2009年,我國(guó)已經(jīng)躍居全球石油消耗量第二大國(guó),按照目前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度和對(duì)能源的消耗速度,尋找新的可替代能源已迫在眉睫。
也許有一天你下班走到停車(chē)場(chǎng),突然發(fā)現(xiàn)汽車(chē)沒(méi)油了,你立刻回到辦公室抱起一堆廢紙,加入汽車(chē)油箱里,順利地開(kāi)車(chē)回家,趕上了與孩子們共進(jìn)晚餐。
這當(dāng)然是一種理想境界。但是與廢紙同樣富含生物纖維素的農(nóng)作物秸稈,正在成為科學(xué)家們制造生物燃料的新原料。
尋找可替代石油的燃料
事實(shí)上,在生物技術(shù)領(lǐng)域,生物燃料并不是一個(gè)新詞匯。
早在1860年,德國(guó)人奧托就發(fā)明了可利用乙醇做汽車(chē)燃料的奧托內(nèi)燃機(jī)。與此類(lèi)似,20世紀(jì)初期,德國(guó)工程師狄賽爾發(fā)明了可利用花生油做燃料的柴油內(nèi)燃機(jī)。
然而,隨著20世紀(jì)30年代起對(duì)原油的大規(guī)模開(kāi)發(fā),生物燃料的使用驟然下降。上世紀(jì)末,生物燃料在石油出現(xiàn)相對(duì)短缺的時(shí)期才又再次“露面”。
上世紀(jì)70年代末發(fā)生石油危機(jī)時(shí),人們開(kāi)始用玉米、大豆、甘蔗等高淀粉和高糖含量的食物生產(chǎn)生物乙醇。生物乙醇是指通過(guò)微生物的發(fā)酵將各種生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為燃料酒精??梢詥为?dú)或與汽油混配制成乙醇汽油作為汽車(chē)燃料。
在初中學(xué)習(xí)生物課時(shí),我們得知,細(xì)細(xì)咀嚼米飯會(huì)覺(jué)得有甜味,那是因?yàn)樵诳谇环置诘耐僖旱矸勖缸饔孟?,米飯中的淀粉轉(zhuǎn)化成了帶有甜味的麥芽糖。
生物燃料工業(yè),應(yīng)用的正是這種原理。人們利用工業(yè)化的酶制劑,高效率地將玉米、大豆等所含的淀粉轉(zhuǎn)化為糖(主要是葡萄糖)。
而從糖到酒精(即乙醇)的過(guò)程,其應(yīng)用原理則與千百年來(lái)人們的釀酒原理并無(wú)二致——通過(guò)利用酵母發(fā)酵等,將糖分解成為酒精和水。燃料乙醇工業(yè)只不過(guò)比釀酒工業(yè)多了一個(gè)蒸餾脫水的過(guò)程。
能源緊缺的問(wèn)題日益突出,隨著玉米乙醇、糧食乙醇等燃料的研發(fā)成功和推廣,以生物乙醇成為代表的生物燃料因其既便宜又干凈,在替代石油燃料方面也比較簡(jiǎn)便易行,被認(rèn)為是應(yīng)對(duì)能源、環(huán)境雙重危機(jī)的有效方法,頗受青睞。
不過(guò),這種被業(yè)界稱(chēng)為“第一代生物燃料”的技術(shù)自誕生以來(lái),就因與人爭(zhēng)糧爭(zhēng)地而飽受爭(zhēng)議,科研人員開(kāi)始著手研究如何從廢紙、秸稈等大量廢棄材料上獲取“第二代生物燃料”。
秸稈變?nèi)加统蔀榭赡?
