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      生物燃料恐威脅糧食安全 低碳飛行呼喚新型技術

      媒體:科技日報  作者:佚名
      專業號:潘春芳 2011/10/18 8:42:37
       

      在剛剛結束的第14屆北京國際航空展上,來自全球近200家知名航空企業在華參展。值得一提的是,霍尼韋爾在十幾年后重返北京航展,帶來世界先進的航空生物燃油科技和航空產品;波音公司在此次航空展上也宣布,將與中國民航局、國航等伙伴合作,在今年晚些時候進行中國首次生物燃料飛行。

        萊特兄弟發明飛機讓人類實現了飛向藍天的夢想,但人類的飛翔卻總是與大量的石油消耗如影隨形,飛機因此成為“高碳”俱樂部重要成員之一。幾十年來,研究人員一直試圖研制出低耗能飛機,這種想法在2008224日成為現實,波音公司與維珍航空合作完成了人類歷史上首次采用添加50% 生物燃料的混合燃油為動力的飛行試驗,拉開了近年來包括中國在內的一系列生物燃料飛機試驗的序幕,再次喚起了人們對搭乘綠色飛機出行的夢想。

        然而,綠色飛行的航線還遠比人們想象的漫長,在新的航空生物質能源研發與投入使用的過程中,它并沒有研究人員預想得那樣美好。成就飛行器下一個動力的路上,航空生物質能源到底遇到了哪些問題?用生物燃料取代傳統燃料又有哪些深遠的影響?帶著這些問題,科技日報記者采訪了從事環境化學、生物質資源的化學轉化等方面研究的南開大學環境科學與工程學院副教授漆新華。

        古老能源何以新生?

        漆新華介紹說:“生物質焚燒是人類最早的一種能量利用方式。理論上講,所有由碳氫組成的生物資源都可能成為生物能源,比如農作物、木材、雜草、海藻、動物糞便、動物尸體以及各種廢物(廢水、固廢)中的有機成分等?!?span lang="EN-US">

        “目前世界上已被開發的生物能源主要有生物乙醇、生物柴油、氫氣、沼氣(甲烷)和生物質焚燒發電。生物乙醇主要是玉米、高粱、甘蔗等糧食作物或秸稈等非糧食作物經過發酵后生產的燃料乙醇?!逼嵝氯A說。但是通過生物質直接燃燒獲得能量是低效而不經濟的?;茉吹拇笠幠J褂?,使生物燃料受到冷落。上世紀70 年代以來,日益顯露的環境問題讓人類的目光再次投向生物質能源,隨著轉化技術的不斷發展,古老的能源獲得了新生機。

        由于煤、石油和天然氣等傳統資源是將固定在地球內部的碳經過燃燒以后排放到大氣中,因此其利用勢必會增加大氣中二氧化碳的含量,從而加劇地球的溫室效應。而對生物質能源的利用則不然,由于生物質的形成是植物通過葉綠素的光合作用,將本已存在于大氣中的二氧化碳轉化為葡萄糖進而轉化為植物體的過程,這一過程是減少大氣中的二氧化碳含量的。我們將生物質轉化為生物能源,生物能源燃燒以后向大氣中排放的二氧化碳也只是植物之前從大氣中吸收的二氧化碳,兩者是平衡的,而且這些二氧化碳可以繼續被生物質吸收轉化為植物體,進入下一個碳的循環圈。此外,生物燃料在加工過程中最大程度地去除了N(氮)、S(硫)等雜質,是更加綠色的能源,因此對生物燃料的使用可以大大減少大氣中其它污染物的濃度,對環境保護具有重要意義。

        

        綠色航空勢在必行?

