燃料乙醇的生产及发展趋势

第10期(总第188期)农产品加工·创新版Innovational Edition of Farm Products ProcessingOct燃料乙醇的生产及发展趋势梁宗言,徐雅琴(东北农业大学理学院,黑龙江哈尔滨150030)摘要:简要阐述∫燃料乙醇产业的优势;分析了美国、巴西、欧盟和中国等国家和地区燃料乙醇的生产使用情况从改进原技术及寻找廉价原料的角度出发,展望了燃料乙醇未来的应用前景。关键词:燃料乙醇;研究现状;发展趋势中图分类号:TQ5174文献标志码:AThe Production and Developing Tendency of Fuel EthanolLiang Zongyan, Xu Yaqin(Northeast Agricultural University, Harbin, Heilongjiang 150030, China:Abstract: This paper introduced the definition of fuel ethanol, and expounded dominance of the industry of fuel ethanol. Italso analyzed the application condition of ethanol in many countries such as America, Brazil, EU, et al. At last the papershowed the prospect of development of fuel ethanol industry based on improving existing technologies and seeking low-costKey words: fuel ethanol; research; trends0引言之不竭的可再生资源。在汽油中加入一定比例的乙醇作燃料,能节约石油、净化空气,转化多余的粮乙醇俗称酒精,它主要是以玉米、小麦、薯类、食,为人类社会的可持续发展提供一条简单有效的糖蜜、髙粱等为原料经发酵、蒸馏而制成,乙醇主途径。要用途有3种:食用乙醇、工业用乙醇,以及燃料乙醇。燃料乙醇包括变性无水乙醇和含水乙醇。所调1国内外燃料乙醇发展现状变性无水乙醇是指对体积分数为95%左右的乙醇进1.1燃料乙醇在国际上的发展情况一步脱水,再加上体积分数为5%的变性剂(一般为早在20世纪30年代,燃料乙醇就被开发作为车无铅汽油或无铅的烃类),使之成为水分含量小于用燃料。20世纪70年代的2次石油危机促,使巴西0.8%、且不可食用的变性无水乙醇,它与汽油按一和美国率先推行燃料乙醇发展计划。从20世纪90年定比例混合,可作为车用燃料;而含水乙醇是纯度为代中期以后,较多国家更加重视燃料乙醇的应用,除93.2%±06%的乙醇,能直接作为车用燃料。了石油燃料资源日益减少,大国争夺剧烈,石油供应目前,乙醇已不单是一种优良燃料,它已经成及价格时常波动等原因外,还因为国际社会意识到大为一种优良的燃油品质改善剂被广泛使用,作为一气中CO2等温室气体浓度的增加,使气候变暖,给人种新型的、可再生的清洁能源而越来越受到世人的类带来严重危害。很多国家根据本国情况,在开发和重视。燃料乙醇既是一种清洁能源,又是一种良好应用燃料乙醇方面进行了大量的工作,采取了有力的的汽油增氧剂和辛烷值调和组分,用以代替四乙基政策和措施,促进了燃料乙醇的发展及应用門。现将铅、甲基叔丁基醚(MTBE)和乙基叔丁基醚部分国家及地区的情况介绍如下。(ETBE)。将乙醇调入汽油中,对降低汽车尾气中的11.1美国是燃料乙醇的主要生产国氧化碳和烃基类化合物的含量很有效,可以起到目前,美国主要以玉米为原料,已成为世界第净化空气的效果;同时,燃料乙醇是一种生物转化一大乙醇生产国,2008年乙醇总产量为340×10L,的太阳能,燃烧后本质上不会增加空气中二氧化碳其中量的50‰%。