编者按
如今,科学家们正尝试利用被现代农业的 “弃儿”,如废木材、草等来生产多种多样的生物燃料,甚至是飞机燃料,人们把用此种原料制成的燃料称为Grassoline,意即用含纤维质高的非食用生物给料生产的燃料。但在这些“新一代”生物燃料成为市场主流之前,它们还必须与石油竞争,将成本控制在60美元/桶左右。但就目前来看,用非食用植物制造的第二代生物燃料是最环保、最有经济前途的石油替代品,前景十分光明。
据报道,美国有能力种植大量的二代生物燃料给料,制成的燃料能够满足目前美国一半的燃油需求,并且不会影响粮食供应。目前各国都在全力发展新技术炼油以减少对石油的依赖。用纤维质植物制成的生物燃料成为在技术上已有突破,有可能短期内成为石油的最佳替代品。
第一代VS第二代生物燃料
所有的植物都可以制成生物燃料。“第一代生物燃料”采用粮食作物为原料,制造技术已经相对成熟,生产也已经形成了一定商业规模。但它却并不能解燃油危机,其中的理由不言自明。
“第二代”生物燃料由含纤维质的材料制成,人们口头上称其为“Grassoline”。第二代生物燃油解决了粮食制油所遇到的问题。Grassoline原材料来源十分广泛。截止目前,不说科学家已经找到了成百上千种,也至少已经找到了几十种合适的材料,如锯木、建筑残余、玉米秆、麦秆、牧草等。这些生物材料成本低廉、产量大并且对食品生产毫无威胁。美国农业部和能源部的一份研究表明, 在不影响粮食供应、粮食出口以及动物饲料生产的情况下,美国每年能生产至少13亿吨干纤维质生物给料。如此大量的生物材料每年能制成1000亿桶“草制燃油”——大约是美国目前汽油、柴油年消耗总量的一半。
最近科学家们在第二代生物燃料生产技术上取得了许多重要进展。如最近发明的定量化学计算方法让化学家能够将生物给料的化学反应控制在原子级。尽管该领域才刚刚起步,但是许多实验工厂都已经开始运行,而且首个商业规模的精炼厂计划将于2011年问世。科学家预计,“Grassoline”的时代即将到来。
能源枷锁
第二代生物能源技术发展为何举步维艰?科学家开玩笑地将大自然说成是“罪魁祸首”。因为随着生物的进化,大自然巧妙地设计出令科学家十分头疼的细胞膜来保护植物的内部结构。细胞膜由相互联系的韧性极佳的分子构成。因此,要想释放细胞内所含能量,科学家们首先得解开这道能源枷锁——由自然进化创造出的“分子结”。
总的来说,生产生物燃料的第一步是将结实的生物给料“解构”成小分子;第二步才是将小分子精炼成燃油。工程师们一般将不同的解构方法按温度分级,用需要温度较低的(50℃至200℃)方法生产可以发酵成乙醇的糖类。这一方法与目前人们处理玉米或糖类作物的方式基本一致。需要温度较高的解构(300℃至600℃)可以用来生产生物质原油。生物质原油最终可被精炼成石油或柴油。而需要温度极高的解构(700℃以上)则被用来生产制造液态燃料的合成气。
目前仍然没有人知道哪种方法能最经济、有效地将生物给料中所含的能量转化成液态燃料。也许不同的生物材料需要不同的处理方法,如高温度处理木材,而较低温度处理草等。但要想进一步证实,则需要不断的实践。