燃料乙醇 雾里看花
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科学时报
让汽车喝“酒”，这究竟是一项在技术和经济上都行得通的实实在在的能源替代方案，还是只是一个花哨的概念，或是像镜中花、水中月一样，看得见，摸不着？国内专家对此也是众说纷纭，公说公有理，婆说婆有理。日前，中国工程院院士倪维斗先生也谈了自己的看法和建议。
本报7月26日刊登了一篇关于燃料乙醇的文章，指出这种以玉米、薯干及植物秸秆为原料生产的新能源是一种“清洁燃料”，它可以降低汽车尾气及CO2排放，同时又可以部分代替宝贵的石油资源，还可增加农民收入。但最近，中国工程院院士、清华大学热能工程系倪维斗教授提出了异议，认为对于燃料乙醇的生产问题应用更全面、更长期、更可持续发展的观点来考虑，并让更多的专家来参与研究，从而做出正确的决策。否则，将给国家带来很大损失。
用粮食制乙醇问题多多
倪维斗院士说，用剩余粮食来生产乙醇，存在很多问题，主要有以下几点：
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1.生产成本太高，缺乏市场竞争力
由于粮食等作物的生产成本比较高，因而，乙醇的价格总是要比石油高。按照乙醇热值约为汽油的2/3计算，在当前汽油价格3000元/吨的情况下，乙醇成本在2000元/吨以下才会有竞争力。然而，在目前条件下这很难做到。所以，用乙醇作为纯燃料在经济上很不合算，政府补贴就成为必然。
据了解，美国搞乙醇掺烧已有20余年，但进展很慢，经济上缺乏竞争力，长期以来靠政府补贴生存(美国政府每年补贴7.5亿美元，每吨乙醇约补贴180美元，约合人民币1500元)。美国大规模生产尚且如此，何况中国？难道我国政府也打算长期补贴下去吗？
虽然乙醇作为纯燃料在经济上很不合算，但它可以作为汽油添加剂，提高辛烷值。一般地，10%的乙醇和90%的90号汽油混合，可得到93号汽油。那么，按照目前90号汽油价格为2900元/吨计算，酒精的成本只要低于5100元/吨，掺混所得的93号汽油就具有竞争力，而这是完全可以实现的。
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这样，乙醇可以作为无铅汽油添加剂代替四乙基铅，而且与当前的无铅添加剂MTBE相比，乙醇对环境几乎无害。而MTBE由于被怀疑污染地下水、致癌等一些原因，在美国一些州已被禁用，前途未卜。
2.剩余粮食不是一种可靠能源
近几年，我国粮食出现阶段性、结构性过剩，陈粮过多将要霉变。那么，如何有效利用这部分粮食是一个很重要的问题。而用部分粮食制酒精无疑是一条出路，这样可以暂时在一定程度上缓解粮食过剩和燃料不足的矛盾。目前，我国每年粮食剩余约3000万吨，可生产约1000万吨酒精，再制成燃料乙醇与汽油混合，则可提供3300万吨的93号汽油。显然，这对于改善环境意义重大。因而，这条技术路线在近期是可以的。
但从长远来看，我国以世界7%的可耕地养活世界22%的人口实属不易。目前，我国粮食过剩、仓库积压只是暂时现象。而将来，粮食只会紧张，不会过剩。因而，剩余粮食不是一种可靠的能源。
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首先，我国人口将以每年1000多万人的速度逐年递增，到2030年，人口预计将达到15.2亿人。其次，由于耕地面积限制，粮食产量不可能像GDP那样每年线性增长。而且，我国耕地面积还在不断减小，随着经济建设发展，占用耕地的趋势还要继续下去。从长远看，人与耕地的矛盾将长期困扰我国农业。
因此，倪院士建议，由于剩余粮食来源不稳定，酒精生产应适度开展，迅速建立大规模的生产能力既不现实，风险也很大。对此，清华大学化工系教授段占庭先生也有同感，他指出，对于燃料酒精的生产千万不要犯“一哄而起、一哄而散”搞项目的老毛病。而且应该优先利用我国目前闲置的酒精生产能力，其次才是在粮食生产集中、相对过剩的地区开展适当规模的生产。据悉，国家已立项，准备在吉林省建设年产80万吨酒精的生产厂，总投资为32亿元。
3.我国水资源短缺
