生物燃料的前景范文
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导语：如何才能写好一篇生物燃料的前景，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
收稿日期:2010-07-28
作者简介:陈丁丁(1982―),男,江西武宁人,助理工程师,主要从事环境工程方面研究。
中图分类号:Tk01
文献标识码:C
文章编号:1674-9944(2010)08-0207-03
1 引言
环保生物燃料电池并非刚刚出现的一项技术。1910年英国植物学家马克•比特首次发现了细菌的培养液能够产生电流,于是他用铂作电极放进大肠杆菌和普通酵母菌培养液里,成功制造出了世界第一个微生物燃料电池。1984年美国制造了一种能在外太空使用的微生物燃料电池,使用的燃料为宇航员的尿液和活细菌,不过放电率极低。传统的燃料电池是利用氢气发电,但从来没有尝试使用富含有机物的污水来发电。环保生物燃料电池是一种特殊的燃料电池,以自然界的微生物或酶为催化剂,直接将燃料中的化学能转化为电能。
2 环保生物燃料电池的工作原理
环保生物燃料电池(Microbial Fuel Cell MFC)是以微生物作为催化剂将碳水化合物中的化学能转化为电能的装置,由阳极区和阴极区组成,中间用质子交换膜(Proton Exchange Membrane,PEM)分开,如图1所示。环保生物燃料电池的工作过程分为几个步骤:在阳极区,微生物利用电极材料作为电子受体将有机底物氧化,这个过程要伴随电子和质子(NADH)的释放;释放的电子在微生物作用下通过电子传递介质转移到电极上;电子通过导线转移到阴极区,同时,由NADH释放出来的质子透过质子交换膜也到达阴极区;在阴极区,电子、质子和氧气反应生成水,随着阳极有机物的不断氧化和阴极反应的持续进行,在外电路获得持续的电流[1],其反应式如下:
阳极反应:
C.6H.12O.6 + 6H.2O 6CO.2 + 24H++24e-,
E.0=0.1014V
阴极反应:
6O.2+24H++24e-12H.2O,
E.0=1.123V
图1 生物燃料电池结构示意图
3 环保生物燃料电池的利用领域
3.1 废水同步的处理与发电
3.1.1 单一槽设计
电池装置和氢燃料电池有点相似,是一个圆柱形的树脂玻璃密闭槽。微生物燃料电池是单一反应槽,里面装有8条阳极石墨棒,围绕着一个阴极棒,密闭槽中间以质子交换膜间隔。密闭槽外部以铜线组成的闭合电路,用作电子流通的路径。当污水被注入反应槽后,细菌酶将污水中的有机物分解,在此过程中释放出电子和质子。其中电子流向阳极,而质子则通过槽内的质子交换膜流向阴极,并在那里与空气中的氧以及电子结合生成干净的水。从而完成对污水的处理。与此同时,反应槽内正负极之间的电子交换产生了电压,使该设备能够给外部电路供电。单一反应槽是微生物燃料电池设计的创新。大部分燃料电池的设计以两反应槽为主,分别为阳极槽和阴极槽,在阳极槽中以厌氧方式维持微生物生长;阴极槽中则需维持在有氧环境下,使电子与氧结合并且与质子形成水分子。而单一反应槽以质子交换膜连接两槽,其功能不仅可分开两槽水溶液,还可以避免氧气扩散至另一槽内。两槽式的电解槽,需以外力方式提供溶氧至阴极,而单一槽微生物燃料电池可以以连续注水方式将空气带入阴极,从而减少通氧设备的花费。在发电量方面,在实验室里,该设备能产生72W的电流,可以驱动一个小风扇。虽然目前产生的电流不多,但该设备改进的空间很大。从提交发明报告到现在,已经把该燃料电池的发电能力提高到了350W,这一数值最终能达到500~1000W。技术成熟后,可以批量生产的微生物燃料电池的发电能力将获得很大提高,可以产生500kw的稳定电流,大约是300户家庭的用电量。
3.1.2 不间断上流微生物燃料电池
华盛顿大学的研究人员日前称,他们把利用废水发电的微生物燃料电池技术又向前推进了一步。去年他们已研究出了这一利用废水发电的新技术,现在,他们又把新技术的发电量比去年提高了10倍。如果利用这一技术能使发电量再提高10倍的话,食品和农业加工厂就有望能安装这种设备用于发电,并能为附近居民提供清洁和可再生电能[2]。华盛顿大学环境工程学项目成员、化学工程助教拉思安晋南特博士在“环境科学技术”网站上介绍了这种不间断上流微生物燃料电池(UMFC)的设计以及工作原理。同过去那些让微生物在含有营养液的封闭系统中工作的实验不同的是,安晋南特为微生物提供的是源源不断的废水。由于食品和农业加工中会不停排放废水。因此,安晋南特的技术更容易在这些工厂得到应用。利用废水发电的微生物燃料电池技术,是在阳极室内安装价格低廉的U型质子交换膜,将阳极和阴极分开。废水中含有的有机物,可为细菌群提供丰富食物,使其得以生存和繁衍。这些细菌在电池阳极电极上形成生物膜,同时在食用废水中有机物时向阳极释放电子,电子通过与阳极和阴极相连的铜导线移动到阴极,废水中的质子则穿过质子交换膜回到阴极,同电子和氧原子结合生成水。而电子在导线中的运动过程就形成了人们所需要的电流。继2005年首次完成了废水发电的微生物燃料电池设计后,安晋南特新推出的U型设计增加了质子交换膜的面积、缩短了两极距离,因此降低了因阻力引起的能耗,使电池发电能力提高了10倍,每立方米溶液的发电量从3W/m3增加到了29W/m3。如果微生物燃料电池系统能够维持20W/m3的电力输出,就可以点亮小功率的灯泡。
3.1.3 利用太阳能和光和细菌的环保生物燃料电池
Noguera与土木与环境工程教授Marc Anderson、助理教授Trina McMahon,细菌学教授Timothy Donohue,研究员Isabel Tejedor Anderson,以及研究生Yun Kyung Cho和Rodolfo Perez合作发展出一种能在污水处理厂应用的大规模微生物燃料电池系统。目前,研究人员们把微生物封装在密闭的无氧测试管中,测试管的形状被做成类似电路的回路。当处理废物时,先把有机废水通入管中,作为副产品电子向阳极移动,然后通过回路流到阴极。另外一种副产品质子通过一块离子交换膜流到阴极。在阴极中,电子和质子与氧气发生反应形成水。一块微生物燃料电池理论上最大可以产生1.2V电压。但是可以像电池一样把足够多的燃料电池并联和串联起来产生足够高的电压来作为一种有实际应用的电源。目前该研究小组正在利用他们在材料科学、细菌学和环境工程方面的优势来最优化微生物燃料电池的结构。
3.2 新型的环保燃料电池
英国牛津大学科研人员研制出一种新的环保生物电池,这种环保生物电池装有一种生化酶,可以吸收空气中的氢和氧来发电。这种生化酶是从一种需要氢气来维持新陈代谢的细菌中分离出来的。这种酶的独特之处在于可以与那些如一氧化碳和硫化氢等常规的电池催化剂并存。这种酶是“生长型”的,因此能够以价格低廉、可再生等特点取代传统价格昂贵的铂基催化剂。这种电池消耗的是大气中的氧气和氢气。所使用的酶是从自然界中利用氢气进行新陈代谢的细菌中分离出来的。这种酶的特性是具有高选择性,能够忍受对传统的燃料电池催化剂具有毒害作用的气体,例如一氧化碳和硫化氢。研究人员表示,由于这种酶能够生长,所以对比于其他的氢燃料电池所使用昂贵的铂催化剂而言,这是一种廉价的、可更新的环保燃料电池。
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3.3 生物医学的应用
环保生物燃料电池还可以造出另一种重要产品,根据电信号立即测出病人血糖水平的仪器。对于向包括起博器和胰岛素生成器等在内的可植入电控医学设备供电来说,环保生物燃料电池非常有用。这些设备需要无限的电源,这是因为更换这些设备的电池可能需要外科手术。BFC从活的生物体内提取燃料(例如从血流中提取葡萄糖)来产生电流。只要生物个体是活的,这种燃料电池就可以持续起作用[5]。
2010年8月 绿 色 科 技
第8期
4 结语
尽管环保生物燃料电池经数十年研究仍距实用遥远,燃料电池研究从20世纪90年代初开始又成为热门领域,现在仍在升温阶段。几种燃料电池已经处在商业化的前夜。另外,近20年来生物技术的巨大发展,为环保生物燃料电池研究提供了巨大的物质、知识和技术储备。所以,环保生物燃料电池有望在不远的将来取得重要进展。随着生物和化学学科交叉研究的深入,特别是依托生物传感器和生物电化学的研究进展,以及对修饰电极、纳米科学等研究的层层深入,环保生物燃料电池研究必然会得到更快的发展。环保生物燃料电池作为一种绿色环保的新能源,在生物医学等各个领域的应用的理想必然会实现。
参考文献:
[1] 韩保祥,毕可万.采用葡萄糖氧化酶的生物燃料电池的研究[J].生物工程学报,1992,8(2):203~206.
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[3] 连 静,祝学远.直接微生物燃料电池的研究现状及应用前景[J].科学技术与工程,2005(22):162~163.
[4] 尤世界,赵庆良.废水同步生物处理与生物燃料电池发电研究[J].环境科学,2006,9(9):17~18.
[5] 宝 ,吴霞琴.生物燃料电池的研究进展[J].电化学,2004,2(1):1~8.
The Research and Foreground of Biofuel Cell
Chen Dingding
(Wuning Environmental Protection Bareau, Wuning JiangXi 332300,China)
Abstract:Biofuel cell is a device converting chemical energy into electrical energy directly with the biocatalysts, which has the advantages of abundant fuel resource, mild reaction condition and goodbiology consistence. And, Biofuel cell are capable of converting chemical energy presented in organic wastewater into electricity energy with accomplishments of wastewater treatments simultaneously , which possibly captures considerable benefits in terms of environments and economics.
