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生物燃料

生物燃料

目 录

1、 简介

2、 国外现状

3、 产生背景

4、 来源

5、 主要类型

6、 优点

7、 存在问题

8、 各国开发情况

返回目录↑1、简介

生物燃料生物燃料

生物燃料属于生物能源,是以生物物质为载体的能源,是指通过生物资源生产的燃料乙醇和生物柴油,主要原料包括:糖芋、甜高粱、木薯、甘蔗、玉米、石油树、光皮树等,因其原料易得、污染少、可再生等优势,被认为是可以替代由石油制取的汽油和柴油的新型能源,是可再生能源开发利用的重要方向。[1] 生物燃料蕴藏量极大,仅地球上的植物每年可生产的生物燃料量,就相当于人类每年消耗的矿物能的20倍。

由于可再生能源也被称为清洁能源,有利于保护环境和实现可持续发展,所以受到许多国家的重视。但在实际应用中,发展生物燃料可能带来的耕地短缺、生物多样性减少等问题也有待解决。

生物燃料(biofuel)泛指由生物质组成或萃取的固体、液体或气体燃料。可以替代由石油制取的汽油和柴油,是可再生能源开发利用的重要方向。所谓的生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体,即一切有生命的可以生长的有机物质。它包括、动物和微生物。不同于石油、煤炭、核能等传统燃料,这新兴的燃料是可再生燃料。

返回目录↑2、国外现状

目前,生物燃料主要被用于替代化石燃油作为运输燃料,如替代汽油的燃料乙醇和替代石油基柴油的生物柴油。在化石燃料储量逐步下降、环境保护日益严峻的背景下,生物燃料受到各国政府的高度重视。欧盟委员会积极推进生物燃料发展,制定了2015年生物燃料占运输燃料消费总量8%的目标。美国通过法律手段强制在运输燃料中添加生物燃料,具体比例是柴油中添加2%的生物柴油,汽油中添加5%的燃料乙醇。据《中国生物燃料行业深度调研与投资战略规划分析报告前瞻》调查数据统计,2011年8月16日,美国白宫宣布推出一项总额为5.1亿美元的计划,由农业部、能源部和海军共同投资推动美国生物燃料产业的发展。英国政府从2006年起要求生产运输燃油的能源企业必须有3%的原料是来自可再生资源,并且比例将逐年提高。根据国际能源机构(IEA)的数据,2010年全球生物燃料日产量为182.2万桶,2011年降至181.9万桶

返回目录↑3、产生背景

历史沿袭

早在发现火以来,人类就开始将生物燃料作取暖和煮饭用。当电被发现后,生物燃料被大量用作能源生产。然而石化燃料煤炭、石油、天然气等被大量发现与其应用技术的发展,使得生物燃料在能源、交通运输等方面的功能被世人所忽略。

液态生物燃料的应用始于早期的汽车工业。内燃机的发明者,德国的尼古拉斯·奥古斯特·奥图,计划用乙醇作为这项发明的燃料。柴油引擎的发明者,德国的鲁道夫·迪塞尔,打算拿花生油作为它的燃料。由亨利·福特发明的T型福特,完全使用乙醇为燃料。但在宾夕法尼亚州与得克萨斯州的油田被发现后,石油变得很便宜也极易取得,于是汽车便开始改用石油或柴油。

现实需要

能源危机

生物燃料生物燃料的加工过程

20世纪70年代石油危机以来,一些国家就开始尝试利用生物资源生产液体燃料,以减少对石油进口的依赖。随着全球石油价格的持续上涨以及能源的短缺,生物燃料得到了进一步的重视。相比石油的短缺和价格的不断增长,甜高粱、木薯、甘蔗等生物燃料的原料更加普遍和廉价。人类希望能以新的燃料形式应对逐渐严重的能源危机,并采用更加廉价易得的资源发展新能源。

环境污染严重

从各种燃料的普遍使用到工业革命以后,水污染、大气污染、放射性污染等环境问题相继出现。随着科学技术水平的发展和人类生活水平的提高,环境污染也在增加,特别是在发展中国家。 环境污染问题越来越成为世界各个国家的共同课题和必须解决的问题。人类研究生物燃料,希望能够缓解传统燃料带来的环境污染问题。

