求《開發(fā)乙醇燃料的利與弊》論文

【專家解說】：1、燃料乙醇的概念及開發(fā)的意義 1. 1 燃料乙醇的概念 燃料乙醇也稱生物燃料、燃料酒精、汽油醇、乙醇汽油等。將乙醇進(jìn)一步脫水再加上適量的變性劑(汽油)后形成變性燃料乙醇。燃料乙醇產(chǎn)生于20世紀(jì)20年代，隨著石油的大規(guī)模、低成本開發(fā)，酒精因其經(jīng)濟(jì)性較差而被淘汰。石油是不可再生的能源，石油枯竭遲早要到來，為了減輕對石油的依賴，人們都在尋找可再生能源。同時，農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，造成糧食大量過剩，這一切，都使燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的重新崛起和迅速發(fā)展成為必然。近年來汽油醇的生產(chǎn)又成為煉油工業(yè)的一個方向。所謂車用乙醇汽油，就是把變性燃料乙醇和汽油以一定比例混配，形成一種新型混合燃料(國際上稱汽油醇，商品名GASOHOL ) [ 1 ] 。我國初步確定從乙醇的體積分?jǐn)?shù)為10%起步推廣使用車用汽油醇，這樣現(xiàn)有車輛不需任何改裝，其油耗、動力基本不受影響，汽車尾氣的污染可大幅度降低，又不消耗過多的糧食。 1. 2 燃料乙醇的優(yōu)點(diǎn)及其開發(fā)意義 (1)燃料乙醇是一種良好的增氧劑，它可以增加汽油的含氧量，使其充分燃燒。目前汽油中普遍使用的增氧劑是MTBE (甲基叔丁基醚) ，它能提高汽油的含氧量，使其燃燒更完全，可減少向大氣中排放一氧化碳。但是，由于MTBE會對地下水造成嚴(yán)重的污染，而且其生產(chǎn)難度比較大，因此最佳的替代品就是燃料乙醇。 (2)燃料乙醇的辛烷值高，調(diào)和辛烷值一般可以達(dá)到120左右，可以有效提高汽油的抗爆指數(shù)。它作為點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)燃料時，可以用于壓縮比較高的發(fā)動機(jī)，提高發(fā)動機(jī)的熱效率，是內(nèi)燃機(jī)最有希望的代用燃料。 (3)有利于環(huán)境的改善。使用車用乙醇汽油，可以使汽車尾氣的污染水平平均降低30%以上。其中一氧化碳排放下降30. 8%，揮發(fā)性烴類化合物排放下降13. 4% ，二氧化碳的排放量降低27%[ 2 ] ，此外還可減少其他有害物質(zhì)的排放。 (4)纖維素是地球上最豐富的有機(jī)資源之一，它是一種可以再生的資源，每年僅陸生植物就可以產(chǎn)生纖維素約500億t。纖維素還是最主要的生物質(zhì)資源，它占地球生物質(zhì)總量的60%～80%。纖維素類資源，如秸稈、蔗渣及森林工業(yè)副產(chǎn)品等具有來源豐富、品種多、再生時間短等優(yōu)點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年可生產(chǎn)生物質(zhì)2200億t，相當(dāng)于目前世界能源消耗的3～8倍。我國的纖維素原料非常豐富，僅農(nóng)作物秸稈、皮殼一項(xiàng)，每年產(chǎn)量就達(dá)7億多t，其中玉米秸(35% )、小麥秸(21% )和稻草(19% )是我國的三大秸稈，林業(yè)副產(chǎn)品、城市垃圾和工業(yè)廢物數(shù)量也很可觀。因此，以纖維素降解發(fā)酵生產(chǎn)乙醇具有巨大的潛力，同時可以減輕農(nóng)林廢棄物(麥草、玉米秸稈、玉米芯、大豆渣、甘蔗渣等) 、工業(yè)廢棄物(制漿和造紙廠的纖維渣、鋸末等) 、城市廢棄物(廢紙、包裝紙等)及林業(yè)廢棄物對環(huán)境造成的壓力，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。 