編者按
如今，科學(xué)家們正嘗試?yán)帽滑F(xiàn)代農(nóng)業(yè)的 “棄兒”,，如廢木材,、草等來生產(chǎn)多種多樣的生物燃料，甚至是飛機燃料,，人們把用此種原料制成的燃料稱為Grassoline,，意即用含纖維質(zhì)高的非食用生物給料生產(chǎn)的燃料。但在這些“新一代”生物燃料成為市場主流之前,，它們還必須與石油競爭,，將成本控制在60美元/桶左右。但就目前來看,，用非食用植物制造的第二代生物燃料是最環(huán)保,、最有經(jīng)濟前途的石油替代品,前景十分光明。
據(jù)報道，美國有能力種植大量的二代生物燃料給料,，制成的燃料能夠滿足目前美國一半的燃油需求,，并且不會影響糧食供應(yīng)。目前各國都在全力發(fā)展新技術(shù)煉油以減少對石油的依賴,。用纖維質(zhì)植物制成的生物燃料成為在技術(shù)上已有突破,有可能短期內(nèi)成為石油的最佳替代品,。
第一代VS第二代生物燃料
所有的植物都可以制成生物燃料。“第一代生物燃料”采用糧食作物為原料,制造技術(shù)已經(jīng)相對成熟,，生產(chǎn)也已經(jīng)形成了一定商業(yè)規(guī)模,。但它卻并不能解燃油危機，其中的理由不言自明,。
“第二代”生物燃料由含纖維質(zhì)的材料制成,，人們口頭上稱其為“Grassoline”。第二代生物燃油解決了糧食制油所遇到的問題,。Grassoline原材料來源十分廣泛,。截止目前，不說科學(xué)家已經(jīng)找到了成百上千種,，也至少已經(jīng)找到了幾十種合適的材料,，如鋸木、建筑殘余,、玉米稈,、麥稈、牧草等,。這些生物材料成本低廉,、產(chǎn)量大并且對食品生產(chǎn)毫無威脅。美國農(nóng)業(yè)部和能源部的一份研究表明,， 在不影響糧食供應(yīng),、糧食出口以及動物飼料生產(chǎn)的情況下,，美國每年能生產(chǎn)至少13億噸干纖維質(zhì)生物給料,。如此大量的生物材料每年能制成1000億桶“草制燃油”——大約是美國目前汽油、柴油年消耗總量的一半,。
最近科學(xué)家們在第二代生物燃料生產(chǎn)技術(shù)上取得了許多重要進展,。如最近發(fā)明的定量化學(xué)計算方法讓化學(xué)家能夠?qū)⑸锝o料的化學(xué)反應(yīng)控制在原子級。盡管該領(lǐng)域才剛剛起步,，但是許多實驗工廠都已經(jīng)開始運行,，而且首個商業(yè)規(guī)模的精煉廠計劃將于2011年問世?？茖W(xué)家預(yù)計,，“Grassoline”的時代即將到來。
能源枷鎖
第二代生物能源技術(shù)發(fā)展為何舉步維艱？科學(xué)家開玩笑地將大自然說成是“罪魁禍?zhǔn)?rdquo;,。因為隨著生物的進化,，大自然巧妙地設(shè)計出令科學(xué)家十分頭疼的細(xì)胞膜來保護植物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。細(xì)胞膜由相互聯(lián)系的韌性極佳的分子構(gòu)成,。因此,，要想釋放細(xì)胞內(nèi)所含能量，科學(xué)家們首先得解開這道能源枷鎖——由自然進化創(chuàng)造出的“分子結(jié)”,。
總的來說,，生產(chǎn)生物燃料的第一步是將結(jié)實的生物給料“解構(gòu)”成小分子；第二步才是將小分子精煉成燃油,。工程師們一般將不同的解構(gòu)方法按溫度分級,，用需要溫度較低的（50℃至200℃）方法生產(chǎn)可以發(fā)酵成乙醇的糖類。這一方法與目前人們處理玉米或糖類作物的方式基本一致,。需要溫度較高的解構(gòu)（300℃至600℃）可以用來生產(chǎn)生物質(zhì)原油,。生物質(zhì)原油最終可被精煉成石油或柴油。而需要溫度極高的解構(gòu)（700℃以上）則被用來生產(chǎn)制造液態(tài)燃料的合成氣,。
目前仍然沒有人知道哪種方法能最經(jīng)濟,、有效地將生物給料中所含的能量轉(zhuǎn)化成液態(tài)燃料。也許不同的生物材料需要不同的處理方法,，如高溫度處理木材,，而較低溫度處理草等。但要想進一步證實,，則需要不斷的實踐,。
二代生物燃料生產(chǎn)技術(shù)之一
高溫合成氣
截止目前，高溫合成氣方法在技術(shù)上最為成熟,。合成氣是由一氧化碳和氫氣組成的混合氣體,，能由任何含碳元素的原料制得。合成氣一般通過“費——托合成法”(FTS)被轉(zhuǎn)化成柴油,、汽油或者乙醇,。該方法由德國科學(xué)家在20世紀(jì)20年代發(fā)明。
生產(chǎn)合成氣的第一步是氣化,?？茖W(xué)家將生物給料放入反應(yīng)器中，并將反應(yīng)器加熱到700℃以上,。氣化的生物給料與水蒸氣,、氧氣混合，產(chǎn)生含有一氧化碳,、氫氣,、焦油的混合氣體,。隨后，科學(xué)家們清理掉其中的焦油并將剩余的氣體壓縮至20至70個大氣壓強,。經(jīng)過壓縮的合成氣接著流過經(jīng)特別設(shè)計的催化劑,，加快化學(xué)反應(yīng)。
雖然技術(shù)原理很容易理解,，但反應(yīng)器卻造價昂貴,。卡塔爾2006年修建的一座FTS工廠共花費16億美元,，每天能生產(chǎn)3.4萬桶液態(tài)燃料,。有人計算過，如此規(guī)模的生物燃料廠必須每天消耗5000噸的生物給料才能在15至30年內(nèi)賺回成本,。巨大的經(jīng)濟上的挑戰(zhàn)讓科學(xué)家將技術(shù)的重點放在了降低成本上,。
二代生物燃料生產(chǎn)技術(shù)之二
生物質(zhì)原油
幾億年來的地底壓力及熱量將寒武紀(jì)的浮游動物以及水藻轉(zhuǎn)化成了今天的油田?？茖W(xué)家們用相似的原理在極短的時間內(nèi)也能將纖維質(zhì)生物給料轉(zhuǎn)化成生物質(zhì)原油,。精煉廠內(nèi)，生物給料在無氧的環(huán)境下被加熱至300℃至600℃,。熱量將生物給料分解成類似木炭的生物質(zhì)原油,，并產(chǎn)生一定量的混氣體。用這種方法生產(chǎn)的生物質(zhì)原油是目前市上最便宜的,，大約為0.5美元/加侖,。
較小的工廠也可利用這一方法生產(chǎn)原油，降低生物給料的運輸成本,。然而,，用這種方法生產(chǎn)的生物質(zhì)原油有強酸性，不能與現(xiàn)在的汽油燃料相溶,，同時能量也較低,，僅相當(dāng)于汽油能量的一半。不過石油加工廠也能將這種生物質(zhì)燃料轉(zhuǎn)化成可用的燃油,，而且已經(jīng)有許多工廠正在研究如何用現(xiàn)有的硬件設(shè)施來完成這一任務(wù),。一些工廠已用生物質(zhì)原油制造出了清潔、綠色的柴油,，從而證明了精煉廠處理纖維質(zhì)原油的可能性,。
