能源和環(huán)境是當今人類面臨的兩大問題.doc

能源和環(huán)境是當今人類面臨的兩大問題。目前，化石燃料是人類生產(chǎn).生活的主要能源。隨著全球能源使用量的增長，及不科學使用，化石燃料等不可再生能源將日益枯竭，并對環(huán)境產(chǎn)生嚴重影響。這就迫切要求人們開發(fā)氫能，核能，風能，地熱能，太陽能，和潮汐能等新能源。這些能源的利用與開發(fā)，不但可以部分解決化石能源面臨耗盡的危機，還可以減少對環(huán)境的污染。人均效益處于全國先進地位。加強海洋天然氣的勘探開發(fā)是中國海油早在1998年就制定的加快海洋石油發(fā)展的“六大發(fā)展戰(zhàn)略”之一，力爭到2015年中國近海天然氣年產(chǎn)量達到200億方，為此，在2010年以前需新增探明天然氣地質儲量3773億方。今后15年海洋天然氣增儲上產(chǎn)的主要區(qū)域是東海西湖凹陷、瓊東南盆地及茸歌海盆地。2000年是中國海油資產(chǎn)重組、機制改革后的第一年，也是海洋石油開發(fā)的第一個“海洋天然氣年”，在“海洋天然氣年”中，中國海油將會有一系列的重大舉措推動和加快海洋天然氣的勘探開發(fā)。一是經(jīng)過近三年的籌建，海洋石油化學公司已于近日正式成立，這標志著位于茸歌海盆地的東方氣田的開發(fā)進入了到計時，預計到2004年東方氣田每年將向海南提供天然氣16億方，用于化肥工業(yè)和發(fā)電。隨著科技投入的增加和鉆探技術的提高，鶯歌海大氣區(qū)不斷有新的發(fā)現(xiàn)，東方和樂東氣田的聯(lián)合開發(fā)將實現(xiàn)向海南、廣西或廣東提供天然氣34億方。二是位于渤海灣中部和南部的渤南油氣田群也將在近期全面啟動，預計在三年內(nèi)實現(xiàn)向出東膠東半島供氣。三是配合國家“西氣東輸”工程，優(yōu)先開發(fā)東海天然氣的戰(zhàn)略部署，加快東海天然氣的勘探開發(fā)。開發(fā)東海天然氣是“海洋天然氣年”的重頭戲，中國海油決定要把東海天然氣的勘探作為今年的工作重點，加大投入，加大勘探工作量，爭取盡快獲得重要發(fā)現(xiàn)。今年4月8日，中國海油在東海鉆探的紹興611井開鉆，拉開了大規(guī)?？碧介_發(fā)東海天然氣的序幕。東海盆地是我國近海一個大型新生代沉積盆地，總面積25萬平方公里，有一批有利圈閉有待鉆探，勘探潛力很大。西湖凹陷被認為是東海盆地中油氣資源最豐富的地區(qū)，而且目前勘探程度最高，至今約20年的勘探歷史，已鉆井28口，并獲得約1500億方的天然氣探明加控制儲量。西湖凹陷的天然氣預測資源量l萬億2萬億方，目前發(fā)現(xiàn)程度僅為1575。除天然氣之外，西湖凹陷還有原油的預測資源量12億噸， 目前探明加控制儲量僅為4000萬噸，發(fā)現(xiàn)程度僅為3，勘探潛力非常大。此外，在臺北凹陷已發(fā)現(xiàn)的麗水361氣田，潛力也不可忽視。中國海油今年在東海海域投入勘探資金34億元，幾乎接近前20年自營勘探投資的總和。計劃安排要鉆5口探井或評價井，作二維地震5000公里，如果有新的發(fā)現(xiàn)，將作三維地震8001000平方公里，投資還會增加。從現(xiàn)在到2010年，將在東海海域部署55口評價井和20口探井及一系列物探工作量，完成新增天然氣探明儲量2700億方的目標，使東海天然氣年產(chǎn)量從現(xiàn)在的4億方增至100億方，以滿足上海及江蘇、浙江經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)的能源需求。東海天然氣具有許多得天獨厚的優(yōu)勢：油氣田聯(lián)合開發(fā)，提高整體經(jīng)濟效益：離市場近，輸氣距離短，工程建設周期短，能夠以較快的速度、較低的成本滿足市場等等。