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生物燃料是以生物質為載體的能源,是可再生能源開發利用的重要方向,屬於生物能源。工業、農業、林業、一般家庭製造出的可生物分解的產物都可以作為原料。生物燃料被認為有污染少、可再生等優勢,受到全球各國的普遍關注。

1 生物燃料 -簡介

生物燃料生物燃料

生物燃料屬於生物能源,是以生物物質為載體的能源,是指通過生物資源生產的燃料乙醇和生物柴油,主要原料包括:糖芋、甜高粱、木薯、甘蔗、玉米、石油樹、光皮樹等,因其原料易得、污染少、可再生等優勢,被認為是可以替代由石油製取的汽油和柴油的新型能源,是可再生能源開發利用的重要方向。生物燃料蘊藏量極大,僅地球上的植物每年可生產的生物燃料量,就相當於人類每年消耗的礦物能的20倍。

由於可再生能源也被稱為清潔能源,有利於保護環境和實現可持續發展,所以受到許多國家的重視。但在實際應用中,發展生物燃料可能帶來的耕地短缺、生物多樣性減少等問題也有待解決。

2 生物燃料 -產生背景

歷史沿襲

早在發現火以來,人類就開始將生物燃料作取暖和煮飯用。當電被發現后,生物燃料被大量用作能源生產。然而石化燃料煤炭、石油、天然氣等被大量發現與其應用技術的發展,使得生物燃料在能源、交通運輸等方面的功能被世人所忽略。

液態生物燃料的應用始於早期的汽車工業。內燃機的發明者,德國的尼古拉斯·奧古斯特·奧圖,計劃用乙醇作為這項發明的燃料。柴油引擎的發明者,德國的魯道夫·迪塞爾,打算拿花生油作為它的燃料。由亨利·福特發明的T型福特,完全使用乙醇為燃料。但在賓夕法尼亞州與得克薩斯州的油田被發現后,石油變得很便宜也極易取得,於是汽車便開始改用石油或柴油。

現實需要

能源危機

生物燃料的加工過程生物燃料的加工過程

20世紀70年代石油危機以來,一些國家就開始嘗試利用生物資源生產液體燃料,以減少對石油進口的依賴。隨著全球石油價格的持續上漲以及能源的短缺,生物燃料得到了進一步的重視。相比石油的短缺和價格的不斷增長,甜高粱、木薯、甘蔗等生物燃料的原料更加普遍和廉價。人類希望能以新的燃料形式應對逐漸嚴重的能源危機,並採用更加廉價易得的資源發展新能源。

環境污染嚴重

從各種燃料的普遍使用到工業革命以後,水污染、大氣污染、放射性污染等環境問題相繼出現。隨著科學技術水平的發展和人類生活水平的提高,環境污染也在增加,特別是在發展中國家。 環境污染問題越來越成為世界各個國家的共同課題和必須解決的問題。人類研究生物燃料,希望能夠緩解傳統燃料帶來的環境污染問題。

3 生物燃料 -來源

傳統來源

專門培植為生物質燃料原料的作物,有主要在美國出產的玉米和黃豆;主要在歐洲的亞麻籽和油菜籽;巴西的甘蔗;東南亞的椰子油。

工業、農業、林業、一般家庭製造出的可生物分解的產物都可以作為原料,如稻草、麥梗、稻糠、木材、糞便、廢水和廚餘等。這些原料經由無氧消化轉換為生化氣體。製成燃料的生物質,其原料常常是一些未被充分使用的廢棄物,像稻稈與動物廢棄物。至於木材與草的品質並不直接影響能量產生的多寡。

新型來源

21世紀以來,許多科學家開始研究使用藻類或藍菌作為另一種生物質燃料的原料,以增加能源效率,減輕生物質能源可能對農產品價格的影響。 藻類原料應用的層面包括生物質柴油、甲醇、乙醇、甲烷,甚至氫燃料等。

4 生物燃料 -主要類型

乙醇生物燃料循環經濟的發展模式乙醇生物燃料循環經濟的發展模式

生物柴油

棕桐油是東南亞最豐富的自然資源之一,是發展生物柴油工業的主要原料。

生物乙醇

以木質纖維素為原料生產生物乙醇是技術開發的焦點。木質纖維素來源於農業廢棄物(如麥草、玉米秸稈、玉米芯等)、工業廢棄物(如製漿和造紙廠的纖維渣)、林業廢棄物和城市廢棄物(如廢紙、包裝紙等)。養殖藻類是另一個潛在的生物燃料原料。利用以天然氣為原料的發電廠排出的二氧化碳養殖可以轉化為生物柴油或生物乙醇的藻類。

生物丁醇

除了生物乙醇,生物丁醇也成為另一個令人關注的生物燃料。丁醇比乙醇難溶於水,能夠在煉廠進行混合,並通過管道輸送,不像乙醇必須在分銷終端進行混合。此外,丁醇比乙醇具有更高的能源密度,因此生物丁醇可以避開困擾乙醇的基礎設施問題。

5 生物燃料 -優點

原料易得

生物燃料較傳統燃料更加易得。工業、農業、林業、一般家庭製造出的可生物分解的產物都可以作為原料。且糖芋、甜高粱、木薯、甘蔗、玉米等生物燃料的原料作物在全球範圍內都普遍種植。

