動機的性能評價、燃料消耗量和排放物方面.研究表明,與純汽油相比,在保證發(fā)動機性能不變的條件下,向汽油中添加體積為20%~40%的丁醇能使發(fā)動機在更稀的混合氣狀態(tài)下工作.丁醇體積分數(shù)為20%~40%的丁醇-汽油混合燃料未燃HC排放與無鉛汽油類似,但隨著丁醇體積分數(shù)的增加,未燃HC排放也會增加.丁醇體積分數(shù)為20%的丁醇-汽油混合燃料與純汽油相比,NOx排放物降低到較低的水平.隨著丁醇體積分數(shù)的提高,燃油消耗率輕微增加,這與混合燃料的熱值下降有關.例如,丁醇體積分數(shù)為40%的丁醇-汽油混合燃料比汽油的熱值低10%,燃油消耗率增加10%［14］.

研究人員研究了基于不同混合比的丁醇-汽油混合燃料的汽油發(fā)動機的性能,結果顯示:丁醇是一種非常有前景的代用燃料,在節(jié)能方面具有很大的潛力;丁醇可降低14%的制動燃油消耗率并減少排放［15］.

Dernotte等［15］研究了丁醇-汽油混合燃料的燃燒和排放特性,結果表明,BU40(丁醇體積分數(shù)為40%)的HC排放達到最低值,除了BU80(丁醇體積分數(shù)為80%),NOx排放沒有明顯變化.通過指示平均有效壓力(IMEP)的變化發(fā)現(xiàn)加入正丁醇提高了燃燒的穩(wěn)定性,同時減少了點火延遲.

Wallner等［16］用一臺四缸直噴SI發(fā)動機研究了純汽油、E10(乙醇體積分數(shù)為10%的乙醇汽油)和BU10(丁醇體積分數(shù)為10%)的燃燒和排放性能,發(fā)動機轉速從1 000~4 000 r•min-1,負載從0 Nm升至150 Nm.結果顯示,BU10燃燒速度比E10和純汽油的高,三種燃料的燃燒穩(wěn)定性沒有明顯不同,在發(fā)動機整個工作范圍內(nèi)IMEP小于3%.相比于E10,BU10和純汽油在高負載時更容易爆震.相比于純汽油,BU10的油耗大約增加3.4%,E10的油耗大約增加4.2%,而三種燃料的制動熱效率非常類似.在純汽油和兩種混合燃料之間,CO和HC排放沒有顯著的差異,NOx排放BU10最低.由于丁醇的辛烷值低,在高負載的條件下需要推遲點火時間.根據(jù)試驗結果,BU10代替E10能夠改善燃油經(jīng)濟性并且保證排放性和燃燒穩(wěn)定性不下降.

目前國外關于丁醇的研究熱點之一是丁醇的低溫燃燒特性.Oliver等［17］給出了丁醇兩種同分異構體在低溫(550~700 K)條件下的燃燒氧化反 應路徑.Subram［18］通過試驗和仿真給出了正丁醇在750~850 K下詳細化學反應動力學機理,幾乎100%的燃料消耗是通過脫氫反應完成的,其中62%的原始燃料轉化成乙醛等物質(zhì),其它38%轉化成C3H7CHO等物質(zhì).

4 結 論 

丁醇、丁醇-汽油混合燃料的燃燒持續(xù)期與汽油相當,混合燃料與汽油相比減少了點火延遲.當使用正丁醇-汽油混合燃料時,由于燃燒加快,為了獲得最大輸出轉矩,需要延遲火花點火正時.通過測算IMEP,正丁醇、正丁醇-汽油混合燃料的燃燒穩(wěn)定性并沒有明顯變化.

截至目前,研究使用的發(fā)動機有CFR發(fā)動機、光學引擎發(fā)動機、單缸或多缸發(fā)動機.其中一些發(fā)動機使用了渦輪增壓、可變氣門、直噴等先進技術.從現(xiàn)有的研究中可以總結如下:

(1) 丁醇在混合燃料中體積分數(shù)小于20%時,不需要調(diào)整發(fā)動機就可以獲得和汽油燃料相同的發(fā)動機功率;當丁醇體積分數(shù)達到30%時,發(fā)動機最大功率開始下降;隨著丁醇體積分數(shù)的增加,燃料消耗量增加。這是由于和汽油相比,混合燃料的能量密度降低.丁醇-汽油混合燃料和乙醇-汽油混合燃料相比熱值高,試驗中燃料消耗量低.

(2) CO、HC、NOx排放的減少或增加取決于具體的發(fā)動機(如點噴或直噴)、操作條件、丁醇-汽油的混合比等.混合燃料與純汽油相比,未燃燒醇的排放增加,而且丁醇的占比越高,未燃燒醇的排放越高.混合燃料的排放物中醛類物質(zhì)較高,其中甲醛是主要成份.和乙醇、醇汽油相比,隨著丁醇體積分數(shù)的增加,苯類物質(zhì)排放增加,因此直噴點燃式發(fā)動機燃燒丁醇-汽油混合燃料會排放較多的碳煙.

參考文獻:

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篇5

【關鍵詞】生物質(zhì)顆粒；燃燒特性；排放

0.前言

人類利用生物質(zhì)能源已有幾十萬年之久，其應用之早，是最直接的一種燃料能源。然而卻因為生物質(zhì)自身存在的諸多問題，而不能得到廣泛的利用。例如：生物質(zhì)的熱值比較低、缺少專用的燃燒設備、運輸及存儲不便等。在我國，經(jīng)濟社會的發(fā)展是以能源的消耗作為重要前提的，經(jīng)濟發(fā)展的越快，能源減少的越多。這樣我們所面臨的兩個顯著問題是：環(huán)境污染趨于嚴重化；另一個是能源燃料的緊缺。因此，研究燃用生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐的機理，探究其燃燒及排放特性，妥善處理能源燃料緊缺問題，對提升環(huán)境質(zhì)量，改善人民生活環(huán)境具有重要的指導意義。

1.燃用生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐簡介

生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐主要采用三室的燃燒結構：即氣相燃燒室、固相燃燒室和燃燼除塵室。固相燃燒室的主要作用是為生物質(zhì)顆粒燃料供應大量熱解的氣化熱量，從而產(chǎn)生大量的生物質(zhì)燃氣。這部分生物質(zhì)燃氣通過底部的吸式結構過濾凈化，并最終被導入氣相燃燒室中從而實現(xiàn)均相的動力燃燒。氣相燃燒室的尾部主要采用旋流結構制造，這樣可以讓燃氣的火焰進行充分的擾流，進而促進燃氣的完全燃燒。而燃燼除塵室一般采用降塵、燃燼、凝渣以及輻射傳熱等組合結構，從而可以實現(xiàn)潔凈燃燒和輻射換熱等多重效果。下面我們給出了一個生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐的簡化圖。

圖1　生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐簡化圖

2.生物質(zhì)燃料鍋爐的燃燒及排放特性

2.1生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐的燃燒特性

生物質(zhì)顆粒燃料一般都是經(jīng)過超高壓壓縮形成的微粒狀燃料，密度較原生物質(zhì)要大的多，這樣的結構和組織特征使其可以很大程度上降低其的逸出速度和傳熱速度。該種燃料的點火溫度也比較高，但是點火性能存在一定程度的下降，不過仍然要好于煤的點火性能。

生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐在燃燒開始階段會慢慢進行分解，此時的燃燒主要處于動力區(qū)，但是隨著燃燒進入過渡區(qū)和擴散區(qū)，燃燒的速度降低，就可以將大部分的熱量揮發(fā)傳遞到受熱面，從而使排煙的熱損失大大降低。同時，揮發(fā)燃燒需要的氧氣和外界擴散的氧氣比例適中，從而實現(xiàn)充分的燃燒，并進一步減少了氣體不完全燃燒造成的損失和排煙造成的熱損失。

燃燒充分完成以后，留下的焦炭骨架的結構非常緊密，流動的氣流無法分解骨架，從而使得骨架炭仍然能夠保持完好的層狀燃燒，并形成層狀的燃燒核心。此時炭的燃燒比較穩(wěn)定，爐溫也相對較高，可以很大程度上減少固體和排煙的熱損失。

2.2生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐的排放特性

2.2.1清灰裝置設置

生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐排放過程中的清灰裝置主要采用機械刮除式以及機械振動式兩種主要方式。并且，在有些燃燒鍋爐中配備相應的灰分壓縮機，這樣就可以滿足進行長時間自動運行的要求。如果設計工藝良好，那么該鍋爐的維護保養(yǎng)都會很有限，不需要進行特殊的清理。

2.2.2相關污染物排放

生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐排放的煙氣中包含有多種不同的物質(zhì)。其中，主要的污染物有沒有完全燃燒的顆粒CxHy和有害的氣體CO，這些都是由于燃料的未充分燃燒而形成的，同時，也可能和生物質(zhì)顆粒燃料的組成成分有關系。不過，鍋爐的污染物氣排放量相當?shù)停⑶矣捎谏镔|(zhì)燃料中N、S等元素較少，所以最終排放的有毒氣體，如NOx、SOx較燃煤排放的要低的多。

3.生物質(zhì)顆粒燃燒鍋爐的環(huán)境影響分析

生物質(zhì)顆粒燃燒鍋爐排放的污染物很少，只包括少量的大氣污染物以及固體廢棄物。

3.1大氣污染物

生物質(zhì)顆粒燃料的纖維素含量比較高，而硫的含量則比較低，因此，燃燒所長盛的大氣污染物較燃煤而言要少得多。另外，生物質(zhì)顆粒燃料的密度比較大，非常便于運輸和儲存，而熱值也基本和燃煤相當，燃燒鍋爐的燃燒速度要比煤快，燃燒充分且黑煙較少、形成的灰分也比較低，尤其是在采取相配套的脫硫除塵設備之后，大氣的污染物排放就會大幅度減少。根據(jù)大量的數(shù)據(jù)分析可以認為，使用生物質(zhì)燃料鍋爐進行燃燒后所釋放的大氣污染物濃度要遠遠低于相應的國家標準。

3.2固體廢棄物

生物質(zhì)燃料鍋爐燃燒后形成的固體廢棄物主要是燃燒完后形成的灰分，這部分廢棄物可以被充分的回收利用。最主要的應用就是將灰分進行回收用作農(nóng)田鉀肥，這樣可以達到資源充分進行綜合利用的目的。

生物質(zhì)顆粒燃燒鍋爐排放的污染物很少，對環(huán)境的污染影響極低。不僅如此，該種工藝在很多方面還有及其顯著的生態(tài)環(huán)境效益，例如代替煤炭資源，不經(jīng)可以減少環(huán)境的污染，還解決了日益嚴峻的能源問題。另外，就是將燃燒后形成的固體廢物回收用做鉀肥，實現(xiàn)經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的有效循環(huán)，實現(xiàn)我國環(huán)境事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。做到了變廢為寶，節(jié)約資源又保護環(huán)境的目的。

4.結論

生物質(zhì)顆粒燃燒鍋爐主要利用廢棄的農(nóng)作物資源作為燃料，因此燃料資源豐富，經(jīng)濟環(huán)保，不僅降低了我國農(nóng)業(yè)廢棄物的運輸成本問題和運輸過程中的污染問題，還具有節(jié)約資源、保護環(huán)境、防止環(huán)境污染的作用。生物質(zhì)顆粒燃燒鍋爐的推廣和使用符合我國建設節(jié)約型社會的基本要求和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的基本國策，具有十分突出的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益，為緩解我國以及世界范圍內(nèi)的能源緊張問題和環(huán)境污染問題提供了解決的思路和方法，對于環(huán)境的保護和資源的有效利用具有重要的意義。

【參考文獻】

［1］王翠蘋,李定凱等.生物質(zhì)成型顆粒燃料燃燒特性的試驗研究[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2006(10).

