未来汽车也能喝上植物饮料了

Daphane

來源:界面网

纯电动和氢燃料方兴未艾，生物乙醇又杀入了汽车新能源的战团。它曾一度背负着“和人类抢粮食”的骂名。但很快这种物质就能通过植物垃圾来生产，真正做到了经济又环保。


想象一下，有一种完全由植物制成的燃料可以完美实现“碳中和（即碳释放量为零）”，而且它可以通过散布在乡间的任何一家蒸馏厂来生产。更值得一提的是，生产这种燃料乙醇并不需要采用植物的果实或种子，只需要它们的枝叶或茎秆——如此一来，它就无需再背负“和人类抢口粮”的恶名，相反还有助于处理残余的垃圾。


这是纤维素生物乙醇，或者说“第二代生物乙醇”对人类许下的一个承诺。多年来，世界各国都在研发这项能迅速提高自身竞争力的技术，以期在环保和能源收益之间取得平衡。


6月初，法国“未来燃料计划（Futurol）”的11位合作者（其中包括来自汽车工业、能源工业、金融界以及学术界的人士）公布了7年来的研究成果。目前，他们已开始着手生产纤维素生物乙醇。他们表示，第二代生物乙醇或许是世界上生产速度最快、成本最低的燃料。“这不啻为能源界的一场小型革命。”一名来自汽车行业的参与者评论道。


1990年代初，生物乙醇在几次失败的亮相后重新走到了舞台的前方。在那个时期，巴西的种植业从业者曾在推广生物乙醇的浪潮中获得了不少好处，此后欧洲人也开始效仿。在那里，甘蔗在被用于制糖之后，还会被再次用来生成一种乙醇，该物质可以被某些经过轻度改装的汽油发动机当作燃料。这一技术带来了双重好处：巴西在减少能源依赖的同时，也削减了自身的碳足迹。
与消费非可再生碳氢燃料（高辛烷汽油、柴油、天然气、液化石油气）所产生的化石能源二氧化碳排放不同的是，燃烧生物乙醇产生二氧化碳是一种“可再生的”能源消耗行为。换句话说，这些二氧化碳分子将浮在空气中，然后在植物通过叶片进行光合作用的过程中被吸收，而植物的叶片又能被用来生产这种生物乙醇。简而言之，这是一个“有借有还”的过程。


那些不适宜种植甘蔗的地区同样可以从此项技术中获益，甜菜、玉米、小麦也能被用来生产生物乙醇。根据生物乙醇联合会的调查，目前仅在法国，就有2.7%的甜菜和谷物种植地被指定用于生产此类燃料乙醇，而一公顷甜菜地产出的生物乙醇足以维持一辆汽车行驶10万公里，同时还能生成大量的糖，用以供应农业食品加工业或者化学工业。

尽管当前的汽油产量能够满足人类的日常需求，但不少国家已出台规定，要求炼油厂按照一定的比例在燃料中添加生物乙醇，形成所谓的“弹性燃料”。在该技术最受重视的欧洲，SP95和SP98高辛烷汽油中最高含有5%的生物乙醇，而SP95-E10汽油中最高则含有10%的生物乙醇。德国、法国甚至已经开始出口生物乙醇类产品。


目前在欧洲，几乎所有出厂年限少于15年的车型都能使用SP95-E10汽油。这也解释了每升SP95-E10汽油在当地的售价平均要比SP95汽油便宜0.35欧元（约合2.41元人民币）的原因。


2014年，SP95汽油在欧洲的销量占所有汽油种类的32%，比2013年高出了10个百分点。然而，乙醇含量更高的E85汽油（生物乙醇含量达到65%-85%）却经历了相反的情况，其消费量在2014年下降了9%。其中最重要的原因是，要使用这种乙醇含量特别高的燃料，消费者必须先花一大笔钱帮助他们的汽车引擎获取更大的动力，而这笔费用至少也要达到600欧元（约合4135.92元人民币）。


这也是生物乙醇技术此前面临的最大问题。汽油行业和汽车制造业总把皮球踢来踢去：汽油企业表示，如果汽车制造商不生产专门使用弹性燃料的车型，他们就不会考虑安装相应的油泵，而汽车制造商则认为，如果没有油泵的话，即便生产出弹性燃料车，又有谁会去买？
然而近年来，情况略有改观。欧洲汽车制造商开始研发专门使用生物乙醇的汽车，当地加油站的E85汽油供应点也逐步增加。2015年5月，法国的E85汽油油泵增加到600台，而德国的情况似乎更好。


