我国的生物质能源研发虽然起步较晚,但目前基本跟国外处于同一技术水平。为在国际竞争中更加主动,《生物产业发展规划》生物液体燃料产业化行动计划将总体目标定位在了实施纤维素燃料乙醇和生物柴油商业化示范工程,使其与同类化石能源产品相比具有价格竞争力。
“纤维素类原料能源化是生物质能源总的方向,国家政策对这个方向也是持鼓励态度的。”中国林科院林产化学工业研究所所长、中国生物质能技术研究开发中心副理事长蒋剑春说。
行动计划中提到,要加快纤维素乙醇产业化示范,推进具有国际先进水平的纤维素乙醇生产原料预处理工艺和高效低成本纤维素降解酶系的研发,建设纤维素乙醇产业化示范工程。对此,山东大学生物科学学院院长、微生物技术国家重点实验室主任曲音波教授告诉记者,在原料预处理阶段,国内大多数采用的是比较实用的蒸汽爆碎,在原料中加一点酸,用蒸汽加压到一定压力和温度后,维持一定时间,木质纤维素就可以水解。
“很多处理技术都可以使纤维素转化率达到90%以上,国内在这方面也不存在问题。但是原料预处理是个两难的问题,水解过程中会产生一些有害的抑制物。处理轻一点,效果不够好,处理重一点,就会产生一定的抑制物,影响后面的发酵过程。”曲音波说。
据了解,目前世界最大的6万吨/年纤维素乙醇装置是康泰斯公司在意大利建设的,正在试生产。康泰斯表示,该项目的原料预处理过程不添加任何化学品就能达到很好效果,国内一些研究机构也表示这一过程可以不加任何化学品。曲音波对此评价说,原料预处理过程不加酸也可以实现水解,关键还是一个度的把握。至于这个度是多少,由于各方都严格保密,目前并没有准确数据。
而纤维素发酵过程的技术难点在于低成本的酶。目前全球只有诺维信一家公司宣布可以生产低成本酶制剂,但还没有一家真正工业化生产的企业来验证其效果。曲音波说,国产酶制剂是我国跟国际水平差距最明显的地方。比如使用玉米芯作原料生产乙醇、木糖、木质素等产品的龙力公司,虽然是目前国内唯一试产纤维素乙醇的企业,但使用的酶需要就地生产,且在原料适用性上也有所限制。而使用诺维信酶制剂的康泰斯项目,宣称可以使用秸秆、稻草、木薯渣等20多种农业废弃物做原料。综上所述,酶制剂是国内纤维素乙醇生产需要进一步成熟的一个技术环节。
曲音波说,纤维素乙醇在国际上尚没有大规模商业化生产的例子。在生产规模上国内也仅有玉米芯原料做到了万吨级以上,国外秸秆原料也仅是4万~6万吨规模。他认为,目前纤维素乙醇的发展已经到了临界点,很多国家都在观望康泰斯项目能否成功。再过半年或一年,结果就将揭晓。
在生物柴油的产业化中,行动计划提出的重点是加快大型生物质气化技术、燃气净化和组分重整技术以及生物柴油制备用催化剂的研发,推进生物质燃气合成生物柴油成套装备产业化,建设生物燃气合成生物柴油示范工程。
“气化合成是以纤维素为原料的生物柴油制备路线,属于费托合成。”蒋剑春告诉记者,以油脂类为原料的生物柴油主要采用酯化反应,是经典的生物柴油概念。国内油脂类路线从反应角度已经没有太多研究可做了,剩下的就是工程化问题。而气化合成路线以秸秆、木屑等纤维素类为原料,跟煤气化过程差不多,经过气化、净化、组分重整、催化合成等,不仅可以生产生物柴油,还可以生产汽油。此外,直接液化工艺也是研究的方向之一。
蒋剑春介绍说,气化合成路线最关键的是催化剂。目前国内催化研究比较突出的都是有煤化工基础的单位,如浙江大学、山西煤化所、中科院煤化所、广州能源所等,催化效率在40%~60%,但在转化率、适应性等方面还需要进一步研究。
中国的生物柴油更多的还在研究和中试阶段,而从全球来看,费托法生物柴油同样没有产业化的项目。蒋剑春认为,以他的经验看来,中国生物质能源的发展基本同国际在同一水平展开研究,但我国的原料收集更困难,所以不光要在工程化上给以资金支持,同时也要在原料收集上给以政策扶持。
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