纖維素類能源植物能否擔當大任

新興的生物能源行業(yè)是個多技術并舉的領域。觀察近日啟動的國家“863”項目不難發(fā)現(xiàn)，為尋找新一代的生物能源的原料，專家們正在從多途徑進行探索。

纖維素類能源植物似乎是頗具前景的生物質(zhì)原料。近日，中國科學院廣州能源所承擔的國家“863”項目“纖維素類生物質(zhì)高效轉(zhuǎn)化利用技術”之“能源草高效制備生物天然氣關鍵技術研究”和“生物質(zhì)水相催化合成生物航空燃油”課題啟動。

“生物燃氣工程是國家重點發(fā)展和推廣應用的技術，生物航空燃油是目前國際國內(nèi)在高品質(zhì)先進液體燃料領域發(fā)展的重要方向，符合國際上對航空碳排放減排的需求。”課題負責人、中國科學院廣州能源所可再生能源與天然氣水合物重點實驗室研究員王鐵軍對《中國科學報》記者表示。

利用纖維素類能源植物制造生物天然氣和生物航空燃油，這一前景十分可觀。但技術能否走出實驗室，達到產(chǎn)業(yè)化的目標，仍需要開展大量的工作。

原料瓶頸

從化學成分上，能源植物包括兩類。一類是富含碳水化合物的能源植物，包括含糖類、含淀粉類和含纖維類能源植物，利用這些植物做生產(chǎn)原料可得到燃料乙醇和燃氣；一類是富含油脂的能源植物，如油菜、向日葵、麻風樹、油楠等，可直接產(chǎn)生接近石油成分的燃料。

生物航空燃油之前的研發(fā)利用到了富含油脂的能源植物。

但是，科學家從玉米、大豆、甘蔗等農(nóng)作物中提取生物燃油時，得到的生物柴油和乙醇性能未能達到航空燃油所需的性能標準，無法用于商業(yè)飛行。

“由于原料來源有限，種植需要大量的土地，產(chǎn)率低、油脂收集提取成本高也限制了生物航空燃油的發(fā)展?！蓖蹊F軍說，“同時，制備生物天然氣依賴大型養(yǎng)殖場，通過將動植物的糞便發(fā)酵來獲得生物燃氣?！?/p>

王鐵軍再三強調(diào)，“生物天然氣要實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，原料上也有局限性，因為它通常和大型的養(yǎng)殖場綁定在一起”。

天然的能源型植物資源

“如果種植纖維素類的能源草，應該可以解決問題。能源草耐得住惡劣的氣候條件，又能在邊際土壤地區(qū)種植，擺脫了對大型畜牧場的依賴，可以達到產(chǎn)業(yè)化的規(guī)模?！蓖蹊F軍提出了解決辦法。

“我們承擔的兩項課題的共同點在于如何突破生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)面臨的原料瓶頸問題，即如何利用廉價而豐富的原料來生產(chǎn)高端燃料。生物天然氣和生物航空燃油原來分別依賴動物的養(yǎng)殖和油脂作物的種植?！蓖蹊F軍補充道，“這兩者都無法解決產(chǎn)業(yè)化的原料需求問題，但纖維素能解決，收割糧食之后剩下來的材料都可以用來生產(chǎn)交通領域液體類的高品質(zhì)燃料?！?/p>

纖維素類能源草就是一類重要的能源植物資源。柳枝稷、荻、蘆竹是3種理想的纖維素類能源草代表，它們皆為多年生的高大草本植物，植株高大，生長迅速，生物質(zhì)產(chǎn)量高，適應性極強，能夠在較為貧瘠的土地上正常生長，且均屬于非糧能源作物。

在我國，基于豐富的邊際土地資源開展纖維素類能源草的規(guī)模化種植與應用，發(fā)展生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)，可以實現(xiàn)“不與民爭糧，不與糧爭地”。

同時，不僅是能源草，林業(yè)、農(nóng)業(yè)的剩余秸稈等其他纖維素類能源植物都可以成為原料來源。

產(chǎn)業(yè)化過程很漫長

原料問題看似可以解決，但兩項技術還面臨著其他難題。

“能源草在產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣效率方面必須取得突破和提高。”王鐵軍表示，目前國際上并沒有大范圍使用生物航空燃油。我們國家也用生物燃油試飛過，但這些燃油都不是從纖維素類能源植物提煉得來的。纖維素生產(chǎn)航空燃油仍是一個前端的技術，目前在國際上處于試生產(chǎn)和實驗攻關的階段，連試用都沒有。同時，整個生物質(zhì)水相催化生產(chǎn)生物航空燃油的工藝需要集成和優(yōu)化，催化劑的性能和壽命都需要提高。

技術難題尚未解決，那通過纖維素類能源植物制造生物天然氣和生物航空燃油是否就不具備產(chǎn)業(yè)化前景了呢？

北京市農(nóng)林科學院北京草業(yè)與環(huán)境研究發(fā)展中心一位不愿透露姓名的研究員對本報記者表示，“至少要200年才談得上產(chǎn)業(yè)化”。

實際上，上述兩項課題屬于國家的“863”項目，具備產(chǎn)業(yè)化前景是國家立項的根本要求。王鐵軍強調(diào)，要想實行產(chǎn)業(yè)化，必須具備三個條件。一是轉(zhuǎn)化效率要高；二是相關的技術要比較成熟、穩(wěn)定可靠；三是經(jīng)濟性要與目前的能源市場有所競爭，至少要持平。

來源：科學時報 作者：李勤

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