篇2
关键词 生物质；能源；环境
中图分类号 TK6 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)101-0225-01
社会的经济发展进步离不开能源，能源就像是一台发动机，推动着社会的经济发展，提高着广大人民群众的生活水平。伴随全球经济的迅速发展，人类对能源的需要也在迅速增长，能源危机问题也会越来越严重，甚至会影响到人类的正常生活。此外，化石燃料的燃烧还会生成大量的温室气体从而造成温室效应，其他燃烧产物也会漂浮在空气中发生各种物理化学变化，不仅会对大气造成污染，还会影响人体健康。所以，不管是从能源的可持续发展还是从保护环境的角度来看，找到合适的能源来代替化石燃料，已经成为全人类需要解决的重大问题。
1 生物质能利用概述
生物质能是人类最早使用的能源，一直以来都被人类用作生活燃料。最早利用生物质能的方式是直接燃烧，这种生物质能利用方式到现在仍被广泛采用。但是，随着工业的发展，化石燃料大量投入使用，由于其能量集中，生物能现在已经基本被化石燃料取代。就整个现代化国家来说，生物质能在所有正在利用的能源中所占的比例小于3％。由于社会、经济原因，许多发展中国家在能源利用方面存在着对生物质资源的严重矛盾：使用过度和供应不足同时存在。
1987年，全世界消耗的的一次能源约有12.5％为生物质能源。以生物质为能量来源，经济性是很重要的一个原因，另外还有环境保护的原因。生物质能源转化装置有的组装起来很简单，而且费用低廉，小规模使用效果很好。生物质能源是生长在土壤中的，不需进口，若能对生物质能源规模化利用，那么为规模化利用提供原料的农、林相关产业还会得到很好的发展，也不失为经济发展的好机遇。从环境保护的角度来讲，燃烧生物质能源所产生的污染物较少，更有利于经济和社会的可持续发展。此外，对生物质资源的商业性开发利用还可以解决固体废物的处置问题。
2 世界各国（地区）生物质能应用现状与前景
2.1 国外生物质能应用现状及前景分析
2.1.1 美国
总体而言，在生物质能的开发利用方面，美国的科技水平处于世界领先的位置。美国比发展中国家更早提出绿色电力的概念，自1979年就应用生物质直燃技术发电，那时候总装机容量就超过了10000 MW，单机容量达10 MW～25 MW。据有关媒体报道，美国目前有380多家生物质发电厂，主要建设在造纸厂和木材厂周边，这些工厂大部分地处偏僻，但是能提供近十万个工作
岗位。
2.1.2 欧洲
欧洲森林资源丰富，大部分欧洲国家的生物质资源开发都是从利用木材为主的，其起步较我国早，而且政府重视程度高，市场化较强，并且有大企业带动整个产业的发展。生物质能的主要利用使用方式有燃烧供暖、发电和转化为生物柴油等三种，在这三种中，以供暖最为主要。
芬兰的生物质资源利用方法主要是建立燃烧站，小规模的燃烧站供热，大规模的燃烧站则热电联产，生物质能源占全国年能源总消耗量的百分之二十。
瑞典主要利用木材开发热电联产产业，其工艺技术水平世界领先。最为典型的是瑞典的热电联产产业市场化运作能力很强，燃料市场非常活跃。
丹麦在生物质能源的利用上主要采用生物质直燃发电技术，在这方面取得了很大的成绩。丹麦的BWE公司在秸秆燃烧发电技术方面率先研究开发出了可行性方案，如今在仍处于世界上秸秆燃烧发电技术的最高水平。
德国在生物质柴油方面不仅技术成熟，而且得到政府扶持，是生物柴油的最大生产国。目前，德国拥有1兆瓦以上的生物质电厂350家，有数十万家庭使用的供暖器、发电机是以生物质直燃技术为基础的。到2030年，德国的能量消耗有17.4％来自生物质能。
2.1.3 巴西
巴西是世界上最大的燃料乙醇的生产和消费大国。巴西主要用甘蔗来制造乙醇，巴西每年生产的甘蔗中，有约50%用于燃料乙醇的生产。生产出来的燃料乙醇，有约50%掺入汽油中使用，另外50%则作用于直接替代汽油燃料。巴西不仅是世界上最大的乙醇生产和消费大国，也是世界上最大的乙醇出口国，巴西生产的乙醇有百分之十五用于出口，主要出口市场为美国。
2.1.4 印度
印度很早就开始使用沼气，早在1897年就有使用沼气照明的技术存在。印度在l975年开始就启动了国家沼气开发计划，截止到2008年在农村地区建成了沼气池450多万座，许多农村家庭没有通电，此举为数十万家庭提供了炊事燃料，同时还解决了照明问题。
2.2 我国生物质能应用现状及前景分析
生物质能利用技术在我国很早时候就有了，比如利用造纸厂、制糖厂的废料发电，还有最近几年开展的垃圾发电技术。但是生物质发电的商业化和规模化应用水平，比起欧美等发达国家还有明显不足。
中国科学院广州能源研究所在生物质能源的利用上做过很多研究，他们承担了“1 MW生物质气化发电系统”项目的研究开发，是国家“九五”重点科技攻关项目，此项研究的成套装置己经正式投入商业化运营，产品一度出口到泰国、缅甸等国家。这标志着我国的生物质能气化发电技术已经成熟，我国具有自主知识产权，其技术水平已达到国际先进水平。世界银行对我国的生物质能气化发电技术在中国的推广速度之快很是惊讶，表现出了极大的兴趣。
生物质直接燃烧发电技术是生物质能利用的又一有效技术，通过国家政策扶持，这项技术在我国也得到了较为快速的发展。随着2006年12月山东投产了第一个秸秆直接燃烧燃发电技术项目，作为秸秆规模化发电示范项目，带动很很多相关产业。比如秸秆直接燃烧锅炉、辅机、等相关发电设备的厂家也已经具备了一定的生产能力，并有数家骨干企业带动整个行业的发展。
总的来说，我国开发生物质资源具有很大的潜力。随着国际上化石能源的使用面临很大的危机，我国发电用煤供应紧张，我国也加大了对研究生物质能发电技术的支持力度，比如加大研究投资、加大建设力度等。我国在生物质能源的利用上要借鉴欧美发达国家的经验，加大对生物质发电技术的研究力度，制定出符合现阶段国情的扶持政策，加快我国生物质能源发电技术的规模化、产业化、商业化的发展进程。
参考文献
[1]曾麟,王革华.世界主要发展生物质能国家的目的与举措[J].可再生能源,2005,02.
[2]张铁柱.我国生物质发电行业现状及前景分析[J].农村电气化,2011,08.
[3]高立,梅应丹.我国生物质发电产业的现状及存在问题[J].生态经济,2011,08.
篇3
【关键词】生物质能源 石油开采 石油化工 节能减排
随着可持续发展的推进，国家逐步提倡使用可再生能源。生物质能源即为可再生能源，以农作物，树木，植物枯萎的残体和家禽的粪便等为原料，进行直接燃烧或生物能源生产的产业即为生物质能源的开发与利用。
1 生物质能源开发的重要性和必要性1.1 非可再生性能源濒临枯竭
石油是一种重要的化工原料，也是国家必需的战略物资，所以说石油工业的发展在一些方面上就是国家军事实力和经济实力的象征。近些年来我国快速发展，石油化工产业在我们生活中变得越来越重要，与人们的衣食住行、国家的国计民生紧密相连。石油也可以说是一个国家的血脉，但石油属非可再生能源，终有用尽的一天。
1.2 非可再生性能源对环境污染严重
1.2.1 非可再生性能源开采对地层结构破坏严重
石油作为一种典型的非可再生能源，其开发的程序相对复杂，主要包括选址，打井，抽油，注水等过程，这些过程中对地层结构有较大的破坏作用。虽然抽完油要进行注水，但是由于水和石油的密度不同，长时间的石油开采必然会导致地层结构被严重破坏，导致地层土质疏松，甚至会发生底层塌陷。
1.2.2 非可再生能源利用对环境污染严重
众所周知，石油等传统非可再生资源的开采、利用可对环境造成污染。刚开采出来的原油内含有众多物质，不能被直接很好的利用，需经过石油化工企业的加工提炼，提炼出我们日常生活中所使用的汽油、柴油，沥青以及各种化工原料和产品。但是，开采、提炼原油的过程也是个污染环境的过程，直接导致大气污染和水污染。随着世界人口的增长和人们生活水平的提高，将有更多的化工产品和燃料被需要，更多的能源被开采，有更多的石油化工厂不得不开工建设。环境污染问题必然逐步加重。
鉴于此，我们必须努力提高技术水平，使石油化工单位产品排放更少的污染物，尽量降低对环境的污染程度，更要另辟蹊径，探索清洁的可替代能源。促进环境与人类的和谐发展，
2 生物质能源开发的现状
20世纪以来，全球性的非可再生能源危机让新能源的开发变得迫在眉睫。生物质能源因其清洁、高效、可再生等特点而得到越来越多的人的关注。生物质能源是位居于全球三大化石能源之后排行第四位，我国对于生物质能源的开发主要有以下几种：
2.1 沼气技术
沼气是指有机质在厌氧的条件下，有机质在微生物的发酵作用下产生的一种可燃性气体。因其最初的发现位置是在沼泽地区，因此被称为沼气。此技术主要是使用厌氧法处理家禽的粪便，这项技术是在我国使用较早的生物质能源的开发技术，二十世纪八十年代左右，目前，很多国家都把沼气当做生活燃料，西欧部分国家生物质能源发电并网量可占总发电量的10%左右。沼气的开发和利用在我国起步较晚，但发展较迅速，获得国家发改委批复的沼气发电CMD项目已有多个。
2.2 热裂解气化
在一九七零年左右，很多发达国家就已经对这项技术进行了研究，其中一项名为流化床气化的技术以其自身明显的优点占据了当时发达国家生物质能源的开发市场，美国已有19家公司和探究机构从事生物质热裂解气化技术的探究和开发；加拿大12个大学的实验室在开展生物质热裂解气化技术的探究，近些年来，我国等发展中国家也对这项技术进行了初步研究。2.3 生物质能源的转化
目前，生物质能源主要有生物乙、丁醇、生物柴油等。生物质燃料油资源的开发技术开始于“八五计划”期间，自“九五计划”以后，国家发改委颁布实施了用粮食和传统油料制备交通能源的战略方针。[4]生物质能源的转化主要是通过对植物油等代用油料的理化、酯化和裂解实现的。作为清洁燃料可以直接代替汽油等石油燃料，近些年来这项技术也得到了追捧。
2.4 压缩燃烧方法
生物质压缩技术可将固体农林废弃物压缩成型，制成可代替煤炭的压块燃料。成型燃料主要应用于两个方面：一是进一步炭化加工制成木炭棒或木炭块，作为民用烧栲木炭或工业用木炭原料。二是作为燃料直接燃烧，用于家庭或暖房取暖用燃料。
2.5 联合燃烧方法
