第二代生物燃料研究中的相关问题

编者按：随着第二代生物燃料的不断发展，其已成为各国关注的焦点。美国虽然一直采取“粮食武器”的生物能源战略，但从长远来看，利用非粮产品的第二代生物燃料才是新的趋势。美国DOE国际研究中心近期发布在国际能源机构中一篇关于运输燃料问题的研究报告，同时这也是该中心二号项目的最终报告。

        “第二代运输燃料在研究中的问题”首先是被生物质计划办公室的Larry Russo和Purdue大学的Michael Ladisch教授提出来的。这个项目的合作者包括了来自芬兰、荷兰、瑞典、英国、美国和欧盟其它国家。项目组的这一发现是基于参与国家的电话会议，发表文章，以及与IEA生物能源中心专家讨论基础上的。“从长远来看，这是促进第二代生物燃料经济可行性的根本，虽然目前日常国际液体运输燃料消耗来源于石油，但该报告确认了这个领域的研究问题，这很有可能会更迅速的推动产品从实验室到十亿加仑规模化的生产进程。”

        在报告中，研究对象包括了纤维素乙醇，费托液体和绿色柴油，二甲醚和P系列燃料等。对于这些不同的燃料和生物热化学转化过程，通常的问题存在于三个领域：生物催化剂、原料准备和生物加工、系统集成。

        在生物催化剂（或催化剂）领域，需要更具活力、更全面、具有成本效益的催化剂。根据报告，研究问题的确认是在生物处理和热化学转化过程中发现的。“纤维原料的生物处理具有巨大潜能，它可把固体纤维素原料转化为液体燃料，但是主要的障碍在于加工技术的经济性上。”
        在原料预处理方面存在的问题是被广泛确认的。原料处理是指生物质材料的加工，同时生物质气化和生物柴油及其它燃料的催化生成。纤维素原料预处理可以使纤维素更有效的转化为可发酵性糖，但预处理的基础科学研究和预处理加工过程的发展同样也存在问题。在生物质气化气体进入催化反应步骤之前，气体的净化是另外一个重要的研究问题。以上这些方面都会影响生物催化剂的效率、使用寿命和经济性。纤维素预处理、纤维素酶的成本、酒精发酵的原料等发酵工艺中的花费等也是有待进一步研究的。许多科学家都在研究细胞壁水解的问题，对预处理过程以及为了提高下游工艺而进行的细胞壁结构修饰也是非常必要的。

        在热化学转化中也存在一些问题。生物质热化学转化的研究困难主要在于气化和热解过程产生的合成气和生物油的后续转化过程中。“产品的发酵是第一步，这一步的产品是产生液体运输燃料的催化转化过程原料。”McKeough和Kurkela在2007年发表的文章中指出这种类型的液体燃料价格为每加仑2.65美元。

        为了获得具有成本效益产品进行的化学工艺、生物工程的综合，系统集成，以及对第二代生物燃料的使用是一个综合性研究问题。这需要对第二代生物燃料的需求和基础性研究具有很好的理解，并把第二代燃料及其政策加速推向市场。

        报告最后指出，第一代生物燃料或化石燃料技术与第二代生物燃料技术结合应用于工业生产中是短期内提高生物燃料产量的一个解决途径，可加速实现使用不同原料的商业化生物炼制工厂的产生。长远来说，这也是提高第二代生物燃料技术，降低成本的方法。

纤维原料的生物处理具有巨大潜能，它可把固体纤维素原料转化为液体燃料，但是主要的障碍在于加工技术的经济性上。