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生物能源或將進入“藻時代”

2012-02-07 10:50:03 中國科學報   作者: 劉丹  

一個新的現象是:集聚在各種能源論壇的全球各大石油公司的代表,對各國政府加速開發以藻類為代表的第三代生物能源,非但不反對、不反感,反而懷有極大的興趣。他們不放過每一個出席有關下一代生物能源的研討會的機會,他們在會上提出的問題比記者提出的還要多,他們所代表的世界著名石油公司、大多支持甚至投資參與藻類能源的研發項目。

如果說石油是“黑色金子”,那么水藻則是“綠色鉆石”。海藻油的出現,著實讓一直不溫不火的生物能源產業又火了一把。

從纖維素到海藻

海藻、芒草、玉米、木薯、秸稈、柳枝,還有各式各樣稀奇古怪的植物,在生物學家眼中,幾乎和“黑金”石油、煤炭沒有區別,甚至是更優的能源。

最早進入人類視野的是以玉米、甘蔗、大豆等農作物為代表的第一代生物能源。雖然技術成熟,在稅收和財政的補貼下,成本只比傳統石油略高,商業化也初具規模,但其“與糧爭地”、“餓死窮人”、“喂飽汽車”的擔心讓各國政府望而卻步。天生的缺陷讓它無法成為理想的生物能源。

中國以自己優勢的非糧能源作物甜高粱、薯類和菊芋等為原料生產乙醇燃料,被稱為1.5代生物燃料。這種非糧乙醇能避免糧食消耗,但目前其產業化程度還不高,原料成本是制約因素。

近幾年,以麻風樹為代表的木本油料作物作為第二代生物柴油開始引起關注。我國政府在西南地區已經開始大規模布局建設能源林。但其制備的成品——生物柴油也面臨成本居高不下而難以與石油競爭的局面。

不久前,纖維素進入了人類的視野,科學家既可以利用現有的、被廢棄的纖維素資源,比如秸稈、林業廢棄物等,也可以規模化種植可收獲纖維素的能源植物,如芒草、柳枝等,但現實的困境依舊——成本還是太高。

二代生物能源受困于成本,還沒有進入產業化階段,全球范圍內又掀起了第三代生物能源——藻類的開發熱潮。[page]

商業化有多遠?

就在達沃斯論壇聚焦新能源議題時,美國海軍已經悄然用上了從轉基因海藻中提取的油料。

據《衛報》報道,不久前,美國海軍在一艘退役的驅逐艦上測試了2萬加侖海藻油,并在全球最大的船運公司馬士基旗下一艘9.8萬噸貨柜船上測試了由美國海軍提供的30噸海藻油,用以替代低級的船用重油以及柴油燃料。兩次測試中,海藻油占7%~100%。

《衛報》稱,作為其“綠色艦隊”項目的一部分,美國海軍計劃在更多的艦船上進行海藻油測試,并打算在2020年之前將傳統油料的消耗量減少50%。

聽上去不錯的海藻油來自地球上最古老的生命形式之一——海藻。

海藻的生長不占用土地和淡水這兩大資源,只要有陽光和海水就能生長,甚至在廢水和污水中也能生長。生長速度以天計,從生長到產油只需要兩周左右,而多數能源作物需要幾個月。它的產油量也非常可觀,一畝大豆一年下來約產油300公斤,而一畝海藻至少能產油2~3噸。

不過,要想進入后石油時代,讓藻類制取的生物燃料成為暢銷產品,目前依舊需要解決許多問題。

首先是藻類品種的選擇。藻類有數千種,選到正確的種類是至關重要的。其次,藻類生長的速度極快,必須控制好種植的數量,如果太多,陽光就會不夠,造成大批死亡,而如果太少則達不到所需要的數量。即使成功收獲了水藻,還面臨著如何把油提取出來的難題。

去年,埃森克美孚公司宣布將投入3億美元用于生物燃料研發,這可能是迄今為止對生物燃料的最大一筆投入。該公司稱,如果一切進展順利,可能會再追加3億美元投資。這個大餡餅砸中的正是藻類燃料。

埃森克美孚看中的是美國合成基因公司——美國頗具傳奇色彩的生物學家和創業家克雷格.文特(J. Craig Venter)一手創立。很多公司正通過分解富含油的水藻細胞獲得油時,文特爾另辟蹊徑,成功設計出一條從另一種生物體通往實驗水藻內部的分泌途徑。現在,這些水藻可以釋放出漂浮在培養容器表面的藻類油。

文特爾認為,即便使用目前已有的技術,每英畝海藻能夠制造出的燃料已是每英畝玉米能夠制造出的燃料的10倍多。而目前所有藻類燃料公司面臨的最大挑戰都是成本。如何在單位面積內以低廉成本獲得盡可能多的藻類,降低成本,這是未來藻類燃料公司急需解決的問題。

中國的選擇

“第三代生物燃料是非常美好的愿景,至少為生物能源的未來開拓了新的思路和前景。”石元春院士告訴《中國科學報》,“第三代生物燃料,美國做得很好,中國也不錯。”

石元春一直被視為生物質能源的堅定支持派。在他看來,相對于走在前面的美國,中國并沒有落下太多。

“第三代生物燃料現階段僅僅處于實驗室階段,個別實現了小試,連中試都很困難,何況其成本相對一二代生物燃料還要更高。”石元春希望告誡許多激情難抑的科學家,“任何產品,從實驗室到工廠還有一段很長的過程——不要把技術的理想和愿景與大規模的商業化生產攪在一起。”

第三代生物能源要進入商業化生產,將比二代還要遙遠。據中國石油大學新能源研究中心傅鵬程教授估計,藻類生物柴油的生產成本幾乎是石油的10倍,想要替代化石能源,恐怕還要10年之久。

從第一代到第三代,成本、能源消耗、燃料轉化率等因素決定未來的生物燃料要打組合拳。

石元春認為,生物燃料產業的困惑在于,現在人們普遍認為第一代是不可行的,但其實中國每年還有100多萬噸的余糧,“食之無味、棄之可惜”,可以考慮應用;第二代大家都很關注,確實取得不少進展,中石油、中糧等大型國企已經實現了幾千噸甚至萬噸的小規模生產,其成本比一代產品高20%~30%。“但放在中國具體國情之下,現階段最有希望實現規模化與產業化的是1.5代。”

在石元春看來,被日益邊緣化的1.5代非糧乙醇,才應該是中國現階段的現實選擇。

“從技術、成本到邊際性土地,問題都不大。”石元春說,“對1.5代盡管大家爭論很多,但在我看來,今后10年,1.5代應該成為中國主導性生物燃料。”




責任編輯: 中國能源網

標簽:生物能源 生物質能 藻類