联合燃烧是指将生物质压缩，掺入燃煤等传统燃料中进行混合燃烧的一种用能方式。联合燃烧可大幅降低燃煤中的硫氧化物、氮氧化物的生成，高效环保，技术门槛较低，利用较广。
2.6 垃圾焚烧方法
垃圾燃烧的燃烧是指将垃圾分类之后对可燃垃圾进行燃烧用能的去能方式。在使用这种方式进行去能时，要先将垃圾进行分类或者将垃圾研磨成悬浮液后进行沉降、过筛，然后再进行燃烧。实验数据显示每燃烧500t垃圾，可产生1W千万・时的电量。这种垃圾处理方式可大大减缓环境压力。
3 生物质能源的前景探析
我国现在所使用的能源中，生物质能源仅占能源总量的百分之十四，生物质能源开发具有很广阔的前景。与此同时，生物质能源也有着自己绝对的优势，这正是国家提倡生物质能源的一个重要原因。
目前，生物质能源的利用技术又传喜讯。生物柴油加工技术目前已取得了实质性突破，一些发达国家利用餐厨废油加工成柴油，并进一步加工转化为航空煤油。与之相比，我国的生物柴油产业也已初步形成，为餐厨废油的无害化处置、防止餐厨废油流回餐桌开辟了一条新路，也为保障我国食品卫生安全作出了巨大贡献。但生物柴油行业尚处在发展培育期，需要国家相关部门出台更多的支持政策，严控餐厨废油非法流向，需要有更多愿意承担社会责任的企业加入生物柴油行业，发展生物柴油行业。
生物柴油加工技术的进步，为我们生物质能源利用技术的发展带来了希望，大大提高我们开发生物质能源利用技术的信心，为生物质能源利用技术的开发，带来光明的前景。
结语：生物质能源必然会发挥其明显的优势，逐步的加大自己在能源领域的比重，同时，生物质能源必然会逐步减小环境的污染，有力缓解企业节能减排压力。
参考文献
[1] 兰家彬，金丛书，龚义华.随州市中小企业减排现状调查[J].武汉金融，2008（06）：69-70
[2] 李亚红.政府失灵与现代环境管理模式的建构[J].河南科技大学学报（社会科学版），2008，28（2）：101-105
篇4
关键词微生物;生物能源;研究现状;应用
中图分类号 Q939.9 文献标识码A文章编号 1007-5739(2009)11-0282-03
随着可再生能源的迅速发展,人们对能源微生物的重视程度日益增加[1]。能源微生物主要包括甲烷产生菌、乙醇产生菌、氢气产生菌、生物柴油产生菌和生物电池微生物5大类,这些微生物分别与沼气、生物乙醇、生物氢气、生物柴油和生物燃料电池等能源的转化有直接的关系[2-4]。能源微生物以农业、林业废弃物和城市垃圾为原料产生绿色、可再生能源,对社会和环境的和谐发展具有重要意义。进一步了解和应用能源微生物是绿色农业和生态环境可持续发展中的1个重要而深远的研究课题,有待于进一步的研究、开拓和探索。
1能源微生物种类及转化机理
根据安斯沃思(Ainsworth)的分类系统,伯杰(Bergey’s)细菌鉴定法和洛德(Lodder)酵母菌鉴定法,能源性微生物主要分为5大类[5-8]:
甲烷产生菌的主要种类有甲烷杆菌属(Methanobacterium)、甲烷八叠菌属(Methanosarcina)、甲烷球菌属(Methanoccus)等[5]。其作用是在生物质原料的厌氧发酵过程中,产生以甲烷为主的沼气[6]。
乙醇产生菌的主要种类有酵母菌属(Saccharomyces)、假丝酵母属(Candida)、裂殖酵母菌属(Schizosaccharomyces)、球拟酵母属(Torulopsis)、酒香酵母属(Brettanomyces)、毕赤氏酵母属(Pichia)、汉逊氏酵母属(Hansenula)、克鲁弗氏酵母属(Kluveromyces)、曲霉属(Aspengillus)、隐球酵母属(Cryptococcus)、德巴利氏酵母属(Debaryomyces)、卵孢酵母属(Oosporium)等[7]。其作用是将复杂有机物酵解生成乙醇[8]。
氢气产生菌的主要种类有红螺菌属(Rhodospirillum)、荚硫菌属(Thiocapsa)、红微菌属(Rhodomicrobium)、外硫红螺菌属(Ectothiorhodospira)、红假单胞菌属(Rhodopseudomonas)、蓝细菌类硫螺菌属(Thiospirillum)、板硫菌属(Thiopedia)、梭杆菌属(Fusobacterium)、闪囊菌属(Lamprocystis)、网硫菌属(Thiodictyon)、埃希氏菌属(Escherichia)等[9]。生物制氢是利用产氢微生物的生理代谢过程发酵产生氢气[10]。
产油微生物包括酵母、霉菌、细菌和藻类,常见的有:浅白色隐球酵母(Cryptococcus albidus)、弯隐球酵母(Cryptococcus albidun)、茁芽丝孢酵母(Trichospiron pullulans)、斯达氏油脂酵母(Lipomyces)、产油油脂酵母(Lipomy slipofer)、类酵母红冬孢(Rhodosporidium toru loides)、胶粘红酵母(Rhodotorula),土霉菌(Asoergullus terreus)、紫瘫麦角菌(Clavicepspurpurea)、高粱褶孢黑粉菌(Tolyposporium)、深黄被孢霉(Mortierella isabellina)、高山被孢霉(Mortierella alpina)、卷枝毛霉(Mucor-circinelloides)、拉曼被孢霉(Mortierella ramanniana)等霉菌,硅藻(diatom)和螺旋藻(Spirulina)等藻类[11]。微生物油脂是指某些微生物在一定条件下将碳水化合物、碳氢化合物和普通油脂等碳源转化为菌体内大量储存的油脂[12,13]。
生物电池的微生物包括脱硫弧菌(Desulfovibrio desulfuricans)、腐败希瓦菌(Shewanella purefaciens)[14]、大肠杆菌(Escherichiacoli)[15]、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)[16]、地杆菌(Geobacteraceae sulferreducens)[17]、丁酸梭菌(Clostridium byt-yricum)[18]、嗜甜微生物(Rhodoferax ferrireducens)[19]、粪产碱菌(Alcaligenesfaecallis)、鹑鸡肠球菌(Enterococcus gallinanm)等。它们在新能源开发[20]、微生物传感器[21]和水处理工艺[22]方面有良好的应用前景。
2能源微生物研究与应用概况
2.1甲烷产生菌
近20年来,我国科研工作者对厌氧消化处理中的产甲烷菌进行了非常深入的研究。1980年周孟津和杨秀山分离出巴氏八叠球菌;1983年钱泽澎分离出嗜树木甲烷短杆菌和甲酸甲烷杆菌[23];1984年赵一章等分离出马氏甲烷短杆菌菌株C-44[24]和菌株HX;1985年,张辉等分离出嗜热甲酸甲烷杆菌[25,26];1987年刘光烨等在酒窖窖泥中分离到布氏甲烷杆菌CS[27],钱泽澎等分离出亨氏甲烷螺菌[28],1988年陈美慈等分离出嗜热甲烷杆菌TH-6[29]。而在最近的十几年里,又陆续发现一些新的产甲烷菌种,2000年孙征发现的弯曲甲烷杆菌Px1[30],极大地促进了产甲烷菌的研究进程。我国现在采用人畜粪便、农副产品下脚料、酒糟废液和其他工业生产中的废液等生产甲烷,用于照明、燃烧等,其使用价值是相当可观的。例如日产酒糟500~600m3的酒厂,可日产含甲烷55%~65%的沼气9 000~11 000m3,相当于日发电量12 857~15 714KW,日产标准煤17.1~20.9t,可以代替橡胶生产中烘干用油的30%~40%。我国年产木材采伐废物1 000万吨,油茶壳75万吨,胶渣13万吨,纤维板生产废液350万吨和亚硫酸纸浆废液180万吨为原料,通过微生物作用可获得沼气1 780亿立方米。同时,使上述废液的净化率达30%~60%,并可获得单细胞蛋白饲料约9万吨(按1.7%得率计)[31]。
2.2乙醇产生菌
燃料乙醇具有燃烧完全、效率高、无污染等特点,用其稀释汽油所制成的“乙醇汽油”,功效可提高15%左右。制作乙醇的原料丰富,成本低廉。1988年,巴西就有88%的新轿车的发动机使用乙醇作燃料。美国计划2006~2012年间,燃料乙醇年用量从1 200万吨增加到2 300万吨。英国、德国、荷兰等农业资源丰富的国家,也在进行燃料酒精的生产[32]。我国纤维素资源充足,年产植物秸秆约6亿吨,如果其中的10%经微生物发酵转化,就可生产出乙醇燃料近800万吨,其残渣还可用作饲料和肥料,因此发展纤维素乙醇前景广阔[33]。1993年,Ho等[34]将木糖还原酶、木糖醇脱氢酶和木酮糖激酶的基因转入酿酒酵母,首次成功构建出利用葡萄糖和木糖生产乙醇的工程酵母。Sonderegger等[35]将多个异源基因导入代谢木糖的酵母工程菌,重组酵母不仅降低副产物木糖醇的量,所得乙醇产量比亲株提高25%。现有乙醇菌种大多耐受力差、副产物多、对发酵条件要求苛刻,今后研究应致力于筛选优良性状的菌株,或利用基因工程手段选育高产纤维素酶、木质素酶菌种以及能克服上述问题的菌种,对其酶学特性、功能基因进行研究,优化发酵条件,辅以工艺措施的改进,提高燃料乙醇生产效率并降低成本。
2.3氢气产生菌
微生物制氢是一项利用微生物代谢过程生产氢气的生物工程技术,所用原料有阳光、水,或是有机废水、秸秆等,能克服工业制氢能耗大、污染重等缺点;同时,由于氢气的可再生、零排放优点,是一种真正的清洁能源,受到世界各国的高度重视。杨素萍等[36]利用琼脂固定化Clostridium butyricum 菌株以糖蜜酒精废液为原料进行产氢。丁酸梭菌(Clostridium butyricum)、产气肠杆菌(Enterobacter aerogenes)和麦芽糖假丝酵母(Candida maltose)在36℃混合发酵废弃物48h,产氢速率可达15.42mL/h・L,明显高于单个菌种。此外,利用豆渣、堆肥、活性污泥产氢的报道相继问世。目前的研究应努力改进生产工艺,逐渐明确微生物产氢机理,保证其在产氢过程中的高效性、稳定性和对不同生态条件的适应性,相信不久的将来微生物制氢将成为世界能源的一个重要支柱[37]。
