燒威士忌的汽車為什麼受英國政府歡迎?

作者:龐名立   |   2015 / 09 / 28

文章來源:財新-無所不能   |   圖片來源:財新-無所不能


英國的威士忌早就跟能源掛上鉤

酒糟發酵驅動汽車是指酒糟發酵生成可再生的生物丁醇,利用與汽油性能相近的生物丁醇作為燃料驅動汽車。酒糟是生產飲用酒的剩餘殘渣。人類可食用的糧食、根莖類等經由發酵只有約7%轉化為乙醇,其他的都是帶酒味的廢渣,俗稱酒糟。中國五糧液、俄羅斯伏特加、英國威士忌等算得上世界名酒,都是採用糧食、根莖類等發酵生產的。中國是個產酒產詩的國家,唐朝詩人杜甫《飲中八仙歌》寫到“李白斗酒詩百篇”。喝了酒,智商就高了,作文就好寫了,當然是誇張的寫法,高考絕不能喝酒。

whiskey on the rocks

最近,英國凱爾特再生能源公司利用酒糟生產生物乙醇紅火,實際上利用醣類、澱粉、穀物、纖維素、半纖維素和木質素等都能生產生物丁醇。

英國的威士忌早就跟能源掛上鉤。泥炭是一種緩慢生成的可再生燃料,其發熱量超過12.6kJ/kg以上時,可以作為燃料。在英國蘇格蘭地區,泥炭被大量用於製造蘇格蘭威士忌酒的過程中,作為烘烤已發芽大麥所需的燃料來源。使用泥炭烘乾的大麥具有獨特的煙燻味,已經變成蘇格蘭威士忌酒的風味特色,稱為“泥炭度(Peatiness)”。

凱爾特再生能源公司工作區
凱爾特再生能源公司工作區

製酒過程產生的的酒糟廢料數量巨大,除了把豬牛吃得爛醉以外,還有一種利用方式是生產生物丁醇,將低價值的廢物轉化為可持續發展的高價值燃料。

大家都知道,生物甲醇(methanol fuel)、生物乙醇(bio-ethanol)是替代汽油的可持續發展的燃料,生物丁醇卻是第二代生物燃料,更上檔次。

生物丁醇特性

生物丁醇(biobutanol),或稱“丁醇燃料(butanol fuel)”。生物丁醇比乙醇的含能量高,蒸汽壓力低,不溶於水。它與乙醇不同的是,丁醇可以完全取代汽油,而且單位丁醇燃燒釋放的能量比同等量乙醇釋放的能量高。丁醇可按高比例與汽油進行混合作為燃料,而不需要對汽車進行改裝。丁醇的低蒸汽壓力和疏水性,使得丁醇的運輸依靠現有的汽油輸送管道及分銷渠道成為可能,這樣就不需要額外建設混合設施、存儲罐以及零售管道。環境效益顯著,能減低溫室氣體的環境排放,並不影響食品供應。

生物丁醇的含能量接近汽油(乙醇只有汽油的61%)。與乙醇燃料相比,可多走30%的路程。

由生物質製取的生物醇類作為燃料的性質,包括生物汽油、生物丁醇、生物乙醇。生物醇類作為燃料的性質見表。

燒威士忌的汽車為什麼受英國政府歡迎?-01

生物丁醇發展

最早採用微生物發酵生產丁醇是在1861年由路易·巴斯德( Louis Pasteur,1822~1895年)進行的。1905年沙丁爾(F.Schardinger)發現丙酮也可以按同樣的方法生產。1911年費巴齊(Fernbach)研究使用馬鈴薯澱粉作為原料生產丁醇。開發ABE(丙酮-丁醇-乙醇,即aceton、n-butanol 和ethanol的縮寫)工業發酵始於1916年,由魏茲曼採用丙酮丁醇梭桿菌(Clostridium acetobutylicum,也稱為“魏茲曼微生物(Weizmann Organism)”)實施生物質發酵,併申請了美國專利。

