第10期(總第188期)農(nóng)產(chǎn)品加工·創(chuàng)新版Innovational Edition of Farm Products ProcessingOct燃料乙醇的生產(chǎn)及發(fā)展趨勢梁宗言,徐雅琴(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院,黑龍江哈爾濱150030)摘要:簡要闡述∫燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢;分析了美國、巴西、歐盟和中國等國家和地區(qū)燃料乙醇的生產(chǎn)使用情況從改進原技術(shù)及尋找廉價原料的角度出發(fā),展望了燃料乙醇未來的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞:燃料乙醇;研究現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢中圖分類號:TQ5174文獻標(biāo)志碼: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資源。在汽油中加入一定比例的乙醇作燃料,能節(jié)約石油、凈化空氣,轉(zhuǎn)化多余的糧乙醇俗稱酒精,它主要是以玉米、小麥、薯類、食,為人類社會的可持續(xù)發(fā)展提供一條簡單有效的糖蜜、髙粱等為原料經(jīng)發(fā)酵、蒸餾而制成,乙醇主途徑。要用途有3種:食用乙醇、工業(yè)用乙醇,以及燃料乙醇。燃料乙醇包括變性無水乙醇和含水乙醇。所調(diào)1國內(nèi)外燃料乙醇發(fā)展現(xiàn)狀變性無水乙醇是指對體積分數(shù)為95%左右的乙醇進1.1燃料乙醇在國際上的發(fā)展情況一步脫水,再加上體積分數(shù)為5%的變性劑(一般為早在20世紀(jì)30年代,燃料乙醇就被開發(fā)作為車無鉛汽油或無鉛的烴類),使之成為水分含量小于用燃料。20世紀(jì)70年代的2次石油危機促,使巴西0.8%、且不可食用的變性無水乙醇,它與汽油按一和美國率先推行燃料乙醇發(fā)展計劃。從20世紀(jì)90年定比例混合,可作為車用燃料;而含水乙醇是純度為代中期以后,較多國家更加重視燃料乙醇的應(yīng)用,除93.2%±06%的乙醇,能直接作為車用燃料。了石油燃料資源日益減少,大國爭奪劇烈,石油供應(yīng)目前,乙醇已不單是一種優(yōu)良燃料,它已經(jīng)成及價格時常波動等原因外,還因為國際社會意識到大為一種優(yōu)良的燃油品質(zhì)改善劑被廣泛使用,作為一氣中CO2等溫室氣體濃度的增加,使氣候變暖,給人種新型的、可再生的清潔能源而越來越受到世人的類帶來嚴(yán)重危害。很多國家根據(jù)本國情況,在開發(fā)和重視。燃料乙醇既是一種清潔能源,又是一種良好應(yīng)用燃料乙醇方面進行了大量的工作,采取了有力的的汽油增氧劑和辛烷值調(diào)和組分,用以代替四乙基政策和措施,促進了燃料乙醇的發(fā)展及應(yīng)用門。現(xiàn)將鉛、甲基叔丁基醚(MTBE)和乙基叔丁基醚部分國家及地區(qū)的情況介紹如下。(ETBE)。將乙醇調(diào)入汽油中,對降低汽車尾氣中的11.1美國是燃料乙醇的主要生產(chǎn)國氧化碳和烴基類化合物的含量很有效,可以起到目前,美國主要以玉米為原料,已成為世界第凈化空氣的效果;同時,燃料乙醇是一種生物轉(zhuǎn)化一大乙醇生產(chǎn)國,2008年乙醇總產(chǎn)量為340×10L,的太陽能,燃燒后本質(zhì)上不會增加空氣中二氧化碳其中量的50‰%。20世的含量,不會增加溫室效應(yīng),是一種取之不盡、用紀(jì)70中國煤化工CNMHG,盡量減少石油危收稿日期:2009-09-10作者簡介:梁宗言(1985-),男,黑龍江人,在讀碩士,研究方向:天然產(chǎn)物化學(xué)研究。E-mail: liangzongyan@126cm為通迅作者:徐雅琴(1964),女,黑龍江人,教授,研究方向:天然產(chǎn)物化學(xué)的研究。E-mail:xu- yaqin@163com2009年第10期梁宗言,等:燃料乙醇的生產(chǎn)及發(fā)展趨勢機對本國經(jīng)濟的影響,減少對進口石油的依賴,解由市場供求直接調(diào)節(jié)。決能源安全及外匯平衡,進一步降低汽車對環(huán)境的巴西燃料乙醇產(chǎn)量見表2。