［2］岳峰,雷霆宙,朱金陵等.家用生物質(zhì)顆粒燃料爐的研制[J].可再生能源,2005(6).

篇6

航空燃油的價格也是航空公司難以承受的包袱。2008年,當石油價格飆升至140美元/桶時,航空公司耗費在燃油上的成本占所有運營成本的70%左右,導致很多中小型航空公司難以為繼。今年,即便受到金融危機影響,石油價格大幅下挫,燃油成本仍占航空成本的30%～40%。

面對環(huán)境與成本的雙重困局,航空公司如何突圍?希望落在生物燃料上。

三次試飛

在大多數(shù)人眼里,生物燃料的好處非常明顯:既環(huán)保,又可再生。2008年底到2009年初,三家航空公司在一個月內(nèi)分別進行了三次生物燃料試飛試驗,更是昭顯了航空界進軍生物燃料領域的決心。

2008年12月30日,新西蘭航空公司試飛波音747-400飛機,為飛機提供動力的是麻楓樹油及標準航空燃油各占50%的混合燃料。

2009年1月7日,美國大陸航空公司以海藻油與麻楓樹油的混合物為燃料,成功試飛波音737-800飛機。這次試飛是海藻油在航空領域的首次應用。相對于麻楓樹油,海藻油似乎是一種更為物美價廉的替代品。

1月30日,日本航空公司也展開試飛試驗。他們的試飛機型是波音747-300飛機,生物燃料由3種植物油混合而成:亞麻薺油、麻楓樹油和海藻油。其中亞麻薺油是主要成分,比例高達84%。

試飛試驗的結果幾乎讓所有人都感到驚喜。美國大陸航空公司在自己的官網(wǎng)上宣布,試飛試驗中,相對于標準航空燃油,生物燃料的能效提高了1.1%,而二氧化碳的減排量更是達到驚人的60%～80%。

與此同時,美國波音民用飛機集團也在全球尋找合作伙伴,積極開發(fā)并促進生物燃料的商業(yè)化生產(chǎn),從而減少溫室氣體的排放,并降低民航業(yè)受油價波動的影響和對化石燃料的依賴。

看上去,生物燃料已然成為航空業(yè)的“救世主”。

碳排量爭議

但航空公司公布的試飛結果引起了一些科學家的質(zhì)疑。

美國斯坦福大學環(huán)境工程學教授馬克?雅各布森(Mark Jacobson)認為,美國大陸航空公司公布的試驗數(shù)據(jù)的可靠性值得懷疑。他懷疑航空公司試驗數(shù)據(jù)可靠性的主要原因在于:航空公司在計算碳排放量時,“并未把生物燃料整個‘生命周期’的排放量都考慮進來,導致計算出的減排量偏高”。

不過,面對科學家的質(zhì)疑,美國大陸航空公司卻顯得底氣十足。該公司全球環(huán)境事務總監(jiān)李?雷尼(Leah Raney)告訴記者:“在得出最終結果前,我們考慮了生物燃料在整個生命周期內(nèi)產(chǎn)生的溫室氣體排放量,因此對于這個結果,我們感到非常滿意,并希望這些燃料能在不久的將來投入商業(yè)生產(chǎn)。”

航空試驗的結果也得到了中國科學家的支持。四川大學生命科學學院院長陳放教授近年來一直致力于生物質(zhì)能源的研究,他向記者表示:“據(jù)我所知,麻楓樹油等燃料的確能減少50%～60%的二氧化碳排放量。”而在石元春院士眼里,“生物燃料能否減少二氧化碳排放量的問題根本用不著討論――答案是肯定的,這已經(jīng)是一個定論”。

發(fā)展中的障礙

拋開碳排放問題不談,航空生物燃料的發(fā)展也面臨諸多障礙。

2007年,由于第一代生物燃料玉米乙醇“與人爭糧”,生物燃料受到廣泛質(zhì)疑,因此在開發(fā)第二代生物燃料時,不管是科學家還是航空公司,都顯得非常謹慎。

美國波音民用飛機集團總裁斯科特?卡森(Scott Carson)告訴記者,他們與合作單位開發(fā)生物燃料時,用于生產(chǎn)的植物來源必須滿足五個條件:不得與糧食競爭;不應威脅飲用水的供應;與石油來源的航空燃料相比,在植物生長、收獲、加工及最終使用的整個生命周期內(nèi),溫室氣體的排放量應明顯降低;不得破壞種植地區(qū)的原生態(tài)系統(tǒng);在發(fā)展中國家,開發(fā)項目的相關規(guī)定或成果應能提高當?shù)剞r(nóng)民的社會經(jīng)濟條件。

還有一些重要的限制性條件來自于技術層面。燃油必須在300℃以上、-60℃以下都能正常燃燒。另外,生物燃油還得具有“即用性”。

在如此多的限制條件下,可供選擇的用于生產(chǎn)航空生物燃料的原料很有限。目前,生產(chǎn)航空生物燃料的主要原料是麻楓樹、亞麻薺等,但由于不能與人爭地、爭水,人們只能把這些作物種植在無法播種糧食作物的貧瘠土地或荒地上。

篇7

【關鍵詞】 生物質(zhì)燃料 估算低位熱值 收購燃料 合理定價 燃料有效利用

隨著世界能源結構多元化、高效化、清潔化的開發(fā)和利用，生物質(zhì)以其低碳、可再生的特點受到人們的重視，以生物質(zhì)能源為燃料的鍋爐也應運而生。

燃料的發(fā)熱量是燃料的一個很重要的特性，它是單位質(zhì)量的燃料完全燃燒時所能釋放出的最大發(fā)熱量，發(fā)熱量的高低取決于其化學組成以及可燃成分的多少，并與燃燒條件有關，發(fā)熱量是衡定燃料質(zhì)量的重要指標。

生物質(zhì)是由纖維素、粗纖維素、木質(zhì)素的碳水化合物、粗蛋白、蛋白酶、以及與微量元素等共同組成多種復雜 高分子有機化合物的復合體。自然環(huán)境下生物質(zhì)燃料都含有一定量的水分，因種類的不同而變化。生物質(zhì)中的水分以不同的形態(tài)存在， 即化合結晶水、內(nèi)在水分和外在水分。化合結晶水用于生物質(zhì)的合成。內(nèi)在水分以物理化學結合力被吸附在 生物質(zhì)內(nèi)部的毛細管中，其含量比較穩(wěn)定，一般5%左右；由于內(nèi)在水分所處的位置結構其水分的蒸汽壓力小于同溫度下純水的蒸汽壓力，所以在常溫下很難除去，必須在105℃至110℃下用加熱干燥設備才能除去，是一個較為恒定值。生物質(zhì)的外在水分以機械吸附攜帶方式存在于生物質(zhì)的表面、結構間隙以及較大毛細孔中，與其運輸和儲存緊密相關。外在水分可用自然干燥法除去，在自然環(huán)境條件下，生物質(zhì)燃料的外在水分不斷蒸發(fā)，直到外在水分的蒸汽壓力與空氣的水蒸汽壓力相同時，達到氣液兩相平衡，此時失去的水分是外在 水分，但失去水分的多少決定于相伴空氣的 溫度和空氣的相對濕度，隨自然環(huán)境的變化是一個相對的變量，所以外在水分是一個相對值而不是一個絕對值。一般來講，水分是生物質(zhì)燃料中的雜質(zhì)，它即增加了運輸和設備運行與檢修中的費用、又降低生物質(zhì)燃料的熱值等。

燃料熱值的高低取決于燃料中含有可燃成分的多少，但是，燃料的發(fā)熱量（熱值）并不等于可燃組成的C、H、S發(fā)熱量的代數(shù)和。因為它們是在生長過程中通過光合作用等有機合成的產(chǎn)物，并于生物質(zhì)的種屬，植物的部位、生長地域、環(huán)境條件等有關。對于生物質(zhì)燃料高位熱值的測定通過常用的元素分析法不僅十分繁瑣而且設備復雜，必須有專業(yè)的化學實驗室來完成。在實際操作中，對于工廠技術人員，用門捷列夫經(jīng)驗公式估算和氧彈量熱器來測定燃料熱值并不實用，又沒有較為成熟的經(jīng)驗公式。

燃料的熱值分為高位熱值HHVdaf由專業(yè)化實驗室測得和低位熱值（凈熱值）LHV。HHVdaf是燃料實際最大可能發(fā)熱量，它是揮發(fā)份和固定碳的燃燒反應熱之和。燃料燃燒后煙氣中的水蒸汽包含了燃料中元素H在燃燒時與氧氣反應生成的水蒸汽、燃燒過程中燃料的內(nèi)在水分和外在水分形成氣相的水蒸汽、冷空氣中的過熱水蒸汽。實際應用中燃料在燃燒設備燃燒后產(chǎn)生的高溫煙氣，通過尾部換熱面時的溫度仍相當高，一般都在100℃以上，，而且水蒸汽在煙氣中的分壓力又比大氣壓力低，所以此時燃燒反應產(chǎn)物中的水和燃料中攜帶的全水份仍然都是氣相的飽和蒸汽或過熱蒸汽，不能凝結成液相的水。為了有效地防止低溫腐蝕，這部分汽化潛熱就無法利用，而被排入大氣，燃料的實際可利用熱值就減小，所以從燃料高位熱值HHVdaf中扣除掉這部分水蒸汽的汽化潛熱，再減去灰渣熱焓（無冷渣系統(tǒng)）后，就得到所能利用的凈熱值LHV。