2、燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)的研究現(xiàn)狀 按生產(chǎn)原料的不同，燃料乙醇的生產(chǎn)可以分為兩大類：一是以玉米等淀粉類和甘蔗汁、砂糖等糖蜜類物質(zhì)為主要原料； 另一類則是以農(nóng)業(yè)廢棄物(秸稈、玉米芯、大豆渣、甘蔗渣等) 、工業(yè)廢棄物(制漿造紙的纖維渣、鋸末等) 、城市廢棄物(廢紙、包裝紙等)及林業(yè)廢棄物等纖維素含量較高的物質(zhì)為發(fā)酵原料。 2. 1 以淀粉類和糖蜜類物質(zhì)為原料的生產(chǎn)技術(shù) 以玉米為例，其生產(chǎn)過程包括：玉米預(yù)處理(粉碎) 、脫胚制漿、液化、糖化、發(fā)酵、蒸餾、脫水和變性。 2. 2 以纖維素類物質(zhì)為原料的生產(chǎn)技術(shù) 纖維類物質(zhì)(秸稈、蔗渣、木材等)主要有三種組成成分：纖維素，約占干重的45%；半纖維素，占干重的30%；木質(zhì)素，占干重的25%。以纖維素為原料發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇，首先將纖維素進(jìn)行酸解和堿解或酶解預(yù)處理，釋放出的葡萄糖可進(jìn)入乙醇發(fā)酵途徑。產(chǎn)纖維素酶的微生物有真菌、酵母菌和細(xì)菌。 3、燃料乙醇發(fā)展過程中存在的問題 目前燃料乙醇生產(chǎn)中存在的最大問題是降低成本。據(jù)報(bào)道，以玉米為原料生產(chǎn)燃料乙醇，其綜合成本是3897元/ t，其中原料費(fèi)用是3047 元/t，即原料的成本占綜合成本的78. 19%。當(dāng)原料玉米的價格上升時，其他費(fèi)用的成本不會隨玉米價格的變化而變化，這時整個燃料乙醇的生產(chǎn)成本就會大幅度上升。國內(nèi)乙醇的價格長期高于汽油的價格。美國乙醇的生產(chǎn)成本只有2770元/t，而國內(nèi)乙醇的生產(chǎn)成本為3671元/ t，相差901元/ t。因此，乙醇企業(yè)降低成本的主要途徑是提高副產(chǎn)品的綜合利用水平，如玉米生產(chǎn)乙醇后還可以生產(chǎn)淀粉、玉米色拉油、飼料、沼氣和化肥等副產(chǎn)品。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，大約3. 2 t玉米或3 t薯干可以產(chǎn)生1 t燃料乙醇，雖然很多燃料乙醇的生產(chǎn)基地都是利用陳化糧為原料，但從長遠(yuǎn)來看，為了避免燃料乙醇的耗糧對糧食市場造成沖擊，緩解農(nóng)民收入與農(nóng)作物增產(chǎn)不同步的矛盾，開發(fā)纖維素、半纖維素制取燃料乙醇的技術(shù)具有更深遠(yuǎn)的意義。 在以纖維素為原料生產(chǎn)燃料乙醇的過程中，最大的問題是原料的預(yù)處理。用酸解法進(jìn)行原料的預(yù)處理會產(chǎn)生對發(fā)酵過程有毒的物質(zhì)，同時酸的使用對生產(chǎn)設(shè)備有腐蝕作用；而其他的物理方法，如熱機(jī)械法、爆破法等，對機(jī)器的磨損和耗能較嚴(yán)重；用酶解法也存在葡萄糖和產(chǎn)物乙醇對纖維素酶的反饋抑制以及纖維素酶自身成本太高(約13. 2美分/L)等問題。所以，開發(fā)高效、低成本的預(yù)處理技術(shù)和培育篩選能將纖維素類物質(zhì)進(jìn)行有效發(fā)酵的微生物是首要的問題。其次在生產(chǎn)工藝上，應(yīng)該把生產(chǎn)中的各個部分進(jìn)行最佳的結(jié)合，使得原料的能源轉(zhuǎn)化達(dá)到最理想的效果。如果能解決好這些問題，那么利用纖維素類原料轉(zhuǎn)化乙醇將會帶來更大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。