生物燃料最新发展态势分析

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1、万方数据中国生物工程杂志ChinaBiotechnology，2008，28(8)：142～147生物燃料最新发展态势分析邓勇+房俊民陈方陈云伟王春明(中国科学院国家科学图书馆成都分馆成都610041)摘要第一代生物燃料的生产工艺已经较为成熟，美国、欧盟和巴西等一些国家已经形成了较完善的产业链。以纤维素乙醇为代表的第二代生物燃料是更有希望的替代燃料，但目前还未获得关键性的技术突破，其大规模的商业化生产尚待时日。目前生物燃料正处于从第一代向第二代发展过渡的初期。各国纷纷将发展第二代生物燃料定为国策，为此制订了长期的发展规划与目标，并为生物燃料发展提供了良好的政策

2、环境和大力的经费支持。各相关研究机构与企业也积极行动，力图解决生物燃料发展的各个关键问题。在此过程中，一些与生物燃料可持续发展有关的重要问题也引起了人们的关注。关键词生物燃料生物乙醇生物柴油纤维素乙醇中图分类号Q819近年来，人们不断寻求解决方案，以有效应对能源、环境、气候变化等全球面临的一系列重大问题。生物燃料逐渐成为人们关注的焦点之一。生物燃料由生物质原料转化而来，包括生物气体燃料(如生物氢)、生物液体燃料(如生物柴油)、生物固体燃料(如薪柴)和生物质发电(如沼气发电)等。目前最普遍的生物燃料为生物柴油(产自植物油)和生物乙醇(产白糖和淀粉作物)。已有的研

3、究表明，生物燃料的合理使用可以降低不可再生能源的消耗、减轻大气污染并减少温室气体排放，因此在一定程度上能够起到合理利用自然资源、保障国家能源安全和防止气候变化的积极作用⋯。但是生物燃料的开发与利用也可能产生负面影响，比如可能影响粮食生产，破坏生物多样性，产生新的污染物等心]。因此，科学地发展生物燃料变得尤为重要。1两代生物燃料的发展与比较‘3。】根据原料与生产技术的不同，生物燃料可分为第一代和第二代生物燃料。1．1第一代生物燃料第一代生物燃料的代表产品是通常所说的生物乙收稿13期：2008-04-02修回日期：2008-05-24·电子信箱：dengy@cla

4、s．ac．cn醇和生物柴油，前者由富含单糖、寡糖或淀粉的生物质原料经过发酵、蒸馏、脱水等步骤制成，后者为以动植物油脂为原料，经过酯交换反应(碱、酸、酶催化或超临界条件下)加工而成的脂肪酸甲酯(FAME)或乙酯(FAEE)燃料。目前，巴西和美国依靠资源与技术优势，已成为世界上最大的两个生物乙醇燃料生产国，合计产量超过全球总产量的70％。而德国的生物柴油生产能力在2007年达到500万吨(约合58亿升)，居全球首位。目前，发展第一代生物燃料生产所面临的主要问题之一是原料成本太高，特别是生物柴油，原料构成了成本的70％。因此，进一步的发展需要深入进行生物质资源潜力评

5、估、原料作物选育与基因改造及规模化种植(养殖)、原料利用技术改迸、废弃油脂等可再生资源的收集与利用等研究。同时，还需要围绕生物燃料生产过程的全生命周期进行充分的经济技术分析和优化研究，开发廉价高效的新型催化剂，通过引入新工艺来优化流程并提高转化效率，以及回收和利用下游副产品。1．2第二代生物燃料第二代生物燃料的代表产品是纤维素乙醇，它由富含纤维素或半纤维素的生物质原料经过预处理、酶降解和糖化发酵、蒸馏、脱水等步骤制成。有时，人们万方数据2008，28(8)邓勇等：生物燃料最新发展态势分析143也将由纤维素类固态生物质经高温快速裂解、气化、冷凝后得到的生物质原油

6、再经“气化一费托合成”等化工工艺处理后得到的精炼油产品——生物合成柴油视作第二代生物柴油。与第一代生物燃料相比，纤维素乙醇的原料来源更加广泛，综合性能更加优良。一般，纤维素乙醇生物炼制过程比第一代生物乙醇的合成多了两个步骤：生物质原料的预处理和纤维素、半纤维素的降解，这也是目前纤维素乙醇生产的难点与关键点之一。而整个炼制过程则涉及多个生物催化反应，它们可以按照多种方式组合，形成不同的工艺路线，如水解发酵二段法(SHF)、同步糖化发酵(SSF)、同步糖化共发酵(SSCF)、统合生物工艺(CBP)等。目前纤维素乙醇生产成本较高，原因涉及原料的收集、运输、储存与预处

7、理、纤维素降解、五碳糖转化、基础设施建设和运行等。为了发展纤维素乙醇，必须继续加强一系列研发工作，包括利用现代农业育种方法和基因工程技术发展可利用的战略能源作物、充分利用废弃生物质资源、完善预处理工艺、以及构建与培育高效发酵工程菌株以提高纤维素降解和木糖发酵的效率等。此外，还可以探索与其他高附加值化学品协同生产或采用循环工艺来提高全过程的经济可行性。1．3两代生物燃料发展特点比较生物燃料正在由第一代向第二代发展。第一代生物燃料的生产工艺已经较为成熟，美国、欧盟和巴西等一些国家已经形成了较完善的产业链。相反，目前第二代生物燃料的生产技术还未获得关键性的突破，大规

8、模的商业化生产还有待时日。表1简要列举