加快東海天然氣勘探開發(fā)，在滿足華東地區(qū)供氣總量和時間方面以及實現(xiàn)雙氣源供應保證供氣的可靠性，都將對“西氣東輸工程”發(fā)揮重要的補充作用。天然氣的勘探開發(fā)與石油有很大的不同，這就是在勘探天然氣資源的同時，就要探詢天然氣的市場前景；在上天然氣開發(fā)項目的同時，就得上天然化學是一門中心科學，人類面臨的資源、能源、環(huán)境、健康等問題的解決，在很大程度上依賴于化學的研究和發(fā)展?；瘜W的主要發(fā)展方向之一是深入研究化學反應理論，以揭示從原料到產(chǎn)物的通道，進而設計機理導向的包括以催化劑為核心的最佳化學過程。能源是關系到國家可持續(xù)發(fā)展和戰(zhàn)略安全的領域。如何發(fā)展新的能源高效轉化技術和潔凈能源，不但涉及能源使用效率、更與全球環(huán)境氣候變化相關聯(lián)，屬于國家重大需求。能源工業(yè)在很大程度上依賴于化學過程，能源消費的90以上依靠化學技術。怎樣控制低品位燃料的化學反應，使我們既能保護環(huán)境又能使能源的成本合理是化學面臨的一大難題。化石能源的轉化及綜合利用至關重要。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國各項建設已有了巨大成就，但也付出了資源和環(huán)境的代價。今天，能源資源約束明顯、能源供給矛盾突出、能源環(huán)境污染嚴重，成為制約我國能源發(fā)展的重要瓶頸。解決我國能源問題，根本出路是堅持開發(fā)新技術、節(jié)約資源等并舉，大力推進節(jié)能降耗，高效利用能源等方式才能突破我國能源發(fā)展的瓶頸。高效利用能源主要是針對傳統(tǒng)能源系統(tǒng)而言立足于新技術、新工藝，或者新理念構架的新型的能源利用技術，高效利用能源技術可大大提高了能源的綜合利用效率，有效減少污染的排放。高效利用能源技術主要是指的熱電聯(lián)產(chǎn)技術和燃料電池技術。熱電聯(lián)產(chǎn)是既產(chǎn)電又產(chǎn)熱的先進能源利用形式，具有降低能源消耗、提高空氣質量、補充電源、節(jié)約城市用地、提高供熱質量、便于綜合利用、改善城市形象、減少安全事故等許多優(yōu)點，所以世界各國都在大力發(fā)展。世界熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)展呈現(xiàn)許多趨勢，其中，丹麥在熱電聯(lián)產(chǎn)綜合利用效率方面超過70以上。這種小型、微型的熱電聯(lián)產(chǎn)被國際上稱之為分布式能源。分布式能源技術對能源的利用方式與傳統(tǒng)的能源利用存在很大的區(qū)別，它不再追求規(guī)模效益，而是更加注重資源的合理配置，追求能源利用效率最大化和效能的最優(yōu)化，充分利用各種資源，就近供電供熱，將中間輸送損耗降至最低。分布式能源可以和終端能源用戶的能源需求系統(tǒng)進行協(xié)同優(yōu)化，通過信息技術將供需系統(tǒng)有效銜接，進行多元化的優(yōu)化整合，在燃氣管網(wǎng)、低壓電網(wǎng)、熱力管網(wǎng)和冷源管網(wǎng)上，以及信息互聯(lián)網(wǎng)絡上實現(xiàn)聯(lián)機協(xié)作，互相支持、互相平衡，構成一個多元化的能源網(wǎng)絡，使能源供應與能源的實際需求更加匹配。它不僅是一些傳統(tǒng)能源技術的集合，也是全新的能源綜合利用系統(tǒng)。目前，高效利用能源技術發(fā)展的一個重點是“燃料電池”技術。燃料電池的能源利用效率更高，污染更小，理論上燃料電池使用的是氫能，屬于可再生能源。但自然界中可以直接利用的氫根本不存在，制氫需要其他外部能量實現(xiàn)。我國制氫的技術方向是如何利用天然氣、煤氣化、甲醇、乙醇等能源，特別有前途的是利用廢棄在地下煤炭資源進行地下可控氣化再制氫技術。