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為何英國政府會歡迎燒威士忌的汽車?
為何英國政府會歡迎燒威士忌的汽車?酒糟發(fā)酵驅(qū)動汽車是指酒糟發(fā)酵生成可再生的生物丁醇,利用與汽油性能相近的生物丁醇作為燃料驅(qū)動汽車。酒糟是生產(chǎn)飲用酒的剩余殘渣。人類可食用的糧食、薯類
酒糟發(fā)酵驅(qū)動汽車是指酒糟發(fā)酵生成可再生的生物丁醇,利用與汽油性能相近的生物丁醇作為燃料驅(qū)動汽車。酒糟是生產(chǎn)飲用酒的剩余殘渣。人類可食用的糧食、薯類等經(jīng)由發(fā)酵只有約7%轉(zhuǎn)化為乙醇,其他的都是帶酒味的廢渣,俗稱酒糟。中國五糧液、俄羅斯伏特加、英國威士忌等算得上世界名酒,都是采用糧食、薯類等發(fā)酵生產(chǎn)的。中國是個產(chǎn)酒產(chǎn)詩的國家,唐朝詩人杜甫《飲中八仙歌》寫到“李白斗酒詩百篇”。喝了酒,智商就高了,作文就好寫了,當(dāng)然是夸張的寫法,高考絕不能喝酒。
最近,英國凱爾特再生能源公司利用酒糟生產(chǎn)生物乙醇紅火,實際上利用醣類、淀粉、谷物、纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等都能生產(chǎn)生物丁醇。
英國的威士忌早就跟能源掛上鉤。泥炭是一種緩慢生成的可再生燃料,其發(fā)熱量超過12.6kJ/kg以上時,可以作為燃料。在英國蘇格蘭地區(qū),泥炭被大量用于制造蘇格蘭威士忌酒的過程中,作為烘烤已發(fā)芽大麥所需的燃料來源。使用泥炭烘干的大麥具有獨(dú)特的煙熏味,已經(jīng)變成蘇格蘭威士忌酒的風(fēng)味特色,稱為“泥炭度(Peatiness)”。
凱爾特再生能源公司工作區(qū)
制酒過程產(chǎn)生的的酒糟廢料數(shù)量巨大,除了把豬牛吃得爛醉以外,還有一種利用方式是生產(chǎn)生物丁醇,將低價值的廢物轉(zhuǎn)化為可持續(xù)發(fā)展的高價值燃料。
大家都知道,生物甲醇(methanol fuel)、生物乙醇(bio-ethanol)是替代汽油的可持續(xù)發(fā)展的燃料,生物丁醇卻是第二代生物燃料,更上檔次。
生物丁醇特性
生物丁醇(biobutanol),或稱“丁醇燃料(butanol fuel)”。生物丁醇比乙醇的含能量高,蒸汽壓力低,不溶于水。它與乙醇不同的是,丁醇可以完全取代汽油,而且單位丁醇燃燒釋放的能量比同等量乙醇釋放的能量高。丁醇可按高比例與汽油進(jìn)行混合作為燃料,而不需要對汽車進(jìn)行改裝。丁醇的低蒸汽壓力和疏水性,使得丁醇的運(yùn)輸依靠現(xiàn)有的汽油輸送管道及分銷渠道成為可能,這樣就不需要額外建設(shè)混合設(shè)施、存儲罐以及零售管道。環(huán)境效益顯著,能減低溫室氣體的環(huán)境排放,并不影響食品供應(yīng)。
生物丁醇的含能量接近汽油(乙醇只有汽油的61%)。與乙醇燃料相比,可多走30%的路程。
由生物質(zhì)制取的生物醇類作為燃料的性質(zhì),包括生物汽油、生物丁醇、生物乙醇。生物醇類作為燃料的性質(zhì)見表。
生物丁醇發(fā)展
最早采用微生物發(fā)酵生產(chǎn)丁醇是在1861年由路易·巴斯德( Louis Pasteur,1822~1895年)進(jìn)行的。1905年沙丁爾(F.Schardinger)發(fā)現(xiàn)丙酮也可以按同樣的方法生產(chǎn)。1911年費(fèi)巴齊(Fernbach)研究使用馬鈴薯淀粉作為原料生產(chǎn)丁醇。開發(fā)ABE(丙酮-丁醇-乙醇,即aceton、n-butanol 和ethanol的縮寫)工業(yè)發(fā)酵始于1916年,由魏茨曼采用丙酮丁醇梭桿菌(Clostridium acetobutylicum,也稱為“魏茨曼微生物(Weizmann Organism)”)實施生物質(zhì)發(fā)酵,并申請了美國專利。
為了使ABE發(fā)酵盈利,就地開發(fā)了許多產(chǎn)品回收系統(tǒng)。這些包括氣提、滲透蒸發(fā)、膜萃取、吸附、反滲透。然而此時并沒有實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。對于氣提工藝,常用氣體是發(fā)酵本身產(chǎn)生的含有二氧化碳和氫的排出氣。
