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(jī)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(chǎng)主流之前，它們還必須與石油競(jìng)爭(zhēng),，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(jì)前途的石油替代品,前景十分光明,。
據(jù)報(bào)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(huì)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(duì)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(duì)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(jī),，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(duì)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(dòng)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?cè)诘诙锶剂仙a(chǎn)技術(shù)上取得了許多重要進(jìn)展。如最近發(fā)明的定量化學(xué)計(jì)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(jí),。盡管該領(lǐng)域才剛剛起步,，但是許多實(shí)驗(yàn)工廠都已經(jīng)開始運(yùn)行，而且首個(gè)商業(yè)規(guī)模的精煉廠計(jì)劃將于2011年問世,?？茖W(xué)家預(yù)計(jì)，“Grassoline”的時(shí)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?yàn)殡S著生物的進(jìn)化,，大自然巧妙地設(shè)計(jì)出令科學(xué)家十分頭疼的細(xì)胞膜來保護(hù)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(jìn)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(shí)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(jí)，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(jì)、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(jìn)一步證實(shí),，則需要不斷的實(shí)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(fèi)——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(gè)大氣壓強(qiáng),。經(jīng)過壓縮的合成氣接著流過經(jīng)特別設(shè)計(jì)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(jià)昂貴,?？ㄋ?006年修建的一座FTS工廠共花費(fèi)16億美元,，每天能生產(chǎn)3.4萬桶液態(tài)燃料,。有人計(jì)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(jì)上的挑戰(zhàn)讓科學(xué)家將技術(shù)的重點(diǎn)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(dòng)物以及水藻轉(zhuǎn)化成了今天的油田,。科學(xué)家們用相似的原理在極短的時(shí)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(yùn)輸成本,。然而，用這種方法生產(chǎn)的生物質(zhì)原油有強(qiáng)酸性,，不能與現(xiàn)在的汽油燃料相溶,，同時(shí)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,。