        由于高空飛行的飛機直接將二氧化碳排放在1萬米左右的平流層,所產生的實際溫室影響要比地面排放大4倍左右,對全球變暖的影響更直接、更明顯。此外,飛機在飛行過程中還排放出大量氮氧化物、水蒸氣,都對全球變暖有重要影響。石油依賴和氣候變化使得綠色航空勢在必行。

        “對生物燃料的有效利用除了可以減少人類對傳統石化資源的依賴以外,還能對減輕全球變暖產生重要作用?!?漆新華總結了綠色航空的必要性。

        另外,他還提到了一個更為現實的問題:“傳統的煤、石油和天然氣等石化資源總有枯竭的一天,因此為了人類的可持續發展,我們必然要開發出有效的替代能源來維續人類的發展。雖然太陽能、風能、潮汐能等可再生能源也許可以提供給人類足夠的動力能源,但是要提供生產和生活所需要的各種化工原料和產品,則生物質能源是不二選擇,因為生物質資源是目前地球上唯一的可以提供碳和氫的可再生能源。因此,隨著生物質能源開發利用技術的不斷進步,生物質能源必將在人類的生活中發揮重要的而且是必不可少的作用?!?span lang="EN-US">

       

       

       

        是什么阻礙了綠色飛行?

        漆新華總結了目前阻礙生物能源發展的幾個瓶頸問題:一是成本,比如玉米乙醇,雖然其技術很成熟,但是其成本還是要高于傳統的礦物能源。目前全球對玉米乙醇的生產和推廣主要還是依賴于各國政府大量的財政補貼。二是技術,目前玉米乙醇和通過油料作物生產生物柴油的技術比較成熟,但是通過纖維素生產乙醇以及通過海藻產油等技術生產生物燃料還有很多技術問題有待攻克,當然其成本也更是高得多。三是產量規模和原料供應,即使是目前技術最成熟、使用最廣泛的玉米乙醇燃料,其占全球總燃料的比例也是很低的。以美國為例,2010年美國全國40%的玉米作物生產出了130億噸的玉米乙醇,而這只占美國全年汽油消耗量的10%。而且由于以玉米這種糧食作為生物燃料的原材料與和人類及牲畜的食物相競爭,會對全球的糧食安全造成影響,因此目前很多國家都在限制玉米乙醇的生產。同時,以專門的油料作物來生產生物柴油也面臨原料不足的問題。

        還有人擔心,生物燃料會在試圖解決能源問題的同時帶來新的問題,比如推動食物價格上漲,爭奪食物資源等等。對此,漆新華表示:“這確實是令人擔心的問題。如果采用可食用的原材料比如玉米、高粱等作物作為生物燃料的原材料,確實會導致糧食價格上漲、與人畜爭奪食物資源,進而加劇目前全球的糧食安全問題?!?span lang="EN-US">

        “因此,”漆新華說:“人類需要減少甚至不用玉米淀粉等為原材料來制造生物燃料,轉而開發一些新的生物燃料技術,比如采用人類不能食用的秸稈等木質纖維素,利用微生物將其發酵為乙醇,或者利用復雜的化學過程,將其精煉為其它生物燃料?;蛘呃没蚬こ涕_發藻產油的菌種和技術?!?span lang="EN-US">

        低碳領航還有多遠?

        國際航協近年來一直致力于推動航空減排的碳中和計劃。作為僅次于美國的世界第二航空大國和全球最大的飛機消費市場,我國面臨新燃料飛機研究開發的新挑戰。目前,我國航空公司航油成本占總成本的36%40%,如果采用新燃料,可以有效地削減運營成本并降低飛機溫室氣體排放量。

        中國國航波音747今年年底前即將進行的生物燃料的首次試飛計劃只是生物質能源助推飛行器動力探索之路上的一小步,波音研究與技術中國區副總裁艾博恩預計,到2015年,生物燃料將實現商業化應用,屆時將占航空燃料比例的1%左右?!半m然比例很小,但首開先河的意義重大。航空公司也需要時間去適應、去學會如何正確使用。在此之后,生物燃料將進一步降低成本,有望大規模投產?!?span lang="EN-US">

        漆新華對此同樣充滿信心:“生物能源的發展可以減輕人類對傳統石化資源的依賴,并且能有效減少大氣中溫室氣體的排放。是解決全球能源危機和全球變暖的理想途徑之一?!?span lang="EN-US">

       

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