2.4产油微生物
目前,国内绕着如何提高油脂含量,在菌种和发酵工艺方面开展了大量的研究,成功研制国际水平的产脂微生物菌种与生产工艺[38]。使用生物柴油对人类健康和全球危害都相对较轻,排放物中多环芳香化合物和亚硝酸多环芳香化合物含量水平低,二氧化碳和一氧化碳排放量仅为石油的10%,具有较好的生物降解性能。开发微生物油脂生产生物柴油,在降低污染、增加产量方面较前二者有更大的优越性。开发微生物油脂,不仅微生物发酵周期短,受场地、季节、气候变化影响不大,还可以利用木质纤维素、工业废水、废气等资源丰富、价格低廉的原料进行生产,既能够解决人类资源短缺的问题,又可以保护环境,一举多得,具有巨大发展空间。美国国家可再生能源实验室(NREL)认为,微生物油脂发酵可能是生物柴油产业和生物经济的重要研究方向[11]。
2.5生物燃料电池微生物
生物燃料电池是一类特殊的电池,它以自然界的微生物或酶为催化剂,直接将燃料中的化学能转化为电能,不仅无污染、效率高、反应条件温和,而且燃料来源广泛,具有较大的发展空间。Hagerman[39]研究以含酸废水为原料的燃料电池,Kim等[40]利用微生物电池培养并富集了具有电化学活性的微生物,电池运行3年多,并从中分离出梭状芽孢杆菌。最近美国科学家找到一种嗜盐杆菌,其所含的一种紫色素可直接将太阳能转化为电能,电池里的单细胞藻类首先利用太阳能,将二氧化碳和水转化为糖,再让细菌自给自足地利用这些糖来发电。Pizzariello等[41]设计的两极室葡萄糖氧化酶/辣根过氧化物酶酶燃料电池,在不断补充燃料的情况下可以连续工作30d以上,具有一定的实用价值。
3应用前景
微生物作为生物能的主要参与者,其最大特点就是清洁、高效、可再生,与石油、煤炭等传统能源相比,有利于环境保护,与太阳能、核能、风能、水能、海洋能等新能源相比,其来源广、成本低、受地理因素影响小。虽然目前存在一些技术问题,但开发潜力是巨大的,利用前景是广阔的。不仅如此,微生物在现有的非可再生能源利用上也功不可没,可提高石油开采率和褐煤利用率,降低二者的污染效应,当之无愧地成为实现能源可持续发展目标的关键因素。利用微生物生产能源和对其进行利用,不仅没有环境污染问题出现,而且还可使目前污染严重的环境状况得以缓解。更有发展前景的是,生产和使用微生物能源可以治理污染,变废为宝获得综合效益。
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篇5
见证奇迹
亲爱的智慧星们，现在我们位于荷兰东部，连接埃德和瓦赫宁的一条公路上。夜幕刚刚降临，在预定的七点钟，公路边护栏上的路灯“刷”地一下全亮了。我和在场的所有工作人员兴奋地跳了起来！与此同时，对讲机里传来声音：“‘电花园’成功启动，再重复一遍，‘电花园’成功启动！”所有人激动不已，哈哈，植物电池的应用大获成功啦！
“秘密基地”
他们是怎样办到的呢？小桶很好奇这个问题，便央求现场的弗雷德里克研究员带我去看看他们的“秘密基地”。弗雷德里克欣然同意，然后带着我走了一段儿就停了下来。在路灯的照射下，我看到路边有一大片茂盛的水生植物，仅此而已，这就是基地的全部？
看着我疑惑的神情，弗雷德里克给了我一个手电筒，让我看看植物下方。我猫着腰仔细查看才发现，茂密的水生植物之间竟然拉着电线和电极，而电线则被引向公路。弗雷德里克告诉我，在这片100平方米的花坛里，一共有400个植物电池，真正的功臣就是它们，是它们给了路灯电力！而“电花园”也一样，那里也有400个植物电池，能够给300个发光二极管供电，从而让整个花园都亮起来！
可再生电源
哎，小桶这会儿真是懊悔当年没有好好学习，所以现在对于植物电池这件事情是一点都摸不着头脑，真搞不懂植物是怎么产生电流的？微生物燃料电池和普通的燃料电池又有什么区别呢？
弗雷德里克研究员不得不给我恶补一下物理知识。原来，普通燃料电池内部是由化学反应产生电流，利用的是氢的氧化作用。而微生物燃料电池，利用的则是微生物（细菌）的自然化学反应来产生电流。简单来说，就是植物在进行光合作用生长的过程中，会产生超过其自身需要的更多的糖，这些多余的糖会被周边土壤回收和分解，释放出质子和电子。研究人员将电极放置入土壤，从中捕获电子发电，依靠植物的不断生长产生持续的电力。
那具体是怎样操作的呢？弗雷德里克解释说，他们首先是在温室中栽培这些植物，然后把它们移植到60多平方厘米、装有电极的塑料容器中，然后放到现场去。
发展前景
边走边聊，我们已经来到了史上第一个“电花园”。真不可思议，花园小道一边是茂盛生长的水生植物，一边是整齐排列的发着橘黄色梦幻光线的LED灯，将整个公园都衬托得如童话王国一般。
当我问到微生物燃料电池的发展前景时，弗雷德里克介绍，这项技术的最大优势就是它是绿色可再生能源，可以说是取之不尽用之不竭，直到植物生命终结。但劣势是，微生物燃料电池的产出比较小，1平方米只有0.2瓦的功率，只能支持一个LED灯泡。难怪我们刚刚看到电池之间要相连，就是要产生足够电流的原因呀！
篇6
1.能源农业的任务
能源农业就是以生产生物质能源为目的的农业。生物质能源燃烧对环境造成的污染比矿物能源少，比核能安全，比风能、地热使用广泛，被誉为“绿色能源”。开发生物质能源，可有效延长地球上石油资源的使用时间。在未来世界里，沼气可能是天然气的替代物，酒精可能是汽油的替代物。我国非常重视生物质能源的发展，制定了明确的发展目标，预计未来几年，乙醇的生产能力将达到年产1000万吨。由于生物质能源需要大量的农作物为原料，因此生物能源的前端是能源农业。生物能源的大发展，必将改变中国农业的发展方向。因此，能源农业的任务是以生物质能源为主要开发对象，以生化转化、物化转换等方式利用生物能源，从而达到从“黑色能源”向“绿色能源”转变的目的。
2.能源农业的发展方向
2.1大力发展能源作物 能源作物是指以提供燃料油为目的而栽培的植物，可通过生化转化等方法制造酒精和生物柴油。如以生产酒精为目的的玉米、甘蔗、甜高粱、甘薯、木薯等；以生产生物柴油为目的的油料作物，如小桐子、油菜、棉花等。据测算，每吨以玉米、甘蔗等能源作物制造的燃料乙醇可以替代1吨燃料油，同时还能提高燃料的燃烧和动力性能。但是我国地少人多，用玉米作为原料大量生产燃料乙醇在我国还不现实。因此，培育具有高光合作用转化率、综合利用价值大的高产能源作物，是我国发展能源农业的最佳途径。
2.2充分发展利用转基因技术 转基因技术应用在食物方面要求标识受到很大限制，而在能源作物上则不受基因标识的限制，具有很大的发展空间。因此，转基因技术在培育能源作物、发展能源农业方面将大有作为。针对我国人多地少的特点，只能在不与粮食争地的前提下发展能源农业。因此，利用转基因技术培育新品种，开发耐盐、抗旱、高产、高蓄能的能源植物是能源农业的发展方向。目前我国的转基因技术研究已日趋成熟，具备了在能源农业上大显身手的能力。
3.我国发展能源农业的意义
大自然通过光合作用产生大量生物质，但是目前世界上生物质的利用率还不到7%，要真正取代石化能源还需要改进技术，降低生产成本，大力发展能源农业。生物质液化燃料对于欧洲许多国家来说，多局限于国土面积的狭小，发展前景有限。而对于中国这样幅员辽阔的大国来说，只要充分利用现有农林业用地和宜耕土地后备资源，合理开发宜林荒山荒地和易改造的盐碱化耕地，就有发展能源农业的广阔前景。
篇7
来源于电的生物燃料
美国加州劳伦斯伯克利国家实验室的科学家史蒂夫・斯格带领他的团队研发出一种高效的生产液体燃料的方法，他们采用一种叫做Ralstonia eutropha的细菌，通过对细菌进行基因工程改造，让其改变了自然状态下的产能方式――自然界中的细菌以氢为能量来源，通过转化二氧化碳合成有机物.科学家重建了该细菌的代谢途径，从工程大肠杆菌等其他细菌中引入生产中链甲基酮的代谢途径，使得细菌的代谢终产物变为十六烷，它非常接近于传统柴油.这一新技术所需要的是氢和可再生电能，而可再生电能可以用太阳能和风能等再生能源产生，也就是说，电燃料整体为可再生和绿色的.这一技术解决了传统生物能源生产过程中的不足，彻底避免了生物燃料与人争粮的窘境，而且其比目前生物能源的生产效率高10倍.这一研究目前离应用还有一定距离，尚处于实验室阶段，不过进展顺利，已获得美国能源高级研究计划署电燃料项目支持的340万美元的资助，这也是能源署高级研究计划署电燃料项目所支持的13个电燃料项目之一.
电燃料，顾名思义，就是细菌等微生物直接利用电能而获取能量生长，并且生产出生物燃料的生产方式，这一方式有了一大改进.传统的生物燃料生产方式都有一个关键的限速步骤，那就是光合作用.无论是一代还是二代生物能源技术，大多数生物燃料能量都是源自植物通过光合作用所转化的太阳能.像是初期玉米和甘蔗中的糖类物质，以及后来的秸秆中的纤维素，说到底，都是由植物本身进行光合作用将太阳能转化为化学能而来的.光合作用对于植物本身来说必不可少，但遗憾的是，光合作用相对来说较为低效，这就导致了生物原料生产周期较长；想要获取储存在植物中的能量特质来生成生物燃料，需要大量的加工步骤.电燃料的生产则成功绕过了光合作用，如果能够突破关键技术，将大大提高生物燃料的生产效率.
改变生物燃料的争粮窘境
除了光合作用的低效，生物燃料还有一个致命的问题，那就是与人争粮.2012年的美国大旱重启了食品与生物燃料之间的斗争――今年美国玉米产量与一个月前的预测相比下降了17%，与去年的产量水平相比下降了13%，每公顷产量可能是17年以来最低.玉米价格已经达到了创纪录新高.而且玉米也是动物饲料的主要组成部分，因此，肉类、牛奶和鸡蛋价格也可能随之攀升.与此同时，全美大约40%的玉米被用来制造乙醇，乙醇生产过程会剩下一些可供喂养动物的东西.然而，如今美国玉米产量的至少四分之一被制成了乙醇，作为燃料使用，这已成为政府的强制要求.但国际粮农组织负责人呼吁“立即暂时中止”这一政府要求，以便将更多的玉米用于食品或饲养牲畜.美国畜牧行业也督促国会暂停要求在汽油中添加乙醇的法律.可以说，自从生物燃料问世，这一问题就一直处于争论的漩涡当中.
