技 术 大 纲

1) 生 物 乙 醇
2) 生 物 柴 油
3) 生 物 燃 料 的 优 点 与 局 限 性
4) 生 物 乙 醇 的 使 用
5) 生 物 柴 油 的 使 用

生 物 燃 料 广 义 的 定 义 是 指 任 何 源 自 生 物 质 的 燃 料 。 根 据 这 个 定 义 , 生 物 燃 料 包 括 源 自 以 下 物 质 的 液 态 或 气 态 燃 料 ∶ 农 产 品 、 动 物 废 料 、 工 业 有 机 废 料 、 林 业 有 机 废 料 、 家 居 有 机 废 料 、 及 其 他 有 机 废 物 。 堆 填 沼 气 和 污 水 处 理 产 生 的 生 物 沼 气 也 可 以 归 入 生 物 燃 料 , 不 过 这 两 类 生 物 燃 料 会 在 废 物 转 化 能 源 部 分 独 立 介 绍 。

这 部 分 集 中 介 绍 以 生 物 方 法 制 造 的 生 物 乙 醇 生 物 柴 油 , 两 者 均 可 取 代 汽 车 使 用 的 化 石 燃 料 。 这 些 生 物 燃 料 可 以 单 独 使 用 或 者 与 汽 油 或 柴 油 混 合 使 用 , 作 为 车 用 燃 料 。

1) 生 物 乙 醇

生 物 乙 醇 可 以 由 含 有 糖 份 、 淀 粉 或 纤 维 素 的 生 物 原 料 产 生 。 生 产 生 物 乙 醇 所 用 的 原 材 料 不 同 的 农 作 物 , 如 ∶ 甘 蔗 、 小 麦 、 大 麦 、 薯 仔 、 粟 米 甚 至 废 纸 、 锯 屑 和 麦 秆 。

  • 含 糖 或 者 含 淀 粉 的 农 作 物 ( 如 小 麦 ) 可 以 用 发 酵 及 蒸 馏 方 法 产 生 生 物 乙 醇 。
     
  • 若 要 从 纤 维 素 类 生 物 质 产 生 乙 醇 , 就 必 须 先 用 蒸 汽 把 生 物 质 分 解 成 葡 萄 糖 , 然 後 再 进 行 加 以 水 解 。 葡 萄 糖 再 通 过 发 酵 过 程 产 生 乙 醇 。 发 酵 完 成 以 後 , 还 必 须 进 行 蒸 馏 以 去 除 水 分 和 其 他 杂 质 。 纤 维 素 制 乙 醇 的 技 术 目 前 还 在 研 究 之 中 。

简化的生物乙醇生产流程图。 以上文字说明这张图片。

上 图 ∶ 简 化 的 生 物 乙 醇 生 产 流 程 图
〔 来 源 ∶ "此网页的超链接有可能引向由第三方发行或营运的网站。Bioethanl - A Renewable Transportation Fuel from Biomass"〕

乙 醇 可 以 单 独 使 用 或 者 与 汽 油 混 在 一 起 作 为 车 用 燃 料 。 由 於 乙 醇 的 挥 发 性 , 乙 醇 很 适 合 作 为 直 接 喷 注 式 汽 油 引 擎 , 作 为 汽 油 代 替 品 。 一 般 来 说 , 如 果 混 合 燃 料 中 乙 醇 比 例 少 於 10% , 引 擎 无 需 作 出 改 动 。 而 如 果 乙 醇 比 例 高 於 10% , 则 引 擎 需 要 一 些 改 动 。

弹 性 燃 料 车 辆 指 的 是 可 以 使 用 汽 油 或 者 汽 油 混 以 最 高 85 % 乙 醇 作 为 燃 料 的 汽 车 或 货 车 。 这 类 车 辆 的 燃 料 系 统 经 过 特 殊 设 计 , 以 适 应 高 乙 醇 比 例 的 燃 料 。