與使用糖類(lèi)和淀粉類(lèi)原料生產(chǎn)的第一代生物燃料相比,第二代生物燃料不“與人爭(zhēng)糧”的巨大優(yōu)勢(shì)吸引了越來(lái)越多的目光。通過(guò)纖維素乙醇特別是利用農(nóng)作物秸稈的產(chǎn)業(yè)化研究已經(jīng)成為全國(guó)生物技術(shù)和可再生能源研究的焦點(diǎn)之一。
但有一個(gè)難題一直困擾著科研人員。
玉米、大豆等之所以可以由食物變身為燃料乙醇,少不了一種神奇的物質(zhì)——酶。酶是一種帶有活性的蛋白質(zhì),可以在特定條件下起到生物催化劑的作用,高效率地催化各種生物化學(xué)反應(yīng)。
然而,與玉米、大豆等主要由淀粉組成不同,秸稈、廢紙等主要是由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成的。原來(lái)能將淀粉變乙醇的酶制劑,對(duì)纖維素“束手無(wú)策”。
今年3月,來(lái)自丹麥的工業(yè)酶制劑提供商諾維信公司正式推出酶制劑產(chǎn)品諾纖力 賽力二代(Cellic CTec2),成為全球首款可以實(shí)現(xiàn)纖維素乙醇商業(yè)化量產(chǎn)的工業(yè)酶制劑。
諾維信全球執(zhí)行副總裁托馬斯·那奇告訴記者:“生產(chǎn)一加侖的纖維素乙醇,酶制劑的成本在50美分左右,總的生產(chǎn)成本在2美元左右。而且從工藝集成、優(yōu)化角度以及各種技術(shù)的角度來(lái)說(shuō),我們認(rèn)為還有下降生產(chǎn)成本的空間?!?
每加侖2美元的成本與目前國(guó)際市場(chǎng)的汽油價(jià)格持平——這意味著,纖維素生物質(zhì)能源成為了極具競(jìng)爭(zhēng)力的汽油替代品。
商業(yè)化應(yīng)用仍需時(shí)日
中糧集團(tuán)、中石化、諾維信公司三方計(jì)劃在2011年第三季度開(kāi)始建設(shè)萬(wàn)噸規(guī)模纖維素乙醇示范工程。這意味著,纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)化將進(jìn)入快車(chē)道,我國(guó)的汽車(chē)離喝上更加環(huán)保、價(jià)格更低的“生物乙醇”燃料不遠(yuǎn)了。
“希望在未來(lái)的三到五年之內(nèi)能夠完成商業(yè)化示范裝置的建設(shè),并能夠把最終的產(chǎn)品推向市場(chǎng)。目前做的工作還是在示范項(xiàng)目前期準(zhǔn)備。”中糧科學(xué)研究院生化研發(fā)中心總經(jīng)理助理林海龍介紹說(shuō)。
像所有新生的行業(yè)一樣,雖然在技術(shù)上獲得重大突破,但其市場(chǎng)如何仍需時(shí)間檢驗(yàn)。面對(duì)過(guò)于分散的國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀,纖維素乙醇示范工程也面臨著很多艱難險(xiǎn)阻。
林海龍說(shuō):“秸稈做乙醇根據(jù)技術(shù)方案的不同,大概是在4—7噸農(nóng)作物秸稈可以生產(chǎn)1噸乙醇。在中國(guó),我承認(rèn)它與美國(guó)的形式不太一樣,農(nóng)業(yè)操作的形式相對(duì)來(lái)說(shuō)更分散,如果將來(lái)實(shí)現(xiàn)秸稈大規(guī)模利用,秸稈的收集和物流對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)是很?chē)?yán)峻的問(wèn)題?!?
面對(duì)種種可預(yù)見(jiàn)的困難,諾維信中國(guó)區(qū)總裁柯銘也坦言:“工業(yè)精煉還處于一個(gè)襁褓期,有很好的發(fā)展空間,但它有三個(gè)重要的問(wèn)題需要解決。第一個(gè)是有沒(méi)有現(xiàn)成的技術(shù);第二就是已經(jīng)有的技術(shù)是不是在經(jīng)濟(jì)可行性上有競(jìng)爭(zhēng)力;第三個(gè)是從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)方面,因?yàn)楝F(xiàn)有的像農(nóng)林、畜牧業(yè)的組織形式主要是為食品生產(chǎn)而進(jìn)行的,它要為工業(yè)提供穩(wěn)定的一年12個(gè)月的原料來(lái)源的話(huà),就必須對(duì)它的結(jié)構(gòu)進(jìn)行一些調(diào)整,適合工業(yè)生產(chǎn)的需要?!?
而如果絕大多數(shù)的秸稈都去制造生物乙醇了,是否會(huì)造成土壤營(yíng)養(yǎng)成分流失呢?對(duì)此,林海龍表示:“在國(guó)內(nèi)、國(guó)外都做了許多研究,影響土壤營(yíng)養(yǎng)活力的不僅僅是秸稈,也包括耕種的方式、土壤中微生物的情況,耕種田地中生物的情況和操作方式。所以國(guó)內(nèi)有學(xué)者認(rèn)為,如果適當(dāng)?shù)幕蛘甙匆欢ū壤挠媒斩捜ゼ庸?,并不?huì)影響土地的質(zhì)量。”