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生物燃料的发展瓶颈和破局之道
浏览: 发布日期:2022-06-15
生物燃料的发展瓶颈
 
虽然生物燃料在全世界范围内已经开始应用于各个领域,但目前并没有成为国际能源的主要力量。究其原因,主要有以下几个方面局限。
 
原料来源不稳定。作为原材料的厨房废弃油脂和木本油料作物,由于多种原因来源并不稳定。全世界每年产生大量厨房废弃油脂,但由于来源分散而增加了回收难度。统计显示,原料收集成本占生物燃料成本的70%-80%。而木本油料则受季节影响,难以保持持续性供给。粮食类原料存在“与人抢粮”以及“与人争地”的问题,现有的油料作物尚不满足生长周期短、含油量高的特点。而进口原料则受制于天气、国际市场变动等因素的影响,今年以来逐渐凸显的全球粮食危机就对国际生物燃料产生了直接影响。
 
生产工艺不成熟。现有较为成熟的工艺都存在一定弊端,要么燃料稳定性不够,要么燃料润滑性较差。目前世界各国航空使用生物燃料试飞,大多是以一定比例的生物燃料加入传统航空油料中,虽然全球大部分航空公司进行的试飞实验结果表明,生物燃料与传统燃料混合能够在不改变飞机发动机结构的情况下提高飞行效率,但生物燃料是否足够安全,是否会腐蚀或者侵袭到发动机的材质,还需要进一步探讨与验证。
 
产品成本高。以生物航空燃油为例,其成本是石油航煤的数倍,在成本方面不具备竞争优势。虽然航空公司也会购买一定量的生物航空燃油,但考虑成本问题,购买量自然不会很大。此外,生产成品油还会产生的外部间接成本,即所有的转化过程势必造成新的污染源,包括排放二氧化碳和其他污染物;提炼后的废渣尤其是提炼废弃油脂的废渣如果处理不好,同样会产生污染,而处理污染的成本,最终都会加到成品油价里。
 
 
生物燃料的破局之道
 
作为新兴能源的生物燃料,现阶段完全代替航空煤油是不太现实的,使用哪种燃料归根结底都取决于成本。因此,在技术不断实现突破的前提下,如何建立完善的产业,以规模化实现降成本是生物燃料发展的关键。
 
当下,生物燃料最大的问题在于原料供应。在今年全球粮食危机的大背景下,厨房废弃油脂和木本油料作物则成为重要的原料来源。木本油料作物应尽量不占用耕地和居民用地,采用可适应恶劣环境的作物为原料,例如耐旱、耐盐碱等环境的生物质。完善厨房废弃油脂回收体系,建立餐厨垃圾收集、运输、管理一体化的运营模式。比如,英国为监督废弃油的去向、方便废弃油的回收和利用,政府强制要求餐馆安装烹饪废弃油回收系统;荷兰废弃油的回收全部由政府出资,减免了生物航空燃油炼制企业的高额回收成本;在日本,废弃油由专业的回收公司进行回收,并由政府以高价购买。
 
生物燃料如果要想完全取代石油产物,不仅仅要解决成本问题,还要建立一条完整的生物燃料供应链。欧美各国曾对亚麻荠种植及应用进行过探索。作为一款生长周期短(4个月)、产油率高(30%–45%)、所需的肥料、杀虫剂、除草剂等投入量少的古老油料作物,亚麻荠除了获取油脂,其残渣则被加工成饲料,借助副产品的附加值,生物燃料成本过高的不足,甚至实现整条产业链的扭亏为盈。
 
此外,在生物燃料的使用方面,可以通过制定政策引导消费方积极参与。欧盟航空公司制定了碳排放交易体系,规定了各航空公司的碳排放配额。在这个体系中,以2004-2006年各航空公司飞往和飞离欧盟的年均碳排放量值为该航空公司的排放基准线,2012年航空公司的累积碳排放量不能超过基准线的97%,2013年不能超过基准线的95%。排放体系实行初期,各航空公司可免费获得一定比例的免费排放配额,但免费配额逐年减少,非免费配额需要通过有偿方式拍卖获得。
 
微藻:生物燃料的最优解
 
微藻,即微体藻类,大小从几微米到几百微米不等,能高效生产脂类、蛋白质、多糖等有机物,环境适应能力强、个体小、繁殖速度快——其中,脂质可通过酯交换反应转化为生物柴油。
 
作为光合效率最高的光合生物之一,微藻可大量提供非粮食可再生的生物质能,其大量积累脂质,可高效生产生物燃油,一些产油微藻的脂肪酸总量可达干重的50%-90%,更为关键的是,微藻含有丰富的生物活性物质,在制备生物燃油的同时可进行高值化综合利用,相对降低微藻产油的成本。
 
在20世纪70年代,美国能源部以发展可持续能源为目的,对微藻开展了大规模搜集、筛选和鉴定工作,最终获得了300多种产油微藻——即脂质占细胞干重比例超过20%的微藻。其中,微拟球藻的脂质比例高达68%。据估计,每公顷养殖面积上,藻类年产油量可达1.5万至8万升。
 
微拟球藻为何能具有这么高的脂质比例呢?答案在于它独特的固碳能力。光合作用是自然界生物固碳的基础。地球上每分钟通过光合作用大约可以将300万吨二氧化碳和110万吨水转化为200万吨有机物质,同时释放出210万吨氧气。
 
不过,目前微藻生物柴油的生产成本依然较高,这是限制其商业化生产的瓶颈。除继续开发产油性能优良的藻种以外,需要实现微藻生产的综合利用。例如,从微藻中获得DHA、类胡萝卜素、活性多糖等高附加值产品,将废弃的藻渣作为水产业的饵料等。

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