20世的含量,不会增加温室效应,是一种取之不尽、用纪70中国煤化工CNMHG,尽量减少石油危收稿日期:2009-09-10作者简介:梁宗言(1985-),男,黑龙江人,在读硕士,研究方向:天然产物化学研究。E-mail: liangzongyan@126cm为通迅作者:徐雅琴(1964),女,黑龙江人,教授,研究方向:天然产物化学的研究。E-mail:xu- yaqin@163com2009年第10期梁宗言,等:燃料乙醇的生产及发展趋势机对本国经济的影响,减少对进口石油的依赖,解由市场供求直接调节。决能源安全及外汇平衡,进一步降低汽车对环境的巴西燃料乙醇产量见表2。污染,美国政府决定开始实施燃料乙醇计划,大力表2巴西燃料乙醇产量推广燃料乙醇的生产和车用乙醇汽油的应用。从乙醇产量1979年美国国会制定了联邦政府的“乙醇发展计划”,开始大力推广含乙醇的混合燃料,并且实行免税政策,到2005年8月8日,美国颁布《能源政策年奶/x 10L16700法案》,在全国范围内实施可再生燃料标准(RFS)。188.00这些政策的颁布,极大地促进了美国燃料乙醇产业242242007年初,当时的美国总统布什在《国情咨文》中过几十年的燃料乙醇计划,巴西现已形成了独再次呼吁扩大燃料乙醇和生物柴油的消费量,要求立的经济能源系统,加快了农业、燃料乙醇工业及其到2017年,替代燃料和可再生燃料的使用量增加到相关产业的发展,大量出口乙醇创汇,农民收入增每年1325×10L(350加仑),将汽油使用量降低加,且大气和生态环境明显改善。20%,到2022年,乙醇年使用量将增至1363×10L1.1.3欧洲地区的燃料乙醇产业(360亿加仑)。近些年来,由于油价走高,环境污染及温室效美国燃料乙醇生产和使用量见表1。应日益严重,农业丰收带来农产品过剩等原因,促使欧洲各国纷纷开发生物质能源,燃料乙醇产业规表1美国燃料乙醇生产和使用量模逐年扩大,产量大幅度提高。据欧洲生物乙醇燃年份乙醇产量料协会称,2008年欧盟燃料乙醇产量为28×10°L,比2007年的18×10°L增长了56%。2006年欧盟乙10636醇燃料产量为16×10L。欧盟目前在建燃料乙醇量2004200515140达40.16×10L,估计2009年燃料乙醇产量可达2119670×103L。欧洲一些国家燃料乙醇产量见表3。2008表3欧洲一些国家燃料乙醇产量自实施燃料乙醇政策30多年以来,美国的燃料2006年2007年2008乙醇发展极快,促进了美国农业的发展,改善了环国家/x10L/x10"L/x10L境,减少了原油的进口,同时为社会提供了大量的就法国2931000业岗位。5.681.1.2巴西是推广燃料乙醇最成功的国家西班牙4023483.17早在1931年,巴西首次制定推动燃料乙醇使用200斯洛伐克0.94的法规,规定在所有出售的汽油中混合至少5%的乙醇。巴西是贫油国,1973年和1979年爆发的2次石2007年3月,欧盟出台了新的共同能源政策油危机给正在快速发展的巴西经济造成了沉重打击。计划到2020年,实现生物燃料乙醇使用量占车用燃为实现能源自给,巴西政府加速实施了以燃料乙醇为料的10%。重点的替代能源战略,提高了乙醇汽油中的乙醇比1.14其他国家的推广情况例,加大了对燃料乙醇的研发投入,并扶持相关企加拿大目前乙醇年产量约为13×10°L-14×10L,业。巴西政府于1975年开始强力实行“国家燃料乙目前的新厂投建项目以及现有T厂的扩建项目将允许醇计划”,此后不断扩大燃料乙醇生产目标,并相继加拿大实现2010年生产乙醇20×10L的日标。出台全国推广使用燃料乙醇的强制性法规,鼓励生产日本尚未大规模使用燃料乙醇,由于资源缺乏和使用的优惠政策η1975年实施国家燃料乙醇计划国内不能大规模生产乙醇,只能靠进口。