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文 | 王一鸣 曾经提出“中国使世界饥饿”的Brown认为，发展燃料乙醇将普遍提高世界粮食价格，这对那些尚未解决温饱问题或依赖粮食进口的穷国将产生严重的负面影响。国际食物政策研究所对印度、美国、巴西等国发展燃料乙醇经济影响的研究结果表明，如果这些国家按照预定的目标生产燃料乙醇，将导致世界农产品价格上升10%左右。 另据测算，如果要在2020年实现中国利用不同的农作物(玉米、甘蔗和薯类作物)生产1000万吨燃料乙醇的目标，三种农作物(玉米、甘蔗、薯类)同时被用来生产乙醇，该方案下的玉米、甘蔗、薯类作物的价格将分别上升约42.2%、78.6%和23.3%。同时其他产品的价格也都出现上涨。 值得注意的是，燃料乙醇的发展可能对畜牧业的发展产生较大负面影响。 畜牧业部门净产值在所有地区、所有方案下都出现下降，其中玉米方案对畜牧业生产的负面影响最大，净产值下降6.1%，而在混合方案、薯类方案和甘蔗方案下分别将下降3.4%、1.6%和0.7%。畜牧业部门净产值的下降主要是由于能源作物生产占用大量土地和其他投入要素，并提高了玉米等饲料的价格，导致畜牧业部门生产成本增加。 由于使用粮食生产乙醇可能推高粮食价格，进而引发国民经济连锁反应，所以我国以农作物主产品来大规模发展生物燃料乙醇的现实可能性不大。然而，发展生物燃料是未来发展的一个重要趋势那么，如何避免生物乙醇“与民争粮、与粮争地”的问题呢？ 最常规的一种解决方式是发展甘蔗作为原料的燃料乙醇技术路线。 根据测算比较，各种原料的单位面积酒精产量依次为：甘蔗、红薯、木薯、马铃薯、玉米、小麦。甘蔗的酒精产出量分别是玉米和小麦的2.5倍、3.3倍。以上比较未考虑耕地的种植制度因素。通过改变糖厂现有煮糖生产工艺，以糖厂废蜜或乙蜜为原料发酵制取乙醇”，不失为可行的生产方案。据测算，如果广西一半的糖厂采用上述生产工艺，乙糖蜜即可满足一个年产30万吨乙醇厂的原料需求。 然而，发展甘蔗作为乙醇的原料，一方面仍然存在“与粮争地”的问题，一方面基于我国的甘蔗生产产业现状，我国也并不具有甘蔗的比较价格优势，也就是说甘蔗的种植成本并不具有竞争优势，选择甘蔗作为我国燃料乙醇的主流原料，不符合我国的要素禀赋特点。 目前，业内认为在非粮原料中，木薯红薯、甜高粱等都是过渡性的替代原料，最终纤维素乙醇则是未来的发展方向。 而燃料乙醇的非粮作物原料开发前沿包括以下几个方向： 海藻制乙醇 大型海藻中碳水化合物的含量比较丰富，木质素含量很少，容易进行预处理，在生物转化上具有优势。大型海藻生存范围广，生长迅速，生产技术成熟，并且不与陆生植物竞争耕地、水源、肥料等生产资源，还可以固定大气和海水中的二氧化碳，能有效缓解温室效应和海水酸化的问题，具有良好的环境效益，因此，大型藻类被认为是一种具有潜在前景的第三代能源生物质。 当前及今后的藻类燃料乙醇的研究将集中在：获得低成本的海藻生物质原料，建立产能海藻栽培和采收技术，采用分子生物学的原理改良藻种，提高海藻产能特质；研发高效低成本海藻预处理技术；筛选海藻多糖降解微生物，将组成复杂的生物质高效地降解；为避免其反馈抑制，选育高耐受乙醇的微生物菌株，明确发酵菌株乙醇代谢的机理，提高乙醇转化率。确定最佳海藻乙醇发酵工艺，优化发酵条件如发酵时间、料液比、接种量，发酵温度、pH等。另外，研究海藻燃料乙醇副产品的加工技术，也将是未来海藻燃料乙醇发展的方向。 