燃料電池不僅可以解決人類發(fā)展的電力難題，同時也可以解決對于石油的替代難題。雖然，就燃料電池技術本身應該屬于新能源，但是大多數(shù)燃料電池將不會依賴于可再生能源。熱電聯(lián)產(chǎn)和燃料電泄技術等能源高效利用技術都是立足于新技術、新工藝，或者新理念構架的新型的能源利用技術，雖然不是可再生能源。據(jù)專家測算，能源利用效率提高1個百分點，可節(jié)省能源費用130多億元。促進能源的合理和高效利用，對我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有深遠的戰(zhàn)略意義。高效利用能源，促進國民經(jīng)濟可持繼發(fā)展/coursefile/wujijifenxihuaxue_20080410/file/%E8%83%BD%E6%BA%90%E5%8C%96%E5%AD%A6.pdf在“后石油時代”能源和綠色化學研究方面取得進展 ?“后石油時代”替代能源的研究主要包括近期對煤、天然氣的利用和中遠期對可再生生物質資源的開發(fā)。在國家自然科學基金和科技部等的資助下，寇元教授和劉海超教授兩個課題組在這些方面的研究取得進展。 煤和天然氣轉化為液體燃料的核心技術是費-托合成，即一氧化碳通過催化加氫轉化為烴類化合物（液體燃料）。目前工業(yè)上主要采用負載金屬催化劑。寇元教授課題組提出了全新的方法，在水相中利用非擔載的釕原子簇（2nm）高效實現(xiàn)了合成氣的轉化，在150 oC下催化活性高出傳統(tǒng)的負載催化劑35倍，100 oC時的活性與負載催化劑200 oC時的結果相當。這一研究結果剛一在Angew. Chem. Int. Ed（DOI: 10.1002/anie.200703481）上在線發(fā)表，便引起了關注，英國皇家化學會的會刊Chemistry World（December 12）以“Aqueous Fischer-Tropsch is Clean and Green”為題作了評述，指出“中國科學家首次在水介質中實現(xiàn)了費-托合成，這是邁向烴類燃料生產(chǎn)綠色化的一步”。 纖維素是自然界中最豐富的生物質資源，但傳統(tǒng)轉化方法步驟多，能量利用不合理，部分過程對環(huán)境有較嚴重污染。針對上述科學問題，寇元教授和劉海超教授課題組通過在釕納米簇催化劑上一步選擇氫解糖酐（C-O-C）鍵，實現(xiàn)了纖維素到多元醇的綠色轉化 （J. Am. Chem. Soc., 2006, 128, 8714-8715）。最近，劉海超課題組在近臨界水（高于200 oC和 20 atm H2）條件下，實現(xiàn)了纖維素的水解。同時，與快速加氫過程相耦合，將生成的單糖即時在釕催化劑作用下，加氫轉化為山梨醇等多元醇，達到了纖維素的高效、綠色轉化。這一結果發(fā)表在近期的 Angew. Chem. Int. Ed. （2007, 46, 7636-7639）后，先后被 Nature China （September 19, 2007) 在“Latest Research Highlight”和Chemical & Engineering News (October 15, 2007) 在“Science and Technology Concentrates”欄目中評述報道。 /pweb/shz/NENGYUAN/Index.htm能源植物的開發(fā)與利用作者：佚名論文來源：不詳點擊數(shù)： 50更新時間：2008-10-27 【摘 要】隨著世界能源危機的加劇,生物質能源的開發(fā)利用已成為當今國際上的一大熱點。 本文通過對能源植物國內(nèi)外研究進展及開發(fā)利用現(xiàn)狀進行綜述,簡單介紹生物質能源的生產(chǎn) 技術,分析存在的問題,并針對能源植物的特點及我國國情提出一些建議。 