返回目录↑4、来源

传统来源

专门培植为生物质燃料原料的作物,有主要在美国出产的玉米和黄豆;主要在欧洲的亚麻籽和油菜籽;巴西的甘蔗;东南亚的椰子油。

工业、农业、林业、一般家庭制造出的可生物分解的产物都可以作为原料,如稻草、麦梗、稻糠、木材、粪便、废水和厨余等。这些原料经由无氧消化转换为生化气体。制成燃料的生物质,其原料常常是一些未被充分使用的废弃物,像稻秆与动物废弃物。至于木材与草的品质并不直接影响能量产生的多寡。

新型来源

21世纪以来,许多科学家开始研究使用藻类或蓝菌作为另一种生物质燃料的原料,以增加能源效率,减轻生物质能源可能对农产品价格的影响。 藻类原料应用的层面包括生物质柴油、甲醇、乙醇、甲烷,甚至氢燃料等。[2]

返回目录↑5、主要类型

生物燃料乙醇生物燃料循环经济的发展模式

生物柴油

棕桐油是东南亚最丰富的自然资源之一,是发展生物柴油工业的主要原料。

生物乙醇

以木质纤维素为原料生产生物乙醇是技术开发的焦点。木质纤维素来源于农业废弃物(如麦草、玉米秸秆、玉米芯等)、工业废弃物(如制浆和造纸厂的纤维渣)、林业废弃物和城市废弃物(如废纸、包装纸等)。养殖藻类是另一个潜在的生物燃料原料。利用以天然气为原料的发电厂排出的二氧化碳养殖可以转化为生物柴油或生物乙醇的藻类。

生物丁醇

除了生物乙醇,生物丁醇也成为另一个令人关注的生物燃料。丁醇比乙醇难溶于水,能够在炼厂进行混合,并通过管道输送,不像乙醇必须在分销终端进行混合。此外,丁醇比乙醇具有更高的能源密度,因此生物丁醇可以避开困扰乙醇的基础设施问题。

返回目录↑6、优点

原料易得

生物燃料较传统燃料更加易得。工业、农业、林业、一般家庭制造出的可生物分解的产物都可以作为原料。且糖芋、甜高粱、木薯、甘蔗、玉米等生物燃料的原料作物在全球范围内都普遍种植。

价格低廉

全球油价飙升,中国也受到相应影响。生物燃料由于其原料的易得性,有望成为造价低廉的新型燃料。

清洁污染少

汽车尾气导致的空气污染物PM2.5严重危害人体健康,生物燃料替代石油显得尤为迫切。生物燃料比传统的矿物燃料(汽油和柴油等)更高效更清洁,有利于减缓气候变化。

可再生

相比石油等燃料的不可再生性,生物燃料由生物质组成或萃取的固体、液体或气体燃料,可以通过作物的种植进行再生,被认为是可再生能源开发利用的重要方向。

无难闻气味

生物燃料没有难闻的气味,大豆作原料的生物柴油,燃烧以后排出的废气有点像炸薯条的味道。有利于带给汽车驾驶者等更舒适的体验。

返回目录↑7、存在问题

虽然不同的生物燃料之间存在一定差别,但不论何种生物燃料都比传统的矿物燃料(汽油和柴油等)更高效更清洁,有利于减缓气候变化。[3]

生物多样性方面生物燃料生物燃料可能带来的问题

大规模使用生物燃料也有可能带来使农业及生态遭受重大影响的风险。能源作物种植渗入自然景观这一后果显然将导致栖息地破坏和割裂,从而直接造成生物多样性的丧失。若生物质的种植和管理过程中采用不可持续的农业做法(如过度使用化肥可能造成土壤流失或板结),则可进一步造成生物多样性丧失。

耕地方面

可用于能源生物质种植的土地面积是有限的,能源生物质种植可能同现有的农用土地构成竞争。联合国在《可持续能源:决策者框架》报告指出,生物燃料的生产会通过占用土地和其他所需资源,进而影响粮食足量供给,而且那些生产生物燃料的农作物往往需要最好的土地、大量水资源和化学肥料。[4]