从某种意义上讲，水资源是更为重要的战略物资。我国人均水资源占有量比世界平均值低得多，而生物质(粮食、秸秆)的生产需耗费大量的水，将来维持我国人民生活、生存所需的水是十分紧张的，也绝不可能用“南水北调”的水来种植粮食。因而，不可能有很多的水来种植用于生产乙醇的植物。
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4.要形成一定份额的替代效果，粮食需求量大
一般来说，生产1吨乙醇要用3吨粮食，那么生产2000万吨乙醇(按热植只相当于1600多万吨汽油)就要用掉6000万吨粮食。用接近我国1/8的粮食总产量，去解决石油进口的一小部分，似乎不可取。
5.环保性能的改善是相对哪种情况？
根据美国国家再生能源实验室(NREL)的试验结果，乙醇掺烧以后，有一些排放污染物减少，而另一些污染物如乙醛缩二乙醇却有较大增加。
另外，对于化油器发动机来说，汽油掺烧乙醇对降低污染排放有一定效果，但对电喷发动机的效果却不是很明显。因为，发动机的排放在很大程度上取决于汽缸内燃烧过程的控制，若采用电喷技术并加以精心调整，本来就可以把排放控制在较低水平。
汽车排放不仅仅是烧料问题，它是一个系统工程，至少含有3个部分，即燃料、发动机本身和尾气净化系统。只有综合考虑、优化匹配，在此基础上加以比较，才能得到正确结论。我国各大城市近年来盲目上马油改气(LPG)，似乎LPG能显著改善汽车排放，但由于上述3个系统没有很好匹配，对减少尾气排放作用不大，实际上是走了弯路。
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6.掺烧乙醇果真能减少CO2的排放吗？
乙醇的原料是玉米或其它粮食作物，它们在生长过程中吸收CO2，作为燃料时放出CO2，似乎是属于CO2零排放的可再生能源。
但这是很片面的，因为至少有两个因素必需考虑，一是生产玉米本身要耗费能源(机耕、机播、浇水、收割、脱粒等等)，二是从玉米制成乙醇也要耗能。这样看，汽油掺烧乙醇能减排CO2的说法就很难站得住脚了。例如，若生产乙醇消耗的能量来自燃煤，那么煤燃烧会排放CO2。因而，从总体来说，并没有达到温室气体减排的目的，最多是“易地”排放。从这个角度讲，不能说乙醇是“完全”的绿色能源。
其实，对任何一种能源，看它是否能减排各种污染物或是温室气体，应作全生命周期分析，否则会导致错误结论。
7.果真能增加农民收入吗？
, http://www.100md.com 有一种说法，用乙醇替代部分汽油，国家加以补贴，可以增加农民收入，刺激种粮食的积极性。从本质上说，国家补贴应该用在更需要的地方。从长远看，补贴粮食生产未必是一个好办法。在我国地少人多的情况下，即使粮食生产有一些补贴，对每个农户来说还是很有限的。而实践证明，要使农民增收首先是调整农产品结构，多种高增值的经济作物和提高农产品的质量。
用秸秆制酒精尚不具备生产条件
秸秆制酒精，是将秸秆通过酶水解成单糖，然后再发酵成为酒精。目前世界上尚未进行大规模生产，主要是因为酶的成本太高，使得酒精没有竞争力。
在我国，浙江大学曾与河北某厂合作，利用玉米棒芯进行生产酒精的中间试验，并通过了中试。但终因成本太高，该厂并未将这项工艺用于实际生产。
此外，秸秆的高收集成本也是一个很难克服的问题。根据在吉林省的试验，如果运输半径大于5至6公里，用秸秆制酒精的价格就不合算了。而用拖拉机运输密度很小的秸秆，又要消耗掉很多宝贵的液体燃料。
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但从长远来看，利用农林纤维废弃物生产乙醇是一个十分吸引人的方向，世界上很多国家都在开展这方面的研究。
用能源作物制酒精要考虑环境问题
倪院士说，利用能源作物制酒精是一条可行的路线。能源作物不能占用耕地，其对于环境的要求也不高，酒精产量应该比较高，甜高粱就是这样一种很有前途的能源作物。
甜高粱和粮用高粱一样，每亩可收获200至500公斤的粮食，而其独有的特性是每亩还可以收获富含糖分的茎杆(秸秆)，可直接从单糖发酵为酒精(比粮食制酒精少一道淀粉水解为单糖的工序)，成本要大大降低。据测算，由甜高粱茎杆采用土法制酒精的成本仅为2800至3000元/吨，而采用先进技术后，其成本还会大幅降低。