價格低廉

全球油價飆升,中國也受到相應影響。生物燃料由於其原料的易得性,有望成為造價低廉的新型燃料。

清潔污染少

汽車尾氣導致的空氣污染物PM2.5嚴重危害人體健康,生物燃料替代石油顯得尤為迫切。生物燃料比傳統的礦物燃料(汽油和柴油等)更高效更清潔,有利於減緩氣候變化。

可再生

相比石油等燃料的不可再生性,生物燃料由生物質組成或萃取的固體、液體或氣體燃料,可以通過作物的種植進行再生,被認為是可再生能源開發利用的重要方向。

無難聞氣味

生物燃料沒有難聞的氣味,大豆作原料的生物柴油,燃燒以後排出的廢氣有點像炸薯條的味道。有利於帶給汽車駕駛者等更舒適的體驗。

6 生物燃料 -存在問題

雖然不同的生物燃料之間存在一定差別,但不論何種生物燃料都比傳統的礦物燃料(汽油和柴油等)更高效更清潔,有利於減緩氣候變化。

生物多樣性方面
生物燃料可能帶來的問題生物燃料可能帶來的問題

大規模使用生物燃料也有可能帶來使農業及生態遭受重大影響的風險。能源作物種植滲入自然景觀這一後果顯然將導致棲息地破壞和割裂,從而直接造成生物多樣性的喪失。若生物質的種植和管理過程中採用不可持續的農業做法(如過度使用化肥可能造成土壤流失或板結),則可進一步造成生物多樣性喪失。

耕地方面

可用於能源生物質種植的土地面積是有限的,能源生物質種植可能同現有的農用土地構成競爭。聯合國在《可持續能源:決策者框架》報告指出,生物燃料的生產會通過佔用土地和其他所需資源,進而影響糧食足量供給,而且那些生產生物燃料的農作物往往需要最好的土地、大量水資源和化學肥料。

糧食生產方面

用麻瘋樹(又名桐油樹)可用於生產生物燃料,這些作物可生長在不適於糧食作物生長的荒地、幾乎不需施肥,其種子亦不可食用,對糧食生產影響更小。但有科學家認為:有些第三世界國家的農民,可能會為了賺錢,而把原本用來生產糧食作物的土地,拿來種植能源作物,其發展有減少糧食生產的危險性。

全球糧食儲備已從2010年的1.75億噸下降到目前的1億噸。另一方面,生物燃料每年卻要「吃掉」1.5億噸糧食。如果停止其生產,全球就有足夠的糧食儲備,糧價也不會暴漲。

7 生物燃料 -各國開發情況

中國

中國玉米資源比較豐富,2006年產量1.44億噸,居世界第二位,玉米秸稈年產量達6億多噸。以玉米為原料生產的燃料乙醇、玉米乙烯及其衍生物、可降解高分子材料等,成為企業開發和投資的熱點。2006年11月,中國石油集團與四川省簽訂合作開發生物質能源框架協議,雙方將以甘薯和麻瘋樹為原料發展生物質能源,「十一五」期間建成60萬噸/年燃料乙醇、10萬噸/年生物柴油項目。政府也出台相應支持發展的政策。2011年10月28日,中國國際航空公司的一架生物燃料與傳統航空煤油混合燃料客機也進行了首次試飛。

中國商飛-波音航空節能減排技術中心日前宣布啟動首個研究項目,探索使用廢棄食用油提煉可持續航空生物燃料。中國每年消耗約2900萬噸食用油,而國內航空業每年使用2000萬噸航油,因此廢棄食用油具有成為可持續航空生物燃料生產原料的潛力。

巴西

巴西是世界上最大的生物燃料(主要是甘蔗、乙醇)生產國,早在20世紀70年代就開始實施生物燃料計劃。巴西廉價的生物燃料原料,刺激了可再生能源生產,混合動力車銷量倍增。巴西國內消費和出口需求使生物燃料產量迅速增加,2010年的總產量從2005年的180億升增至260億升。 

美國

美國是世界上第二大可再生燃料生產國,從20世紀80年代開始研發,到2004年產量已達129億升。2005年通過的新的能源法案,將重點放在發展可再生燃料,規定2012年美國可再生燃料的使用量將達到284億升,相當於原來標準的兩倍。

2012年,美國玉米作物正受到50年來最嚴重旱情的巨大破壞,使國際糧食總體供應情況受到了重大影響。根據聯邦法令,歉收的玉米中,相當大一部分將被用於生產生物燃料,因而進入糧食和飼料市場的玉米就更少了。聯合國糧農組織總幹事提醒美國應停產生物燃料。

歐盟

2003年歐盟委員會通過的兩項生物燃料指令推動了歐盟發展乙醇燃料和生物柴油生產。2004年歐盟生產了5.26億升乙醇和22億升生物柴油。指令要求到2010年車用燃料部分使用可再生燃料要達到5.75%。含有生物乙醇或生物柴油的燃料,可免征燃油稅。

荷蘭皇家航空公司從2009年開始探索生物燃油替代航空煤油的可能性。2012年開始,以「地溝油」製成的生物燃料為動力的客機,已執飛阿姆斯特丹至巴黎航線和至里約熱內盧航線。航空業一些決策者認為生物燃油將帶來新的增長空間。雖然目前很少有客機使用生物燃料,但他們預計,至2020年底歐洲航空業每年將使用200萬噸生物煤油作為飛行燃料,約佔歐洲飛行燃料消耗總量的3%。

但據路透社2012年9月的報道,由於擔心作物為基礎的生物燃料與糧食生產競爭以及擔心這種生物燃料不如起初以為的那樣對環境有利,歐盟將對作物為基礎的生物燃料的使用施加限制。


加拿大

2012年10月,加拿大國家研究委員會29日報告說,加拿大研究人員首次使用純生物燃料為一架獵鷹20型民用飛機提供動力,在渥太華上空試飛成功。該委員會發表的公報說,此前飛機採用生物燃料時,一般都與傳統化石燃料混合使用,這次試飛首次使用由加拿大工業用油籽提煉的生物燃料,完全替代傳統航空油料

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