我國發展生物燃料乙醇的意義、現狀和對策

摘 要：自從20世紀70年代能源危機以來，人們開始尋找新的可再生燃料來代替石油。利用 廉價的糖源生產燃料酒精是解決世界能源危機的最有效的途徑。文章首先論述了我國生物燃 料乙醇發展現狀和意義，然后對我國生物燃料乙醇發展的對策進行了總結。

關鍵詞： 生物燃料乙醇生物能源 現狀對策

中圖分類號：F62文獻標識碼：A

文章編號：1004-4914(2007)11-256-02

一、我國發展生物燃料乙醇意義和現狀

生物能源主要指利用生物質（如：糧食、薯類、作物秸稈等）加工成乙醇（燃料酒精） 、生物柴油、生物制氫等，直接作為動力來源。生物能源在國內外都有數十年的研究歷史， 部分產品有相對成熟的生產技術和工藝。生產力的發展使得人類對能源的需求越來越大，嚴 峻的能源問題日益成為全世界關注的突出問題。燃料乙醇是目前世界上生產規模最大的生物 能源。乙醇俗稱酒精，以一定的比例摻入汽油可作為汽車的燃料，不但能替代部分汽油，而 且排放的尾氣更清潔。我國的燃料乙醇生產已形成規模，主要是以玉米為原料，同時正在積 極開發甜高粱、薯類、秸稈等其他原料生產乙醇，目前產量居世界第三。我國生物質資源十 分豐富，每年生產約5億噸糧食，同時產生7億多噸秸稈，除去用于飼料、肥料和其他工業原 料外，至少還有一半可用于生物能源。加上禽畜糞、森林加工剩余物等，我國現有可供開發 用于生物能源的生物質資源至少達到4.5億噸標準煤，約相當于我國2000年全部一次能源消 費的40%。此外，我國還有約20億畝宜農、宜林荒山荒地可用于發展能源農業和能源林業。 我國每年有2億噸秸稈露地燃燒，25億噸畜禽糞便污染環境，近2億畝農田因覆蓋塑料地膜而使 土 壤肥力衰減。而另一方面，農產品價高利薄，農民收入增長緩慢以及數億勞動力有待轉移等一 直制約著我國農業的發展。把農產品或農林廢棄物轉化為綠色能源，為緩解我國石油資源緊 張狀況、開發新型替代產品成功探索出一條新路，發展燃料乙醇產業大有可為。但是 ，發展生物質能源不能與人爭糧，要多利用木質纖維素、甜高粱等非食用性農產品及農林廢 棄物來發展生物質能源，利用鹽堿地、荒山、灘涂等種植生物質產品，發展生物質能源，推 行乙醇汽油清潔燃料，可以綜合解決國家石油短缺、糧食過剩及環境惡化三大焦點問題。但 在目前的技術條件下，燃料酒精生產成本仍然較高，大規模應用完全取決于政策的扶持及技 術的不斷進步。以可再生資源植物纖維為原料，經微生物發酵生產乙醇是實現燃料乙醇生產 經濟性的最具前景的途徑。

秸稈是一種豐富的資源。在我國秸稈除了少部分被利用外，大部分以堆積、荒燒等形式 直接傾入環境，造成極大污染和浪費，如果將它們轉化成氣體或液體燃料（酒精、氫氣、柴 油等），這樣不但緩解人類所面臨的資源危機、食物短缺、環境污染等一系列問題，也為人 類持續發展提供了保證。酒精是一種重要的工業原料，廣泛應用于食品、化工、醫藥等領域 ，可以部分或全部替代汽油，具有安全、清潔、再生等優點。酒精主要以糖蜜、薯類、谷物 為原料發酵生產，在我國東北主要以玉米為原料。由于人口增長及酒精生產成本問題，以玉 米為原料生產酒精難以為繼，而利用豐富、廉價的秸稈為原料生產酒精已成為必然趨勢。由 于秸稈復雜的結構，因而利用秸稈生產酒精需要解決的最關鍵問題就是秸稈預處理及水解轉 化為可發酵糖的質量以及成本問題。

在秸稈的生物轉化中對木質素的生物降解是很重要的。同時天然狀態下的秸稈由纖維素 、半纖維素、木質素及部分蛋白質、氨基酸、單寧等組成，隨生長地帶不同其組分與含量亦 有所不同，由于其有機質纖維素易于結晶和形成原纖結構加上與半纖維素、木質素的纏繞及 粘結作用使得纖維素對試劑的可及度低，溶解困難，反應性能及化學反應的均一性差。因此 要想充分利用秸稈必須首先對其進行預處理，除了傳統的化學試劑處理、機械處理和輻射處 理技術外，酶處理技術得到了一定發展，它們具有處理時間短，減小化學藥品用量，無污染 ，能耗低等優點，是很有發展前途的預處理新技術。