更可喜的是，甜高粱耐寒、耐盐碱，因而还可以涵养水土，改善自然环境，但这一技术路线的生态效益还需进一步考证。据悉，粤西地区正在筹划利用乙醇专用甘蔗和木薯来生产燃料乙醇。由于当地气候湿润，种植甘蔗基本就利用雨水，不需大规模的灌溉水。而木薯糖蜜制酒精的一个重要问题是污水处理，该项目的木薯加工厂建在20万头规模的养猪厂附近，可以利用废渣、废水处理提供猪饲料。, http://www.100md.com
本报7月26日刊登了一篇关于燃料乙醇的文章，指出这种以玉米、薯干及植物秸秆为原料生产的新能源是一种“清洁燃料”，它可以降低汽车尾气及CO2排放，同时又可以部分代替宝贵的石油资源，还可增加农民收入。但最近，中国工程院院士、清华大学热能工程系倪维斗教授提出了异议，认为对于燃料乙醇的生产问题应用更全面、更长期、更可持续发展的观点来考虑，并让更多的专家来参与研究，从而做出正确的决策。否则，将给国家带来很大损失。
用粮食制乙醇问题多多
倪维斗院士说，用剩余粮食来生产乙醇，存在很多问题，主要有以下几点：
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1.生产成本太高，缺乏市场竞争力
由于粮食等作物的生产成本比较高，因而，乙醇的价格总是要比石油高。按照乙醇热值约为汽油的2/3计算，在当前汽油价格3000元/吨的情况下，乙醇成本在2000元/吨以下才会有竞争力。然而，在目前条件下这很难做到。所以，用乙醇作为纯燃料在经济上很不合算，政府补贴就成为必然。
据了解，美国搞乙醇掺烧已有20余年，但进展很慢，经济上缺乏竞争力，长期以来靠政府补贴生存(美国政府每年补贴7.5亿美元，每吨乙醇约补贴180美元，约合人民币1500元)。美国大规模生产尚且如此，何况中国？难道我国政府也打算长期补贴下去吗？
虽然乙醇作为纯燃料在经济上很不合算，但它可以作为汽油添加剂，提高辛烷值。一般地，10%的乙醇和90%的90号汽油混合，可得到93号汽油。那么，按照目前90号汽油价格为2900元/吨计算，酒精的成本只要低于5100元/吨，掺混所得的93号汽油就具有竞争力，而这是完全可以实现的。
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这样，乙醇可以作为无铅汽油添加剂代替四乙基铅，而且与当前的无铅添加剂MTBE相比，乙醇对环境几乎无害。而MTBE由于被怀疑污染地下水、致癌等一些原因，在美国一些州已被禁用，前途未卜。
2.剩余粮食不是一种可靠能源
近几年，我国粮食出现阶段性、结构性过剩，陈粮过多将要霉变。那么，如何有效利用这部分粮食是一个很重要的问题。而用部分粮食制酒精无疑是一条出路，这样可以暂时在一定程度上缓解粮食过剩和燃料不足的矛盾。目前，我国每年粮食剩余约3000万吨，可生产约1000万吨酒精，再制成燃料乙醇与汽油混合，则可提供3300万吨的93号汽油。显然，这对于改善环境意义重大。因而，这条技术路线在近期是可以的。
但从长远来看，我国以世界7%的可耕地养活世界22%的人口实属不易。目前，我国粮食过剩、仓库积压只是暂时现象。而将来，粮食只会紧张，不会过剩。因而，剩余粮食不是一种可靠的能源。
, http://www.100md.com
首先，我国人口将以每年1000多万人的速度逐年递增，到2030年，人口预计将达到15.2亿人。其次，由于耕地面积限制，粮食产量不可能像GDP那样每年线性增长。而且，我国耕地面积还在不断减小，随着经济建设发展，占用耕地的趋势还要继续下去。从长远看，人与耕地的矛盾将长期困扰我国农业。
因此，倪院士建议，由于剩余粮食来源不稳定，酒精生产应适度开展，迅速建立大规模的生产能力既不现实，风险也很大。对此，清华大学化工系教授段占庭先生也有同感，他指出，对于燃料酒精的生产千万不要犯“一哄而起、一哄而散”搞项目的老毛病。而且应该优先利用我国目前闲置的酒精生产能力，其次才是在粮食生产集中、相对过剩的地区开展适当规模的生产。据悉，国家已立项，准备在吉林省建设年产80万吨酒精的生产厂，总投资为32亿元。
3.我国水资源短缺
从某种意义上讲，水资源是更为重要的战略物资。我国人均水资源占有量比世界平均值低得多，而生物质(粮食、秸秆)的生产需耗费大量的水，将来维持我国人民生活、生存所需的水是十分紧张的，也绝不可能用“南水北调”的水来种植粮食。因而，不可能有很多的水来种植用于生产乙醇的植物。