關鍵詞:生物能;開發(fā)利用;綜述;能源植物;生物質能源 0. 引言 能源是現(xiàn)代社會賴以生存和發(fā)展的基 礎,隨著社會的發(fā)展,能源危機已成為當今 世界面臨的巨大挑戰(zhàn)。據(jù)世界能源權威機構 1999 年底的分析,世界已探明的主要礦物燃 料儲量和開采量不容樂觀,其中石油剩余可 采年限僅有 40 年1,其年消耗量占世界能源 總消耗量的 40.5%2。從發(fā)展的角度看,化 石能源終將耗竭,加之其燃燒時產(chǎn)生的有害 物質嚴重污染了生態(tài)環(huán)境。傳統(tǒng)的能源結構 已經(jīng)開始調(diào)整,作為未來的主要能源只能依 賴于可再生能源和受控核聚變能。因此,國 內(nèi)外的能源研究人員正積極探索發(fā)展替代 燃料和可再生能源。 生物質是一種重要的可再生能源。生物 質能是指利用生物可再生原料和太陽能生 產(chǎn)的清潔和可持續(xù)利用的能源,包括燃料酒 精、生物柴油、生物制氫、生物質氣化及液 化燃料等。能源植物是最有前景的生物質能 之一。本文從能源植物的概念、分類入手, 對其國內(nèi)外研究進展和開發(fā)利用現(xiàn)狀、生物 能源生產(chǎn)技術及存在的問題進行了綜述。 1. 能源植物定義 綠色植物通過光合作用將太陽能轉化 為化學能而貯存在生物質內(nèi)部,這種生物質 能實際上是太陽能的一種存在形式。所以廣 義的能源植物幾乎可以包括所有植物。植物 的生物質能是一種廣為人類利用的能源,其 使用量僅次于媒、石油和天然氣而居于世界 能源消耗總量第四位。但以目前的技術水 平,還不能將所有植物都用于能源開發(fā)。因 此,一般意義上講能源植物通常是指那些利 用光能效率高,具有合成較高還原性烴的能 力,可產(chǎn)生接近石油成分和可替代石油使用 的產(chǎn)品的植物以及富含油脂、糖類淀粉類、 纖維素等的植物3,4。 2. 能源植物的分類 能源植物種類繁多,生態(tài)分布廣泛,有 草本、喬木和灌木類等。目前全世界已發(fā)現(xiàn) 的能源植物主要集中在夾竹桃科、大戟科、 蘿科、菊科、桃金娘科以及豆科,品種主要 有綠玉樹、續(xù)隨子、橡膠樹、西蒙德木、甜 菜、甘蔗、木薯、苦配巴樹、油棕櫚樹、南 洋油桐樹、黃連木、象草等。為了研究利用 方便,這里按其使用的功能和轉化為替代能 源的化學成分將能源植物主要分為四類。 2.1 富含類似石油成分的能源植物 這類植物合成的分子結構類似于石油 烴類,如烷烴、環(huán)烷烴等。富含烴類的植物 是植物能源的最佳來源,生產(chǎn)成本低,利用 率高。目前已發(fā)現(xiàn)并受到能源專家賞識的有 續(xù)隨子、綠玉樹、西谷椰子、西蒙得木、巴 西橡膠樹等。例如巴西橡膠樹分泌的乳汁與 石油成分極其相似,不需提煉就可以直接作 為柴油使用,每一株樹年產(chǎn)量高達 40L。我 國海南省特產(chǎn)植物油楠樹的樹干含有一種 類似煤油的淡棕色可燃性油質液體,在樹干 上鉆個洞,就會流出這種液體,也可以直接用作燃料油。 2.2 富含高糖、高淀粉和纖維素等碳水 化合物的能源植物 利用這些植物所得到的最終產(chǎn)品是乙 醇。這類植物種類多,且分布廣,如木薯、 馬鈴薯、菊芋、甜菜以及禾本科的甘蔗、高 粱、玉米等農(nóng)作物都是生產(chǎn)乙醇的良好原料 5。 2.3 富含油脂的能源植物 這類植物既是人類食物的重要組成部 分,又是工業(yè)用途非常廣泛的原料。對富含油 脂的能源植物進行加工是制備生物柴油的 有效途徑。世界上富含油的植物達萬種以 上,我國有近千種,有的含油率很高,如桂北 木姜子種子含油率達 64.4%,樟科植物黃脈 釣樟種子含油率高達 67.2%。這類植物有些 種類存儲量很大,如種子含油達 15%25% 的蒼耳子廣布華北、東北、西北等地,資源 豐富僅陜西省的年產(chǎn)量就達 1.35 萬 t。