2) 生 物 柴 油

生 物 柴 油 指 的 是 从 植 物 油 、 回 收 厨 用 油 或 者 动 物 脂 肪 中 提 取 的 长 链 脂 肪 酸 烷 基 酯 。 它 的 生 产 过 程 通 常 是 通 过 酯 化 反 应 , 即 在 催 化 剂 的 作 用 下 , 利 用 甲 醇 把 有 机 油 作 出 化 学 性 的 改 变 。 在 酯 化 反 应 过 程 中 , 油 分 子 中 的 甘 油 部 分 被 酒 精 取 代 并 最 终 在 清 洗 / 乾 燥 过 程 中 去 除 , 便 形 成 生 物 柴 油 了 。

 

生物柴油。 以上文字说明这张图片。
〔 上 图 来 源 ∶ 此网页的超链接有可能引向由第三方发行或营运的网站。http://www1.eere.energy.gov/biomass/pdfs/renewable_fuel.pdf 〕

 

简 化 的 生 物 柴 油 化 学 反 应 ∶

      催 化 剂      
油 或 者 脂 肪 + 酒 精 甘 油 + 生 物 柴 油

生 物 柴 油 生 产 的 原 料 主 要 是 植 物 油 , 如 芥 花 籽 油 、 葵 花 籽 油 和 大 豆 油 等 等 。 在 生 产 生 物 柴 油 过 程 中 , 首 先 从 含 油 种 子 中 提 取 出 植 物 油 , 然 後 经 过 酯 化 反 应 过 程 。 废 弃 煮 食 油 和 废 弃 脂 肪 也 可 以 作 为 生 物 柴 油 的 原 料 。 不 过 , 在 利 用 这 些 油 作 为 原 材 料 的 时 候 , 必 须 在 酯 化 反 应 前 进 行 净 化 处 理 。 当 前 欧 盟 国 家 主 要 采 用 芥 花 籽 作 为 生 物 柴 油 的 主 要 原 材 料 。 美 国 则 是 采 用 大 豆 , 而 葵 花 籽 油 和 棕 榈 油 则 主 要 在 温 带 和 热 带 国 家 使 用 。

3) 生 物 燃 料 的 优 点 与 局 限 性

除 了 在 运 输 领 域 可 以 取 代 一 部 分 化 石 燃 料 以 外 , 生 物 燃 料 还 有 其 他 优 点 ∶

  • 在 使 用 过 程 中 释 放 的 二 氧 化 碳 量 , 跟 原 材 料 植 物 种 植 过 程 中 吸 收 的 二 氧 化 碳 量 相 若 。 〔须 注 意 的 是 , 种 植 、 加 工 、 提 炼 、 运 输 等 过 程 都 须 耗 用 能 源 。 〕  
     
  • 生 物 燃 料 可 以 被 生 物 降 解 而 且 没 有 毒 性 , 因 此 对 土 壤 和 地 下 水 造 成 的 污 染 较 小 。
     
  • 与 传 统 车 用 燃 料 相 比 , 生 物 燃 料 使 用 过 程 中 产 成 的 温 室 气 体 、 二 氧 化 硫 和 粒 子 等 排 放 相 对 地 少 。
     
  • 利 用 有 机 废 物 生 产 生 物 燃 料 , 对 废 物 管 理 有 帮 助 , 因 为 为 固 体 废 物 处 理 提 供 了 另 一 个 选 择 。
     
  • 生 物 燃 料 能 够 提 升 引 擎 性 能 。 乙 醇 比 汽 油 具 有 更 高 辛 烷 值 , 是 一 种 抗 爆 震 燃 料 。 此 外 , 生 物 柴 油 还 可 以 溶 解 引 擎 里 面 的 柴 油 残 馀 物 。
     
  • 用 适 当 的 原 材 料 生 产 生 物 燃 料 , 可 以 产 生 社 会 经 济 利 益 , 包 括 创 造 就 业 、 减 少 石 油 进 口 以 及 拓 展 出 口 等 。

但 是 , 生 物 燃 料 要 作 为 车 用 燃 料 , 本 身 也 具 有 一 些 局 限 性 。

  • 成 本 ∶ 目 前 生 物 燃 料 的 生 产 成 本 要 比 传 统 燃 料 高 一 些 。 但 是 随 著 科 技 的 发 展 和 生 物 燃 料 生 产 规 模 的 扩 大 , 这 种 价 格 差 异 会 逐 渐 减 少 。
  • 粘 度 ∶ 生 物 燃 料 的 粘 度 通 常 要 高 一 些 。 在 冬 天 很 冷 的 地 区 , 引 擎 发 动 时 , 可 能 会 有 一 些 困 难 。
     