由于生物質(zhì)各種屬燃料的有機物物質(zhì)成分變化范圍較小，工業(yè)分析中只要查出專業(yè)實驗室對各種生物質(zhì)燃料的高位熱值HHVdaf（見表）的測定值，再測定出生物質(zhì)燃料的全水分、全灰分、知道灰分的比熱容，就可較準確地估算出單位質(zhì)量的生物質(zhì)燃料可利用的低位熱值LHV，生物質(zhì)的低位熱值可以用以下公式進行估算：

LHV=HHVdaf（100%-Mar-Aar）-25M`ar-Am×C×Δt

式中：HHVdaf―生物質(zhì)燃料的高位熱值 kJ/kg

Mar―水分收到基質(zhì)量分數(shù)%、

Aar―灰分收到基質(zhì)量分數(shù)%

Am―每公斤生物質(zhì)燃料含灰分質(zhì)量 Kg

C ―灰分的比熱容 kJ/kg℃

Δt―灰渣溫度與環(huán)境溫度的溫差 ℃

M`ar―水分收到基百分數(shù) %

25M'ar-1大氣壓下水分收到基轉化蒸汽熱焓KJ/Kg燃料

幾種主要生物質(zhì)燃料的高位熱值 單位KJ/Kg（如表1）

灰分的比熱容 C

干泥土 0.879 kJ/kg℃ 砂石0.921kJ/kg℃

影響生物質(zhì)的燃燒特性因素.有揮發(fā)份V固定碳C水分M

灰分A等；燃料的（燃燒熱）熱值來源于揮發(fā)份、固定碳的燃燒反應熱；其燃燒機理基本與煤相同，不同之處生物質(zhì)固定碳燃燒多為剝落性燃燒。灰分視為生物質(zhì)中不能燃燒的礦物雜質(zhì)，它可分為兩種即生物質(zhì)自身結構的礦物質(zhì)和在采取、運輸、儲存過程中的生物質(zhì)所攜帶的外部雜質(zhì)。灰渣是在生物質(zhì)燃燒或在空氣中經(jīng)過一系列的分解，化合等復雜反應后所剩余的殘渣。在生物質(zhì)的燃燒過程中，少量的飛灰對燃燒有催化作用（石英砂除外），有助于加強有焰燃燒與相間的能量傳輸；但隨著灰分含量的增大，使單位質(zhì)量的可燃物質(zhì)的含量相對減少很多，相應燃料的熱值減少就越多，并降低燃燒溫度，阻礙燃燒過程中的輻射傳熱，降低燃燒速度，包裹焦炭顆粒，阻礙氧氣向焦炭內(nèi)部擴散，增大機械不完全燃燒熱損失；并在燃燒過程中的熱泳、慣性碰撞、以及煙道、尾部換熱面的凝結，化學反應過程中，增加受熱面與換熱面的積灰、磨損和腐蝕，使排煙飛灰熱焓增大等。所以一般視灰分為生物質(zhì)燃料中的渣質(zhì)，增加運行費用。

在生物質(zhì)燃燒的熱解過程中分為水分析出階段、分子斷鏈熱分解階段和縮聚階段（焦炭降解階段）三個階段。由于高分子有機化合物的失水，化學鍵斷裂，自由基的形成以及重組反應，形成揮發(fā)分而完成相變過程，后期縮聚階段形成殘?zhí)肌Ｔ谡麄€燃燒過程中伴隨著同相燃燒和異相燃燒，在揮發(fā)分開始燃燒時，按照鏈式反應的機理，H和水蒸氣對CO的燃燒反應具有觸媒作用，少量2%（空氣干燥后的燃料中所含內(nèi)在水分的質(zhì)量百分數(shù)遠遠超過此臨界值）的水蒸氣可以減小生物質(zhì)燃燒的活化能、降低可燃質(zhì)燃燒著火點、便于低溫燃燒，改善生物質(zhì)燃燒后期焦碳燃燒的溫度場，加快燃燒速度，并影響煙氣中NOx的排放量。但隨著內(nèi)外在水分的增加，在層燃鍋爐中，質(zhì)地較軟的生物質(zhì)燃料會在加熱過程中出現(xiàn)軟化黏結以及布風不均現(xiàn)象，這種現(xiàn)象產(chǎn)生了一定的后果，例如：造成燃料的料層與通風間隙不均和單位質(zhì)量可燃質(zhì)的燃燒面積縮減，降低爐膛內(nèi)燃料反應溫度與化學反應速度，延長固態(tài)可燃質(zhì)在推動或轉動機械式燃燒設備上的停留時間，增加物理不完全燃燒熱損失，削弱爐膛火焰充滿度，減少爐膛的容積熱強度、壁面熱強度、截面熱強度，加大煙氣過剩空氣系數(shù)，降低鍋爐出力。在燃料燃燒的過程中因水分蒸發(fā)汽化以及過熱要消耗大量的熱量，（無論是層燃或流化燃燒，水蒸氣導致可燃物質(zhì)與氧氣的濃度場減弱、爐膛燃燒溫度場的溫度降低，影響化學反應速度），煙氣體積增大，隨之煙氣帶走的熱量損失增多，伴隨引風機電耗加大，廠用電率增高等，經(jīng)濟效率下降。化學燃燒反應雖然是放熱反應，然而水分子蒸發(fā)與過熱卻要吸收熱量，因此大多數(shù)生物質(zhì)燃燒自維持燃燒時，要求其水分不大于65%，超過此數(shù)值則需加入輔助燃料來助燃。

為了確保證生物質(zhì)燃料的經(jīng)濟價值、發(fā)揮其潛力，在生物質(zhì)的采獲、晾曬、運輸、儲存的過程中應避免外在水分和機械攜帶水分的混入。根據(jù)蓋斯定律可知，防止微生物發(fā)酵、腐爛是保證生物質(zhì)燃燒熱值不致降低的有效措施。因此對生物質(zhì)燃料的低位熱值進行估算，控制水分、灰分，為收購燃料、合理定價以及生物質(zhì)燃料的有效利用，使之發(fā)揮較好的經(jīng)濟效益而提供參考。

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篇8

4月中旬，政府出臺了針對玉米深加工的新一輪調(diào)控政策。涉及兩方面的內(nèi)容，一是下調(diào)生物燃料乙醇財政補貼標準。二是提高部分玉米深加工產(chǎn)品增值稅稅率，將玉米漿、玉米皮、玉米纖維和玉米蛋白粉等玉米深加工產(chǎn)品的增值稅稅率由13%提高至17%。實際上再往前追溯一點，去年10月份，政府就發(fā)文恢復征收以糧食為原料生產(chǎn)用于調(diào)配車用乙醇汽油的變性燃料乙醇消費稅。

顯然，政府降低玉米深加工產(chǎn)品的補貼水平，減少對玉米深加工的稅收優(yōu)惠，目的是為了抑制玉米深加工產(chǎn)能，從而減少玉米深加工消費。實際上，這不是第一次降低燃料乙醇補貼標準，從2009年算起，政府已經(jīng)連續(xù)4年調(diào)低燃料乙醇補貼標準。燃料乙醇補貼從2009年的2056元/噸下調(diào)到如今的500元/噸，降幅達76%。

燃料乙醇補貼政策始于2004年。政策出臺的初衷有兩個：一是為了推進可再生能源與新能源的發(fā)展，二是為了拉動玉米消費、解決農(nóng)民賣糧難問題。但是世易時移，兩個初衷均發(fā)生了重大變化。越來越多的證據(jù)表明，燃料乙醇的生產(chǎn)并不能節(jié)約能源，反而浪費能源。燃料乙醇燃燒的時候雖然不產(chǎn)生污染，但是燃料乙醇生產(chǎn)過程卻會破壞環(huán)境。而近年來隨著玉米價格連年上漲，食品特別是肉禽蛋奶價格猛漲，政府調(diào)控目標開始轉向抑制玉米需求。畢竟，在“人車爭糧”面前，政府首先要保證的是前者的需求。這樣的話，逐步降低乃至最終取消燃料乙醇補貼將是大勢所趨了。但是由于當前政府只是降低而沒有取消補貼，生產(chǎn)燃料乙醇還是有利可圖的。既然短期內(nèi)降低補貼對玉米燃料乙醇的產(chǎn)量沒有影響，那么短期內(nèi)自然對玉米的價格影響也不大。因此，即使限制燃料乙醇的生產(chǎn)，也不能有效阻止玉米價格的上漲。

由于燃料乙醇生產(chǎn)本身并不盈利，因此只要政府停止了補貼，燃料乙醇的生產(chǎn)就斷了奶，必然無法活下去。真正應該擔心的是其他玉米深加工需求。不依賴政府補貼和優(yōu)惠政策而生存的玉米深加工產(chǎn)品本身是在為社會創(chuàng)造財富，雖然這部分需求客觀上拉動了玉米的價格，對食品價格上漲起了推動作用。但是從另外一個角度看，食品需求是一種需求，深加工產(chǎn)品也是一種需求，特別是許多深加工產(chǎn)品還是用于醫(yī)療的目的，很難說，哪種需求更應擺到優(yōu)先的位置。壓制玉米深加工固然有利于控制食品價格，但卻導致深加工產(chǎn)品價格上漲，損害了深加工產(chǎn)品消費者，這是不公平的。政府的最佳做法是既不要用各種優(yōu)惠政策補貼玉米深加工，也不要動用行政手段去強行壓制，而是讓市場去選擇。

篇9

【關鍵詞】 生物燃料 全球變化 多邊 治理框架

各國政府均認同生物燃料是一種有潛力的化石燃料替代選擇，其產(chǎn)業(yè)發(fā)展與減緩氣候變化、繁榮農(nóng)村經(jīng)濟、緩解全球和國家能源安全的聯(lián)系已促動了主要國家在領域紛紛展開行動。但是，產(chǎn)量和貿(mào)易的迅速膨脹引起了許多環(huán)境和社會經(jīng)濟問題的爭論。因此，檢討生物燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的本質(zhì)，探尋治理途徑時不待我。

1. 生物燃料產(chǎn)業(yè)擴張：一種新的全球性變化

全球生物燃料生產(chǎn)從2000年到2009年已經(jīng)翻了20倍，生產(chǎn)國從巴西一枝獨秀擴展至美國、歐盟、中國等主要農(nóng)業(yè)國，儼然成為了新能源產(chǎn)業(yè)中最具潛力、最重要的化石能源替代產(chǎn)品。盡管這番蓬勃景象一方面歸功于生產(chǎn)效率的提高，原料作物種植擴張也“功不可沒”，有越來越多的作物用于該產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)。產(chǎn)業(yè)擴張帶來了以下巨大影響：