為了使ABE發酵盈利,就地開發了許多產品回收系統。這些包括氣提法、滲透蒸發、膜萃取、吸附、反滲透。然而此時並沒有實現工業規模生產。對於氣提工藝,常用氣體是發酵本身產生的含有二氧化碳和氫的排出氣。

在二戰後,與石油生產的溶劑相比,ABE發酵基本上無利可圖。20世紀50年代美國許多丁醇商業化生產的原料來自化石燃料。常用的工藝是用丙烯,經過加氫甲醯化反應生成丁醛,然後用氫還原為正丁醇和異丁醇。第三丁醇是由氧化丙烯生產的副產品—異丁烷衍生的。這類丁醇稱為“石油丁醇”。因此,許多ABE發酵工廠已不再運行了。在20世紀50~60年代,ABE發酵已被石油化工所取代。由於原料成本不同,ABE發酵在南非仍然可行,直到1983年關閉,但隨著油價上漲和環境保護的要求,局勢又開始發生變化。

生物丁醇生產路線和用途

由生物質生產生物丁醇有兩條基本路線:發酵和熱化學轉化。

  1. 生物質發酵生產生物丁醇。生物質包括醣類、澱粉、穀物、纖維素、半纖維素和木質素,通過各種不同的處理方法,最終都經由ABE發酵生成丙酮、丁醇和乙醇。
  2. 生物質熱化學加工生產生物丁醇。醣類、澱粉和穀類都不是最好的熱解原料。因此,只有採用纖維素、半纖維素和木質素通過生物質熱化學加工生產丁醇及其他醇類。該法沒有厭氧消化和分離的步驟,而且原料為非糧食生物質。

生物丁醇的主要用途:

  1. 生物丁醇作為生物燃料。生物丁醇的含能量接近汽油,其物理性能優於乙醇,將是一個更好的替代能源。
  2. 生物丁醇作為有機化工原料。丁醇是一種重要的有機化工原料,用途非常廣泛,主要用於生產鄰苯二甲酸正丁酯、脂肪二元酸和磷酸丁酯、丙烯酸丁酯及醋酸丁酯等;經過氧化生產丁醛或丁酸;用作油脂、醫藥和香料的提取溶劑以及醇酸樹脂的添加劑等:用作有機染料和印刷油墨的溶劑、脫蠟劑。

生物丁醇發展前途

生物丁醇是生物燃料的一種,使用生物丁醇不會增加大氣中的二氧化碳含量,與環境和諧,但是丁醇燃料能否工業化生產取決於原油價格。

由於石油價格上漲和人們對環境的日益關注已經導致了ABE工業發酵的復興,並致力於提高生物丁醇的產量。在經濟上,當每桶原油超過80美元時,丁醇燃料便有利可圖。

近年來,原油價格暴跌,生產丁醇燃料無利可圖,但是不管是否有利可圖,研究工作都在進行,最近紅火的是,英國有個凱爾特再生能源公司(Celtic Renewables,網址:http ://www.celtic-renewables.com)每年都副產幾十萬噸的廢棄薏米仁以及數十億公升的液體殘渣,即酒糟。英國政府已經投資1100 萬英​​鎊幫助開發利用威士忌副產酒糟採用魏茲曼發酵技術(Weizmann fermentation process)生產汽車燃油。

全球能源從化石燃料朝著清潔能源發展,其中生物燃料佔據重要地位。2014年已達70,792,000噸油當量,比2013年增長7.4%。中國較為後進,只佔全球總量的3%,低於美國、巴西、德國、阿根廷、印度尼西亞和法國,居世界​​第七位。在全球生物燃料產量中,生物柴油和生物乙醇占主導地位,生物丁醇極少。生物丁醇生產的特點是採用了丙酮丁醇梭桿菌,使其產物性能接近汽油。顯然,生物丁醇是可再生的生物燃料發展的方向。目前,原油價格暴跌是暫時現象,總會反彈的,因此,研究者仍然不辭勞苦的研究減低生產成本的方法。(文/龐名立)

財新-無所不能授權轉載》

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