集 中分布于內(nèi)蒙、陜西、甘肅和寧夏的白沙蒿、 黑沙蒿,種子含油 16%23%,蘊藏量高達 50 萬 t。水花生、水浮蓮、水葫蘆等一些高 等淡水植物也有很大的產(chǎn)油潛力。生存在淡 水中的叢粒藻(綠藻門四胞藻目),就如同 產(chǎn)油機,能夠直接排出液態(tài)燃油6。 2.4 用于薪炭的能源植物 這類植物主要提供薪柴和木炭。如楊柳 科、桃金娘科桉屬、銀合歡屬等。目前世界 上較好的薪炭樹種有加拿大楊、意大利楊、 美國梧桐等。近來我國也發(fā)展了一些適合作 薪炭的樹種,如紫穗槐、沙棗、旱柳、泡桐 等,有的地方種植薪炭林 35 年就見效,平 均每公頃(10 000 m2,15 畝)薪炭林可產(chǎn) 干柴 15 t 左右。美國種植的芒草可燃性強, 收獲后的干草能利用現(xiàn)有技術輕易制成燃 料用于電廠發(fā)電。 3. 國內(nèi)外能源植物研究開發(fā)和 利用概況 3.1 國際能源植物的研究開發(fā)和利用 情況國際上能源植物的研究始于 20 世紀 50 年代末 60 年代初,發(fā)展于 70 年代,自 80 年代以來得到迅速發(fā)展。1986 年美國加州大 學諾貝爾獎獲得者卡爾文博士在加州福尼 亞大面積地成功引種了具有極高開發(fā)價值 的續(xù)隨子和綠玉樹等樹種,每公頃可收獲 120140 桶石油,并作了工業(yè)應用的可行性 分析研究,提出營造“石油人工林”,開創(chuàng)了 人工種植石油植物的先河7。至此在全球迅 速掀起了一股開發(fā)研究能源植物的熱潮,許 多國家都制定了相應的開發(fā)研究計劃。如日 本的“陽光計劃”、印度的“綠色能源工程”、 美國的“能源農(nóng)場”和巴西的“酒精能源計劃” 等。隨著更多的“柴油樹”、“酒精樹”和“蠟樹” 等植物的發(fā)現(xiàn)及栽培技術的不斷成熟,世界 各地紛紛建立了“石油植物園”、“能源林場” 等,栽種一些產(chǎn)生近似石油燃料的植物。英 國、法國、日本、巴西、俄羅斯等國也相繼 開展石油植物的研究與應用,借助基因工程 技術培育新樹種,采用更先進的栽培技術來 提高產(chǎn)量。 目前,美國已種植有一百多萬公頃的石 油速生林,并建立了三角葉楊、榿木、黑槐、 桉樹等石油植物研究基地;菲律賓有 1.2 萬 公頃的銀合歡樹,6 年后可收 1000 萬桶石 油;日本則建立了 5 萬 m2 的石油植物試驗 場,種植 15 萬株石油植物,年產(chǎn)石油 100 多桶;瑞士“綠色能源計劃”打算用 10 年種 植 10 萬公頃石油植物,解決全國一年 50% 石油需求量。 泰國利用椰子油制作的汽車燃料加油 站在泰國中部巴蜀府開始營業(yè),成為世界上 第一個椰子油加油站。巴西是乙醇燃料開發(fā) 應用最有特色的國家,實施了世界上規(guī)模最 大的“乙醇種植”計劃。2004 年,巴西的乙醇 產(chǎn)量達 146 億 L,乙醇消費量超過 122 億 L。 目前巴西乙醇產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的 44%,出 口量的 66%。美國通過采用基因工程技術, 對木質纖維素進行了成功的乙醇轉化。從 1980 年到 2000 年的 20 年內(nèi),美國的燃料乙 醇生產(chǎn)量由 66.24 億 L 增加到 617 億 L。 此外,還陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些很有前景的能 源植物資源。南美洲北部有一種本土植物 苦配巴(Copafera L.),主要生長在巴西 亞馬遜流域的密林和叢林中,其樹高大,有 粗大的樹干和光滑的表皮,只要在樹干上鉆 一個孔,就能流出金黃色的油狀樹液,每株 成年樹每年能產(chǎn)油 10kg15kg,成份非常接 近柴油。