粮食生产方面

用麻疯树(又名桐油树)可用于生产生物燃料,这些作物可生长在不适于粮食作物生长的荒地、几乎不需施肥,其种子亦不可食用,对粮食生产影响更小。但有科学家认为:有些第三世界国家的农民,可能会为了赚钱,而把原本用来生产粮食作物的土地,拿来种植能源作物,其发展有减少粮食生产的危险性。

全球粮食储备已从2010年的1.75亿吨下降到目前的1亿吨。另一方面,生物燃料每年却要“吃掉”1.5亿吨粮食。如果停止其生产,全球就有足够的粮食储备,粮价也不会暴涨。[5]

返回目录↑8、各国开发情况

中国

中国玉米资源比较丰富,2006年产量1.44亿吨,居世界第二位,玉米秸秆年产量达6亿多吨。以玉米为原料生产的燃料乙醇、玉米乙烯及其衍生物、可降解高分子材料等,成为企业开发和投资的热点。2006年11月,中国石油集团与四川省签订合作开发生物质能源框架协议,双方将以甘薯和麻疯树为原料发展生物质能源,“十一五”期间建成60万吨/年燃料乙醇、10万吨/年生物柴油项目。政府也出台相应支持发展的政策。2011年10月28日,中国国际航空公司的一架生物燃料与传统航空煤油混合燃料客机也进行了首次试飞。[2]

中国商飞-波音航空节能减排技术中心日前宣布启动首个研究项目,探索使用废弃食用油提炼可持续航空生物燃料。中国每年消耗约2900万吨食用油,而国内航空业每年使用2000万吨航油,因此废弃食用油具有成为可持续航空生物燃料生产原料的潜力。

巴西

巴西是世界上最大的生物燃料(主要是甘蔗、乙醇)生产国,早在20世纪70年代就开始实施生物燃料计划。巴西廉价的生物燃料原料,刺激了可再生能源生产,混合动力车销量倍增。巴西国内消费和出口需求使生物燃料产量迅速增加,2010年的总产量从2005年的180亿升增至260亿升。 

美国

美国是世界上第二大可再生燃料生产国,从20世纪80年代开始研发,到2004年产量已达129亿升。2005年通过的新的能源法案,将重点放在发展可再生燃料,规定2012年美国可再生燃料的使用量将达到284亿升,相当于原来标准的两倍。

2012年,美国玉米作物正受到50年来最严重旱情的巨大破坏,使国际粮食总体供应情况受到了重大影响。根据联邦法令,歉收的玉米中,相当大一部分将被用于生产生物燃料,因而进入粮食和饲料市场的玉米就更少了。联合国粮农组织总干事提醒美国应停产生物燃料。[6]

欧盟

2003年欧盟委员会通过的两项生物燃料指令推动了欧盟发展乙醇燃料和生物柴油生产。2004年欧盟生产了5.26亿升乙醇和22亿升生物柴油。指令要求到2010年车用燃料部分使用可再生燃料要达到5.75%。含有生物乙醇或生物柴油的燃料,可免征燃油税。

荷兰皇家航空公司从2009年开始探索生物燃油替代航空煤油的可能性。2012年开始,以“地沟油”制成的生物燃料为动力的客机,已执飞阿姆斯特丹至巴黎航线和至里约热内卢航线。航空业一些决策者认为生物燃油将带来新的增长空间。虽然目前很少有客机使用生物燃料,但他们预计,至2020年底欧洲航空业每年将使用200万吨生物煤油作为飞行燃料,约占欧洲飞行燃料消耗总量的3%。[7]

但据路透社2012年9月的报道,由于担心作物为基础的生物燃料与粮食生产竞争以及担心这种生物燃料不如起初以为的那样对环境有利,欧盟将对作物为基础的生物燃料的使用施加限制。[8]


加拿大

2012年10月,加拿大国家研究委员会29日报告说,加拿大研究人员首次使用纯生物燃料为一架猎鹰20型民用飞机提供动力,在渥太华上空试飞成功。该委员会发表的公报说,此前飞机采用生物燃料时,一般都与传统化石燃料混合使用,这次试飞首次使用由加拿大工业用油籽提炼的生物燃料,完全替代传统航空油料[9]

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