生物乙醇联合会估计，使用E85汽油要比使用SP95汽油减少40%的温室气体净排放量。以一辆汽油车每年行驶8600公里（700升高辛烷汽油的碳排放）计算，节省的碳排放量相当于道路上少了100万辆汽油车，而大气中至少可以减少200万吨的化石燃料二氧化碳排放。
当然，也有一些对生物乙醇技术持怀疑态度的人不认可这美好的愿景。他们认为，如果生物乙醇技术成为主流，那么糟蹋作物的现象就会日趋严重，因为人们要用更多作物来生产乙醇。把通勤放在填饱肚子之前是愚蠢的行为，他们表示。


而这恰恰是纤维素生物乙醇的独特之处：用来生产燃料的原料完全萃取于植物的茎秆和枝叶，而不是果实或种子。这意味着，生产纤维素生物乙醇和食物供应丝毫没有矛盾。另外，“未来燃料计划”也正设法寻找糖分的替代性来源。


“我们的期望是，生物乙醇将能用任何植物或作物来生产，这样就能不受地域和季节的限制。”“未来燃料计划”主席Anne Wagner表示，“目前的一种思路是，充分利用作物或植物的废弃部分，例如茎秆、木屑、园艺垃圾、甘蔗渣、杂草等。”糖分来源的巨大弹性将确保原料（纤维素和木素）的充足供应。


一些特殊的酶和酵素是“未来燃料计划”的技术核心，目前该机构已经在这一领域取得了26项专利。酶主要负责从纤维素中萃取糖分，而酵素则负责将由此得来的糖分转化成乙醇。


“在这一方面，未来燃料计划具有极大的优势。”该项目总经理Frédéric Martel解释道，“我们发现欧洲常见的植物群落中，有40%的植物可以提供葡萄糖，25%的植物则可以提供木糖。通过这两种糖，我们可以生产生物乙醇。葡萄糖很容易萃取，而木糖的分解则要依靠我们的合作伙伴Lesaffre，他们是酶和酵素方面的专家。如此便能提高我们从周围植物群落中获取糖分的效率。”


在分解木糖方面，“未来燃料计划”其实是利用了一种发现于1940年代的真菌——木霉菌株（Trichoderma reesei），这种最初生存于南太平洋湿热地区的真菌具有分解木糖的能力，如今它们成了“未来燃料计划”的工作基础。


获得专利的酵素则是“未来燃料计划”用以快速生成生物乙醇的一件利器。“这是我们的另一张王牌，此类酵素能够在转化物质机制方面为我们争取时间，而这也将加快批量生产生物乙醇的进程。”Anne Wagner表示，“这将令我们的生物乙醇比同类产品更便宜。”


Anne Wagner介绍，“未来燃料计划”今后推出的生物乙醇燃料将以每升0.5-0.7欧元（约合3.45-4.83元人民币）的价格出售给下游销售渠道，其定价将根据植物原料的种类以及燃料纯度的不同而略有差异。


按照“未来燃料计划”的生产工艺，1吨木屑（或同类原料）可产出45%的生物乙醇和45%的木质能源，后者包含木素和纤维素。木素中所含能量较高，可以为锅炉供能，然后通过涡轮机来发电。这意味着，“未来燃料计划”的工厂可以在能量供应方面做到“自给自足”。“根据当地植物群落的情况和木素比例判断，工厂所产出的能源要高于其消耗量。”Frédéric Martel证实道。


剩下10%的工业残渣中同样富含养分。“这些残渣可以被用作肥料，以滋养土地，或者用来生产甲烷。”Frédéric Martel表示。此外，“未来燃料计划”目前具有自行生产酵素和酶的能力，因此他们无需依赖任何供应商。


当然，要实现这一切，代价也不小。“兴建一座年产量为7万吨的生物乙醇工厂需要1200万欧元（约合8271.84万元人民币）的资金。”Anne Wagner称。在过去8年中，“未来燃料计划”已在生物乙醇生产项目中投入了7600万欧元（约合52388.32万元人民币）的资金。“不过从2016年起，这座工厂就要正式进入商业化阶段了。”