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第二代生物燃料或將駛入“加速跑道”

2011-05-16 09:04:07 科學時報   作者: 張虹   

2011年4月7日,國內成品油價格再次上調,這是今年的第二次上調。

而每當油價高企時,新能源的需求就借勢高漲。

秸稈——一種農業廢棄物,也是第二代生物燃料的原料,在新能源的大旗下,備受人們關注。第二代生物燃料的另一個稱謂是纖維素乙醇,也被稱為非糧生物燃料。

作為農業大國,我國擁有包括秸稈在內的豐富的生物質資源。眾所周知,利用秸稈發展第二代生物燃料,對于解決當前石油資源短缺、增加農民收入以及減少環境污染等方面具有十分重要的意義。

4月8日,由中國科學院過程工程研究所研究員陳洪章主持的中科院知識創新工程重要方向項目“纖維素乙醇產業化關鍵技術研究及示范”項目通過了驗收。

這是國內有關第二代生物燃料的一條利好消息。當記者了解到這一消息時,另一條有關第二代生物燃料的消息同樣引起了記者的關注。

這是一條來自外電的消息。消息稱,中石化擬與中糧集團及諾維信公司(Novozymes)于2011年6月開始在中國合產纖維素乙醇。諾維信中國區總裁Michael Fredskov Christiansen表示,會向中糧及中石化獨家提供原料直至2013年,在于商業生產后,產能料可達到至少每年5萬噸。

這兩條消息對于纖維素乙醇產業化來說都是利好消息。那么,我國纖維素乙醇的產業化是不是從技術上來說,可以進入產業化階段了呢?

陳洪章在接受記者采訪時表示,其實,有關纖維素乙醇的研究,國內外已經開展很多年,但一直受制于其經濟技術成本過高的難題。

據陳洪章介紹,秸稈在去除水分后,主要成分包括纖維素、半纖維素、木質素和少量灰分,比例大約為4:3:2:1。如果只考慮纖維素的利用,忽略其他成分,則沒有達到秸稈的綜合高效利用的目的。換句話說,只著眼于纖維素或單一組分的利用,則秸稈的價值就被低估了。

陳洪章帶領的研究團隊開展的纖維素乙醇研究,強調了生物質高值化利用,形成了具有自主知識產權的原創性技術。

這也是驗收專家組給出的評價。來自北京大學、北京化工大學、首都師范大學、天津大學、中科院蘭州化物所、中科院生態環境研究中心、中國科學院研究生院、中國食品發酵工業研究院等單位專家組成的驗收專家組對該項目給予了高度評價,認為該項目以工藝工程一體化研究的總體思路為指導,通過多學科交叉和多種高新技術集成,創立了具有完全自主知識產權的經濟合理的秸稈發酵燃料乙醇產業化關鍵新技術,最終實現了“3000噸/年秸稈酶解發酵燃料乙醇”示范生產線的連續穩定運轉,并使秸稈乙醇的綜合成本達到5200元/噸,形成了與糧食發酵燃料乙醇的經濟競爭能力。

談及這一課題的創新性,陳洪章表示,主要體現在三個方面:第一,針對秸稈原料組織和結構的不均一性和復雜性,提出了秸稈全生物量分層多級循環高值利用的思路,根據秸稈原料特性、轉化過程及產品特性的關系,構建出利用途徑和產品類型多樣化的秸稈生物量全利用路線圖;第二,從底物特性出發,研究秸稈這類復雜固相底物與纖維素多酶復合體系之間的構效關系,提高秸稈纖維素底物對酶的可及性,構建針對秸稈底物的多酶復合體系,提高纖維素酶解效率,從而降低纖維素乙醇酶制劑的成本;第三,對纖維素乙醇產業化中的關鍵技術及其設備的放大規律進行工藝工程一體化系統研究,創建了具有自主知識產權的工程裝備。

對于同行的進展,陳洪章及其團隊也在關注。他告訴記者,他對諾維信公司與中石化、中糧集團關于纖維素乙醇產業化的合作和實施進度也有所了解。

諾維信公司是全球最大的酶制劑公司,一直致力于降低纖維素乙醇生產中纖維素酶的成本。

諾維信公司總裁兼首席執行官李斯閣去年來華參加與中糧、中石化的高層碰頭會時曾指出:“幾年前酶制劑成本高得嚇人,生產1噸乙醇都是不可能的,現在來說成本已經下降到可以接受的范圍內,因為技術有了突破,而且它的原料非常便宜,所以在目前情況下,酶制劑已經不是最大障礙,而工藝集成優化是最迫切的問題。”

陳洪章說,李斯閣提到的“工藝集成優化是最迫切的問題”,這可能是諾維信與中糧、中石化合作的難點之一。

陳洪章進一步介紹了他的團隊的技術優勢,一是在纖維素乙醇產業化關鍵過程及其集成耦合上,提出了全生物量分層多級循環高值利用路線;二是具有完全自主知識產權的關鍵技術及其配套的工程裝備。具體來說,在纖維素原料預處理上,發明的低壓無污染蒸汽爆破預處理技術及其裝備,通過工程工藝一體化研究成功放大到工業裝備,并成為固體廢棄物物料的通用預處理平臺;在纖維素酶生產技術上,發明了節水節能的氣相雙動態固態發酵反應器,實現了纖維素酶等的大規模純種固態發酵,已成功放大到100m3,是世界上最大的規模;建立了110m3纖維素固相酶解—乙醇發酵—吸附分離三重耦合反應器,大大降低了乙醇的蒸餾成本。這些具有自主知識產權的工程裝備大大提升了我國在纖維素乙醇產業化領域中的地位。

但陳洪章同時指出,纖維素乙醇的產業化是一個世界性難題,不是一個項目的完成就能夠解決的。國內外許多研究機構都在致力于纖維素生物轉化的關鍵技術突破及其產業化放大規律的研究。未來,按照秸稈組分分級分離定向轉化的全生物量分層多級循環高值利用路線,纖維素乙醇的綜合成本完全有再進一步降低的可能性,但是還必須依托關鍵技術之間的耦合集成。

那么,纖維素乙醇產業化還面臨哪些方面的困難?

陳洪章認為,一是需要探討合適的產業化規模,并配套建立從原料到產品的各個環節的關鍵過程及其裝備;二是市場和政策的不確定性,特別是,中國目前在生物乙醇上的發展方向和目標尚不明確。

陳洪章特別強調了政策的重要性。據他介紹,當前,世界各國對纖維素乙醇的研發都非常重視,給予大量資金支持。除投入資金外,美國政府還對纖維素生物燃料提供補貼及貸款等優惠。此前,我國政府基于“不與人爭糧”的考慮,對纖維素乙醇的發展并未給予明確的政策支持。

不過,這一狀況有望得到改變。就在4月26日,國家發改委發布了最新產業結構調整指導目錄。非糧生物質燃料生產技術開發及應用也成為本次目錄中新增新能源板塊的鼓勵項目之一。

這為我國第二代生物燃料的發展注入了政策活力。未來,如果有更多的支持政策出臺,纖維素乙醇產業化或將真正駛入“加速跑道”。
 




責任編輯: 中國能源網

標簽:第二代 生物 燃料