1.1由生物燃料產(chǎn)業(yè)擴張引起的生態(tài)變化

對環(huán)境的影響是復雜的：生物燃料替代化石燃料、減少溫室氣體排放是快速擴張的根本動力。但是，仍要對生物燃料整個生命周期排放做出全面評估。比如，原料作物的生產(chǎn)使用化肥、殺蟲劑，最后就在減少溫室氣體排放的同時消耗化石燃料。機器化大生產(chǎn)帶來更多甲烷氣體，而甲烷對全球變暖的作用遠遠大于二氧化碳。另外，土地使用目的的轉變可能導致大量的溫室氣體排放。因此，關于排放平衡必須考慮整個生命周期。

單一種植原料作物帶來生物多樣性喪失、土壤質(zhì)量下降、給水資源質(zhì)量帶來沖擊，即使大多數(shù)作物可依靠降雨生長，但是當提高生產(chǎn)率成為優(yōu)先選擇的話，灌溉則會成為首選。最后，生物燃料生產(chǎn)有外來物種侵害原有生態(tài)的風險。

1.2由生物燃料產(chǎn)業(yè)擴張引起的社會經(jīng)濟變化

對農(nóng)村經(jīng)濟的影響體現(xiàn)在包括國家、區(qū)域和全球的各個層面：

國家對該產(chǎn)業(yè)利潤的保證使大量投資涌入種植業(yè)，尤其是以農(nóng)業(yè)為主要支撐的發(fā)展中國家。這就促使農(nóng)民成為農(nóng)業(yè)工人，喪失對土地的傳統(tǒng)控制權。雖然產(chǎn)業(yè)擴張確實增加了農(nóng)村人口就業(yè)機會，但是勞動條件卻不盡人意，勞動安全難以保證。

除了對農(nóng)村本地的影響，生物燃料生產(chǎn)也打亂了糧食生產(chǎn)和供應。因為主要糧食作物既可以供人食用也可成為生產(chǎn)原料，因此全球糧食價格隨需求大增而屢創(chuàng)新高。生產(chǎn)者雖可從中獲利，但那些農(nóng)村和城市的低收入者無法負擔充足食物費用，惡化了全球糧食安全狀態(tài)。

1.3由生物燃料產(chǎn)業(yè)擴張引起的南北關系變化

發(fā)展中國家相對發(fā)達國家可獲土地數(shù)量較高、原料價格較低、勞動力成本低廉，被認為是最有潛力生產(chǎn)生物燃料。主要消費者卻是發(fā)達國家，即便全球產(chǎn)量不斷提高也無法滿足發(fā)達國家的消費目標，進口需求便產(chǎn)生了。于是發(fā)達國家和發(fā)展中國家簽訂了許多相關貿(mào)易協(xié)定。這種供求關系的發(fā)生本應帶來全球雙贏局面，但是發(fā)展中國家生產(chǎn)大規(guī)模擴張卻給自身帶來了巨大挑戰(zhàn)，包括森林退化、土地沖突、傳統(tǒng)耕種方式的遺失等等。

發(fā)展中國家是該產(chǎn)業(yè)發(fā)展負面影響的主要承受者，但卻沒有充分機會參與全球治理議程。即使參與，也只是該國的大企業(yè)，而不是那些受實際影響的大多數(shù)人，這無疑增加了北方對南方國家的控制力。

2. 生物燃料治理框架現(xiàn)狀與評價

2.1生物燃料治理現(xiàn)狀

國家、區(qū)域、國際已出現(xiàn)了應對生物燃料影響并促進其可持續(xù)發(fā)展的政策和治理結構。

2.1.1國家生物燃料治理議程：以主要生產(chǎn)國為例

隨著氣候變化成為全球議程中的重大問題，許多國家構建了可再生能源戰(zhàn)略，其中就包括生物燃料。使用生物燃料不僅能替代化石燃料和提高能源安全，更重要的是還可以擴大農(nóng)產(chǎn)品的出路和收益。在此促動下，各國普遍采用的政策是頒布燃料混合國家命令、稅收豁免、對農(nóng)民或生產(chǎn)者直接支付、對進口產(chǎn)品適用關稅壁壘。除此之外，主要生產(chǎn)國美國和巴西面對負面影響，也采取了有限的政策調(diào)整。

美國玉米業(yè)已飽受詬病，尤其是玉米乙醇生產(chǎn)：減排水平低；超大型農(nóng)業(yè)公司的控制使小生產(chǎn)經(jīng)營者無利可圖；由于美國是世界玉米的主要供應者，對生物燃料的加大投入引起全球大宗食品的價格動蕩。即便是這樣，美國仍然一再提高燃料使用比例，要求到2017年生物燃料替代汽油消費達到20%，對加工商提供每加侖0.51美元的補貼，對進口燃料乙醇適用每加侖0.54美元的進口關稅。雖然，新能源計劃提倡木質(zhì)纖維素乙醇技術的發(fā)展，但是美國近期對生物燃料的需求增長仍不可避免從傳統(tǒng)生產(chǎn)中獲得。

巴西是世界第二大生物燃料生產(chǎn)國。甘蔗乙醇轉化率比玉米乙醇高。但種植園的迅猛擴張對亞馬遜森林造成了負面影響；甘蔗乙醇的生產(chǎn)對水需求量較大；單一種植擴張也帶來了嚴重的土地沖突。但巴西政府仍決定每年新建25個甘蔗乙醇生產(chǎn)廠。盡管計劃逐年有所微調(diào)，但傳統(tǒng)大型甘蔗生產(chǎn)仍然占據(jù)主要地位。

由此可見，可持續(xù)關注在美巴兩國并不是最優(yōu)先考慮事項。但是生物燃料凈進口國和地區(qū)卻對生產(chǎn)的可持續(xù)性進行了更為積極的應對，主要體現(xiàn)在歐盟及成員國。

2.1.2區(qū)域生物燃料治理議程

歐盟生物燃料治理分為成員國個別要求和歐盟共同要求。就成員國而言，英國和荷蘭生物燃料標準最為典型，因此將從英、荷、歐三個方面分析區(qū)域治理工具。

生物燃料可持續(xù)性爭議包括減緩氣候變化，生物多樣性保護，水、土壤、空氣保護，土地所有權保護，勞工標準，社會經(jīng)濟發(fā)展和糧食安全7個方面。

關于減緩氣候變化，三者要求類似：首先都禁止將高碳封存土地用于原料作物的種植。英國要求溫室氣體減排至少為40%，每年增加5%，但性質(zhì)是建議式的；荷蘭規(guī)定了最低30%的強制減排，到2017年逐步增加到80%-90%；歐盟強制性要求將最低減排量提高到35%。

關于生物多樣性，荷蘭和歐盟都禁止將具有高生物多樣性區(qū)域用于生物燃料生產(chǎn)；英國禁止生產(chǎn)毀損以上區(qū)域即允許合法生產(chǎn)。荷蘭要求要遠離高生物多樣性區(qū)域5公里以上。

關于水、土壤和空氣保護，三者具有區(qū)別。英國要求沒有土壤退化、污染或水資源耗盡或空氣污染。荷蘭要求實行最佳保護實踐；遵守《斯德哥爾摩農(nóng)藥使用公約》或國內(nèi)法；禁止生產(chǎn)焚燒。歐盟除了就國家保護措施進行年度報告外，無具體要求。

關于土地所有權，英國要求對土地權和當?shù)厣鐣P系沒有負面影響。荷蘭要求在土地原始使用者同意下謹慎使用土地；尊重原主人傳統(tǒng)制度。歐盟僅要求進行年度報告。

關于勞工標準，英國要求對勞工權利和工作關系沒有負面影響。荷蘭要求遵守《普遍人權宣言》和關于跨國公司及社會政策的國際勞工原則。歐盟除了就《國際勞工公約》的國家授權和執(zhí)行進行年度報告外，沒有具體的要求。

關于社會經(jīng)濟發(fā)展，英國和歐盟僅要求就此履行年度報告義務。荷蘭要求生物燃料生產(chǎn)必須利于當?shù)胤睒s；要求就生產(chǎn)影響當?shù)厝丝诤屠诋數(shù)亟?jīng)濟發(fā)展進行報告。

關于糧食安全，英國僅要求檢測對糧食價格的間接影響。荷蘭和歐盟除了就土地使用改變形式、土地和糧食價格影響進行報告外沒有具體要求。

只有滿足上述標準的產(chǎn)品才能計入歐盟2020年運輸領域可再生能源10%的強制性目標，進而才會獲得市場準入好處和稅收豁免、直接支付等利益。歐盟在證明產(chǎn)品是否符合標準的問題上采取靈活做法，即權力下放到歐委會認可的自愿性生物燃料認證制度，認可時效為五年。可見，就世界最大的生物燃料進口市場的準入而言，得到具有資格的認證制度的認證是關鍵。截止2011年7月，有2BSvs、Bonsucro、Greenergy、ISCC、RBSA、RSB、RTRS七個生物燃料認證制度得到了歐委會的認可，此外還有18個認證機會等待歐委會的批準。

2.1.3國際生物燃料治理議程

和生物燃料多少相關的國際協(xié)定在各個領域早已出現(xiàn)，例如氣候、能源領域。目前雖沒有針對全球生物燃料挑戰(zhàn)專門國際協(xié)定，但國際社會已開始以以下形式展開努力：

首先，聯(lián)合國開發(fā)計劃署（UNDP）、聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）、聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）、聯(lián)合國能源機制（UN-Energy interagency），在其報告和研究中均已提出生物燃料問題。但是，他們的行動大多僅局限于分析和建議，并沒有就其各自的領域達成國際協(xié)定。國際能源署（IEA）以及經(jīng)合組織（OECD）發(fā)揮了更為積極的作用，通過IEA生物能源部的第40工作組為生物燃料貿(mào)易認證構建了可持續(xù)性標準。

其次，新近建立的論壇和伙伴關系開始在生物燃料全球可持續(xù)發(fā)展嶄露頭角。最為典型的就是2005年發(fā)起的全球可再生能源伙伴關系。該制度目的是促進可再生能源的繼續(xù)發(fā)展和商業(yè)化，支持更廣泛的、符合成本效益的生物質(zhì)和生物能源發(fā)展尤其是發(fā)展中國家。生物燃料國際貿(mào)易大幅增加，2007年巴西、美國、中國、歐委會等建立了國際生物燃料論壇。

最后就是專門針對生物燃料可持續(xù)性問題成立的、新的國際倡議，采取的形式是多利益攸關方組成的圓桌會議，討論和構建可持續(xù)性環(huán)境和社會經(jīng)濟標準。但覆蓋產(chǎn)品范圍各有不同，例如責任大豆圓桌會議以及意圖進行普遍適用的可持續(xù)生物燃料圓桌會議（RSB）。

