青少年喜欢的科技前研:什么是绿色石油——燃料酒精

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青少年喜欢的科技前研:什么是绿色石油——燃料酒精插图

绿色植物中作为燃料使用最有价值的是纤维类生物质,它包括纤维素、半纤维素、木质素三种成分。这是地球上分布最广的化合物。但纤维类的热值较低,每公斤只有4200千卡,利用率不高。而可以高效利用生物质能的最佳途径是把生物质转化为液体燃料和气体燃料。为了提高其利用率,人们采取多种措施,利用技术手段把它们加工成其他燃料形式,如固体燃料,典型的是木炭,其燃烧值可提高近100%,达到每公斤8000千卡;液体燃料,如甲醇,热值每公斤为4650千卡,乙醇(酒精),热值提高到每公斤6400-7000千卡;气体燃料,如氢,热值为每公斤28900千卡,一下子提高了7倍,甲烷,热值为每公斤6200千卡。

从上述实验数据可见,把植物纤维素进行一定加工改造后,可大大提高其效能,可以成为更为灵活方便而高效的燃料能源。

用植物造酒精是否可行呢?回答是肯定的。其实,用木材造酒精的技术并非新发明,早在二次大战之前,就已有“木材酒精”作为液体燃料供应汽车使用了。

现在人们把燃料酒精叫做“绿色石油”,就是由于这种燃科来源于绿色植物。各种水果、甜菜、甘蔗、甜高梁、粮食、木薯、玉米芯、秸杆、稻草、木片、锯屑、草类以及许多含纤维素的原料,都可提取乙醇(酒精),酒精作为燃料,对环境的污染比汽油、柴油都小得多;生产成本与汽油差不多;用20%的酒精和汽油混合使用,汽车发动机可以不必改装。

随着现代生物技术的发展,酶制剂工业不断扩展,许多发达国家的酒精生产普遍采用淀粉酶代替麸曲和液体曲,用酶法糖化液生产酒精发酵率竞高达93%,大大提高了出酒率。目前国外发酵生产酒精的淀粉出酒率一般约为56.3%。

现在看来,有可能用乙醇(燃料酒精)作为矿物燃料的最佳替代能源。

许多国家的经验表明,燃料酒精完全可以作为内燃机燃料替代石油,而且其来源不会枯竭。酒糖的热值虽比石油低30%,但每公斤也有7000千卡。据1991年最新科学研究表明,生产1加仑酒精需要56000个热量单位,而1加仑酒精至少可以产生76000个热量单位,使有用能量增加20%。若在乙醇里掺人10%的汽油,燃烧后的一氧化碳可大大减少利用哪种纤维素提取燃料酒精,也要根据各国的资源情况而定,各国酒精工业的生产各具特色,有的国家森林面积大,造纸工业发达,就采用亚硫酸盐纸浆废液发酵生产酒精,如北欧的瑞典、挪威、芬兰三国。而南美的巴西、古巴等国盛产甘蔗,则全都用甘蔗糖作原料生产酒精。

巴西是发展燃料酒精工业最快的国家之一。近些年来,巴西在推用酒精汽车燃料方面,已经取得很大成绩。在巴西全国已普遍使用酒精或使用由60%的酒精和33%的甲酵、7%的汽油混合液体燃料作为汽车用燃料。早在1975年,巴西就实施了“国家乙醇生产计划”。到1981年时,专门用300万公顷农田种植甘蔗、番薯树,有近300家工厂专门从事生产酒精,仅一年就生产12亿加仑,绝大部分用于汽车燃料,约占该国汽车燃料的50%。巴西还进行了固定化酶利用技术的研究,以便更有效地利用木薯生产乙醇。巴西政府十分重视用乙醇取代石油工作,现在巴西正在继续用发酵工艺从植物中获取酒精,生产水平稳步上升,1吨甘蔗已可生产出65升纯度为96%的酒精。

1公顷土地种植甘蔗,可提取相当于28吨石油的酒精。

新西兰科学家对植物能源进行了深人研究,他们发现植物通过化学分解后,可以得到氢气、沼气和酒精。他们还认为,在这方面最有发展前途的是饲料甜菜、紫首着和松树。这些专家预测,仅从松树中提取的能源就可满足新西兰全国运输部门全部燃料的需要。

瑞典对植物能源抱有更大的期望,1980年就制订了一项新的能源计划。计划规定,树木将成为瑞典的新能源。随即,在全国种植了300公顷“能源树”。这些树的主要用途就是研制酒精燃料。这样,瑞典每年可获得300万吨树汁,转变成酒精后,将相当于瑞典每年石油消耗量的50%。在北部地区种植了大片柳树、赤杨,1-2年就可快生成材。

澳大利亚也准备用当地生长的楼树用发酵工艺生产酒精。

美国是居世界第二位的洒精燃料生产国。1983年生产总量就已达3.75亿加仑,占全国汽车总耗油量的5%。早在1977年,美国能源部就制订了“国家酒精燃料计划”,其短期目标是用剩余农产品玉米进行发酵生产酒精,以代替汽油作为汽车燃料,其长远目标是实现纯酒精发动机的实用化,据报道,美国目前销售的汽车汽油中,实际上70%是“酒精汽油”,就是1/10酒精和9/10汽油的混合型燃料。
日本在1979年也制订了“石油代用品16年开发计划”,其中主要是以制取酒精作为研究课题,有7家私营公司参加,开发使用细菌的高速发酵设备,以加速酒精燃料的生产。

印度也很重视生物技术在酒精生产中的发展。1991年印度罗迪加尔微生物研究所经过4年研究,研制出一种培养新酵母品系的方法,使酒精产量翻一番。这种新酵母品系以92%的效率把糖浆转化为酒精,在不到48小时内,可生产出浓度12%~16%的酒精发酵醒液。印度生物技术部已在各酒精厂推广这一新技术。

其他国家,如德国、加拿大、印尼、菲律宾等国,也都对用植物生产酒精燃料十分重视,并先后开展了这方面的开发研究工作。

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