篇8
一、国内生物燃料产业发展现状及存在的主要制约因素
（一）国内生物燃料产业发展现状
1、燃料乙醇开始规模化应用
“十五”期间，我国在黑龙江、吉林、河南、安徽4省，分别依托吉林燃料乙醇有限责任公司、河南天冠集团、安徽丰原生化股份有限公司和黑龙江华润酒精有限公司四家企业建成了四个燃料乙醇生产试点项目进行定点生产，初步形成了现有国内燃料乙醇市场格局。到2007年，我国燃料乙醇产能达160万吨，四家定点企业产能达144万吨。值得注意的是，为不影响粮食安全并改善能源环境效益，我国已确定不扩大现有陈化粮玉米乙醇生产能力的政策，转向以木薯和甜高粱等非粮作物为原料生产燃料乙醇，并开始商业化生产。目前，广西木薯乙醇项目的生产能力超过20万吨，2008年全国燃料乙醇总产量达172万吨。此外，生物液体燃料也已开始在道路交通部门中初步得到规模化应用，我国燃料乙醇的消费量已占汽油消费量的20%左右，在黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽5省及湖北、河北、山东、江苏部分地区已基本实现车用乙醇汽油替代普通无铅汽油。
2、生物柴油步入快速发展轨道
自2002年经国务院批示，国家发改委开始推进生物柴油产业发展以来，生物柴油年产量由最初的1万吨发展到现在的近20万吨，总设计产能约200万吨/年，生物柴油被纳入《中华人民共和国可再生能源法》的管理范畴。2008年，为鼓励和规范生物柴油产业发展，防止重复建设和投资浪费，根据生物燃料产业发展总体思路和基本原则，结合国家有关政策要求及产业化工作部署与安排，国家发改委批准了中石油南充炼油化工总厂6万吨/年、中石化贵州分公司5万吨/年和中海油海南6万吨/年3个小油桐生物柴油产业化示范项目。截止目前，我国生物柴油产业已初步形成以海南正和生物能源公司、四川古杉油脂化工公司和福建卓越新能源发展公司等民营公司、外资公司以及中粮集团、航天科工集团和三大石油集团共同参与的格局。
（二）生物燃料产业发展需突破的主要制约因素
目前，我国生物燃料产业的快速发展还面临许到原料资源供应、产业发展的技术瓶颈、商业化应用市场和政策、市场环境不完善等制约因素。
1、原料资源供应严重不足
无论是燃料乙醇还是生物柴油都面临着“无米下锅”。
从燃料乙醇看，如果完全用玉米来生产，按照1∶3.3 比例计算，2020 年将达4950 万吨，加上其他工业消费对玉米需求的增长，未来我国玉米生产将难以满足燃料乙醇生产的工业化需求，而且随着陈化粮食逐步消耗殆尽和玉米价格的不断上涨，玉米燃料乙醇的发展可能威胁到我国粮食安全，因此完全使用玉米生产燃料乙醇在我国并不现实。
从生物柴油看，国内仅有的几个项目都是以地沟油、植物油脚等废弃油脂做原料，而全国一年的废弃油脂也只有600―700万吨，其中相当比例还要用于化工生产，每年可供生物柴油企业利用的废弃油脂不足50 万吨。按照1.2 吨废弃油脂生产1 吨生物柴油计算，40 多万吨废弃油脂能满足的产能只有30 多万吨。目前，我国很多企业处于部分停产或完全停产状态，行业发展陷入了困境。
2、产业发展中的技术、标准瓶颈制约
目前，我国生物质能产业发展尚处于起步阶段，产业发展中的生产技术、产品标准、生产设备等问题已成为阻碍生物燃料产业快速健康发展的重要问题之一。
从燃料乙醇的发展看，一方面，我国的自主研发能力还比较弱，缺乏具有自主知识产权的核心技术。目前国内以玉米、木薯等淀粉类为原料的生产技术已经进入商业化初期阶段，以甜高粱、甘蔗等糖质类为原料基础的燃料乙醇生产技术大多处于试验示范阶段，还需在优良品种选育、适应性种植、发酵菌种培育、关键工艺和配套设备优化、废渣废水回收利用等方面作进一步研究。而国外以淀粉、糖质类为原料的燃料乙醇生产技术已经十分成熟，并进入大规模商业化生产阶段。此外，我国的纤维素乙醇还处在试验阶段，技术还有待完善，尤其是如何降低纤维预处理和纤维酶的成本，高效率的发酵技术等方面，总体而言与国外发达国家相比差距较大。另一方面，国内还缺乏以不同生物质为原料的燃料乙醇相关产品和技术标准。尽管我国于2001年颁布了变性生物燃料乙醇（GB18350－2001）和车用乙醇汽油（GB18351－2001）两项强制性国家标准，在技术内容上等效采用了美国试验与材料协会标准（ASTM）；但上述标准主要是基于淀粉类原料而制定的，而制备燃料乙醇的原料种类较多且生产工艺也大不相同，在某些技术指标上也会有所差异，单一基于淀粉类原料制定的标准在一定程度上制约了我国燃料乙醇产业的快速发展。
从生物柴油的发展看，我国主要采用化学酯化法生产生物柴油，已形成较完备的技术体系和方法，但由于酯化过程要进行水洗、除渣、酯化、分离、蒸馏、洗涤、干燥、脱色等一系列过程，因此，转化率低，成本较高，而且产品质量难以保障。此外，虽然我国在2007年颁布了《柴油机燃料调和用生物柴油（BD100）国家标准》（GB/T20828－2007），但由于生物柴油的酸度、灰分、残炭均高于石油类柴油，常会以B5或B20等BX类生物柴油与石化柴油混用。而我国至今没有B5或B20标准，更没有对生物柴油企业的生产设计和运行进行技术规范，生物柴油质量难以保证，导致难以进入中石油、中石化的销售终端，大量生物柴油卖给企业用作烧锅炉等用途，极大地制约了我国生物柴油产业的快速健康发展。
3、生产成本过高，商业化应用缺乏市场前景
从燃料乙醇看，目前，除巴西以甘蔗为原料生产的燃料乙醇成本可以与汽油相竞争外，其他国家燃料乙醇的成本都比较高，而我国燃料乙醇由于受原料成本高、耗能大、转化率低等因素影响，燃料乙醇的生产成本更高；从生物柴油看，在原料价格高峰时，生物柴油的生产成本是每吨接近7000元，而售价是6000元左右。因此，不依靠政府补贴，大规模的商业化应用缺乏市场前景。
4、政策法规和市场环境尚需改进
虽然我国在2005年2月28日通过了《可再生能源法》，并于2007年8月出台了《可再生能源中长期发展规划》，但主要是以利用再生能源发电作为目标和重点的，缺乏对包括燃料乙醇、生物柴油等生物燃料开发利用的明确性规定。另外，在生物燃料产业发展方面缺乏利用税收减免、投资补贴、价格补贴、政府收购等市场经济杠杆和行政手段促进发展的政策性法规；而且，部分出台的优惠政策行业内企业很难享受。此外，我国生物燃料产业的市场化竞争和运作环境也有待进一步完善。
二、我国生物燃料产业发展的路线图
（一）发展目标
按照因地制宜、综合利用、清洁高效的原则，合理开发生物质资源，以产业发展带动技术创新，通过加强生物质的资源评价和规划，健全生物燃料产业的服务体系，包括完善科技支撑体系，加强标准化和人才培养体系建设，完善信息管理体系等途径促进生物燃料产业的发展，实现生物燃料产业发展从追赶型到领先型的转变。到2020年，燃料乙醇年利用量达1000万吨，生物柴油年利用量达200万吨，年替代化石燃料1亿吨标准煤。
（二）发展路线
近期（2011―2015年）：在燃料乙醇方面，应维持玉米乙醇、小麦乙醇的现有发展规模，继续提高玉米乙醇、小麦乙醇项目的生产效率；重点发展木薯乙醇、马铃薯乙醇等非粮淀粉类燃料乙醇；努力完善木薯乙醇、马铃薯乙醇等非粮燃料乙醇的生产工艺，提高生产经济性；进行甜高粱乙醇、甘蔗乙醇等糖类原料的直接发酵技术的示范；同时，加大纤维素遗传技术研发力度，争取在纤维素酶水解技术上有所突破；开展抗逆性能源植物的种植示范。在生物柴油方面，仍将维持以废弃油脂为主，以林木油果等为辅的原料供给结构；开展高产木本油料种植技术研究；开展先进酯化技术示范；制定生物柴油技术规范和B5或B20等BX类生物柴油与石化柴油混用的产品标准，并建立国家级的质量监测系统。
中期（2016―2020年）：在燃料乙醇方面，加大以甜高粱等糖类作物为原料的燃料乙醇的产业化利用，应用耐高温、高乙醇浓度、高渗透性微生物发酵技术，采用非相变分离乙醇技术；戊糖、己糖共发酵生产乙醇技术实现突破，纤维素乙醇进入生产领域；耐贫瘠能源作物在盐碱地、沙荒地大面积种植，提高淀粉作物中淀粉含量、糖作物中的糖含量技术成功，燃料乙醇在运输燃料中起到重要作用。在生物柴油方面，大力开发以黄连木、麻风树等木本油料植物果实作为生物柴油主要原料的生物柴油，高产、耐风沙、干旱的灌木与草类规模化种植技术取得突破；高压醇解、酶催化、固体催化等生物柴油技术广泛应用。
远期（2020年以后）：在燃料乙醇方面，燃料乙醇逐步替代汽油并探索利用更高热值产品（如丁醇等）；植物代谢技术取得突破，减少木质素含量提高纤维素含量，大规模生产木质纤维类生物质燃料乙醇的工业技术开发成功并实现产业化。在生物柴油方面，以黄连木、麻风树等木本油料植物果实作为生物柴油主要原料的生物柴油的生产工艺不断成熟且生产经济性不断提高，规模不断扩张；工程微藻法技术逐步完善并走向成熟且实现产业化。
三、促进我国生物燃料产业发展的保障措施
（一）统一思想，合理规划，有序推进
向全社会广泛宣传发展生物燃料产业的重要意义，切实提高对发展生物燃料产业重要性的认识，把生物燃料产业的发展提高到国家经济和社会发展的战略高度予以考虑。同时，要借鉴先发国家在生物燃料产业发展过程中的经验和教训，仔细分析生物燃料产业发展过程中可能会出现的问题。此外，各地区也要按照因地制宜、统筹兼顾、突出重点的原则，做好生物燃料产业发展的规划工作，根据生物质资源状况、技术特点、市场需求等条件，研究制定本地区生物燃料产业发展规划，提出切实可行的发展目标和要求，充分发挥好资源优势，实现生物质能的合理有序开发，走出一条具有中国特色的生物燃料产业发展路径。
（二）开展资源评价，发展能源作物