2.2對目前治理框架的評價

隨著全球生物燃料貿(mào)易的提高，作為主要進口者的歐盟國家生物燃料治理議程對市場準入和不同可持續(xù)性產(chǎn)品的競爭力影響在逐步提高，甚至成為了全球治理生物燃料的風向標。但是，從歐盟和成員的可持續(xù)性標準來看，主要局限于對生態(tài)環(huán)境的要求；像是當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展、公平正義以及糧食安全等與發(fā)展中國家緊密相關的社會經(jīng)濟問題關注不夠。而間接土地使用轉化問題也被忽略掉，甚至都不存在報告制度。值得注意的是這些標準既適用于外國生產(chǎn)者也適用于歐盟國家，但制定決策時卻沒有主要供應國——發(fā)展中國家的參與，也就是發(fā)展中國家的觀點和他們的關注沒有得到體現(xiàn)。

似乎國際治理議程給參與性帶來了一些新的變化，但也有自身弱點：

首先，不同國際生物燃料治理議程仍局限在自己業(yè)務范圍內(nèi)處理環(huán)境和社會經(jīng)濟影響。國家合作多集中于研究和技術發(fā)展，而不是應對擴張帶來的更為嚴重的糧食安全影響。

其次，通過給當?shù)靥峁┠茉瓷a(chǎn)和供給的方式來促進當?shù)匕l(fā)展，這種生物燃料發(fā)展的替代模式幾乎被這些治理議程所忽略，即他們主要以生物燃料貿(mào)易為預設前提而展開談判。

第三，有些國際議程如IEA、OECD具有明顯的發(fā)達國家傾向，當然會以它們的能源需求為優(yōu)先考慮，因而主要關注發(fā)展中國家的出口為導向的生產(chǎn)，而不是發(fā)展中國家的當?shù)匦枨蟆６蛏锬茉椿锇殛P系也代表主要國家團體利益。甚至像RSB由多利益有關方組成的圓桌會議也不對稱地給來自工業(yè)部門和發(fā)達國家的參與者更多的關注和投票權。21位RSB發(fā)起委員中僅有5位來自發(fā)展中國家，而這5位代表中有3位代表了像巴西的甘蔗聯(lián)盟這樣的工業(yè)團體利益。很明顯利益受到主要影響的大多數(shù)人并沒有能充分表達意見。

最后，現(xiàn)有的國際行動沒有形成多層次、協(xié)調(diào)統(tǒng)一、相互支持、相互影響的治理方式。許多國際倡議或國際行動雖然博興，但十分分散，關注自己覆蓋的爭議領域，并在其框架下的國家行動仍被符合本國利益的議程所主導。這種情形實際導致生物燃料問題仍然是“無治理領域”，試想有各自利益的國家和企業(yè)一旦發(fā)生紛爭，將如何公正、合理的解決爭議？

3. 新多邊生物燃料治理框架愿景

3.1建立新多邊生物燃料治理框架的原因

目前生物燃料治理制度無論從國內(nèi)還是從國際層面都無法滿足治理需求，建立新多邊治理框架的迫切需求和原因有以下幾點：

第一，該產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要推動力均具有重要的全球要素和關聯(lián)。可再生能源替代化石燃料就是由《聯(lián)合國氣候變化框架公約》促動的。化石燃料的可用竭性是一個全球難題，而動蕩的國際關系又是國家追求能源安全的巨大障礙。生物燃料農(nóng)業(yè)尤其在發(fā)展中國家又是由發(fā)達國家的消費目標促發(fā)的出口繁榮所驅動的。以上每個環(huán)節(jié)都具有“全球烙印”。

第二，生物燃料生產(chǎn)帶來的環(huán)境影響是無法依靠個別國家得以解決的。該產(chǎn)業(yè)對氣候變化、對水等自然資源的需求以及對土地使用改變的累積作用都具有明顯的全球關聯(lián)。

第三，個別國家解決生物燃料擴張帶來的社會經(jīng)濟影響能力有限，比如對農(nóng)產(chǎn)品市場和全球糧食安全的影響。

第四，生物燃料的爭論從一開始出現(xiàn)就具有南北關系的特性，是以一方的主要社會、政治和環(huán)境利益為代價而使另一方獲利的問題。

第五，關于生物燃料生產(chǎn)存在許多相互沖突的觀點和看法，因此不僅需要有效的治理框架，更需要體現(xiàn)公平、合法性、責任性、代表性的統(tǒng)一治理制度。

以上各個方面均體現(xiàn)了建立全球生物燃料治理框架的必要性，但這里的全球性并不意味著所有國家都就此進行談判，但至少是一個與現(xiàn)有治理框架不同且能夠反映生物燃料產(chǎn)業(yè)核問題的不同視角，能通過多邊平臺包括國家和非國家參與者構建的負責而合法的方式進行治理和調(diào)控。那么，這種新多邊治理框架究竟應該具備怎樣的條件和內(nèi)核呢？

3.2新多邊生物燃料治理框架的建構

3.2.1多邊生物燃料治理框架應具備的基本特征：多部門、多層次和多參與者治理

生物燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展并不僅是一種能源戰(zhàn)略，它和糧食、農(nóng)業(yè)、貿(mào)易、氣候和生態(tài)保護等多方面都具有重大關聯(lián)，而這些領域都有各自的政策制度。因此氣候談判、可再生能源議程、全球貿(mào)易和農(nóng)業(yè)發(fā)展、保護生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)戰(zhàn)略均涉及到了生物燃料問題。以上不同領域的各自政策必須避免沖突、尋求協(xié)調(diào)，這就需要多部門協(xié)調(diào)來應對生物燃料治理。

其次，生物燃料治理需要多層次協(xié)調(diào)。如果沒有國家、當?shù)卣约爱數(shù)厣a(chǎn)者的協(xié)助多邊框架很難成功，這也是目前國際相關治理制度的欠缺。這種協(xié)調(diào)既要體現(xiàn)在國際政策的成功執(zhí)行上，比如認證計劃的實施，也要體現(xiàn)在不同層面的規(guī)制活動上。

第三，不同參與者和平行決策體系間的協(xié)調(diào)也是必要的。這會減少重復勞動、避免政策沖突，比如生物燃料治理政策和WTO規(guī)則之間的沖突，多參與者治理意味著允許各種主體使用有效參與資源。

3.2.2新多邊生物燃料治理框架的制度設計：趨利避害

雖然需要進一步協(xié)調(diào)不同產(chǎn)業(yè)部門、參與者和治理層次，但是何種制度設計才能最好發(fā)揮功能卻是一個大問題。從實現(xiàn)的可能性出發(fā)，有兩種路徑可以選擇：

第一種，在某一類寬泛的領域建設治理制度，能源和農(nóng)業(yè)領域可供選擇。

在能源領域探討生物燃料治理制度的優(yōu)勢是能夠很容易地將該問題并入可再生能源政策；能夠讓業(yè)界對照其他生物能源對液態(tài)生物燃料做出評估。弱點是由于目前與能源相關的、行之有效的政策制度本身就十分分散，加之聯(lián)合國相關機制治理權力也十分有限，新建立的國際可再生能源機構（IRENA）固然令人欣慰，但是像巴西、中國等這些主要生產(chǎn)國尚未加入，因此治理很難從全球能源制度中獲得有益的制度支持；加之，如果國家將生物燃料單純看作是國家能源安全問題，由于敏感性，將會使多邊談判變得異常艱難；最后由于生物燃料是由許多作物提煉而來，因此對農(nóng)業(yè)部門的影響也舉足輕重，將其作為能源問題處理自然會導致對糧食安全、農(nóng)村地區(qū)和土地政策的影響關注不夠。

在農(nóng)業(yè)領域處理生物燃料問題最大的優(yōu)勢是可以借助FAO現(xiàn)有的各種制度；可使業(yè)界更加關注糧食和農(nóng)村發(fā)展問題；也會從國際農(nóng)業(yè)協(xié)定中最終獲利。但是國際農(nóng)業(yè)貿(mào)易談判頻頻陷入僵局，這必將阻礙該產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展；也會割裂生物燃料與可再生能源政策的聯(lián)系。

第二種不同的制度設計路徑就是將生物燃料作為獨立的焦點問題進行制度設計，而此種方式根據(jù)所設計的制度框架以生物燃料問題的一個方面還是多個方面為治理對象分為單一框架和復合并行框架。不論是單一政策框架還是符合政策框架同樣各具優(yōu)、缺點：

在有效性方面，復合型平行框架更有利于不同政策工具的創(chuàng)新、彼此競爭和實踐檢驗；在公平性和權力分配方面，復合平行框架更易于禁止權力集中，并且在一定程度上會增加發(fā)展中國家在決策中的影響力。缺點就是遵守和執(zhí)行成本較高。

而單一框架由于設定的制度具有很強的針對性和局限性，因此遵守和執(zhí)行成本較低；所設定的單一規(guī)則更容易和像WTO這樣的現(xiàn)有國際規(guī)則協(xié)調(diào)一致；也更易于吸收多參與者的集中關注并利用他們可提供的資源。缺點是過分支持某類參與者的風險過高；靈活性和調(diào)節(jié)性較差；由于會吸引更多的參與者，因此達成一致意見就更為困難。

綜上，新多邊生物燃料治理框架是一個開放性議題，只有把握住合理合法內(nèi)核，比較各種選擇路徑的優(yōu)缺點，在實踐中逐步探索。

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篇10

生物燃料主要是指以生物質(zhì)為原料制取的燃料乙醇和生物柴油。生物燃料的發(fā)展動因，一是源于國家石油安全的需求，即作為汽油和柴油的替代能源，以達到緩解石油過度依賴進口的危機；二是源于國家環(huán)境保護的需要，利用生物燃料的清潔性降低機動車污染物排放。燃料乙醇是指用玉米、木薯、甘蔗、甜高梁以及農(nóng)作物秸稈等生物纖維制取的液體燃料；生物柴油是指用廢食用油、油料植物(麻瘋樹、黃連木等)和油料水生植物(藻類)等為原料制取的液體燃料。生物燃料可直接與汽油或柴油按一定比例混合后作為汽車動力燃油使用，起到替代汽油和柴油的作用。而汽車用汽油和柴油在我國交通部門油品消費中占很大比例，因此，生物燃料替代潛力的分析和研究將主要圍繞汽車用油展開。