污染,美國政府決定開始實施燃料乙醇計劃,大力表2巴西燃料乙醇產(chǎn)量推廣燃料乙醇的生產(chǎn)和車用乙醇汽油的應(yīng)用。從乙醇產(chǎn)量1979年美國國會制定了聯(lián)邦政府的“乙醇發(fā)展計劃”,開始大力推廣含乙醇的混合燃料,并且實行免稅政策,到2005年8月8日,美國頒布《能源政策年奶/x 10L16700法案》,在全國范圍內(nèi)實施可再生燃料標(biāo)準(zhǔn)(RFS)。188.00這些政策的頒布,極大地促進了美國燃料乙醇產(chǎn)業(yè)242242007年初,當(dāng)時的美國總統(tǒng)布什在《國情咨文》中過幾十年的燃料乙醇計劃,巴西現(xiàn)已形成了獨再次呼吁擴大燃料乙醇和生物柴油的消費量,要求立的經(jīng)濟能源系統(tǒng),加快了農(nóng)業(yè)、燃料乙醇工業(yè)及其到2017年,替代燃料和可再生燃料的使用量增加到相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,大量出口乙醇創(chuàng)匯,農(nóng)民收入增每年1325×10L(350加侖),將汽油使用量降低加,且大氣和生態(tài)環(huán)境明顯改善。20%,到2022年,乙醇年使用量將增至1363×10L1.1.3歐洲地區(qū)的燃料乙醇產(chǎn)業(yè)(360億加侖)。近些年來,由于油價走高,環(huán)境污染及溫室效美國燃料乙醇生產(chǎn)和使用量見表1。應(yīng)日益嚴(yán)重,農(nóng)業(yè)豐收帶來農(nóng)產(chǎn)品過剩等原因,促使歐洲各國紛紛開發(fā)生物質(zhì)能源,燃料乙醇產(chǎn)業(yè)規(guī)表1美國燃料乙醇生產(chǎn)和使用量模逐年擴大,產(chǎn)量大幅度提高。據(jù)歐洲生物乙醇燃年份乙醇產(chǎn)量料協(xié)會稱,2008年歐盟燃料乙醇產(chǎn)量為28×10°L,比2007年的18×10°L增長了56%。2006年歐盟乙10636醇燃料產(chǎn)量為16×10L。歐盟目前在建燃料乙醇量2004200515140達40.16×10L,估計2009年燃料乙醇產(chǎn)量可達2119670×103L。歐洲一些國家燃料乙醇產(chǎn)量見表3。2008表3歐洲一些國家燃料乙醇產(chǎn)量自實施燃料乙醇政策30多年以來,美國的燃料2006年2007年2008乙醇發(fā)展極快,促進了美國農(nóng)業(yè)的發(fā)展,改善了環(huán)國家/x10L/x10"L/x10L境,減少了原油的進口,同時為社會提供了大量的就法國2931000業(yè)崗位。5.681.1.2巴西是推廣燃料乙醇最成功的國家西班牙4023483.17早在1931年,巴西首次制定推動燃料乙醇使用200斯洛伐克0.94的法規(guī),規(guī)定在所有出售的汽油中混合至少5%的乙醇。巴西是貧油國,1973年和1979年爆發(fā)的2次石2007年3月,歐盟出臺了新的共同能源政策油危機給正在快速發(fā)展的巴西經(jīng)濟造成了沉重打擊。計劃到2020年,實現(xiàn)生物燃料乙醇使用量占車用燃為實現(xiàn)能源自給,巴西政府加速實施了以燃料乙醇為料的10%。重點的替代能源戰(zhàn)略,提高了乙醇汽油中的乙醇比1.14其他國家的推廣情況例,加大了對燃料乙醇的研發(fā)投入,并扶持相關(guān)企加拿大目前乙醇年產(chǎn)量約為13×10°L-14×10L,業(yè)。巴西政府于1975年開始強力實行“國家燃料乙目前的新廠投建項目以及現(xiàn)有T廠的擴建項目將允許醇計劃”,此后不斷擴大燃料乙醇生產(chǎn)目標(biāo),并相繼加拿大實現(xiàn)2010年生產(chǎn)乙醇20×10L的日標(biāo)。出臺全國推廣使用燃料乙醇的強制性法規(guī),鼓勵生產(chǎn)日本尚未大規(guī)模使用燃料乙醇,由于資源缺乏和使用的優(yōu)惠政策η1975年實施國家燃料乙醇計劃國內(nèi)不能大規(guī)模生產(chǎn)乙醇,只能靠進口。同時日本在后,巴西政府對汽油中混合乙醇的比例進行了多次調(diào)巴西投資購買乙醇生產(chǎn)廠的部分股份,以滿足國內(nèi)燃整,從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%乙醇的汽油供應(yīng)。202年以來,規(guī)定在20%25%的范圍內(nèi)浮動。