必须通过生物质资源的调查和评价工作，搞清各种生物质资源总量、用途及其分布，为发展生物燃料产业奠定良好基础。一是开展调查研究，做好资源评价。二是在生物质资源普查与科学评价基础上，制定切实可行的能源作物发展规划，以确定在什么地方具有大规模种植何类能源作物的条件。在不毁坏林地、植被和湿地，不与粮争地，不与民争粮的原则下，调整种植业比例，优化种植结构，根据主要能源作物品种的性能、适宜的边际性土地等资源数量、区域分布现状，科学制订能源作物的种植规划。在种植基础好、资源潜力大的地区，规划建设一批能源作物种植基地，为生物燃料示范建设和规模化发展提供可靠的原料供应基础。
（三）加大生物燃料产业前沿技术研究和产业化示范工作
必须要坚持点面结合、整体推进的原则，将近、中远期目标相结合，并结合我国生物质资源特点，加大对生物燃料产业前沿技术和技术产业化研究的支持力度。一是制定生物燃料产业发展的技术路线图，通过政府、企业和研究机构的共同工作，提出中长期需要的技术发展战略，有利于帮助企业或研发机构识别、选择和开发正确的技术，并帮助引导投资和配置资源。二是加强生物燃料产业技术的试点和产业化示范工作，设立生物燃料产业研究发展专项资金，增加研究开发投入，加大生物燃料产业技术的研发力度，加快推进生物燃料产业技术的科技进步与产业化发展。三是重视生物燃料产业技术和产品的标准体系建设，制定生物燃料产业技术和产品标准，发挥标准的技术基础、技术准则、技术指南和技术保障作用，并建立国家级的质量监测系统加强市场监督工作，促进生物燃料产业的健康发展。
（四）加强财政、税收和金融政策的引导和扶持
一是可以给予适当的财政投资或补贴，包括建立风险基金制度实施弹性亏损补贴、对原料基地给予补助、具有重大意义的技术产业化示范补助和加大面对生产生物燃料产品企业的政府采购等措施，以保证投资主体合理的经济利益，使投资主体具有发展生物燃料项目的动力。二是加大对投资生物燃料项目的税收优惠，包括对投资生物燃料项目的企业实行投资抵免和再投资退税政策，对生产生物燃料产品的企业固定资产允许加速折旧，对科研单位和企业研制开发出的生物燃料新技术、新成果及新产品的转让销售在一定时期可以给予减免营业税和所得税等措施，以鼓励和引导更多的企业重视、参与生物燃料产业发展。三是积极引导金融资本投向生物燃料产业，包括对生物燃料龙头企业实施贷款贴息，支持有条件的生物燃料企业发行企业债券和可转换债券，支持符合条件的生物燃料企业以现有资产做抵押到境外融资以获得国际商业贷款和银团贷款，鼓励和引导创业投资增加对生物燃料企业的投资等措施，鼓励以社会资本为主体按市场化运作方式建立面向生物燃料产业的融资担保机构，以降低生物燃料企业的融资成本，扩充和疏通生物燃料企业的融资渠道。
（五）加强部门间合作，建立产业服务配套体系，完善市场体系建设
一是建设和完善服务保障体系。整合资源，建立和完善产业服务配套体系，针对生物质资源分布广、收集运输难等问题，建立生物质资源收集配送等产业服务体系；积极引导农民发展能源作物种植、农作物秸秆收集与预处理等专业合作组织，建立生物质原料生产与物流体系；尽快建立完善生物燃料产业技术的推广服务体系、行业质量标准和产品检测中心等配套服务体系，加强生物燃料产业技术、管理人才队伍的建设。二是必须尽快开发具有自主知识产权的生物燃料产业的国产设备，重点开发有利于生物燃料产业发展的装备设计与制造技术，包括大型专用成套设备和成熟的生产工艺路线。三是完善市场体系建设。要通过市场带动，积极发展上下游企业和相关配套产业，整合资源，优化结构，建立完善的市场体系。
篇9
动植物油脂的主要成分是甘油三酸酯，通过酯交换法制备的脂肪酸单烷基酯，工业上应用主要是脂肪酸甲酯，俗称为第一代生物柴油。生物柴油是指天然油脂制备的柴油，也可以是其他柴油，若以动植物油脂为原料通过加氢裂解工艺生产非脂肪酸甲酯生物柴油，称为第二代生物柴油。若以脂肪酸甲酯为代表的生物柴油需达到“GB/T20828-2007柴油机燃料调合用生物柴油（BD100）”标准指标；若是非脂肪酸甲酯生物柴油需达到石化柴油相应的《轻柴油》（GB252-2000）技术要求指标。
一、第一代生物柴油发展现状及酯交换法工艺存在的问题
各种动植物油、草本植物油、木本植物油、动物油、废弃油脂（如地沟油、泔水油）、藻油等都可用来加工生物柴油。
生产生物柴油主要采用动植物脂类的可再生资源，能够通过各种催化和化学方法转化为适宜碳链长度的可再生液体燃料。目前利用油脂制备液体燃料的主要方法是酯交换法，经过多年的发展，酯交换法已形成比较完备的技术体系，在欧美国家主要以大豆油、菜籽油生产生物柴油，生产工艺相对成熟，产品质量稳定，已部分进入石油市场弥补石化柴油的不足。
我国不同于欧美国家，我国人多地少的国情，决定了生物柴油原料的发展应遵循“不与人争粮，不与粮争地”的原则，利用非粮作物和林木质物质生产生物质液体燃料。近期主要利用回收的废油脂生产生物柴油，目前已经形成产业，我国每年产废油脂的数量是巨大的，利用大中城市回收的废油及餐饮废油制备生物柴油，以此废油作原料可以降低生物柴油生产成本；又是综合利用工业废油及其他废油，使废物资源达到经济与环保的目的。
发展生物柴油产业可以增加一条由可再生资源生产清洁柴油的渠道，但是其瓶颈问题是产品的质量和价格，不能参与石油市场竞争，与石化柴油缺乏竞争力。所以积极开发降低生产成本，提高油品品质的研究，采用廉价的原料，通过技术创新、生产工艺进一步优化、改进、提高产物综合利用值，以获取低成本、高质量的生物柴油，是我国生物柴油生产技术的发展趋势。生物柴油生产工艺及采用原料可导致生物柴油生产成本有较大差异，在一定程度上限制了生物柴油技术的推广及应用，因此在制备工艺及配套装置上，着重研究适合各种不同的原料，特别是对于游离脂肪酸含量较高的油脂，如各种餐饮废油、地沟油、酸化油等，不能直接通过酯交换反应制备生物柴油而开发出比较适宜的技术先进适用和经济有利合理的工艺路线，不但能够增加新建生物柴油企业的经济效益，还能够推动生物柴油产业的大力发展，普及应用。
目前动植物油脂通过酯交换法制备的脂肪酸甲酯，即第一代生物柴油存有原料利用品种单一、工艺复杂、设备繁多、反应过程使用过量甲醇，后续工艺必须有相应的甲醇回收装置；能耗高、色泽深；油脂原料中的游离脂肪酸及水严重影响生物柴油的收率及品质；油脂中的不饱和脂肪酸在高温下容易变质，酯化产物难以回收；成本高，生产过程有废碱液、废酸液排放造成环境二次污染等问题。常规工艺制备的脂肪酸甲酯，由于自身性质决定的缺陷在实际应用中还存在一定的问题：如①低温流动性差，冷凝、冷滤点较高，不能在气候寒冷地区及冬季使用；②分子结构中含有氧官能团造成热值较低，通常比石化柴油低9%13%；③黏度较高，为5-10mm/s-1，在柴油中输送困难，使其供油不充分；④密度较高，为0.87-0.90cm3/g，易造成不完全燃烧；⑤储存稳定性差，容易发生氧化变质等问题。又因动植物油脂资源少、价格高，制约了生物柴油的实际应用及产业化的大力发展。
天津市迪创生物能源科技有限公司研发的“环保型提炼清洁液体燃料真空催化改质装置”是具有自主知识产权的生产第二代生物柴油的技术装置，解决了上述的这些问题。
二、第二代生物柴油转化机理
从总体来看，通过第一代酯交换工艺生产的脂肪酸甲酯，其对原料油品的要求较高，同时副产甘油，加大了产品分离的提纯难度，增加了生产成本，又由于第一代生物柴油在使用过程中的弊端，研究者们通过第一代生物柴油进行加氢脱氧，异构化反应，得到类似柴油的烷烃，形成了第二代生物柴油。与第一代生物柴油相比，第二代生物柴油具有优异的调和性质和低温流动性等特点，适用范围更广泛。国外已开始逐渐进入工业应用阶段，为生产超清洁柴油奠定了基础。在我国只停留在试验研究阶段，迄今为止还尚未有进入工业化生产的企业，第二代生物柴油是未来生物柴油的主要发展方向。
动植物油脂作为可再生资源，由于其结构特点中含有与柴油相似的脂肪酸长碳链，使其作为石油资源的替代品成为可能。
废油脂的主要成分还是动植物油的成分，动植物油中所含的脂肪酸（无论是饱和或不饱和）绝大部分为偶碳直链的，主要脂肪酸有C12、C14、C16、C18、C20和C22等几种，其他的脂肪酸含量很少，这些脂肪酸链长度与柴油碳数非常接近，这也是作为生物柴油的重要依据，而长碳链在高温条件下会发生分解、断链、产生小分子烃类。动植物油脂通过热裂解、催化裂解和催化加氢可得到烃类产物，能有效地利用油脂结构的特点，作为石化原料的补充，生产小分子的烃类等有机化工原料，或转化为新型燃料——生物柴油。这为废弃油脂的资源化利用又开拓了新的途径。
催化加氢裂解的过程是石油化工行业常用的工艺过程，对提高原料的加工深度，合理利用石油资源、改善油品质量，提高轻油收率等具有重要意义。第二代生物柴油利用催化裂解技术进行加氢处理，从而得到与柴油相似的烷烃。
动植物油脂的主要成分是脂肪酸甘油酯，在催化加氢条件下，甘油三酯、单甘酯及羧酸在内的中间产物，经加氢脱羧基、加氢脱羰基、加氢脱氧反应生成正构烷烃的最终产物是C12-C24正构烷烃，副产包括丙烷、水和CO、CO2。由于正构烷烃的熔点较高，使得所制备的生物柴油的浊点偏高，低温流动性差，再通过加氢异构化反应，将部分或全部正构烷烃转化为异构烷烃，从而提高其低温使用性能。
催化加氢裂解是指在高温、高压、有氢气存在的条件下进行加氢裂化，催化加氢裂解能够得到高品质的燃料油，其燃油性能甚至超过常规的石化柴油，但是加氢过程使用高热值氢气，自身就是高热值燃料，将其转化不可燃烧的水，不仅操作成本高，也是一种资源的浪费。目前在我国经济上可行制备生物柴油的主要原料是高酸价油脂、废弃动植物油脂，分布相对分散，原材料集中相对困难，而且设备投资大，比较适宜石化炼油企业大规模生产。因此该法在我国近期还不太适用，高温、高压、催化剂昂贵，不适宜中小型规模的企业采用。
三、供氢催化裂解改质工艺生产第二代生物柴油技术的先进性
催化加氢裂解是一种有应用前景的油脂转化燃料油技术，即生产第二代生物柴油的技术。是将生物油脂通过供氢催化裂解改质制备生物液体清洁燃料，是开发生物柴油替代燃料的又一条途径，是一种新能源的生产方式，与目前第一代生物柴油的酯交换法制备工艺相比较有其独有的优势。
