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生物质能源的未来在哪里

2013/1/10 16:34:30  http://www.ditan360.com/   麻省理工科技创业  人气:172419

  图片来源:Virent公司

  中国低碳网讯 按照美国推出可再生燃料标准计划(RFS)的规定,到2022年,生物燃料产量要达到160亿加仑。由于缺乏可工业化的生物质炼制技术,尚无商业化的生物燃料厂建成投产,纤维素乙醇的生产技术也仅处于示范工厂的水平,RFS制定的2022年生物燃料美国国家目标几无可能实现。

  维仁特公司(Virent Inc.)总部位于威斯康星州的麦迪逊。Virent的Virent的BioForming®工艺整合了专有的水相重整(APR)技术与石油炼制中常用的催化加工技术,将来自生物质的糖类转化为汽油、柴油、航空燃料以及化学品,与目前石油炼制的产品几乎相同。在Bioforming®工艺中,碳水化合物在水相重整(APR)过程中,借助于专有的异相催化剂,转化成中间产物(或氢气)。而后经过多种催化途径,这些中间产物被转化为汽油、柴油或喷气燃料组分。

  生物质转化过程应该使用什么技术?生物燃料企业应该做什么产品?《麻省理工科技创业》就此采访了Virent研发部主管、首席研究员(Lead Researcher)乔明博士。

  《麻省理工科技创业》:迄今为止,纤维素乙醇的商业化尝试几乎都以失败告终,在您看来原因有哪些?

  乔明:最初纤维素乙醇的出现是基于对已有的蔗糖、玉米淀粉发酵工艺的利用的。当时的概念就是对生物质进行预处理,引入酶解或酸解技术,从而分离出理论上更为廉价的植物糖,然后与现有发酵工艺对接。

  然而,生物质的复杂性使得预处理和纤维素水解工艺的效率、消耗要远远高于最初的实验室数据,这包括多方面的因素,比如杂质对微生物的影响、固液分离和乙醇提纯的困难、过低的得率等。更为重要的是,乙醇能量密度低,与现有发动机尤其是柴油机和航空引擎的兼容性不佳,因此作为交通燃料使用效果并不理想。这一系列问题使得纤维素乙醇在价格无力与玉米和甘蔗乙醇竞争,混配比例又决定了它的市场局限性,要赢利只能依靠政府补贴。因此不难理解纤维素乙醇当前局面。

  现在一些生物燃料公司已不再强调以燃料乙醇为主要产品了。它们多改变生产工艺,用来自纤维素的糖生产化学品。这一转变说明什么问题?理想的生物燃料公司的产品线应该是什么样?

  生物质燃料行业目前尚处于起步阶段,只有生产现行燃料替代品的公司,才能利用产品的灵活性更好地生存下来。理想的生物燃料公司应该生产能够满足现有工艺、渠道、仓储和运输等基础设施要求的可替代燃料。Virent的产品几乎与石化产品等同,涵盖汽油、柴油、航油,以及塑料和化纤。市场永远拥有最终选择权。再漂亮的工艺,如果不能生产市场所需的产品,就没有继续存在的价值。

  从成分上看,生物质和石油哪个更适合生产化学品?

  如果只考虑化学成分的话,存在于石油中的烃类物质更接近可用来生产化学品的先质(precursor),因为那些化学品原本就是以石油为原料开发的。然而,用烃类物质生产化工产品还需要一步氧化程序,以接近特定的氧含量,具体的氧化程度则视目标产物的分子结构而定。生物燃料、生物化学的生产工艺正好与此相反。由于生物质本身就含有大量的氧(约50wt%),因此脱氧就成为了生物质转化工艺中的主要工序。如果某种生物转化技术能够选择性地对生物质进行脱氧,以生产特定的化工产品,也许能极大地发挥生物质原料的成本优势。

  与酶解法相比,Virent化学催化法的优势有哪些?

  实验数据表明,Bio Forming?技术可以把木质纤维素生物质选择性地降解为所需的中间产物;此外,无机异相催化剂使得这一生产工艺更加快速,和生物过程相比是“小时”与“天”的对比;对生物质全组分进行充分利用,产品可以替代90%的石油产品,不再局限于单一的产品;化学催化法可以使用现有石化基础设施,不像生物工艺那样需要大量不可预计的新建设施,所以更具成本优势。

  生物能源技术的重要贡献还体现在减少温室气体排放方面。我们的工艺使用热化学转化技术,无机催化剂的每个组分都可以循环再利用。生产过程中产生的排放物只有水和极少量的二氧化碳。而大部分工艺程序都是放热反应,因此只需要外加很少的热量就能维持反应器的运行。

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