同时日本在后,巴西政府对汽油中混合乙醇的比例进行了多次调巴西投资购买乙醇生产厂的部分股份,以满足国内燃整,从1979年的15%提高到1998年的24%,自料乙醇需求。目前日本只有含3%乙醇的汽油供应。202年以来,规定在20%25%的范围内浮动。目政府中国煤化工的汽车使用乙醇汽前,巴西汽油中混合乙醇的比例在世界上是最高的。油,乙醇汽油。同时,巴西也是世界上燃料乙醇生产成本最低的国CNMHG原问题也十分重视,家,燃料乙醇已经具备了相当的市场竞争力,早在印度具有大规模生产燃料乙醇的潜力,其燃料乙醇年2001年,巴西政府就已取消了对燃料乙醇的补贴,产量在14×10L~15×10L,生产原料主要是糖蜜,农产品加工·创新版2009年第10期目前正在推广使用含乙醇5%的乙醇汽油。温室气态的核査,以确保生物燃料符合环保标准I。12我国燃料乙醇的发展现状21改进原有技术,降低生产成本,减少环境污染我国从2001年开始,先后在河南、黑龙江、吉发酵过程中耗能最多的是蒸煮和蒸馏的过程,如林、安徽等9个省市开始试用车用乙醇汽油,采取地果在这两个方面能够改进原有技术,减少能源消耗方立法的手段,在试点城市封闭运行。“十五”期则整个发酵过程的能耗就会大大降低。通过采用同时间,国家批准了包括吉林燃料乙醇有限责任公司、河糖化和发酵(SF)和直接微生物转化(DMC)等发南天冠燃料乙醇公司、安徽丰原生物化学股份有限公酵技术,可减少发酵时间、节省能源消耗。通过采用司和黑龙江华润乙醇有限公司等4家燃料乙醇试点企热耦合精馏技术,调整各蒸馏塔的操作条件,从而最业,这些试点企业以消化陈化粮为主来生产燃料乙大程度地降低了精馏过程中的蒸汽及冷却水耗量,是醇。车用乙醇汽油的发展很快,并已具有一定的规节能降耗的关键模。近几年,燃料乙醇在全国几个省市进行了推广美国普度大学的华裔科学家何南施带领的小组都取得很好的成效。目前中国推广E10(乙醇含量利用基因工程技术制造出一种酵母,可以把木屑或干10%)乙醇汽油的省份从原来试点的4个扩大到草之类的植物废料变成纤维素乙醇,除了计木糖发9个。推广使用车用乙醇汽油已作为我冈的一项战略酵,也可以把果糖变成乙醇,因此能够利用稻草之类举措,随着车用乙醇汽油在全国范围的使用,必将为的非食用材料大量制造乙醇我国创造出更巨大的经济效益和社会效益。22寻找廉价原料,加快发展第二代生物燃料乙醇2005年,我国的燃料乙醇产量为10×108L,目前,美国以玉米为原料生产燃料乙醇的成本2005年底,我国已成为仅次于美国、巴西的世界第约为056美元几;欧盟以小麦为原料生产燃料乙醇三大燃料乙醇生产国。2006年燃料乙醇产量达到的成本约为075-127美元几,以甜菜为原料的生产136×10L,2007年达到16×10L,2008年达到成本为083-122美元几;巴西以甘蔗为原料生产乙192×10°L。2007年8月8日,中国政府公布《可醇,成本仅为046美元几。而目前中国生产燃料乙再生能源中期发展规划》,提出发展以非粮食物质为醇的成本约为071-0.5美元几,国内燃料酒精的价原料的燃料,预计到2010年,燃料乙醇年产量可达格比汽油贵约100元A,靠政府补贴才能盈利。我到65×10}L。国最初是以陈化粮为燃料乙醇原料,如今已经形成与美国和巴西不同,中国的乙醇开发和生产始终一定生产规模,推广使用也取得积极效果。然而近处于政策博弈中。为了避免与民争粮、与粮争地門,年来随着国际粮价的上涨和我国的粮食供求状况的2005年2月颁布了《可再生能源法》,国家以立法的变化,以粮食作为原料已对我国的粮食安全造成形式鼓励包括燃料乙醇在内的生物质液体燃料的发定影响,出现了燃料乙醇制造与人口粮食消费和畜展。2006年8月,中粮集团率先出台“20072011牧业饲料消费争夺原料的现象。另一方面,以粮食年生化能源战略规划”,计划在广西、河北、辽宁、为原料的燃料乙醇生产技术不够完善,生产成本四川、重庆和湖北等地新建以木薯、红薯为原料的工较高吗。厂。