阿聯(lián)酋大學的瑟林姆教授等人發(fā)現(xiàn) 了一種名叫“霍霍巴(Jojba)”的植物希蒙得 木(Simmondsia chinensis (Link) Schneider), 生長在美洲沙漠或半沙漠地區(qū),種子含油率 達 44%58%,其油在國際上被譽為“液體 黃金”、“綠色石油”,廣泛用于航空、航天、 機械、化工、等領域。產(chǎn)于澳大利亞的古巴 樹(又稱柴油樹),每棵成年樹每年可獲得約 25 L 燃料油,且這種油可直本篇文章來源于 人教資源網(wǎng) 轉載請以鏈接形式注明出處 網(wǎng)址：/lunwen/huaxue/200810/38868_2.html接用于柴油機。 油棕櫚樹也是一種石油樹,3 年后開花結果, 每公頃可年產(chǎn)油 1 萬 kg。柳枝稷(Panicum virgatum L.)是美國草原地區(qū)用于水土保持 或作為牛飼料的鄉(xiāng)土植物,自從發(fā)現(xiàn)它可被 用來生產(chǎn)乙醇后,美國聯(lián)邦政府認為這種植 物具有成為能源作物的潛力并加緊了對這 種植物的研究。澳大利亞北部生長的兩種多 年生野草桉葉藤(Cryptostegia grandiflora R. Br)和牛角瓜(Calotropis gigantean (Linn.) Dryanderex Aiton f.),其莖、葉含碳氫化合 物,可以用于提取石油。這些野草生長速度 極快,每周長 30 cm,每年可以收割幾次。 美國加州 “ 黃鼠草 ”(Ixeris chinensis (Thunberg) Nakai),每公頃可生產(chǎn) 1 t 燃料 油,如果人工種植,草和油的產(chǎn)量還能提高, 每公頃生長的草料可提煉出 6 t 石油8。日 本科學家最近發(fā)現(xiàn)一種芳草類芒屬植物“象 草”,1 hm2 平均每年可收獲 12 t 生物石油, 比現(xiàn)有的任何能源植物都高產(chǎn),且所產(chǎn)生的 能源相當于用油菜籽制作的生物柴油的 2 倍,但其投入不及種植油菜的 1/3,因此是 一種理想的石油植物。 3.2 國內(nèi)能源植物的開發(fā)利用現(xiàn)狀 我國是“貧油大國”,也是世界能源消費 大國。1993 年我國由石油凈出口國變?yōu)閮暨M 口國,石油進口量逐年上升,目前對石油進 口依賴度已超過 1/39。我國對能源植物的 研究及開發(fā)利用起步較晚,與歐美發(fā)達國家 相比還存在很大差距。但我國植物資源豐 富,早在 1982 年分析了 1581 份植物樣品, 收集了 974 種植物,并編寫成了中國油脂 植物、四川油脂植物,選擇出了一些 高含油量的植物,如烏桕(Sapium sebiferum (Linn.)Roxb)、小桐子(Jatropha curcas L.)、油 楠(Sindora glabra Merr.ex De Wi)、四合木 (Tetraena monglica) 、五 角楓 (Acer mono Maxim)等。已查明我國油料植物為 151 科 697 屬 1554 種,種子含油量在 40%以上的 植物 154 種;新近調(diào)查表明,我國能夠規(guī)模 化利用的生物質燃料油木本植物有 10 種, 這 10 種植物均蘊藏著巨大的潛力,具有廣 闊的發(fā)展前景。 我國對能源植物的利用雖處于初級階 段,但生物柴油產(chǎn)業(yè)得到了國務院領導和國 家計委、國家經(jīng)貿(mào)委、科技部等政府部門的 高度重視和支持,并已列入國家計劃。“七 五”期間,四川省林業(yè)科學研究院等單位利 用野生小桐子(麻瘋樹的果實)提取生物柴 油獲得了成功;中科院“八五”重點項目“燃 料油植物的研究與應用技術”完成了金沙江 流域燃料油植物資源的調(diào)查研究,建立了小 桐子栽培示范區(qū)。