根据中华人民共和国第200920151218.8专利，名称“环保型提炼清洁液体燃料真空催化改质装置”的实用新型专利技术，授权公告日：2010年1月27日，生产第二代生物柴油。该项专利技术被国家知识产权局评为“2011年度10项优秀专利”。
该装置是应用第二代生物柴油的转化技术提高油品质量的装置，克服了第一代生物柴油现有技术存在的生产成本高、工艺过程复杂，对环境造成二次污染的缺点；又因动植物油资源少、价格高，制约生物柴油的实际应用及产业化的大力发展。而第二代生物柴油研究的重点是扩大油脂资源和其他可利用资源的应用范围，根据原料的性质，提炼清洁液体燃料真空催化改质的转化方法和提高生物柴油油品品质的技术。
该装置是采用先进的催化裂解技术，将裂解釜中液相悬浮床流态化与精馏塔固定床催化改质提炼燃油耦合同一装置体系，将二步联产法工艺改为一步分流法，简化工艺流程，减少中间环节，有利于节能和节省设备投资；采用催化裂解、改性提质、技术先进适用，经济有利合理，从而获得符合国标的高品质清洁液体燃料。催化加氢脱氧，降低生物柴油的氧含量，提高其能量密度；加氢异构化，提高油品低温性能，同时保持高十六烷值、辛烷值，避免了传统工艺酯交换法的缺点。
采用供氢催化裂解改质是运用本装置的核心技术，是第二代生物柴油新的一种转化方式。本项目的供氢催化裂解技术不同于高温热裂解、催化裂解和催化加氢，有自己独有的优势。其特点是：在废油脂中加入一定量的具有供氢效果的化合物，也能起到氢气存在的同样效果，这些化合物能在热反应过程中提供活性氢自由基，有目的地抑制自由基缩合，从而提高裂化反应的苛刻度，增加中间馏分油产量。供氢催化裂解是在常规裂化工艺基础上加入具有供氢效果的溶剂，使反应过程中液体供氢剂释放出的活性氢与生物油脂热解过程中产生的自由基结合生成稳定具有协同效应的低分子，从而抑制自由基的缩合，可提高热裂解反应的速率，防止结焦，增加轻馏分汽油和中间柴油馏分的收率。
塑料是碳氢化合物，塑料裂解油中含有大量氢原子，H/C原子比相对较高，加热时挥发分也比较高，为了获得廉价的氢气，废塑油、橡胶油与废油脂加热共熔裂解，富有优势互补的协同效应，富含氢的塑胶中含氢基团在反应过程中会向动植物油裂解产物进行加氢转移，塑胶裂解油在油脂裂解中起着供氢作用，是主要的供氢者，油脂中的含氧化合物最容易加氢脱氧，很快反应生成烃和水，同时伴随脱羧基、脱羰基、异构化反应实现加氢裂解，使动植物油裂解为柴油，少量汽油馏分，具有很高的十六烷值、辛烷值和较低的硫含量和芳烃，可单独使用或与柴油任一比例掺合使用，是一种优质的石化燃料的替代品。该技术已在天津中试装置进行中试，其产品能达到国标要求指标，技术成熟。由于利用垃圾中的废料为原料，原料易得且价廉，既减少对环境的污染，又能获得可利用的丰富资源，生产成本较低，有巨大的经济效益和环境效益，目前在石油燃料市场竞争中有很强的竞争力。
供氢催化裂解工艺与酯交换工艺技术对比其先进性是：
1 用于制备生物柴油的原料：酯交换工艺对其原料中游离脂肪酸的质量分数要求最为苛刻，无论任何油脂都要进行脱酸、脱胶处理；供氢催化裂解工艺对原料中的游离脂肪酸要求最低，大部分油脂不需要脱酸、脱胶就可作原料使用，从而减少了脱酸、脱胶质对油的损耗，扩大了对原料的使用范围，更加适合我国生物柴油原料来源广、适用性强、性质不稳定和游离脂肪酸质量分数高的现状。该法具有很好的工业前景。
2 酯交换工艺合成的脂肪酸甲酯中含有氧和各种杂质，同时由于脂肪酸甲酯在化学组成方面不同于石化柴油，不能长期储存，在其与油接触时会使油污染，酯交换工艺合成的脂肪酸甲酯虽然低硫、低芳烃，符合其清洁柴油发展方向，但其比重大、热值低、稳定性差，不能扩大柴油产量和清洁油品升级换代，只能低比例与石化柴油混合使用，从而限制在石化柴油中的大量应用；而供氢催化裂解工艺制备的生物柴油低硫、低芳烃，符合清洁柴油发展方向，同时产品的比重小、热值高、稳定性好、低温性能好，可适应多种环境条件，全年都可使用，即使在-20摄氏度以下气温极低地区也能够使用。因此，供氢催化裂解工艺不仅成为生物柴油发展的主要方向，而且也是为将来石化柴油提供升级换代的途径。
3 供氢催化裂解法与酯交换法制备生物柴油相比，催化裂解的产物组成发生了根本变化，通常得到的是烷烃、烯烃、羰基化合物、脂肪酸的混合物，由于这些化合物的物化性质与柴油十分接近，发热值、黏度、密度、闪点、馏程等主要指标都能达到国标无铅汽油和轻柴油相应的指标要求。
4 供氢催化裂解工艺不需要对原料进行脱酸、脱胶质等预处理步骤，没有副产物甘油和甲醇回收的问题，只存在裂化一道工序，工艺设备简单，生产用工、设备投入、原材料成本大为减少，在生产成本和燃油性能上占有优势，在现有技术及目前石油市场竞争中，在没有国家政府现行政策资金补贴的情况下仍具有很强的竞争力。
5 采用悬浮床流态化反应器、固定床塔式反应器、隔板节能精馏塔、管式加热炉及自动排渣装置系统连续化生产，副产品回收利用，无“三废”污染物排放，是一种清洁生产工艺。
四、第二代生物柴油发展前景
生物柴油作为一种可再生与环境友好的清洁燃料，将成为石油燃料油的理想替代能源。目前使用的生物柴油是常规酯交换法制备的第一代生物柴油，即以油料作物、油料植物和工程微藻等水生植物油脂、动物油脂及餐饮地沟油等为原料通过酯交换工艺生产脂肪酸甲酯（FAME），生产过程中同时副产甘油。这一技术比较成熟，已部分进入市场弥补石化柴油的不足。在第一代生物柴油的基础上，第二代生物柴油是以动植物油脂为原料通过催化加氢裂解工艺生产的非脂肪酸甲酯生物柴油。与第一代生物柴油相比，第二代生物柴油具有优异的调和性质和低温流动性能等优点，明显优于第一代脂肪酸甲酯，适用范围更加广泛，是未来生物柴油的主要发展方向。目前国外第二代生物柴油已经进入工业生产和应用阶段，为生产超低硫清洁柴油奠定基础。从目前来看，植物油作为石油替代资源的成本较高，因此植物油的开发利用受到制约。但是从长远来看，由于石油资源不断减少以及日益严格的环保要求，开发可再生的绿色替代能源是必然趋势。我国每年的废食用油和其他碳氢废油的资源十分丰富，这也比大豆油、菜籽油便宜很多，利用废弃动植物油脂和碳氢废油生产第二代生物柴油，清洁汽油，认真提高废油资源的综合利用，符合循环经济发展思路，不仅对于缓解燃油的紧缺局面起到了一定的补充作用，而且对于新增企业经济效益和环境效益将是巨大的。
据测算，该项目投资500万元即可投产。按全年生产生物柴油产品10000吨，所需原料为12500吨，料油市场价格按其平均价格4800元/吨计算，年净利润总额可达1211.90万元，投资利税率可达21.78%，投资回收期为半年。另外，本项目有较强的抗风险能力。正常生产年份以生产能力利用率表示的盈亏平衡点为12.86%。计算表明，当项目正常生产年份的生产能力利用率达12.86%时，可不亏不盈，即当年生产第二代生物柴油1286吨，即可保本。发明人冯善茂表示，他本人以及他所在单位愿意向广大企业和个人提供技术合作与咨询。
五、联手共创，打造生物柴油低碳时代
第二代生物柴油的发明人冯善茂及他的研发单位天津市迪创生物能源科技有限公司是拥有可再生生物质能源自主知识产权的科技型企业，从20世纪90年代初就从事可再生能源生物液体燃料的研究，不用国家一分钱，将自己的经济收入全部投入到科学研究工作中，在坚持不懈的努力下，取得多项发明成果，在生物液体燃料中相继发明了①“环保型生产生物柴油的酯化装置”（ZL200620149130.2）、②“节能环保型生物柴油粗酯精制装置”（ZL200820136768.1）、③“环保型提炼清洁液体燃料真空催化改酯装置”（ZL200920151215.8）等，其中①、②两项专利技术在2009年第9届香港国际专利发明博览会上均荣获发明金奖；“节能环保型生物柴油粗酯精制装置”的学术论文（成果）在2010年国际交流评选活动中被评为“世界重大学术思想特等奖”；“环保型提炼清洁液体燃料真空催化改酯装置”（ZL200920151215.8），该项专利技术被国家知识产权局评为“2011年度10项优秀专利”。上述3项专利是针对现有技术存在的不足，并根据国内、国外比较成熟的工艺，经过多年的科学研究与实验而研制开发出具有节能环保、产业延伸、生产链接的生物柴油配套技术与装置。根据当前我国能源的紧缺状况，燃料油品的市场需求及用户生产者的要求，生物柴油升级换代的第二代生物柴油应运而生，为了使生物柴油新兴产业持续发展，实施产、学、研结合，天津市迪创生物能源科技有限公司与山东潍坊春泉环保设备有限公司已签订长期合作合同，建立“资源综合利用科研实验基地”，加快生物质燃料的研发与设备开发，加快适用技术的专利转化，使生物柴油新兴产业健康稳步发展。充分发挥山东潍坊春泉环保设备有限公司制造压力容器与设备的专有技术与优势，专业生产生物柴油与生物质炼化的专用设备。中国首套第二代生物柴油的全整套的中试炼化设备，在山东潍坊春泉环保设备有限公司投资、加工落成，已于今年5月试车投产，这标志我国第二代生物柴油生产技术开发成功，首套装置在山东落成投产。
该装置，采用供氢催化、裂解改质生产低凝生物柴油的工艺，装置适用范围广泛，既可用植物油、动物油又可用废弃油脂、废机油、废塑料油及石化炼厂的废料，经过裂解改质后都可转化为替代石油的燃料油品。
篇10
“绿色航空”势在必行
航空界对替代能源的渴求，从未像现在这样强烈过。从莱特兄弟发明飞机以来，飞机就与石油消耗如影随形般联系在一起，并因此成为“高碳”俱乐部重要成员之一。国际权威数据显示，当前全球航空运输业每年消耗15亿17亿桶航空煤油，2008年全球航空运输业排放的二氧化碳高达6.77亿吨，尽管仅占全球总排放量的2％。但是由于高空飞行的飞机直接将二氧化碳排放在1万米左右的平流层，所产生的实际温室影响要比地面排放大4倍左右，对全球变暖的影响更直接、更明显。此外，飞机在飞行过程中还排放出大量氮氧化物、水蒸气，都对全球变暖有重要影响。