燃料乙醇(俗稱酒精)，以玉米等農(nóng)作物或秸稈為原料，經(jīng)發(fā)酵、蒸餾而制成，生產(chǎn)工藝技術成熟。燃料乙醇以10％比例與汽油攙和作為汽車動力燃料(E10)，在減少汽油消耗的同時，還能有效改善油品的使用性能和降低汽車尾氣污染。國家汽車研究中心的實驗結果表明，汽車使用燃料乙醇汽油，其動力性能基本不變。從機理上講，汽油加入10％燃料乙醇后熱值降低3％，但含氧量增加3.5％，可將原汽油不能完全燃燒的部分充分燃燒，從而保證其動力性能，使總體油耗持平。美國的研究結果表明，E85高比例燃料乙醇汽油與傳統(tǒng)汽油相比，前者辛烷含量低28％，但能源利用率高于后者；前者每公里耗油量是后者的85％，溫室效應排放量只是后者的75％，每升造價也低于后者近0.80美元。

生物柴油的生產(chǎn)方法有化學法、生物酶法和工程微藻法三種。我國生產(chǎn)普遍采用化學法，即利用酯交換反應，通過去掉植物或動物脂肪中的甘油分子制取生物柴油。一旦甘油分子從植物油或動物脂肪中除去后，生物柴油的分子成分與石油柴油相似，可以直接用于任何柴油發(fā)動機，而不需要對發(fā)動機作任何更改。江蘇工業(yè)學院精細化工重點實驗室研究了生物柴油與O#柴油的調(diào)和油性質(zhì)，結果表明，生物柴油與我國僻柴油的主要性能指標相接近(除閃點外)。美國科學家的大量試驗結果顯示：生物柴油作為車用替代燃料，其排放指標可滿足歐洲Ⅱ和Ⅲ排放標準。英國能源技術支持單位(ETSU)還對生物柴油與柴油進行全生命周期的C02排放研究，結果表明，生物柴油的全生命周期CO2排放僅僅為柴油的1/5左右。燃料乙醇汽油與純汽油的全生命周期排放比較結果是：燃料乙醇在CO、CO2的排放方面低于汽油，而Nox、CH4排放相當于或略高于汽油。由此可看出生物燃料的清潔性。

二、國內(nèi)外生物燃料開發(fā)利用的現(xiàn)狀

生物燃料生產(chǎn)和應用在國際上已呈高速發(fā)展趨勢，發(fā)展燃料乙醇產(chǎn)業(yè)已成為各國政府調(diào)控農(nóng)產(chǎn)品供需矛盾、解決石油資源短缺以及保護城市大氣環(huán)境質(zhì)量的重要措施。巴西始終處于燃料乙醇發(fā)展的領先地位。目前巴西國內(nèi)有400萬輛汽車使用純?nèi)剂弦掖迹渌囕v使用25％的乙醇汽油。美國1/3汽油中摻100k的燃料乙醇，美國總統(tǒng)布什希望到2025年用燃料乙醇取代3/4的進口石油，2030年燃料乙醇將占美國運輸燃油消費總量的20％。法國自2006年秋季開始使用B30乙醇汽油車輛，2007年E85高級乙醇汽油正式面市，目前生物燃料占所有燃料的比重只有1.25％。法國政府的目標是，2008年使生物燃料比重提高到5.75％，2010年達到7％，2015年達到10％。印度政府規(guī)劃，2011－2012年間，實現(xiàn)生物柴油替代20％的石油柴油。美國每年銷售20億加侖的生物柴油，占普通柴油消耗量的8％。由于生物柴油更容易與柴油混合，因此隨著柴油車的發(fā)展，生物柴油將有更大的應用規(guī)模。目前德國1/3的新增汽車為柴油車，幾乎所有的出租車都是柴油車。奧地利則接近50％。歐洲每兩部新增車輛中有一輛柴油車。目前德國大眾和奔馳汽車等多家公司，已經(jīng)在巴西和美國等國家推出多種利用生物燃料的車型，以迎合市場的需求。

我國目前已成為全球第三大燃料乙醇生產(chǎn)國，排名第一和第二的分別是巴西和美國。我國政府批準建設的四家以消化玉米陳化糧為主的燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè)，2006年生產(chǎn)能力達163萬噸。車用燃料乙醇汽油擴大試點工作在9個省的27個地市開展，車用燃料乙醇汽油銷量達到1000萬噸左右，占全國汽油消費量的20％左右。廣東首條以木薯作原料的燃料乙醇生產(chǎn)線也在清遠落戶，而盛產(chǎn)糖蜜和木薯的廣西也正計劃在南寧和貴港興建兩個乙醇燃料生產(chǎn)基地。此外河南天冠集團年產(chǎn)3000噸的生物質(zhì)纖維乙醇生產(chǎn)項目已在鎮(zhèn)平縣奠基，這是國內(nèi)首條千噸級利用生物質(zhì)纖維生產(chǎn)燃料乙醇的產(chǎn)業(yè)化試驗生產(chǎn)線。但是要實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，還有很長一段路要走。

此外，我國生物柴油也開始進入了準備推廣階段。海南正和公司在河北已開發(fā)了11萬畝黃連木種植基地，每年可產(chǎn)果實2－3萬噸，可獲得生物柴油原料8000－12000噸。該公司計劃在此基礎上建立年產(chǎn)生物柴油5－20萬噸的煉油化工廠。海南正和公司在河北邯鄲建成年產(chǎn)l萬噸的生物柴油工廠。四川古杉集團建成年產(chǎn)3萬噸生物柴油工廠。福建源華公司建成年產(chǎn)3萬噸的生物柴油工廠。北京等省市也已經(jīng)建成一定規(guī)模的生產(chǎn)線。上述這些生產(chǎn)線目前均是利用垃圾油或植物油腳、餐飲廢油等為原料生產(chǎn)生物柴油。2005年我國的生物柴油生產(chǎn)關鍵技術研究取得重大進展，產(chǎn)品各項指標達到美國ASTM6751標準，使用性能良好，完全能夠作為柴油內(nèi)燃機燃料。在今后5年內(nèi)，我國將建成年產(chǎn)2－5萬噸規(guī)模的生物柴油產(chǎn)業(yè)化示范工程。

我國政府非常重視替代能源問題，《可再生能源法》中明確指出國家鼓勵生產(chǎn)和利用生物質(zhì)液體燃料。國家發(fā)展改革委、財政部關于加強生物燃料的通知中強調(diào)：發(fā)展生物燃料涉及原料供應、生產(chǎn)、混配、儲運、銷售以及相關配套政策、標準、法規(guī)的制定等各個方面，業(yè)務跨多個部門，是一項復雜的系統(tǒng)工程。因此，應按照系統(tǒng)工程的要求統(tǒng)籌規(guī)劃。根據(jù)國情，政府要求積極穩(wěn)妥地推進生物燃料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，走“非糧”路線，不與農(nóng)業(yè)爭地。生物燃料發(fā)展在我國不僅具有石油替代作用，而且對解決糧食深加工轉化、穩(wěn)定糧價和提高農(nóng)民收入以及減少環(huán)境污染、保持生態(tài)平衡等諸多方面都具有十分重要的意義，還能創(chuàng)造許多新的就業(yè)機會。因此，推廣使用生物燃料必將成為中國可持續(xù)發(fā)展的一項長期戰(zhàn)略。

生物燃料作為替代燃油具有節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢，但是要積極穩(wěn)妥地發(fā)展生物燃料，許多問題仍值得深入研究和探討。需要關注最多的問題是：未來我國生物燃料究竟有多大發(fā)展?jié)摿Γl(fā)展生物燃料的資源保障性如何，生產(chǎn)的技術經(jīng)濟性如何，以及汽車利用這種替代燃油的技術適應性和社會需求性如何。針對這些重要問題，本研究利用中國能源環(huán)境綜合政策評價模型的

技術模型(IPAC－AIM)，從我國社會發(fā)展、能源需求以及環(huán)境制約條件下對生物燃料的需求端，以及從生物燃料生產(chǎn)的資源開發(fā)和制取技術的生產(chǎn)供應端，全面分析生物燃料作為車用替代燃油的發(fā)展?jié)摿栴}。

三、對生物燃料開發(fā)利用的評價

1、生物燃料開發(fā)的資源保障性評價

我國生物質(zhì)資源非常豐富，可供生物燃料制取的資源種類將隨著今后不同的生產(chǎn)階段而改變。目前，我國燃料乙醇處于小規(guī)模生產(chǎn)階段，主要利用玉米陳化糧為原料。若按10％乙醇汽油計，我國年燃料乙醇需求量在480萬噸左右，根據(jù)1噸酒精消耗3.2噸玉米量估算，需用玉米量約1536萬噸，可是我國每年大約只有400－600萬噸玉米陳糧。由此看來，玉米燃料乙醇的發(fā)展因受玉米陳化糧資源的限制而不能持續(xù)。當陳化糧用完后，燃料乙醇生產(chǎn)將逐步轉向利用其他經(jīng)濟作物，如甜高梁、木薯等作原料，并且作為調(diào)節(jié)糧食市場供求的一種手段，將燃料乙醇生產(chǎn)納入到飼料生產(chǎn)中。因為燃料乙醇在生產(chǎn)過程中只消耗糧食中的淀粉，同時對蛋白質(zhì)等其它營養(yǎng)物質(zhì)是一個濃縮過程，也就是說，是優(yōu)質(zhì)高蛋白飼料(DDGS)的生產(chǎn)過程。國家可以通過宏觀調(diào)控和市場機制，將部分飼料糧先生產(chǎn)燃料乙醇，然后將其副產(chǎn)品(優(yōu)質(zhì)高蛋白飼料)放回飼料市場。

粗略估算，我國每年飼料用玉米大約有8000－10000萬噸，其中加工成現(xiàn)代混合飼料的玉米用量占50％(周立三，2000)。如有計劃地從飼料糧中拿出15％，先生產(chǎn)500萬噸燃料乙醇，同時聯(lián)產(chǎn)500萬噸DDGS飼料投放飼料市場，它的飼養(yǎng)價值(優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)總量)與1500萬噸糧食相比，不但不會減少，反而得以增加。這種將燃料乙醇生產(chǎn)與飼料生產(chǎn)綜合利用的協(xié)調(diào)發(fā)展形式，擴大了燃料乙醇的資源潛力。另外，積極種植不與口糧爭地、爭水的高產(chǎn)、耐旱、耐鹽堿的經(jīng)濟作物，如甜高粱、木薯、甘蔗等，也可為生產(chǎn)燃料乙醇開發(fā)更多的原料資源。有專家估計，利用易改造的鹽堿地種植甜高梁，可以提供年產(chǎn)4000萬噸燃料乙醇的原料。在不遠的將來，通過生物質(zhì)纖維(秸稈和薪柴等)生產(chǎn)燃料乙醇技術，可以為大規(guī)模燃料乙醇生產(chǎn)提供取之不盡的生物質(zhì)資源。根據(jù)粗略估算，我國每年來自農(nóng)業(yè)廢棄物的秸稈可利用量約6億噸，如果利用其中的50％制取燃料乙醇，按照7－8噸秸稈生產(chǎn)1噸燃料乙醇計，可以提供年產(chǎn)3700萬噸燃料乙醇的原料。