煤气制乙醇 在钢铁企业的生产过程中副产大量的高炉煤气、转炉煤气等二次能源，主要作为燃料供工业炉窑加热、发电使用，多余部分放散。以钢铁工业煤气为原料生产燃料乙醇，每生产1吨燃料乙醇，可减少CO2排放1.9吨。在汽油中添加10%的燃料乙醇后，汽车尾气的CO排放可减少30%，CO2减排30%～35%。 然而，使用煤气生产乙醇属于乙醇的石化制备方式，不具备使用生物质原料生产乙醇的可再生、污染少等优势。 木质纤维制乙醇 木质纤维素的原料丰富，植物每年通过光合作用可产生高达1550亿吨纤维素类物质，而每年用于工业过程或燃烧的纤维素仅占2%左右，具有更大的利用空间。 含木质纤维素的生物质废弃物是生产燃料乙醇的另一原料来源，它包括农作物秸秆、林业加工废料、甘蔗渣及城市垃圾中所含的废弃生物质等。国内外专家对木质纤维素原料转化为乙醇燃料进行了大量的研究。木质纤维素转化为乙醇的步骤主要分为两步：纤维素水解成糖，糖发酵成醇。由于木质纤维素结构复杂，纤维素、半纤维素不但被木质素包裹，而且半纤维素部分共价和木质素结合，纤维素具有高度有序晶体结构．因此必须经过预处理，使得纤维素、半纤维素、木质素分离开，切断它们的氢键，破坏晶体结构，降低聚合度，以提高水解效率 我国是农业大国，每年可产生秸秆7亿多吨，相当于3.5亿吨标准煤，但目前大量秸秆就地焚烧已成为我国一大社会公害。因此，在我国开发利用秸秆生产燃料乙醇更具有现实意义。 然而纤维燃料乙醇生产的技术经济关迟迟不能走出低谷，分析其原因主要有:(1)单一技术无法实现纤维素、半纤维素和木质素三组分的同时利用。2)缺乏纤维素原料转化过程关键技术的突破。(3)缺乏系统的技术集成和配套技术研究。 为解决在秸秆转化过程中采用单一的生物转化方式所存在的问题，充分认识秸秆性质的不均一性是非常重要的。它将生物转化技术与秸秆组分分离技术有机结合起来，避免了在秸秆原料转化为液体燃料研究上，套用或沿用木材的技术，从而有利于实现秸秆生物量全利用，并可大大降低秸秆的转化成本。 另外，目前纤维素酶的成本太高，生产过程中，酶用量偏大，导致纤维素酒精的价格无法与粮食酒精相竞争，因此还要加强对以下技术的研究：①进一步研究纤维素原料的预处理、酶水解及水解发酵生产酒精等技术；②进行固体发酵技术的研究，解决目前存在的污染率高和成本高的问题；③以基因工程手段选育高产纤维素酶、木质素酶菌种，以有效地降低生产成本。尽管近年来生物技术已取得发展，但是科技工作者仍面临许多挑战，还需要研制更加稳定的基因工程酶，研究更加低廉有效的木质纤维素类物质的预处理方法，优化生产酒精各个环节。如果能解决好这些问题，那么木质纤维素原料生物转化乙醇必将产生更大的社会效益和经济效益。 综上所述，随着使用非粮作物生产乙醇在技术上变得可行，世界各国都会逐渐将燃料乙醇的生产原料从粮食作物调整为非粮作物尤其是纤维质原料。 而到那时，我们更该担心的不是粮食安全问题，而是市场放开后，我们依然没有价格竞争力的问题。目前，美国以玉米为原料生产燃料乙醇的成本约为0.56美元/升，巴西以甘蔗为原料生产乙醇，成本仅为0.46美元/升，都低于国产燃料乙醇成本。国内依靠政策和补贴推行燃料乙醇产业，一旦放开，势必会受到国外廉价燃料乙醇挤压。到那时，我国的燃料乙醇市场，会不会再度被外国产品占领呢？ |
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