, 百拇医药
4.要形成一定份额的替代效果，粮食需求量大
一般来说，生产1吨乙醇要用3吨粮食，那么生产2000万吨乙醇(按热植只相当于1600多万吨汽油)就要用掉6000万吨粮食。用接近我国1/8的粮食总产量，去解决石油进口的一小部分，似乎不可取。
5.环保性能的改善是相对哪种情况？
根据美国国家再生能源实验室(NREL)的试验结果，乙醇掺烧以后，有一些排放污染物减少，而另一些污染物如乙醛缩二乙醇却有较大增加。
另外，对于化油器发动机来说，汽油掺烧乙醇对降低污染排放有一定效果，但对电喷发动机的效果却不是很明显。因为，发动机的排放在很大程度上取决于汽缸内燃烧过程的控制，若采用电喷技术并加以精心调整，本来就可以把排放控制在较低水平。
汽车排放不仅仅是烧料问题，它是一个系统工程，至少含有3个部分，即燃料、发动机本身和尾气净化系统。只有综合考虑、优化匹配，在此基础上加以比较，才能得到正确结论。我国各大城市近年来盲目上马油改气(LPG)，似乎LPG能显著改善汽车排放，但由于上述3个系统没有很好匹配，对减少尾气排放作用不大，实际上是走了弯路。
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6.掺烧乙醇果真能减少CO2的排放吗？
乙醇的原料是玉米或其它粮食作物，它们在生长过程中吸收CO2，作为燃料时放出CO2，似乎是属于CO2零排放的可再生能源。
但这是很片面的，因为至少有两个因素必需考虑，一是生产玉米本身要耗费能源(机耕、机播、浇水、收割、脱粒等等)，二是从玉米制成乙醇也要耗能。这样看，汽油掺烧乙醇能减排CO2的说法就很难站得住脚了。例如，若生产乙醇消耗的能量来自燃煤，那么煤燃烧会排放CO2。因而，从总体来说，并没有达到温室气体减排的目的，最多是“易地”排放。从这个角度讲，不能说乙醇是“完全”的绿色能源。
其实，对任何一种能源，看它是否能减排各种污染物或是温室气体，应作全生命周期分析，否则会导致错误结论。
7.果真能增加农民收入吗？
, http://www.100md.com 有一种说法，用乙醇替代部分汽油，国家加以补贴，可以增加农民收入，刺激种粮食的积极性。从本质上说，国家补贴应该用在更需要的地方。从长远看，补贴粮食生产未必是一个好办法。在我国地少人多的情况下，即使粮食生产有一些补贴，对每个农户来说还是很有限的。而实践证明，要使农民增收首先是调整农产品结构，多种高增值的经济作物和提高农产品的质量。
用秸秆制酒精尚不具备生产条件
秸秆制酒精，是将秸秆通过酶水解成单糖，然后再发酵成为酒精。目前世界上尚未进行大规模生产，主要是因为酶的成本太高，使得酒精没有竞争力。
在我国，浙江大学曾与河北某厂合作，利用玉米棒芯进行生产酒精的中间试验，并通过了中试。但终因成本太高，该厂并未将这项工艺用于实际生产。
此外，秸秆的高收集成本也是一个很难克服的问题。根据在吉林省的试验，如果运输半径大于5至6公里，用秸秆制酒精的价格就不合算了。而用拖拉机运输密度很小的秸秆，又要消耗掉很多宝贵的液体燃料。
, http://www.100md.com
但从长远来看，利用农林纤维废弃物生产乙醇是一个十分吸引人的方向，世界上很多国家都在开展这方面的研究。
用能源作物制酒精要考虑环境问题
倪院士说，利用能源作物制酒精是一条可行的路线。能源作物不能占用耕地，其对于环境的要求也不高，酒精产量应该比较高，甜高粱就是这样一种很有前途的能源作物。
甜高粱和粮用高粱一样，每亩可收获200至500公斤的粮食，而其独有的特性是每亩还可以收获富含糖分的茎杆(秸秆)，可直接从单糖发酵为酒精(比粮食制酒精少一道淀粉水解为单糖的工序)，成本要大大降低。据测算，由甜高粱茎杆采用土法制酒精的成本仅为2800至3000元/吨，而采用先进技术后，其成本还会大幅降低。
更可喜的是，甜高粱耐寒、耐盐碱，因而还可以涵养水土，改善自然环境，但这一技术路线的生态效益还需进一步考证。据悉，粤西地区正在筹划利用乙醇专用甘蔗和木薯来生产燃料乙醇。由于当地气候湿润，种植甘蔗基本就利用雨水，不需大规模的灌溉水。而木薯糖蜜制酒精的一个重要问题是污水处理，该项目的木薯加工厂建在20万头规模的养猪厂附近，可以利用废渣、废水处理提供猪饲料。, http://www.100md.com