目前國內外對木質纖維生物質轉化為燃料乙醇進行了大量的工作。為了解決石油緊缺的 難題，巴西從20世紀70年代就開始利用甘蔗榨汁為原料，通過微生物發酵生產酒精代替汽油 ，現在年產汽車酒精1000萬噸。美國從1978年至今，已通過十多項法案，從能源、交通、稅 收、環保等方面對汽車使用酒精給予支持，用糧食和秸桿生產的酒精量已達512萬噸。我國 從2001年起在南陽、吉林、哈爾濱建設了以陳糧為原料的酒精生產工廠，總規模已接近100 萬噸。我國每年產生的秸桿等生物質高達7億噸以上，但利用生物質生產酒精的技術，至今 還沒能進入生產實踐。在生物質水解制糖過程中，木質素的優先降解是制約纖維素利用的關 鍵。與纖維素相比，木質素的組成單位、空間結構都要復雜，這種結構的復雜性決定了降解 木質素需要多種酶的協同作用。在自然界中能徹底降解木質素的生物種類不多， 況且其降解 速度大都緩慢，這樣應用傳統的微生物方法來降解木質素就會遇到許多困難。而分子生物學 的發展為解決這一問題提供了新的途徑，應用DNA 重組技術能使木質素降解酶相關基因進行 克隆表達， 這是該領域近二十年來的一個研究熱點。目前國內外的關于秸稈的生物轉化也有 一些研究，但大多都集中在菌種選育，化學和物理預處理方法工藝，以及用纖維素酶處理工 藝的研究方面，研究中缺少用其他的生物酶進行預處理系統的研究，對處理后產生的可發 酵糖的種類和數量以及不能利用有害的一些副產物也沒有深入研究和評價，同時各種常用生 產酒精菌株對產生的可發酵糖的利用程度也缺乏深入的評價。

二、我國生物燃料乙醇發展對策

1.重視微生物技術開發。 微生物和動物、植物一樣，是自然界三大物種之一。只是因為微生物個體過于微小，而 不像一般動物和植物那樣易讓人們感知它的存在和功能，這不僅影響了人們對微生物的正確認識，也阻礙了對微生物技術開發的支持和投入。隨著社會的發展和科學的進步，微生物在 工業、農業、醫藥、食品、能源等領域中所發揮的作用愈來愈令人矚目。尤其是循環經濟的 建設，將離不開微生物的參與及其應用技術的發展和創新。將生物質轉化為能源，最有效的 途徑是微生物發酵。

2.國家采取必要的鼓勵措施。制訂符合中國國情的發展規劃，比如，原國家計委曾提出，發展陳化糧制酒精，開展纖 維制酒精研究；制訂經濟激勵政策，在稅收、原材料價格等多方面給以優惠；制訂強制性的 業態規范，比如，國家曾出臺規定，要求燃油零售企業必須銷售多大比例的生物燃料；提高 全民對生物能源的認識，政府機構和事業單位應率先使用生物能源；啟用綠色能源標識。

3.從資源發展與汽車、裝置兩大源頭入手，為產業發展打好基礎。中國生物技術開發中心處 長李青、國家發改委能源研究所副研究員莊幸等提出：我國的 生物資源優勢還是潛在的，并沒有產業化、需要結合農業產業結構調整、農業扶持、扶貧政 策等，布置產業區域，為進一步形成工業資源做準備；同時，在生物能源、材料工業化加工 裝置和生物燃料發動機方面加強研發，開發高濃度乙醇發動機或純乙醇發動機。

4.充分利用我國企業的既有技術平臺，發揮中央主管部門、地方、企業、院所多方面的積 極性。大連理工大學白鳳武教授介紹，他在豐原集團，把自己的研究成果“酵母自 動 分離乙醇生產系統”變成工業生產線，不僅生產效率上升、成本下降，還使年產30萬噸乙醇 生產線的投資成本由30億元下降到6億元以下。中央主管部門做好協調工作，把農業、化工 、能源、制造等方面專家和我國既有成果集中起來，盡快完善產業鏈條，形成產業優勢，解 國家能源安全之憂。

5.建立專利網絡。海外研究經驗較為豐富的大連理工大學化工學院院長曲景平提出：我國生 物能源、生物 材料某些領域持續研究了數十年，有一定的優勢，要在本領域盡快形成自己的專利網，避免 IT產業的在知識產權方面的尷尬。

6.借鑒巴西成功的經驗。目前，巴西全國使用乙醇汽油(汽油中添加一定比例的無水酒精)的 汽車有1550萬輛，完 全用含水酒精作燃料的酒精汽車達220萬輛。2004年10月10日，巴西航空工業公司研制的世 界首架酒精燃料飛機在巴西圣保羅試飛成功。業界認為此舉將推動酒精燃料用于航空領域。 巴西已成為世界上惟一不供應純汽油的國家，也是世界上使用以酒精為汽車燃料最為成功的 國家之一。 

參考文獻：

1.Saha BC， Dien BS， Bothast RJ. Fuel ethanol production from corn fiber: curre nt status and technical prospects. Appl Biochem Biotechnol，1998

2. Zhiyuan Hu， Gengqiang Pu. Economics， environment， and energy life cycleassess ment of automobiles fueled by bio-ethanol blends in China. Renewable Energy，200 4

3.Jose Goldemberg， Suani Teixeira Coelho. Ethanol learning curve—the Brazilianexperience. Biomass and Bioenergy，2004

(作者單位：天津科技大學經濟與管理學院 天津 300222)

(責編：芝榮)