从上世纪70年代以来，尽管由机和引擎技术的不断提高，飞机发动机的燃烧效率在过去40年已经提高了70％，但这些进步被同一时期航空业的快速发展所抵消。飞机绝对排放量不仅没有下降，反而还在迅速上升。根据欧盟的统计，欧盟境内二氧化碳排放在20世纪90年代整体下降5.5％，而其成员国国际航空温室气体的排放在这段时间增加73％，且预计到2012年将增加150％。与此同时，石油等不可再生石化能源资源的日趋枯竭，进一步给航空运输业未来的可持续发展蒙上了一层阴影。
面对能源危机和气候变化的双重挑战，仅凭飞机燃烧效率和航空公司营运效率的提高，无法确保能源的可持续，也无法从根本上实现碳减排。寻找新的替代能源，实现更绿色的飞行，成为航空运输业的当务之急。由行器自身原因和安全因素，风能、水利、核燃料和太阳能等可替代能源目前均不能满足航空业的需要，可再生的生物能源成为最佳的替代选择。
古老能源的新生
生物能源，是指从生物质得到的能源，它是通过植物光合作用，将二氧化碳转化为其它形态的含碳化合物，这些物质通过燃烧可以释放能量。因此，生物能源的形成实质是生物质同化、固定阳光能和大气中二氧化碳的结果。生物质具体的种类很多，植物类中最主要也是我们经常见到的有木本植物、农作物(秸秆、稻草、谷壳等)、杂草、藻类等。非植物类中主要有动物粪便、动物尸体、废水中的有机成分、垃圾中的有机成分等。
从能量的形成过程来讲，生物能源与化石能源在本质是一样的，二者的内部结构和特性也相似，可以采用相同或相近的技术进行处理和利用。不同的是，地球上的化石能源是自然生态系统经过几十亿年的漫长进化，才将巨量的碳通过光合作用以化石能源的方式固化封存于地下，从而使大气中的二氧化碳的浓度降到适合人类生存。但近几百年来，煤炭、石油等化石能源的大规模开发，使这些封存的碳被集中、快速地释放出来。如同打开了“潘多拉魔盒”，必然极大破坏生态平衡。生物燃料尽管在燃烧释放能量的同时也会释放二氧化碳，但它在成长过程中会从大气中吸收等量的二氧化碳，形成一个良性循环，理论上二氧化碳的净排放为零，能够实现“碳中性”。此外，生物能源是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，地球每年通过光合作用可生产1400-1800亿吨生物质，其中蕴含的能量相当于全世界能耗总量的10-20倍。
生物燃料是人类最早利用的能源。古人钻木取火、伐薪烧炭，实际上就是在使用生物能源。但是通过生物质直接燃烧获得能量是低效而不经济的。化石能源的大规模使用，使生物燃料受到冷落。从上世纪70年代以来，日益显露的环境问题让人类的目光再次投向生物能源，随着生物燃料转化技术的不断发展，古老的能源获得了新生机。
到目前为止，生物燃料的发展已经历了三个阶段。第一代生物燃料主要是以玉米、甘蔗、大豆和蓖麻等粮食作物和油料作物为原料，因其存在“与民争食”的特点而饱受非议，同时还面临原料供给的瓶颈，目前已逐步被以麦秆、草和木材等农林废弃物和贫瘠土地上生长的木本植物作为原料的第二代生物燃料和以微藻为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粮食，不造成污染，节约大量耕地和水，发展前景被业界普遍看好，因此也被称为可持续性生物燃料。目前，生物燃料已成为人类可再生能源最重要的组成部分，约占全球可再生能源消费的74％左右。
助飞航空业的绿色能源
由于民航客机要在1万米之上高空飞行，其发动机必须适应高空缺氧、气温气压较低的恶劣环境。因而要求航空煤油有较好的低温性、安定性、蒸发性、性以及无腐蚀性、不易起静电及着火危险性小等特点。目前适用于航空业的生物燃料主要是麻风树、亚麻荠、微藻和盐土植物。其中最具代表性的是麻风树和微藻。
麻风树是一种广泛分布于亚热带及干热河谷地区的热带常绿树或大型灌木，其果实称为小桐子，果实的含油率35％至41％，野生麻风树果实的最高含油量约为60％。在我国，野生麻风树主要分布于两广、琼、云、贵、川等地。麻风树生长迅速，生命力强，在部分地方可以形成连片的森林群落。3年可挂果投产，5年进入盛果期。麻风树的干果产量为300-800公斤／亩，平均产量约660公斤／亩，果实采摘期长达50年，每3.5吨小桐子可提炼出约1吨生物柴油，经过进一步精炼之后，可生成约0.15吨航空煤油。
藻类是最原始的生物之一，按大小通常分为大藻(海带、紫菜等)和微藻(直径小于1mm单细胞或丝状体)。其中用于制备生物燃料的是微藻。利用微藻发展生物能源有许多其它陆地植物不具备的优势。第一，生长环境要求简单。微藻几乎能适应各种生长环境。不管是海水、淡水、工业污废水、荒芜的滩涂盐碱地、废弃的沼泽、鱼塘，甚至下水道都可以种植微藻。第二，微藻产量非常高。一般陆地能源植物一年只能收获一到两季，而微藻几天就可收获一代，微藻单位面积的产率高出高等植物数十倍。第三，产油率极高。脂类含量比其它油料作物如玉米、油菜、麻风树等要高很多，一般含有30％-50％左右脂类，有的甚至高达80％。第四，利于环境保护。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。微藻现今被看作是最有前景的生物燃料来源，被称为下一个“能源巨人”。
由麻风树和微藻所生成的生物煤油由于具备良好的燃料性能，能与化石燃料兼容，又可直接应用于传统发动机；与现有飞机的兼容性非常好，既能和传统的航空煤油混合， 也可完全代替传统的航空煤油，直接为飞机提供能量。此外，它比传统航空燃料的凝结点更低，燃料的每加仑能量值更高。燃烧过程中二氧化硫、氮氧化合物、碳氢化合物的排放较少，造成空气污染和酸雨现象会明显降低。由于生物燃料在运输和制造过程中会有一定的碳排放，绝对的碳中性是不存在的。不过即使考虑到这些因素，与石油燃料相比，生物燃料依然能够实现60％-80％的碳减排。
绿色飞行不再遥远
正是由于生物燃料对航空业未来发展的革命性效应，近年来，包括飞机制造商、航空公司、发动机生产商在内的航空产业链成员们以及能源和学术界领导者间的通力合作，加快了生物燃料的开发与应用的推进步伐。
自2008年2月24日波音公司与维珍航空合作完成了人类历史上首次采用添加50％生物燃料的混合燃油为动力的飞行试验以来，新西兰航空、法航、日航、美国大陆航空公司等多家航空公司先后进行了一系列类似生物燃料的试飞，证明了使用可持续性生物燃料与煤油的混合燃料的技术可行性。2010年6月，空中客车公司成功完成了以微藻为原料的纯生物燃料飞行，表明生物燃料完全可以独立为飞机的飞行提供能量。按照国际航协的计划，在完成相关安全性测试和认证后，生物燃料在2012年开始正式进入商用领域，到2020年生物燃料占航空燃油的比例将达到15％，2030年达到30％，2040年达到50％，并希望在2050年实现整个行业总量减排50％的目标。
目前，我国航空生物燃料的试验和开发工作已全面展开。2010年5月26日，中国航空集团公司与中石油、波音公司、霍尼韦尔UOP公司合作，正式启动了中国民航可持续航空生物燃料验证试飞项目。初步确定2011年年中，国航将使用一架波音747-400飞机在不同的高度和操作环境下进行不超过2小时的飞行试验。届时，该飞机的一台发动机将按1：1的比例，加注生物燃料和传统航油混合燃油。所用燃油的原料来自中石油在中国的原料基地应用UOP公司精炼加工技术转化的航空生物燃料。这次试飞将是全球首次在一个国家完成原料种植、生物燃油提炼与混合、验证飞行的全链条验证。
中科院青岛生物能源与过程研究所和美国波音公司研发中心已签署推进藻类可持续航空生物燃料合作备忘录，将在青岛组建可持续航空生物燃料联合实验室，启动微藻航空生物燃油这一能源技术的大规模研发。预计5年左右实现关键技术重大突破，形成几千吨的规模性示范，10年左右实现产业化。
生物原料的规模化种植也已启动。根据规划，我国麻风树主要分布区为西南云贵川三省，从2006年开始利用荒山荒地大规模人工种植麻风林，目前人工种植规模已达15万公顷，占中国人工种植麻风树面积的95％以上。今后几年种植规模将进一步扩大，到2020年将有7500万亩中国的荒地用于种植麻风树，其中仅四川省就将有3000万亩荒地成为麻风树种植基地。如能完成种植目标，届时产自中国的原材料所生产的生物燃料可取代全球航空运输业现有40％的石化燃料。
从现在的实验情况来看，生物燃油应用到航空业来，技术已经不是最大困难。现阶段，航空生物燃料成本还很昂贵，约为传统航空煤油的3-4倍。但随着技术进步、工艺优化和生产规模不断扩大，成本肯定会降下来，甚至比石油燃料更低。而且，生物燃油的价格要比深受地缘政治和国际游资双重影响的石油更易控制，可以帮助航空公司控制成本，减少意外开支。可以预见，使用生物燃油作为可持续航空燃油，将成为民航业发展新趋势。
把握机遇低碳领航
我国发展生物能源的空间和潜力十分巨大。据统计，全国有4600多万公顷宜林地，还有约1亿公顷不宜发展农业的废弃土地资源，可以结合生态建设种植能源植物。我国的渤海、黄海、东海、南海，按自然疆界可达473万平方公里，盐碱地面积达1.5亿亩，可供开发的微藻资源潜力巨大。近几年，我国生物能源科研技术水平进步显著，在某些领域基本与发达国家处在相近的起跑线上。面对新能源革命的浪潮，应从战略层面高度重视，抓住机遇，顺势而上，借鉴发达国家经验，加大生物能源发展的推进力度，确保在低碳经济时代占有一席之地。
强化生物能源的战略推进。国家“十二五”能源发展规划已将生物能源发展列入七大重点能源领域。要进一步细化国家层面的协调和引导，尽快建立具体、科学的产业发展路线图。做好盐碱、沼泽、山坡、半沙漠化等不宜发展农业的废弃土地资源以及海洋、河滩等资源的生物燃料开发规划，加强对生物能源产业扶持、消费补贴或金融支持力度。选择有雄厚技术积累和资金实力的生物能源生产企业，建立产业化示范基地，增强规模化生产能力。