湖南省在此期間完成了光 皮樹制取甲脂燃料油的工藝及其燃燒特性 的研究;“九五”期間根據(jù)新能源和可再生 能源發(fā)展綱要的框架,在中央有關部委和 地方制定的計劃中,優(yōu)先項目是:對全國綠 色能源植物資源進行普查,為制訂長期研究 開發(fā)提供科學依據(jù);運用遺傳工程和雜交育 種技術,培育生產(chǎn)迅速、出油率高,更新周 期短的新品種;進行能源植物燃料的基礎研 究和開發(fā)研究,包括能源植物燃燒特性,提 煉工藝及綜合利用和開發(fā)10,11。中國工程院 有關負責人介紹,中國“十五”計劃發(fā)展綱要 提出發(fā)展各種石油替代品,將生物與現(xiàn)代化 農(nóng)業(yè)、能源與資源環(huán)境等項目列入國家 863 計劃,把大力發(fā)展生物液體燃料確定為國家 產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。據(jù)了解,“十一五”期間,我國 規(guī)劃生物柴油原料林基地建設規(guī)模 83.91 萬 公頃,原料林全部進入結實期后,將形成年 產(chǎn)生物柴油 125 萬多噸的原料供應能力。目 前,已有一些頗具實力的企業(yè)和國外大型能 源企業(yè),進入麻瘋樹生物柴油這一領域,在 各地籌建起有相當規(guī)模的生物柴油生產(chǎn)企 業(yè),預計未來全國麻瘋樹種植面積至少可達 200 萬公頃以上,顯示了良好的資源開發(fā)利 用前景。 國內(nèi)對能源植物產(chǎn)品研究與開發(fā)主要 集中在生物柴油和乙醇燃料兩類上。生物柴 油的研究內(nèi)容涉及油脂植物的分布、選擇、 培育、遺傳改良及加工工藝和設備等。用于 生產(chǎn)生物柴油的主要原料有油菜籽本篇文章來源于 人教資源網(wǎng) 轉載請以鏈接形式注明出處 網(wǎng)址：/lunwen/huaxue/200810/38868_3.html、大豆、 小桐子、黃連木(Pistacia chinens Bunge)、油 楠等。小桐子含油率 40%60%,是生物柴 油的理想原料12。海南正和生物能源公司、 四川古杉油脂化工公司和福建新能源發(fā)展 公司都已開發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權的技術, 并相繼建成了規(guī)模近萬噸級的生物柴油生 產(chǎn)廠。德國魯奇化工股份有限公司、貴州省 發(fā)改委、貴州金桐福生物柴油產(chǎn)業(yè)有限公司 就中德合作貴州小油桐生物柴油示范項目 簽訂了合作協(xié)議。西南生物柴油生產(chǎn)企業(yè) 華正能源開發(fā)有限公司,總投資 8 000 萬元, 年生產(chǎn)能力可達 2 萬噸。 用于生物乙醇燃料加工的原材料主要 有甜高粱、木薯、甘蔗等。其中甜高粱具有 耐澇、耐旱、耐鹽堿、適應性強等特點,成 為當前世界各國關注的一種能源作物。我國 種植的沈農(nóng)甜雜 2 號甜高粱,收獲后每公頃 可提取 4011L 酒精。此外,我國自 2000 年 開始啟動陳糧轉化燃料乙醇計劃,目前已年 產(chǎn)百萬噸燃料乙醇,在吉林、黑龍江、河南、 安徽等省普遍推廣燃料乙醇- 汽油混合燃 料。秸稈酶解發(fā)酵燃料乙醇新技術已經(jīng)試驗成功,山東澤生生物科技有限公司建成了年 產(chǎn) 3 000 噸秸稈酶解發(fā)酵燃料乙醇產(chǎn)業(yè)化示 范工程。 4. 生物能源的生產(chǎn)技術 4.1 生物柴油生產(chǎn)方法 生物柴油的生產(chǎn)方法主要有化學法、生 物酶法、超臨界法等。 (1) 化學法 國際上生產(chǎn)生物柴油主要 采用化學法,即在一定溫度下,將動植物油 脂與低碳醇在酸或堿催化作用下,進行酯交 換反應,生成相應的脂肪酸酯,再經(jīng)洗滌干 燥即得生物柴油13。