從我國生產(chǎn)生物柴油的資源情況看，由于受原材料價格的影響，現(xiàn)階段較適合作為制取生物柴油的原料主要有酸化油、地溝油和泔水油。有關資料顯示，我國每年消耗植物油1200萬噸，直接產(chǎn)生油腳酸化油250萬噸，大中城市餐飲業(yè)產(chǎn)生地溝油200多萬噸，這些油品的價格基本在2000－3000元/噸左右，是目前我國生物柴油生產(chǎn)的主要原料。價格高于4500元/噸的原料油如菜籽油、棉籽油、大豆油基本不在現(xiàn)階段考慮之內(nèi)。木本油脂植物如麻瘋樹、黃連木、文冠果等，尚處于試點培育階段，只能作為未來幾年后的生物柴油原料。粗略估計，如果利用非農(nóng)業(yè)和林業(yè)規(guī)劃用地的無林地和退耕還林地(約6700萬公頃)種植油脂植物，按種植黃連木或麻瘋樹計算，以每公頃油料林出油1-5噸計，則可生產(chǎn)生物柴油近億噸。此外，我國約有5000萬畝可開墾的海岸灘涂和大量的內(nèi)陸水域可以發(fā)展工程藻類資源。按照美國可再生能源實驗室運用基因工程等現(xiàn)代生物技術開發(fā)出含油量超過60％的工程藻類，若按每畝生產(chǎn)2噸以上生物柴油計算，我國未來的工程藻類也可提供制取數(shù)千萬噸的生物柴油原料。

綜上所述，我國未來的資源潛力可提供5000－8000萬噸左右的燃料乙醇。燃料乙醇原料的利用路線為：近期利用玉米陳化糧，之后開發(fā)經(jīng)濟作物，中遠期則利用農(nóng)林生物質(zhì)資源。生物柴油原料的利用路線為：近期利用廢油，中期開發(fā)油料植物，遠期則發(fā)展工程藻類。總體看，我國生物燃料資源可以滿足未來大規(guī)模開發(fā)利用生物燃料的需求。

2、生物燃料生產(chǎn)的技術經(jīng)濟性評價

從以玉米為原料制取燃料乙醇的技術經(jīng)濟性看，由于玉米原料價格偏高，生產(chǎn)1噸燃料乙醇需3.3噸玉米，僅原料成本就達4620元(1噸玉米價格1400元左右)，企業(yè)在國家每噸補貼1600元基礎上可保本獲微利。需要提及的是，國家對燃料乙醇的補貼是一種多贏之舉。因為，加入WYO后，我國政府將糧食出口補貼改為對糧食加工生產(chǎn)企業(yè)的補貼，因此，對燃料乙醇的補貼不但是國家對燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的支持，也是國家?guī)蛹Z食生產(chǎn)和農(nóng)民增收，同時創(chuàng)造大量就業(yè)機會的措施。有專家估算，按我國每年生產(chǎn)400萬噸燃料乙醇推算，可拉動160億元以上的直接消費，創(chuàng)造約50萬個就業(yè)崗位，在生產(chǎn)、流通、就業(yè)等相關環(huán)節(jié)都可以給國家創(chuàng)造收入。以木薯等代糧作物為原料制取燃料乙醇技術正在研發(fā)階段，其經(jīng)濟性好于玉米燃料乙醇，直接成本可控制在2500元/噸范圍內(nèi)。從長遠看，燃料乙醇生產(chǎn)應以農(nóng)林廢棄物纖維質(zhì)為原料。從上海奉賢2005年的“纖維素廢棄物制取燃料乙醇技術”項目看，已完成的年產(chǎn)600噸乙醇中試示范生產(chǎn)線，按每7－8噸秸稈生產(chǎn)1噸燃料乙醇計，每噸燃料乙醇的生產(chǎn)成本在4300－5500元左右。從安徽豐原已經(jīng)運行的秸稈燃料乙醇項目看，生產(chǎn)規(guī)模為5萬噸/年，秸稈原料成本2100元/噸(約6噸玉米秸稈生產(chǎn)1噸乙醇，秸稈按350元/噸計)；其他成本3800元/噸(包括酶制劑、耗水電和蒸汽及其他加工費等)，總生產(chǎn)成本約5900元/噸。雖然目前利用秸稈纖維素制取燃料乙醇的成本高于玉米燃料乙醇，但隨著技術的逐步成熟，其生產(chǎn)成本將會降低。另外，由于燃料乙醇具有與MTBE汽油添加劑同樣的作用，所以，如果考慮到燃料乙醇的這一作用，對燃料乙醇的定位和定價來說都還有較大空間。

生物柴油的生產(chǎn)方法有化學法、生物酶法和工程微藻法三種，化學法是我國目前的常用方法。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國萬噸以下生物柴油產(chǎn)業(yè)化制備技術大部分采用酸堿催化間歇式化學法。由于投資少、上馬快，投資回收期短，普遍為我國中小企業(yè)所接受。化學法生產(chǎn)中使用堿性催化劑，要求原料必須是毛油，比如未經(jīng)提煉的菜籽油和豆油，原料成本將占總成本的75％。因此，采用廉價原料降低成本是生物柴油能否市場化的關鍵。正和公司以食用油廢渣為原料制取生物柴油的經(jīng)濟性表明，每1.2噸食用油廢渣生產(chǎn)1噸生物柴油，同時獲得甘油50－80公斤，按當時的生物柴油售價為2300－2500元/噸估算，每生產(chǎn)1噸生物柴油獲利為300－500元，現(xiàn)在，柴油價格漲到4900元/噸，更顯現(xiàn)出生物柴油的市場競爭力。貴州省利用麻瘋樹果實生產(chǎn)的生物柴油，通過自有核心技術建設的首條年產(chǎn)300噸麻瘋樹生物柴油中試生產(chǎn)線，通過國家質(zhì)檢部門和國外大型汽車公司的指標檢測，其關鍵指標均優(yōu)于國內(nèi)零號柴油，達到歐Ⅱ排放標準。

但是，上述的這些利用化學法合成生物柴油技術

還存在能耗高、生產(chǎn)過程產(chǎn)生大量廢水和廢堿(酸)等污染問題。為解決上述問題，人們開始研究用生物酶合成法制取生物柴油。2005年清華大學用生物酶法制取生物柴油中試成功，生物柴油產(chǎn)率達90％以上。生物酶法的無污染排放優(yōu)點已日益受到重視，但是如何降低反應成分對酶的毒性是亟待解決的問題。工程微藻法是以富油的工程藻類為原料的生產(chǎn)方法。藻類的高脂肪含量可降低生物柴油的生產(chǎn)成本，生產(chǎn)的生物柴油不含硫，燃燒時不排放有毒害氣體，排入環(huán)境中也可被微生物降解，不污染環(huán)境。專家評價，利用工程微藻生產(chǎn)生物柴油是未來發(fā)展技術的一大趨勢。

由此可見，在一些具有經(jīng)濟性的生物燃料制取技術得到廣泛應用的同時，更多的正在孕育發(fā)展的高新技術層出不窮，這種發(fā)展勢頭預示著我國生物燃料生產(chǎn)技術和產(chǎn)業(yè)將迎來更好的發(fā)展前景。

3、現(xiàn)代汽車技術利用生物燃料的可能性評價

目前，我國汽車利用燃料乙醇多采用混合燃料方式，即在不改動汽車發(fā)動機情況下以小比例與汽油混合，如燃料乙醇汽油E10(90％汽油，10％燃料乙醇)。其他利用方式有在線混合方式和雙燃料方式，在線混合方式可以根據(jù)汽車發(fā)動機的工況調(diào)節(jié)燃料乙醇的比例，但需要改造汽車發(fā)動機；雙燃料方式具有突出的高替代率、高熱效率和高凈化碳煙效果，但目前尚有問題需要解決。生物柴油與燃料乙醇一起混入車用柴油的方法，可以形成更理想的高比例含氧燃料，大幅度降低汽車的碳煙和微粒排放。由此可知，生物燃料作為替代燃料應用于汽車的關鍵問題，還在于混合動力汽車技術和先進柴油汽車技術的發(fā)展。

目前，采用生物混合燃料技術、具備較高燃油經(jīng)濟性以及低排放特性的混合動力新車型有若干多種，目前全球使用生物燃料的主要車型有：Ford FocusBioflex型；Ford Focus C-Max Bioflex型；Saab 9/5berline 2.0t Bio-Power型；Saab 9/5 break 2.0t Bio-Power型；Volvo C30 Flexifuel型；Volvo S40 Flexifuel型；Volvo S50 Flexifuel型。主要包括E85燃油混合動力車、燃料乙醇與電力混合動力車、純?nèi)剂弦掖糆100的運動概念車、滿足歐4排放標準的現(xiàn)代柴油車技術以及在降低排放和降低油耗上有高效率的均質(zhì)壓燃混合動力車發(fā)動機技術，等等。雖然這些汽車技術目前在我國以及外國仍處于研發(fā)和示范階段，但在不久的將來都將成為交通行業(yè)高效、經(jīng)濟、有益環(huán)保、面向未來的新型汽車技術。混合動力汽車和先進柴油車技術與生物燃料結合，是我國未來公路交通滿足節(jié)能、環(huán)保需求的最佳技術選擇。

四、生物燃料作為替代燃料的發(fā)展情景

1、社會經(jīng)濟發(fā)展對生物替代燃料的需求

伴隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展和居民收入水平的穩(wěn)步提高，我國已進入汽車大眾消費的成長期。在未來較長的成長期階段，汽車保有量的持續(xù)快速增長，使車用燃油消耗成為我國石油消費中增長最快的部分。相比石油消費的快速增長趨勢，我國的石油供應，在探明儲量沒有重大突破的情況下，僅能保持低速增長，無法滿足國內(nèi)需求的狀態(tài)已成定局，并且依賴國際石油供應的比例將逐步加大，對我國石油供應和石油安全造成極大的挑戰(zhàn)。解決這一嚴峻問題的戰(zhàn)略措施是加強節(jié)能和發(fā)展替代能源，在眾多車用替代能源中，生物燃料以其清潔、可再生以及低污染的優(yōu)勢具有很好的發(fā)展前景。

影響我國未來公路交通油品需求的主要因素包括人口發(fā)展趨勢、經(jīng)濟發(fā)展趨勢、汽車車輛和周轉量增長趨勢、公路交通的發(fā)展模式等等，這些因素之間的相互關系在模型中被一一構建，主要參數(shù)的設置簡單敘述如下。