  • 氮 氧 化 物 排 放 ∶ 纯 生 物 柴 油 的 氮 氧 化 物 排 放 要 比 传 统 柴 油 高 约 10% 。 但 可 以 用 例 如 煤 油 这 样 的 添 加 物 来 减 轻 这 个 问 题 。
     
  • 腐 蚀 性 ∶ 生 物 柴 油 可 以 溶 解 旧 式 汽 车 中 用 於 燃 料 输 送 系 统 里 的 腈 橡 胶 。 新 式 汽 车 多 采 用 了 氟 塑 料 , 因 而 没 有 这 个 腐 蚀 问 题 。
     

4) 生 物 乙 醇 的 使 用

当 前 巴 西 和 美 国 是 世 界 上 生 产 最 多 生 物 乙 醇 的 国 家 。

巴 西 的 生 物 乙 醇 项 目 可 以 回 溯 到 1975 年 , 由 於 阿 拉 伯 石 油 禁 运 , 导 致 石 油 价 格 暴 涨 和 同 时 发 生 糖 价 暴 跌 。 为 了 降 低 石 油 进 口 需 求 及 为 糖 类 产 品 拓 展 市 场 , 巴 西 政 府 开 始 利 用 政 策 和 市 场 机 制 推 动 燃 料 乙 醇 生 产 。 2005 年 巴 西 生 产 了 超 过 150 亿 升 燃 料 乙 醇 , 占 运 输 燃 料 的 40% 。

巴 西 乙 醇 计 画 的 成 功 得 归 功 於 政 府 的 大 力 支 持 。 从 计 画 开 始 实 施 起 , 巴 西 政 府 就 设 立 了 用 乙 醇 取 代 一 定 比 例 的 燃 料 的 要 求 。 目 前 这 个 比 例 设 定 在 20% 。 巴 西 政 府 还 对 弹 性 燃 料 车 辆 提 供 税 项 优 惠 。 这 项 政 策 使 得 弹 性 燃 料 车 辆 在 新 车 销 售 中 的 比 例 从 2001 年 的 1% 迅 速 提 高 到 2005 年 的 53% 。 由 於 弹 性 燃 料 车 辆 可 以 使 用 乙 醇 含 量 高 达 85% 的 燃 料 , 这 也 就 为 车 主 在 汽 油 价 格 波 动 时 候 提 供 了 多 样 化 的 选 择 。

美 国 的 乙 醇 生 产 原 材 料 主 要 是 玉 米 和 小 麦 。 从 80 年 代 开 始 , 乙 醇 就 开 始 作 为 运 输 燃 料 使 用 。 2005 年 美 国 大 约 生 产 了 150 亿 升 燃 料 乙 醇 , 按 体 积 计 占 美 国 当 年 汽 油 消 耗 量 大 约 3 % 。 目 前 有 两 种 乙 醇 燃 料 ∶ E10 ( 10% 体 积 的 乙 醇 和 90% 体 积 的 汽 油 ) 和 E85 ( 85% 体 积 的 乙 醇 和 15% 体 积 的 汽 油 ) 。 当 前 美 国 所 有 使 用 汽 油 的 汽 车 都 可 以 直 接 使 用 E10 而 无 需 引 擎 改 动 。 而 E85 主 要 是 用 於 政 府 车 队 、 弹 性 燃 料 车 辆 和 市 区 公 共 汽 车 。 E85 中 的 15% 的 汽 油 是 为 了 保 证 冬 天 引 擎 易 於 发 动 , 并 且 在 火 灾 意 外 情 况 下 增 加 火 焰 的 光 度 。