中粮集团在广西、河北、内蒙古三地已有共计目前国内外正在致力于将非粮食类或废弃生物80×10°41乙醇项目进入前期准备阶段,这些项目都质如秸秆等转化为乙醇,以帮助解决原料供应问题。将避免直接以玉米、小麦等粮食为原料。由于燃料乙以木质纤维素为原料生产生物乙醇是技术开发的焦醇的生产渐趋多样化,因此不会造成对某种原料的过点。木质纤维素来源于农业废弃物(如麦草、玉米分依赖,而且随着科技的进步,纤维乙醇的开发成秸秆、玉米芯等)、T业废弃物(如制浆和造纸厂的功,燃料乙醇的生产不会对国家粮食安全造成威胁纤维渣)、林业废弃物和城市废弃物(如废纸、包装既缓解了石油紧缺矛盾,节省外汇,又有助于增纸等)。目前世界各国研究利用木质纤维素发酵生产加和稳定农民收入,实现农业生产的良性循环叫,同乙醇的科研机构都围绕着这几大关键技术进行攻关时降低了汽车尾气的污染水平,有利于环境的改善。但是目前世界上还没有一家工业规模利用纤维质原2燃料乙醇的发展趋势料生产燃料乙醇的企业。其主要障碍是酶解成本过高,缺乏经济可行的发酵技术。因此,技术路线的目前,国际社会普遍认同燃料乙醇产业的发展应优化组合问题、生产过程中成本降低的问题,以及采取以下基本原则和方向:粮食安全问题应予以高度乙醇中国煤化工解决。除了以秸秆重视和优先考虑,应加快发展纤维素乙醇等第二代生等纤CNMHG高粱、木薯、籽用物燃料:采用新技术提高生产效率,降低能耗,降低南瓜等罪制都丐共科。这些原料成本低,生产成本;应鼓励可持续利用生物质能源,保护草应加大投入研发力度,即可创造可观的经济效益和原和森林等自然生态,建立国际认证计划,其中包括社会效益。2009年第10期梁宗言,等:燃料乙醇的生产及发展趋势Technology,199,56(2-3):131-140.3结语4]陈井影,赵晓松,王玉军.甲基叔丁基醚(MTBE)研究新由于燃料乙醇的应用可以带来巨大的经济、社会进展凹.吉林农业大学学报,2004,26(2):182-186和环境效应,所以世界各国对它已有了不同程度的研5郑伟,姚喜贵,胡大志,等世界燃料乙醇发展综述门.科技资讯,2008(32):10-l1究和应用。随着现代生物技术与工程技术的不断发间张以祥,曹湘洪燃料乙醇与车用乙醇汽油,北京:展,高产菌株的获取将变得相对容易,发酵工艺及精中国石化出版社,2004馏技术也得到不断改进,这些都为燃料乙醇的大规模汪瑞清,方美兰,杨国正,等中巴发展生物质能源的生产提供了技术保证。发展燃料乙醇可解决我国的石比较研究.世界农业,2007(1):19-2油资源短缺和环境污染等问题,有利于保证闰家能源[8] Fulton L, Howes T. Biofuels for Transport: An Intermation安全和社会的可持续发展。随着燃料乙醇的研究领域al Perspective []. IEA和应用范围不断扩展,燃料乙醇在可再生燃料市场中徐昌洪,方家骥国内外燃料乙醇生产和应用情况分析将占据主要地位,发展前景广阔。.精细与专用化学品,2007,15(2):30-350程景明,徐莉,徐伟平.美国、巴西和中国燃料乙醇发参考文献:展现状比较田.世界农业,2008(6):10-13[们黄治玲.燃料乙醇的生产和利用[J.化工科技[] Jianliang Yu, Xu Zhang, Tianwei Tan. Ethanol production by2003,11(4):44-47solid state fermentation of sweet sorghum using thermotolerant(12]岳国君,武国庆,郝小明我国燃料乙醇生产技术的现状及yeast strain []. Fuel Processing Technology, 2008(89)展望.