求《开发乙醇燃料的利与弊》论文

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1、燃料乙醇的概念及开发的意义
1. 1 燃料乙醇的概念
燃料乙醇也称生物燃料、燃料酒精、汽油醇、乙醇汽油等.将乙醇进一步脱水再加上适量的变性剂(汽油)后形成变性燃料乙醇.燃料乙醇产生于20世纪20年代,随着石油的大规模、低成本开发,酒精因其经济性较差而被淘汰.石油是不可再生的能源,石油枯竭迟早要到来,为了减轻对石油的依赖,人们都在寻找可再生能源.同时,农业的快速发展,造成粮食大量过剩,这一切,都使燃料乙醇产业的重新崛起和迅速发展成为必然.近年来汽油醇的生产又成为炼油工业的一个方向.所谓车用乙醇汽油,就是把变性燃料乙醇和汽油以一定比例混配,形成一种新型混合燃料(国际上称汽油醇,商品名GASOHOL ) [ 1 ] .我国初步确定从乙醇的体积分数为10%起步推广使用车用汽油醇,这样现有车辆不需任何改装,其油耗、动力基本不受影响,汽车尾气的污染可大幅度降低,又不消耗过多的粮食.
1. 2 燃料乙醇的优点及其开发意义
(1)燃料乙醇是一种良好的增氧剂,它可以增加汽油的含氧量,使其充分燃烧.目前汽油中普遍使用的增氧剂是MTBE (甲基叔丁基醚) ,它能提高汽油的含氧量,使其燃烧更完全,可减少向大气中排放一氧化碳.但是,由于MTBE会对地下水造成严重的污染,而且其生产难度比较大,因此最佳的替代品就是燃料乙醇.
(2)燃料乙醇的辛烷值高,调和辛烷值一般可以达到120左右,可以有效提高汽油的抗爆指数.它作为点燃式发动机燃料时,可以用于压缩比较高的发动机,提高发动机的热效率,是内燃机最有希望的代用燃料.
(3)有利于环境的改善.使用车用乙醇汽油,可以使汽车尾气的污染水平平均降低30%以上.其中一氧化碳排放下降30. 8%,挥发性烃类化合物排放下降13. 4% ,二氧化碳的排放量降低27%[ 2 ] ,此外还可减少其他有害物质的排放.
(4)纤维素是地球上最丰富的有机资源之一,它是一种可以再生的资源,每年仅陆生植物就可以产生纤维素约500亿t.纤维素还是最主要的生物质资源,它占地球生物质总量的60%～80%.纤维素类资源,如秸秆、蔗渣及森林工业副产品等具有来源丰富、品种多、再生时间短等优点.据统计,全世界每年可生产生物质2200亿t,相当于目前世界能源消耗的3～8倍.我国的纤维素原料非常丰富,仅农作物秸秆、皮壳一项,每年产量就达7亿多t,其中玉米秸(35% )、小麦秸(21% )和稻草(19% )是我国的三大秸秆,林业副产品、城市垃圾和工业废物数量也很可观.因此,以纤维素降解发酵生产乙醇具有巨大的潜力,同时可以减轻农林废弃物(麦草、玉米秸秆、玉米芯、大豆渣、甘蔗渣等) 、工业废弃物(制浆和造纸厂的纤维渣、锯末等) 、城市废弃物(废纸、包装纸等)及林业废弃物对环境造成的压力,实现可持续发展.
2、燃料乙醇生产技术的研究现状
按生产原料的不同,燃料乙醇的生产可以分为两大类：一是以玉米等淀粉类和甘蔗汁、砂糖等糖蜜类物质为主要原料； 另一类则是以农业废弃物(秸秆、玉米芯、大豆渣、甘蔗渣等) 、工业废弃物(制浆造纸的纤维渣、锯末等) 、城市废弃物(废纸、包装纸等)及林业废弃物等纤维素含量较高的物质为发酵原料.
2. 1 以淀粉类和糖蜜类物质为原料的生产技术
以玉米为例,其生产过程包括：玉米预处理(粉碎) 、脱胚制浆、液化、糖化、发酵、蒸馏、脱水和变性.
2. 2 以纤维素类物质为原料的生产技术
纤维类物质(秸秆、蔗渣、木材等)主要有三种组成成分：纤维素,约占干重的45%；半纤维素,占干重的30%；木质素,占干重的25%.以纤维素为原料发酵生产燃料乙醇,首先将纤维素进行酸解和碱解或酶解预处理,释放出的葡萄糖可进入乙醇发酵途径.产纤维素酶的微生物有真菌、酵母菌和细菌.
3、燃料乙醇发展过程中存在的问题
目前燃料乙醇生产中存在的最大问题是降低成本.据报道,以玉米为原料生产燃料乙醇,其综合成本是3897元/ t,其中原料费用是3047 元/t,即原料的成本占综合成本的78. 19%.当原料玉米的价格上升时,其他费用的成本不会随玉米价格的变化而变化,这时整个燃料乙醇的生产成本就会大幅度上升.国内乙醇的价格长期高于汽油的价格.美国乙醇的生产成本只有2770元/t,而国内乙醇的生产成本为3671元/ t,相差901元/ t.因此,乙醇企业降低成本的主要途径是提高副产品的综合利用水平,如玉米生产乙醇后还可以生产淀粉、玉米色拉油、饲料、沼气和化肥等副产品.根据统计,大约3. 2 t玉米或3 t薯干可以产生1 t燃料乙醇,虽然很多燃料乙醇的生产基地都是利用陈化粮为原料,但从长远来看,为了避免燃料乙醇的耗粮对粮食市场造成冲击,缓解农民收入与农作物增产不同步的矛盾,开发纤维素、半纤维素制取燃料乙醇的技术具有更深远的意义.
在以纤维素为原料生产燃料乙醇的过程中,最大的问题是原料的预处理.用酸解法进行原料的预处理会产生对发酵过程有毒的物质,同时酸的使用对生产设备有腐蚀作用；而其他的物理方法,如热机械法、爆破法等,对机器的磨损和耗能较严重；用酶解法也存在葡萄糖和产物乙醇对纤维素酶的反馈抑制以及纤维素酶自身成本太高(约13. 2美分/L)等问题.所以,开发高效、低成本的预处理技术和培育筛选能将纤维素类物质进行有效发酵的微生物是首要的问题.其次在生产工艺上,应该把生产中的各个部分进行最佳的结合,使得原料的能源转化达到最理想的效果.如果能解决好这些问题,那么利用纤维素类原料转化乙醇将会带来更大的社会效益和经济效益.