在二戰(zhàn)后,與石油生產(chǎn)的溶劑相比,ABE發(fā)酵基本上無利可圖。 20世紀(jì)50年代美國許多丁醇商業(yè)性生產(chǎn)的原料來自化石燃料。常用的工藝是用丙烯,經(jīng)過加氫甲?;磻?yīng)生成丁醛,然后用氫還原為正丁醇和異丁醇。叔丁醇是由氧化丙烯生產(chǎn)的副產(chǎn)品—異丁烷衍生的。這類丁醇稱為“石油丁醇”。因此,許多ABE發(fā)酵工廠已不再運(yùn)行了。在20世紀(jì)50~60年代,ABE發(fā)酵已被石油化工所取代。由于原料成本不同,ABE發(fā)酵在南非仍然可行,直到1983年關(guān)閉,但隨著油價上漲和環(huán)境保護(hù)的要求,局勢又開始發(fā)生變化。
生物丁醇生產(chǎn)路線和用途
由生物質(zhì)生產(chǎn)生物丁醇有兩條基本路線:發(fā)酵和熱化學(xué)轉(zhuǎn)化。
?、?生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)生物丁醇。生物質(zhì)包括醣類、淀粉、谷物、纖維素、半纖維素和木質(zhì)素,通過各種不同的處理方法,最終都經(jīng)由ABE發(fā)酵生成丙酮、丁醇和乙醇。
⑵ 生物質(zhì)熱化學(xué)加工生產(chǎn)生物丁醇。醣類、淀粉和谷類都不是最好的熱解原料。因此,只有采用纖維素、半纖維素和木質(zhì)素通過生物質(zhì)熱化學(xué)加工生產(chǎn)丁醇及其他醇類。該法沒有厭氧消化和分離的步驟,而且原料為非糧食生物質(zhì)。
生物丁醇的主要用途:
⑴ 生物丁醇作為生物燃料。生物丁醇的含能量接近汽油,其物理性能優(yōu)于乙醇,將是一個更好的替代能源。
?、?生物丁醇作為有機(jī)化工原料。丁醇是一種重要的有機(jī)化工原料,用途非常廣泛,主要用于生產(chǎn)鄰苯二甲酸正丁酯、脂肪二元酸和磷酸丁酯、丙烯酸丁酯及醋酸丁酯等;經(jīng)過氧化生產(chǎn)丁醛或丁酸;用作油脂、醫(yī)藥和香料的提取溶劑以及醇酸樹脂的添加劑等:用作有機(jī)染料和印刷油墨的溶劑、脫蠟劑。
生物丁醇發(fā)展前途
生物丁醇是生物燃料的一種,使用生物丁醇不會增加大氣中的二氧化碳含量,與環(huán)境和諧,但是丁醇燃料能否工業(yè)化生產(chǎn)取決于原油價格。
由于石油價格上漲和人們對環(huán)境的日益關(guān)注已經(jīng)導(dǎo)致了ABE工業(yè)發(fā)酵的復(fù)興,并致力于提高生物丁醇的產(chǎn)量。在經(jīng)濟(jì)上,當(dāng)每桶原油超過80美元時,丁醇燃料便有利可圖。
近年來,原油價格暴跌,生產(chǎn)丁醇燃料無利可圖,但是不管是否有利可圖,研究工作都在進(jìn)行,最近紅火的是,英國有個凱爾特再生能源公司每年都副產(chǎn)幾十萬噸的廢棄薏米仁以及數(shù)十億公升的液體殘渣,即酒糟。英國政府已經(jīng)投資 1100 萬英鎊幫助開發(fā)利用威士忌副產(chǎn)酒糟采用魏茨曼發(fā)酵技術(shù)(Weizmann fermentation process)生產(chǎn)汽車燃油。
全球能源從化石燃料朝著清潔能源發(fā)展,其中生物燃料占據(jù)重要地位。2014年已達(dá)70 792 000噸油當(dāng)量,比2013年增長7.4%。中國較為后進(jìn),只占全球總量的3%,低于美國、巴西、德國、阿根廷、印度尼西亞和法國,居世界第七位。在全球生物燃料產(chǎn)量中,生物柴油和生物乙醇占主導(dǎo)地位,生物丁醇極少。生物丁醇生產(chǎn)的特點(diǎn)是采用了丙酮丁醇梭桿菌,使其產(chǎn)物性能接近汽油。顯然,生物丁醇是可再生的生物燃料發(fā)展的方向。目前,原油價格暴跌是暫時現(xiàn)象,總會反彈的,因此,研究者仍然不辭勞苦的研究減低生產(chǎn)成本的方法。(【無所不能專欄作家,龐名立,曾在中國計量科學(xué)院(北京)和中石油(四川)工作。著有多本石油和天然氣書籍?!浚?/p>
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