GDP和人口是交通運輸需求的主要驅動因素。按照目前我國經(jīng)濟發(fā)展勢頭估計，將2010－2020年GDP的增長速度設置為8％。人口數(shù)2010年為13.93億人，2020年為14.72億人(社科院人口所)。

車輛周轉量是反映公路交通需求的重要基礎參數(shù)。伴隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展、人均收入水平的提高以及城市化的快速推進，預計在2010－2020年間，我國汽車保有量將以12％－15％的增長速度轉向10％的增長速度發(fā)展，汽車保有量將比現(xiàn)在增長4倍。其中轎車的發(fā)展速度將高于汽車平均發(fā)展速度，估計2020年，我國人均轎車保有量約每千人75輛(接近目前世界人均水平)。依據(jù)國家交通發(fā)展規(guī)劃和經(jīng)濟建設對公路交通服務量的需求，對公路交通周轉量的預測主要考慮了車輛擁有量、車輛負荷率以及每年的運行距離等因素。預計2010年、2020年和2030年的公路交通周轉量分別比2005年增長3倍、6倍和9倍。如此大的周轉量增長，將導致巨大的交通油品需求量。

未來公路交通發(fā)展模式是預測未來交通油品需求量的重要參數(shù)。關于未來交通模式的設置，本研究選擇了25種汽車技術，除一些正在應用的普通汽柴油客貨車外，充分考慮了新型汽車技術如混合動力車、清潔燃料車、先進柴油車、電動車和地鐵等技術的廣泛推廣應用。通過在不同情景中，對未來各種類型車輛在公路交通中所占份額以及這些車輛所消耗油品比例等重要參數(shù)的設置，作為預測未來公路交通油品需求量的重要參數(shù)。由于篇幅所限，25種公路汽車技術的市場份額設置就不一一列出。其結果是，在常規(guī)燃油發(fā)展情景中，先進的汽油車，特別是先進柴油車得到大力發(fā)展，其保有量比例將由目前的4％提高到17％；在生物燃料替代情景中，除先進的汽油車和柴油車得到大力發(fā)展外(保有量比例提高到27％)，混合動力車也得到快速發(fā)展，在我國汽車保有量比例將由目前的7％增加到52％，其中，生物燃料的混合動力車將占很大比例。

2、展望生物燃料未來的發(fā)展情景

為分析我國未來社會發(fā)展中汽車對油品的需求，研究中設定了兩個發(fā)展情景，即常規(guī)燃油發(fā)展情景和生物燃料替代情景，通過比較兩個情景中油品的消費狀況，展望未來生物燃料的發(fā)展情景。兩種發(fā)展情景的定義如下。

(1)常規(guī)燃油發(fā)展情景。在此發(fā)展情景中主要考慮目前國家已有的交通節(jié)能和環(huán)境政策，如發(fā)展清潔車輛，施行歐洲汽車排放標準；發(fā)展公共交通，2020年公共交通將占公路機動車客運周轉量的40％；促進柴油車發(fā)展，滿足未來交通運輸中客運和貨運大容量的需求等；執(zhí)行國家現(xiàn)有的生物液體燃料鼓勵政策，參照車用燃料乙醇E10在我國的推廣歷程以及生物燃油制取技術的常規(guī)發(fā)展速度，估計生物燃料開發(fā)應用的發(fā)展趨勢。即2010年燃料乙醇汽車仍處于區(qū)域化推廣應用階段，從目前的9個省市推廣應用到15個省市，即全國有50％的車輛使用E10燃料；生物柴油處于技術準備階段。2020年，繼續(xù)推廣E10車用燃料，車輛使用E10燃料的比例達到80％。生物柴油進入小規(guī)模應用階段。

(2)生物燃料替代情景。此情景是在常規(guī)燃油發(fā)展

情景基礎上，為滿足我國能源供應安全需求、環(huán)保和氣候變化需求以及可持續(xù)社會經(jīng)濟發(fā)展需求，在國家采取節(jié)能降耗和發(fā)展替代燃料的戰(zhàn)略舉措指導下，達到降低汽車油品需求量的目的。一方面，在發(fā)展汽車工業(yè)的同時，要降低能耗和保護環(huán)境，盡快引進新一代先進汽車；加速推廣低能耗汽油汽車、低能耗柴油小汽車、混合動力汽車、清潔燃料汽車；擴大公共交通的承載比例，在軌道交通和公共交通體系完善的情況下，提高車輛運行效率，減少交通需求。另一方面，要強化推行車用生物燃料替代的扶持政策，考慮了國家可再生能源發(fā)展規(guī)劃以及相關政策對車用替代燃料所產(chǎn)生的影響，加大投資力度，大幅度提高生物燃料的開發(fā)利用進程。對于燃料乙醇，2010年E10車用燃料在全國范圍推廣使用，即全國有90％－100％的車輛使用E10燃料。2020年，在使用E10燃料比例達100％基礎上，進一步在使用E10燃料條件較好的省市推廣使用E25車用燃料，使E25燃料車占汽油車的比例達到30％，在東北三省以及北京、天津、河北、河南、山東、江蘇等連接而成的大區(qū)域內(nèi)推廣使用。對于生物柴油，2010年按照國家鼓勵發(fā)展節(jié)能型轎車和柴油車的政策，在上海等省市示范推廣使用柴油出租車和公共汽車，并要求新增的車輛也使用現(xiàn)代柴油車；2020年在上海、北京、廣州等大城市推廣使用柴油出租車、公共汽車和小轎車，并且這些車的車用燃料均使用攙和10％－20％的生物柴油的混合燃料。基于我國社會發(fā)展預測，特別是公路交通發(fā)展預測基礎之上，根據(jù)對上述情景量化為模型參數(shù)的設置，應用IPAC模型對汽車油品需求量得到以下預測結果(見下表)。

在常規(guī)燃料發(fā)展情景中，未來20年，我國汽車的油品需求總量分別是2010年1.2億噸，2020年2.2億噸和2030年2.9億噸。汽車以汽油和柴油為主要燃料將一直持續(xù)下去，到2030年，汽車消耗的汽、柴油占交通油品需求總量的比例仍在95％以上。因此，提高傳統(tǒng)汽油和柴油車輛的效率和環(huán)保性能，以及提高油品質(zhì)量是公路交通能源問題的重點。在2010－2020年期間，先進柴油車從早期發(fā)展階段到推廣示范階段，柴油車輛將不斷增加，柴油需求量快速增長，柴油占公路交通油品消費的比例將從45％提高到59％，需求量將達到1.7億噸。另一方面，在國家對生物燃料的鼓勵政策支持下，生物燃料在資源豐富地區(qū)得到示范和推廣應用。從生物燃料總體的替代能力看，2010年至2030年在我國公路交通的油品消耗中，生物燃料的替代能力將從3％提高到5％，替代作用不十分明顯。

在生物燃料替代情景中，未來20年，我國汽車的燃油需求總量分別是2010年1.1億噸，2020年2.1億噸，2030年2.7億噸。在國家鼓勵發(fā)展節(jié)能型轎車和柴油車政策支持下，燃油經(jīng)濟性高的先進汽車技術被廣泛推廣使用，預計2010－2020年的汽車平均百公里油耗將比2000年降低20％－40％，2010年我國乘用車的油耗量將比目前水平降低15％左右，從而使汽車油品需求總量減少。雖然汽車仍以汽油和柴油為主要燃料；但是，汽柴油的比例在逐步減小，由2010年的93％降低到2020年的89％和2030年的85％。特別是低能耗的混合動力車(包括生物燃料)的廣泛推廣和使用，其車輛的市場份額從2005年的7％提高到2020年的30％和2030年的52％，使石油油品消耗量逐步降低，而生物燃料比重逐步增加。由于國家鼓勵開發(fā)利用可再生能源液體燃料的政策得以充分實施，2010年在全國范圍內(nèi)100％推廣使用E10車用燃料，燃料乙醇的需求量達到670萬噸；2020年，使用E25燃料車比例占汽油車的30％，燃料乙醇的需求量達到1670萬噸。隨著先進柴油車和柴油小轎車的推廣使用，這些柴油車的車用燃料均使用攙和10％－20％的生物柴油，屆時生物柴油在公路交通中替代柴油的比例將從2010年的2％增加到2020年的6％和2030年的11％。從生物燃料總體的替代能力看，2010年至2030年，在我國公路交通的油品消耗中，生物燃料所占份額將從7％提高到17％，具有相當明顯的替代作用。

3、生物燃料具有相當明顯的車用燃料替代潛力

綜上所述，本研究利用能源研究所構建的中國能源環(huán)境綜合政策評價模型中的技術模型，重點對我國未來公路交通行業(yè)的生物燃料替代問題進行了分析。在今后的10－20年中，我國快速的經(jīng)濟建設，對公路交通汽車擁有量以及客貨運周轉量有巨大的需求，從而導致成倍增長的汽車油品消耗量，對我國本已薄弱的石油供應問題造成更嚴重的威脅。因此，節(jié)能降耗和發(fā)展替代燃料是降低我國公路交通油品消耗量的重要戰(zhàn)略選擇。生物燃料替代情景的研究結果表明，生物燃料在我國未來公路交通中將逐步展現(xiàn)出很強的燃料替代能力。這種替代能力，一方面來自于完全滿足大規(guī)模生物燃料生產(chǎn)的資源潛力，以及層出不窮的生物燃料制取的高新技術潛力；另一方面來自于先進的混合動力汽車技術，特別是生物燃料混合動力技術在我國的推廣應用前景。除此之外，更重要的是，這種替代能力源于國家能源戰(zhàn)略和可持續(xù)發(fā)展的需要。展望未來，國家鼓勵開發(fā)和利用生物液體燃料的政策得以充分實施，新型生物燃料混合動力技術逐步成熟，成為高效、經(jīng)濟、有益環(huán)保的普遍應用汽車技術。屆時，在我國公路交通中，生物燃料將發(fā)揮非常顯著的燃料替代作用。本研究表明，從生物燃料總體的替代能力看，2010－2030年，在我國公路交通的油品消耗中，生物燃料所占份額將從7％提高到17％，替代車用油品的數(shù)量為700萬噸(2010年)、2300萬噸(2020年)和4000萬噸(2030年)，具有相當明顯的替代能力。

五、我國生物燃料未來發(fā)展有明確的政策支持

我國政府十分重視生物替代燃料的發(fā)展，針對我國生物燃料初期發(fā)展所面臨的問題，國家發(fā)改委組織相關部門研究和制定專項發(fā)展規(guī)劃和一系列指導性政策，如《生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策》和《生物燃料乙醇及車用乙醇汽油“十一五”發(fā)展專項規(guī)劃》，財政部也在制定生物燃料的財稅扶持政策。這些政策對我國生物燃料未來的發(fā)展將產(chǎn)生有力的支持。