目政府中國煤化工的汽車使用乙醇汽前,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。同時,巴西也是世界上燃料乙醇生產(chǎn)成本最低的國CNMHG原問題也十分重視,家,燃料乙醇已經(jīng)具備了相當(dāng)?shù)氖袌龈偁幜?早在印度具有大規(guī)模生產(chǎn)燃料乙醇的潛力,其燃料乙醇年2001年,巴西政府就已取消了對燃料乙醇的補貼,產(chǎn)量在14×10L~15×10L,生產(chǎn)原料主要是糖蜜,農(nóng)產(chǎn)品加工·創(chuàng)新版2009年第10期目前正在推廣使用含乙醇5%的乙醇汽油。溫室氣態(tài)的核査,以確保生物燃料符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)I。12我國燃料乙醇的發(fā)展現(xiàn)狀21改進原有技術(shù),降低生產(chǎn)成本,減少環(huán)境污染我國從2001年開始,先后在河南、黑龍江、吉發(fā)酵過程中耗能最多的是蒸煮和蒸餾的過程,如林、安徽等9個省市開始試用車用乙醇汽油,采取地果在這兩個方面能夠改進原有技術(shù),減少能源消耗方立法的手段,在試點城市封閉運行?！笆濉逼趧t整個發(fā)酵過程的能耗就會大大降低。通過采用同時間,國家批準(zhǔn)了包括吉林燃料乙醇有限責(zé)任公司、河糖化和發(fā)酵(SF)和直接微生物轉(zhuǎn)化(DMC)等發(fā)南天冠燃料乙醇公司、安徽豐原生物化學(xué)股份有限公酵技術(shù),可減少發(fā)酵時間、節(jié)省能源消耗。通過采用司和黑龍江華潤乙醇有限公司等4家燃料乙醇試點企熱耦合精餾技術(shù),調(diào)整各蒸餾塔的操作條件,從而最業(yè),這些試點企業(yè)以消化陳化糧為主來生產(chǎn)燃料乙大程度地降低了精餾過程中的蒸汽及冷卻水耗量,是醇。車用乙醇汽油的發(fā)展很快,并已具有一定的規(guī)節(jié)能降耗的關(guān)鍵模。近幾年,燃料乙醇在全國幾個省市進行了推廣美國普度大學(xué)的華裔科學(xué)家何南施帶領(lǐng)的小組都取得很好的成效。目前中國推廣E10(乙醇含量利用基因工程技術(shù)制造出一種酵母,可以把木屑或干10%)乙醇汽油的省份從原來試點的4個擴大到草之類的植物廢料變成纖維素乙醇,除了計木糖發(fā)9個。推廣使用車用乙醇汽油已作為我岡的一項戰(zhàn)略酵,也可以把果糖變成乙醇,因此能夠利用稻草之類舉措,隨著車用乙醇汽油在全國范圍的使用,必將為的非食用材料大量制造乙醇我國創(chuàng)造出更巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。22尋找廉價原料,加快發(fā)展第二代生物燃料乙醇2005年,我國的燃料乙醇產(chǎn)量為10×108L,目前,美國以玉米為原料生產(chǎn)燃料乙醇的成本2005年底,我國已成為僅次于美國、巴西的世界第約為056美元幾;歐盟以小麥為原料生產(chǎn)燃料乙醇三大燃料乙醇生產(chǎn)國。2006年燃料乙醇產(chǎn)量達到的成本約為075-127美元幾,以甜菜為原料的生產(chǎn)136×10L,2007年達到16×10L,2008年達到成本為083-122美元幾;巴西以甘蔗為原料生產(chǎn)乙192×10°L。2007年8月8日,中國政府公布《可醇,成本僅為046美元幾。而目前中國生產(chǎn)燃料乙再生能源中期發(fā)展規(guī)劃》,提出發(fā)展以非糧食物質(zhì)為醇的成本約為071-0.5美元幾,國內(nèi)燃料酒精的價原料的燃料,預(yù)計到2010年,燃料乙醇年產(chǎn)量可達格比汽油貴約100元A,靠政府補貼才能盈利。我到65×10}L。國最初是以陳化糧為燃料乙醇原料,如今已經(jīng)形成與美國和巴西不同,中國的乙醇開發(fā)和生產(chǎn)始終一定生產(chǎn)規(guī)模,推廣使用也取得積極效果。然而近處于政策博弈中。為了避免與民爭糧、與糧爭地門,年來隨著國際糧價的上漲和我國的糧食供求狀況的2005年2月頒布了《可再生能源法》,國家以立法的變化,以糧食作為原料已對我國的糧食安全造成形式鼓勵包括燃料乙醇在內(nèi)的生物質(zhì)液體燃料的發(fā)定影響,出現(xiàn)了燃料乙醇制造與人口糧食消費和畜展。2006年8月,中糧集團率先出臺“20072011牧業(yè)飼料消費爭奪原料的現(xiàn)象。