闵恩泽:生物质运输燃料有望工业化

2010-8-30 12:05 来源: 中国科学院
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  闵恩泽是我国著名的石油炼制催化剂专家。50多年前,年轻的闵恩泽埋头于石油催化裂化研究中。最终,石油——那棕黑色可燃粘稠液体在他的“催化剂”下,变成了汽油、柴油等运输燃料。

  随着石油价格的上涨,我国作为石油大量进口国面临着较大的压力。同时,减少二氧化碳排放、使用清洁燃料以减少汽车尾气对空气的污染等都是我国需要迫切应对的问题。

  近日,在第二届生物质能源技术国际会议上,记者专门采访了闵恩泽院士,询问他如何迎接这些挑战。

  生物柴油:原料供应是关键

  《科学时报》:我了解您近年在指导研发生物柴油,发展生物柴油的关键是什么?

  闵恩泽:发展生物柴油的关键是是廉价、稳定原料的供应。世界各国均根据国情来选择原料。欧盟采用双低菜籽油,美国采用精制大豆油。我国人口众多,食用油用量大,国家政策不允许使用菜籽油、花生油、大豆油等来做原料。当前生物柴油厂普遍采用的是餐饮业废油和榨油厂酸化油;同时大力发展木本油料植物,如麻疯树、黄连木等。由于木本植物的培育、成长尚需要相当的时间,目前还不能大量供应木本植物油。所以发展生物柴油,原料供应是关键,我们要千方百计,扩大生物柴油原料来源。

  《科学时报》:我国生物柴油生产技术水平如何?

  闵恩泽:世界各国均结合其原料的国情,开发生物柴油技术。欧盟、美国采用精制原料油,采用碱催化酯交换工艺。我国由于采用餐饮业废油等原料,其中含有大量的脂肪酸,中国石化开发了亚临界生物柴油生产的绿色工艺。中国海洋石油公司对国内外生物柴油生产技术进行调研后,选用了这一工艺。2010年在海南建成6万吨/年装置投产。目前我们根据在海南运转的经验,进一步简化流程以降低投资和能耗,争取先进更先进。

  微藻生物柴油有三个难题

  《科学时报》:为什么很多国家都看好微藻生物柴油,目前研发中存在哪些技术难题?

  闵恩泽:微藻是光合效率最高的原始植物,与农作物相比,单位面积的产率高,而且生长快。微藻可以利用滩涂、盐碱地等进行大规模培养。从微藻生产生物柴油,不用石油资源;利用发电厂烟气中的二氧化碳,减少温室气体排放;微藻生物柴油也是清洁燃料,可以减少汽车尾气对空气的污染,被称为是“一石三鸟”的技术。世界各国均在大力开发,特别是美国,在2008年金融危机后更大力发展微藻生物柴油。美国政府从投资、信贷、税收等方面制定政策来支持。

  发展微藻生物柴油要攻克的技术难题是:它的生产路线很长,成本贵,价格不能与石油柴油竞争。生产微藻生物柴油,首先要筛选出富油微藻,然后在光生物反应器中成长;培育出来的微藻液,要收集、浓缩、压榨、脱水、干燥后才能得到微藻,这个过程要消耗大量能量;最后微藻还要榨油,再加工才能得到生物柴油。

  所以,可以看出其中有很多技术难题要攻克,才能降低生产成本,降低能耗。2008年美国能源部制订了“微藻生物燃料技术路线图”,长达250多页,提出了实现商业规模微藻生物柴油的战略,也讲了要攻关的难题,这也说明微藻生物柴油要实现工业化还有漫长的道路要走。

  《科学时报》:除技术难题外,发展微藻生物柴油是否还有其它障碍?

  闵恩泽:当然还有。预期我国2020年柴油需求量要达2.3-2.4亿吨,所以我国微藻生物柴油产量至少要几十万吨,最好上百万吨,这样在减少石油进口、减少温室效应、减少环境污染方面才能起到一些作用。

  但在实现大型生产,把小试和中试成果放大时,还有困难。根本原因是培育微藻的光生物反应器系统是一个崭新的体系,微藻具有可压缩性,微藻浓度很低,缺乏这种体系放大的科学知识。

  美国能源部可再生资源实验室即发现,在大规模养殖时均达不到实验室水平。2009年美国埃克森-美孚公司宣布投资6亿美元开发微藻生物柴油,要求科研不能只从试管到烧杯,要达到百万加仑以上的生产规模,预计5~10年后才开始工业生产。从这些也可以看出技术放大时的难度。

  生产微藻生物柴油同时需要二氧化碳、阳光、土地三个资源,要同时具备这三个条件的地区有局限。要生产几十万吨/年的微藻生物柴油,更要有大量的土地。所以我们需要在沿海的滩涂、沙漠等地区规划好微藻生物柴油厂的建设。

  生物质汽油:要用更便宜的原料

  《科学时报》:刚才我们谈了生物柴油和微藻生物柴油,但是我国轿车普遍使用汽油,生物质汽油在我国的发展现状如何?

  闵恩泽:我近年主要研究生物柴油,对于生物质汽油了解不多,现在就我所知谈谈。

  含10%乙醇的乙醇汽油已在我国多个省市推广使用,其中所用的燃料乙醇,初期由陈化粮生产,现在已使用其他原料生产。广西年产20万吨燃料乙醇的工厂,采用木薯为原料来生产,听说规模已扩大,可能在海南正建另一个厂。现在世界发展的趋势,要用更便宜的原料,正大力开发以秸秆为原料来生产燃料乙醇。美国能源部大量投资来开发秸秆乙醇,2030年要代替美国30%的汽油,并且生产成本还要大幅度降低,才能经济地供用户使用。同时还要扩大原料的来源,不能只用农作物的秸秆,还要能利用其他原料,如锯木厂的碎块、木屑,城市的纤维素废弃物等。

  我国有两套以秸秆为原料的燃料乙醇工业示范装置,一套规模只有每年500吨,另一套稍大一些,为3000吨。其中一套所用的酶制剂还是丹麦公司生产的,它在北京设有研发中心。所以我国要从秸秆大量生产燃料乙醇,要达到每年能供应几十万吨到几百万吨,道路漫长险阻。

  最近我看到一篇国外的报道,2010年3月壳牌合作开发成功新一代生物质汽油,已在工业示范装置上运转成功。生物质汽油比乙醇能量高,使用更经济,且不需更新销售系统与加油站和调整发动机。目前壳牌正与国内有关单位酝酿在中国建世界第一套工业装置。这种新一代生物质汽油是以甜菜为原料来生产的,我国有大量的甜高粱,应该是更便宜的原料,木薯等作物也应该能用。

  《科学时报》:最后请您讲一讲我国生物质运输燃料发展的前景。

  闵恩泽:我国生物质运输燃料已研发多年,已有一定基础,只要一步、一步脚踏实地地前进,就能取得工业化的进展。在“十二五”期间,我期望有下列进展:

  (1)利用植物油脂生产生物柴油达到100万吨以上;

  (2)微藻生物柴油建成工业示范装置;

  (3)新一代生物质汽油建成工业示范装置。

  任重而道远,我相信我们大家一起努力,一定能达到这一目标。