在 中 国 内 地 , 生 物 乙 醇 的 主 要 由 国 有 企 业 生 产 。 自 从 2000 年 乙 醇 燃 料 计 画 开 展 以 来 , 2005 年 中 国 乙 醇 产 能 达 到 了 102 万 公 吨 , 而 同 期 乙 醇 产 量 约 为 92 万 公 吨 。 2007 年 乙 醇 的 产 能 将 提 高 到 166 万 公 吨 , 而 中 央 政 府 的 目 标 是 在 2010 将 产 能 提 高 到 400 万 公 吨 。 当 前 的 乙 醇 生 产 过 程 中 , 玉 米 和 小 麦 是 主 要 的 原 材 料 。 目 前 正 在 一 些 省 份 进 行 试 验 E10 ( 汽 油 混 入 10% 的 乙 醇 ) 。 中 央 政 府 期 望 在 2020 年 以 前 用 生 物 燃 料 取 代 15% 的 运 输 燃 料 。

中 国 目 前 及 将 来 乙 醇 产 量 资 料 -

地 点 ( 省 市 ) 公 司 名 称 主 要 原 材 料 2005 年 实 际 产 量
( 吨 / 年 )
2007 年 产 能
( 吨 / 年 ) 预 计
供 应 地 点 供 应 量
吨 / 年
黑 龙 江 , 肇 东 黑 龙 江 华 润 酒 精 有 限 公 司 玉 米 100,000 100,000 黑 龙 江 100,000
吉 林 , 吉 林 吉 林 燃 料 乙 醇 有 限 公 司 玉 米 300,000 600,000 吉 林 100,000
辽 宁 200,000
河 南 , 南 阳 河 南 天 冠 燃 料 乙 醇 有 限 公 司 小 麦 200,000 200,000 河 南 86,842
湖 北 ( 9 市 ) 113,158
河 北 ( 4 市 )
安 徽 , 蚌 埠 安 徽 丰 原 燃 料 酒 精 有 限 公 司 玉 米 320,000 320,000 安 徽 100,000
山 东 ( 7 市 ) 220,000
江 苏 ( 5 市 )
河 北 (2 市 )
广 西 华 润 酒 精 有 限 公 司 木 薯 0 110,000 广 西 110,000
河 北 华 润 酒 精 有 限 公 司 甜 薯 , 玉 米 等 0 230,000 河 北 230,000
湖 北 天 冠 燃 料 乙 醇 有 限 公 司 大 米 0 100,000 湖 北 100,000
总 共     920,000 1,660,000    

〔 来 源 ∶ USDA Foreign Agricultural Service GAIN Report No.CH6049 "China, People's Republic - Bio-fuels, An Alternative Future for Agriculture, 2006 〕

5) 生 物 柴 油 的 使 用

生 物 柴 油 的 全 球 产 量 从 2004 年 的 21 亿 升 增 加 到 2005 年 的 39 亿 升 , 升 幅 几 乎 是 一 倍 。 欧 盟 国 家 是 主 要 生 产 者 。 其 中 德 国 的 生 产 占 了 全 球 产 量 的 一 半 , 而 随 後 是 义 大 利 和 法 国 。 在 欧 盟 以 外 , 美 国 是 最 大 的 生 物 柴 油 生 产 国 。 目 前 发 展 中 国 家 的 生 物 柴 油 产 量 也 在 不 断 增 加 , 如 马 来 西 亚 、 印 尼 和 菲 律 宾 等 等 。 这 些 国 家 生 产 的 生 物 柴 油 主 要 是 供 给 其 国 内 需 求 。

生 物 柴 油 在 中 国 还 处 於 起 步 阶 段 。 2005 年 中 国 生 物 柴 油 产 量 在 十 至 二 十 万 公 吨 左 右 。 目 前 废 弃 的 煮 食 油 是 主 要 原 材 料 。 利 用 特 别 树 木 的 果 油 、 废 弃 的 芥 花 籽 油 和 废 弃 的 棕 榈 油 生 产 生 物 柴 油 的 技 术 正 在 研 究 和 试 验 中 。 中 国 政 府 制 定 的 目 标 是 在 2010 年 产 量 达 到 2 百 万 公 吨 , 2020 年 产 量 达 到 1 千 2 百 万 公 吨 。

   
 上 一 页
 回 页 首