化学进展,2007,19(78合刊:1084-10911056-10593]李艳君世界燃料乙醇新发展及其对中国的启示,国[2] ChristoPh berg, FO Licht. World fuel ethanol-analysis and际经济合作,2008(2):28-34out-look [ RI· Ministry of Economy Trade and Idustry[4]张扬健,向威达,周涛,等我国燃料乙醇发展现状和(METI JaPan, 2003趋势分析.中国能源] Von siver, Margareta; zacchi, Guido· Ethanol血om(5齐莹燃料乙醇发展问题与对策研究门.农业科技与信lingocellulosics: a review of the economy []. Bioresource息,2008(24):18-20上接第15页)single-phase base-catalyzed ethanolysis of vegetable oils []物油摩尔比1.25:1加入甲醇和乙醇,NaOH用量为Joumal of American Oil Chemists Society, 2003, 80(4):植物油质量的059%,超声频率和功率分别是28kh367-37L和80W,反应温度控制在482℃,反应5min,甲5方岳亮,王建黎,李水超,等超声波辅助制备生物柴醇一乙醇混合体系制备生物柴油的转酯化率为油的新方法研究.化肥工业,200,32(5):4041,446]王建黎,李永超,徐之超,等.超声波辐射对醇-油不相(3)超声波辅助法较之机械搅拌法能有效强化甲容体系酯交换反应的影响团中国油脂,2006,31(4)醇一乙醇混合体系酯交换反应作用,在反应前561-64.min,超声波辅助下转化率比机械搅拌高131%,但m廖李,黄风洪,林文林,等.甲乙醇均相体系酯交换制反应20min后,2条反应曲线基本重合,说明超声备生物柴油的研究团.可再生能源,2008,26(6):波辅助只能加速酯交换反应的速率,使反应进行得更25-29快、更彻底,但是不能提高最终的转酯化率。8]王建勋,黄庆德,黄风洪,等.超声波辅助下脂肪酶催化高酸值废油脂制备生物柴油[.生物工程学报,参考文献2007,23(6):1121-1128.]万楚筠,黄风洪,李文林,等.超声波对磷脂酶A1脱除[1] Carmen Stavarache, M. Vinatoru, R. Nishimura. Fatty acids油中非水化磷脂的影响团.中国油脂,2007,32(2):methyl esters from vegetable oil by means of ultrasonic energy33-36J]. Ultrasonics Sonochemistry, 2005,12: 367-372Stavarache C, Viator M, Nishimura R,etal. Conver-1o]贝雷.油脂化学与T艺学第一卷M].徐生庚,裘爱泳译.北京:中国轻工业出版社,2001:399-425[2] sion of Vegetable Oil to Biobiesel Using UItrasonic Irradia- (1 Sinisterra J V. Application of ultrasound to biotechnologyn Illtragnnicg.192,30(3):180-185.中国煤化工率超声对酶促反应的CNMHG: 45-48Energy Conversion Engineering ConferenceSan [13] Hann h u, Ohg N 1, starvaracne C, et al.MethanolysisFrancisco, CA, USA[4] Zhou WY, Konar K, Boocock DG B. Ethyl esters from theEnergy Conversion and Management, 2008, 49: 276-280