另一方面,以糧食年生化能源戰(zhàn)略規(guī)劃”,計劃在廣西、河北、遼寧、為原料的燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)不夠完善,生產(chǎn)成本四川、重慶和湖北等地新建以木薯、紅薯為原料的工較高嗎。廠。中糧集團在廣西、河北、內(nèi)蒙古三地已有共計目前國內(nèi)外正在致力于將非糧食類或廢棄生物80×10°41乙醇項目進入前期準(zhǔn)備階段,這些項目都質(zhì)如秸稈等轉(zhuǎn)化為乙醇,以幫助解決原料供應(yīng)問題。將避免直接以玉米、小麥等糧食為原料。由于燃料乙以木質(zhì)纖維素為原料生產(chǎn)生物乙醇是技術(shù)開發(fā)的焦醇的生產(chǎn)漸趨多樣化,因此不會造成對某種原料的過點。木質(zhì)纖維素來源于農(nóng)業(yè)廢棄物(如麥草、玉米分依賴,而且隨著科技的進步,纖維乙醇的開發(fā)成秸稈、玉米芯等)、T業(yè)廢棄物(如制漿和造紙廠的功,燃料乙醇的生產(chǎn)不會對國家糧食安全造成威脅纖維渣)、林業(yè)廢棄物和城市廢棄物(如廢紙、包裝既緩解了石油緊缺矛盾,節(jié)省外匯,又有助于增紙等)。目前世界各國研究利用木質(zhì)纖維素發(fā)酵生產(chǎn)加和穩(wěn)定農(nóng)民收入,實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的良性循環(huán)叫,同乙醇的科研機構(gòu)都圍繞著這幾大關(guān)鍵技術(shù)進行攻關(guān)時降低了汽車尾氣的污染水平,有利于環(huán)境的改善。但是目前世界上還沒有一家工業(yè)規(guī)模利用纖維質(zhì)原2燃料乙醇的發(fā)展趨勢料生產(chǎn)燃料乙醇的企業(yè)。其主要障礙是酶解成本過高,缺乏經(jīng)濟可行的發(fā)酵技術(shù)。因此,技術(shù)路線的目前,國際社會普遍認同燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展應(yīng)優(yōu)化組合問題、生產(chǎn)過程中成本降低的問題,以及采取以下基本原則和方向:糧食安全問題應(yīng)予以高度乙醇中國煤化工解決。除了以秸稈重視和優(yōu)先考慮,應(yīng)加快發(fā)展纖維素乙醇等第二代生等纖CNMHG高粱、木薯、籽用物燃料:采用新技術(shù)提高生產(chǎn)效率,降低能耗,降低南瓜等罪制都丐共科。這些原料成本低,生產(chǎn)成本;應(yīng)鼓勵可持續(xù)利用生物質(zhì)能源,保護草應(yīng)加大投入研發(fā)力度,即可創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益和原和森林等自然生態(tài),建立國際認證計劃,其中包括社會效益。2009年第10期梁宗言,等:燃料乙醇的生產(chǎn)及發(fā)展趨勢Technology,199,56(2-3):131-140.3結(jié)語4]陳井影,趙曉松,王玉軍.甲基叔丁基醚(MTBE)研究新由于燃料乙醇的應(yīng)用可以帶來巨大的經(jīng)濟、社會進展凹.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2004,26(2):182-186和環(huán)境效應(yīng),所以世界各國對它已有了不同程度的研5鄭偉,姚喜貴,胡大志,等世界燃料乙醇發(fā)展綜述門.科技資訊,2008(32):10-l1究和應(yīng)用。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)與工程技術(shù)的不斷發(fā)間張以祥,曹湘洪燃料乙醇與車用乙醇汽油,北京:展,高產(chǎn)菌株的獲取將變得相對容易,發(fā)酵工藝及精中國石化出版社,2004餾技術(shù)也得到不斷改進,這些都為燃料乙醇的大規(guī)模汪瑞清,方美蘭,楊國正,等中巴發(fā)展生物質(zhì)能源的生產(chǎn)提供了技術(shù)保證。發(fā)展燃料乙醇可解決我國的石比較研究.世界農(nóng)業(yè),2007(1):19-2油資源短缺和環(huán)境污染等問題,有利于保證閏家能源[8] Fulton L, Howes T. Biofuels for Transport: An Intermation安全和社會的可持續(xù)發(fā)展。