生物能源戴着“镣铐”跳舞 诸多难题待解

来源:《科学时报》  发布时间:2010-09-07  查看次数:534

发展生物能源应对能源压力已成为全球共识。但是,生物能源碰见了几个大障碍:作物的光合作用效率十分低下、原料困扰和技术难题。

“庄稼的光合作用效率很低,大约只有1%左右,微藻稍高点,但也只有6%左右。”一位工业生物技术专家说,“这意味着生物能源的产量上不去。此外,原料问题、技术问题都还很复杂。”

他说,生物能源只能戴着镣铐跳舞。

光合作用效率“镣铐”

中国科学院大连化物所研究员赵宗保告诉记者,光合作用效率主要指太阳能的利用效率,是植物通过光合作用制造的有机物中所含有的能量与光合作用所吸收的光能的比值。

“植物吸收太阳能,经过光合作用,太阳能变成葡萄糖储存在植物体内,等于是储存的能与所吸收的光能的比,这个比值就是光合作用效率。”赵宗保进一步解释说。

中国科学院植物研究所研究员、光合作用专家陈晖博士对记者说,只要利用太阳能,无论是水稻、小麦的产量,还是光伏电池、太阳能的发电都会存在转化效率问题。

“如果太阳能能100%转化过来,那不就不用愁能源问题了吗?这个世界不就富有了吗?”陈晖在电话里笑着说。

陈晖告诉记者,从目前文献报道来看,1%~6%的光合作用效率“算是比较合理的范围”。

由于受到光合作用效率的限制,导致生物能源发展先天不良。生物能源专家、中国工程院院士汪燮卿接受记者采访时表示:“这些专家的估计还是比较科学的。”

汪燮卿解释说:“生物质能源是低密度能源,也就是单位面积产生的能量不是很高,所以如果你搞一个十几万吨、几十万吨的装置,运输、储存辐射的半径太大,恐怕成本会太高。”

石油化工专家闵恩泽院士也对记者说,生物质能源是一年的太阳能,而地下的煤、石油是若干年的太阳能。“我们打一口井,一年可以出成千上万吨的油,但是生物质能,要占用很大一块地方,才能出一顿的油。”

几十万吨的产能尚且如此吃力,面对中国动辄上千万吨的需求,生物能源显得多少有些力不从心。

“按我的估计,在未来10年或者更长的时间,生物能源作为汽车的代用燃料的话,能够占10%就算不错了。” 汪燮卿对记者说。

既然生物能源发展并不如最初估计的那样无比光明,为何各国还持续不断地投入不菲的经费?

“除此之外,你还有别的选择吗?”北京化工大学生命科学学院副教授张栩反问道,光伏电池、风能、核能等也是化石能源的替代产品之一,但是主要用于发电。

“光能、风能发电不稳定,天气是阴晴不定的,风也时有时无的,生物能源用的是储存在植物中的能量,这是稳定的。”汪燮卿院士说。

原料和技术的困扰

除了光合作用效率的先天限制,生物质能的发展还面临着很多现实的困难。最重要的是原料问题。

我国发展生物能源的政策基调是不能与粮争地、与民争食,非粮路线成为基本的取向,含油植物、玉米秸秆、木薯、甘蔗渣、地沟油、畜禽粪便、有机废物等被认为是正确的原料来源。

统计表明,我国每年大约产生6亿多吨的农林废弃物,还有大量的地沟油可以进一步利用转化为生物能源。尽管数据看上去很诱人,但这些废弃物散落在全国各个角落,收集与运输将是巨大的挑战。

清华大学教授刘德华称,由于我国食用油进口依赖程度高,草本油料作物如大豆不能用作原料,木本油料植物如麻风树、黄连木等的成本能否为生物能源所接受,有待进一步研究。

除此之外,技术成熟度至关重要。 “从技术上讲,世界普遍看好的微藻制备生物柴油技术至少是中线以上甚至是长线的,纤维素在技术上还有相当的距离。”一位专家说。

赵宗保告诉记者,从技术层面来说,微藻还有好多后续的技术。“技术上是可行的,但是成本还非常高,绝对不是5年就能大规模使用的。”

刘德华教授称,除了技术因素,更重要的是政策环境。例如,2008年在原油价格上涨时政府对化石燃料进行巨额补贴,导致生物能源发展更困难。

“在某种意义上,在产业发展前期,政策是第一位的,甚至超过技术本身。”刘德华说。

如何跳舞?

生物质能源产品中,比较成熟的是燃料乙醇、生物柴油和甲烷。目前中国已成为第三大燃料乙醇生产国,2010年生产能力将达到2万吨。生物柴油与生物甲烷被认为发展前景广阔。

目前,各国普遍看好微藻制备生物柴油。美国能源部6月份发布了《美国藻类生物燃料技术路线图》,将投入2400万美元的经费。

荷兰瓦格宁根农业大学两名研究人员最近在《科学》杂志上称,人类有望在10年至15年内研发出从藻类中大规模提取生物燃料的技术。他们说,目前每公顷土地种植的油菜子只能提炼出6000升生物燃料,但是同样面积用于培植藻类却能产生8万升生物燃料。

国内最新消息称,我国成功将大型海藻转化成生物油。该项目主要研究人员复旦大学环境科学与工程系副教授张士成告诉记者,目前试验数据是1吨的海藻可以转化为230公斤生物油,“放大时可能略有提升” 。

发展生物能源,国内主流声音认为,生物能源将主要发展车用燃料及航空燃料。闵恩泽院士告诉记者,现在很重要的运输燃料——汽油、柴油、航空燃料,“还是要做生物柴油、用微藻来搞。”

闵恩泽说,发展生物柴油关键点在于原料的选择和来源。必须扩展生物柴油的原料,包括如何利用富油植物、废弃地沟油和开发新的来源,还需要开发出适合此类原料生产生物柴油的工艺路线。同时,另一条适合废弃地沟油的工艺路线是使用生物酶为催化剂。

汪燮卿院士对记者表示,发展生物能源时,要考虑整个生命周期的能耗。从原料开始,播种、除草、施肥、灌溉所有的过程都要考虑非生物质能源的消耗,要算总账。

“你不能看生物质能源某一个阶段可以产生多少乙醇燃料、生物柴油。” 汪燮卿说,“不能看他18岁干活的时候多么有力气,要从十月怀胎到坟墓考虑他成长的代价,这样才能做到科学的可持续发展。”


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