甲醇或乙醇在生產(chǎn)過程 中可循環(huán)使用,生產(chǎn)設備與一般制油設備相 同,生產(chǎn)過程中副產(chǎn) 10%左右的甘油。但化 學法生產(chǎn)工藝復雜,醇必須過量;油脂原料 中的水和游離脂肪酸會嚴重影響生物柴油 得率及質量;產(chǎn)品純化復雜,酯化產(chǎn)物難于 回收,成本高;后續(xù)工藝必須有相應的回收 裝置,能耗高,副產(chǎn)物甘油回收率低。使用 酸堿催化對設備和管線的腐蝕嚴重,而且使 用酸堿催化劑產(chǎn)生大量的廢水,廢堿(酸) 液排放容易對環(huán)境造成二次污染等。 (2) 生物酶法 針對化學法生產(chǎn)生物柴 油存在的問題,人們開始研究用生物酶法合 成生物柴油,即利用脂肪酶進行轉酯化反 應,制備相應的脂肪酸甲酯及乙酯。酶法合 成生物柴油對設備要求較低,反應條件溫 和、醇用量小、無污染排放。Xu 以大豆油 為原料,采用固定化酶的工藝14,酶用量為 油的 30%,甲醇與大豆油摩爾比為 12:1,反 應溫度 40,反應 10 h 生物柴油得率為 92 %。因酶成本高、保存時間短,使得生物酶 法制備生物柴油的工業(yè)化仍不能普及。此 外,還有些問題是制約生物酶法工業(yè)化生產(chǎn) 生物柴油的瓶頸,如脂肪酶能夠有效地對長 鏈脂肪醇進行酯化或轉酯化,而對短鏈脂肪 醇轉化率較低(如甲醇或乙醇一般僅為 40%60%);短鏈脂肪醇對酶有一定的毒 性,酶易失活;副產(chǎn)物甘油難以回收,不但 對產(chǎn)物形成抑制,而且甘油也對酶也有毒 性。 (3) 超臨界法 即當溫度超過其臨界溫 度時,氣態(tài)和液態(tài)將無法區(qū)分,于是物質處 于一種施加任何壓力都不會凝聚的流動狀 態(tài)。超臨界流體密度接近于液體,粘度接近 于氣體,而導熱率和擴散系數(shù)則介于氣體和 液體之間,所以能夠并導致提取與反應同時 進行。超臨界法能夠獲得快速的化學反應和 很高的轉化率。Kusdiana15和 Saka16發(fā)現(xiàn)用 超臨界甲醇的方法可以使油菜籽油在 4 min 內(nèi)轉化成生物柴油,轉化率大于 95%。但反 應需要高溫高壓,對設備的要求非常嚴格, 在大規(guī)模生產(chǎn)前還需要大量的研究工作。 4.2 生物乙醇生產(chǎn)情況 生物乙醇的生產(chǎn)是以自然界廣泛存在 的纖維素、淀粉等大分子物質為原料,利用 物理化學途徑和生物途徑將其轉化為乙醇 的一種工藝,生產(chǎn)過程包括原料收集和處 理、糖酵解和乙醇發(fā)酵、乙醇回收等三個主 要部分。發(fā)酵法生產(chǎn)燃料酒精的原料來源很 多,主要分為糖質原料、淀粉質原料和纖維 素類物質本篇文章來源于 人教資源網(wǎng) 轉載請以鏈接形式注明出處 網(wǎng)址：/lunwen/huaxue/200810/38868_4.html原料,其中以糖質原料發(fā)酵酒精的 技術最為成熟,成本最低。木質纖維原料要 先經(jīng)過預處理再酶解發(fā)酵,其中氨法爆破 (ammonia fiber explosion,即 AFEX)技術, 被認為是最有前景的預處理方法。隨著耐高 溫、耐高糖、耐高酒精的酵母的選育和底物 流加工藝,發(fā)酵分離耦合技術的完善,工業(yè) 發(fā)酵酒精的成本還將越來越低。 5. 能源植物替代能源存在的問 題及建議 目前,對于能源植物的利用還處于摸索 階段,在應用上存在著一些問題,如能源植 物原料資源相對匱乏,生物柴油原料短缺, 供應量隨季節(jié)變化;原料的栽培技術及油脂 加工技術不成熟,成品生產(chǎn)力不高等;生物 柴油理化性質也限制了其應用,如生物柴油 油脂的分子較大(約為石化柴油的 4 倍)、粘度較高(約為石化柴油的 12 倍)導致其 噴射效果不佳,