隨著燃料乙醇的研究領(lǐng)域al Perspective []. IEA和應(yīng)用范圍不斷擴展,燃料乙醇在可再生燃料市場中徐昌洪,方家驥國內(nèi)外燃料乙醇生產(chǎn)和應(yīng)用情況分析將占據(jù)主要地位,發(fā)展前景廣闊。.精細與專用化學(xué)品,2007,15(2):30-350程景明,徐莉,徐偉平.美國、巴西和中國燃料乙醇發(fā)參考文獻:展現(xiàn)狀比較田.世界農(nóng)業(yè),2008(6):10-13[們黃治玲.燃料乙醇的生產(chǎn)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]岳國君,武國慶,郝小明我國燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)的現(xiàn)狀及yeast strain []. Fuel Processing Technology, 2008(89)展望.化學(xué)進展,2007,19(78合刊:1084-10911056-10593]李艷君世界燃料乙醇新發(fā)展及其對中國的啟示,國[2] ChristoPh berg, FO Licht. World fuel ethanol-analysis and際經(jīng)濟合作,2008(2):28-34out-look [ RI· Ministry of Economy Trade and Idustry[4]張揚健,向威達,周濤,等我國燃料乙醇發(fā)展現(xiàn)狀和(METI JaPan, 2003趨勢分析.中國能源] Von siver, Margareta; zacchi, Guido· Ethanol血om(5齊瑩燃料乙醇發(fā)展問題與對策研究門.農(nóng)業(yè)科技與信lingocellulosics: a review of the economy []. Bioresource息,2008(24):18-20上接第15頁)single-phase base-catalyzed ethanolysis of vegetable oils []物油摩爾比1.25:1加入甲醇和乙醇,NaOH用量為Joumal of American Oil Chemists Society, 2003, 80(4):植物油質(zhì)量的059%,超聲頻率和功率分別是28kh367-37L和80W,反應(yīng)溫度控制在482℃,反應(yīng)5min,甲5方岳亮,王建黎,李水超,等超聲波輔助制備生物柴醇一乙醇混合體系制備生物柴油的轉(zhuǎn)酯化率為油的新方法研究.化肥工業(yè),200,32(5):4041,446]王建黎,李永超,徐之超,等.超聲波輻射對醇-油不相(3)超聲波輔助法較之機械攪拌法能有效強化甲容體系酯交換反應(yīng)的影響團中國油脂,2006,31(4)醇一乙醇混合體系酯交換反應(yīng)作用,在反應(yīng)前561-64.min,超聲波輔助下轉(zhuǎn)化率比機械攪拌高131%,但m廖李,黃風(fēng)洪,林文林,等.甲乙醇均相體系酯交換制反應(yīng)20min后,2條反應(yīng)曲線基本重合,說明超聲備生物柴油的研究團.可再生能源,2008,26(6):波輔助只能加速酯交換反應(yīng)的速率,使反應(yīng)進行得更25-29快、更徹底,但是不能提高最終的轉(zhuǎn)酯化率。8]王建勛,黃慶德,黃風(fēng)洪,等.超聲波輔助下脂肪酶催化高酸值廢油脂制備生物柴油[.生物工程學(xué)報,參考文獻2007,23(6):1121-1128.]萬楚筠,黃風(fēng)洪,李文林,等.超聲波對磷脂酶A1脫除[1] Carmen Stavarache, M. Vinatoru, R. Nishimura. Fatty acids油中非水化磷脂的影響團.中國油脂,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]貝雷.油脂化學(xué)與T藝學(xué)第一卷M].徐生庚,裘愛泳譯.北京:中國輕工業(yè)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.中國煤化工率超聲對酶促反應(yīng)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