植物纤维原料水解生产乙醇:一项被遗忘的替代能源技术

    每桶70多美元的油价像梦魇一般困扰着所有经济体，公司为运营成本增加而愁眉不展。石油价格的飙升正在加快全球寻找替代能源的步伐，替代能源也已经成为中国经济的关键词。这一切，都牵动着退休多年的王义镛的心。  

    73岁的王义镛原是轻工业环境保护研究所的高级工程师。他于1953-1969年在轻工业部北京轻工业设计院工作期间，打通了用植物纤维原料水解生产乙醇的工艺路线，并在工程项目中得以实现。这样一项成熟的可再生能源生产技术，在今天却没有得到实际应用，让王义镛感到十分可惜。近几年，他多方联系想让这项技术重见天日，结果却不尽人意。  

     乙醇汽油：替代能源新宠  

    1999年，中国开始研究一种能够有效降低车用汽油消耗量的燃料——乙醇汽油。2004年2月，国家发改委等8部委联合发布了《车用乙醇汽油扩大试点方案》，9个省试点。其中黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽5个省全省推广，河北、山东、江苏、湖北4个省为部分地区推广。车用乙醇汽油的推广在中国已呈燎原之势。  

    乙醇俗称酒精，它以玉米、小麦、薯类、糖蜜等为原料，经发醇、蒸馏而制成。将乙醇脱水加入适量变性剂形成变性燃料乙醇，然后和一定比例的汽油进一步混合，就是清洁燃料——车用乙醇汽油。可以这样说，燃料乙醇就是把酒精脱水变性作为燃料使用。与普通汽油相比，车用乙醇汽油增加了含氧量，燃烧更加充分，它能有效降低汽车尾气污染，又能减少汽油消耗。试验结果表明，汽车不用任何改装，就可以使用加入10%燃料乙醇的汽油。  

    专家测算，目前中国汽油消费量在4800万吨，如果全国都使用乙醇汽油的话，我国每年就可以节省汽油480万吨。  

    其实，用乙醇代替汽油作为汽车燃料也不是新发现。早在第二次世界大战期间，有些国家因汽油供应紧张即改用乙醇作为汽车燃料，数十年前高性能的赛车也采用100%的乙醇作为燃料。  

    随着车用乙醇汽油在中国的推广，有关粮食安全的问题引起了专家的注意。目前，中国共有4家企业以玉米、小麦等粮食作物生产燃料乙醇，分别是黑龙江华润酒精公司、吉林燃料乙醇公司、河南天冠集团以及安徽的丰原生化。很多人担心，如果大规模用粮食生产乙醇汽油，将出现“车与人争粮吃”的局面，从而影响我国粮食安全。原料有可能成为我国车用乙醇汽油推广面临的最大瓶颈。  

    这种情况正是王义镛所担心的。由此，他想起了早年由他设计的水解乙醇生产技术——就是利用可再生的植物纤维作原料，水解生产乙醇的技术。  

    1966年6月，黑龙江省南岔木材水解厂建成水解车间投产，以锯末为原料，年产乙醇4000吨。王义镛是这个项目的负责人。  

    王义镛认为，地球上的石油资源总有耗尽的时候，而粮食受产量所限，又属于战略物资，因此，纤维乙醇是最有可能替代汽油的可再生能源之一。  

    应用植物纤维生产乙醇的奥秘  

   中国早在上世纪50年代就开始了新能源的探索，利用亚硫酸盐制浆废液生产乙醇、黏合剂及饲料酵母，成功地揭开了应用植物纤维生产乙醇的奥秘。  

    王义镛称，只有粮食、食糖生产过剩的国家，才能将大量的以粮食和食糖作为原料生产的乙醇用作汽车燃料。即使像美国那样粮食极其丰富的国家，目前也十分重视利用植物纤维原料生产乙醇的工作。  

    据报道，美国总统布什在近日的一次演讲中极力宣扬乙醇燃料的优点，鼓励利用锯末、草类和废弃枝叶等农业废物提取纤维乙醇燃料的技术研发，希望在6年内纤维乙醇实现商业化。  

    与利用玉米等农作物提取乙醇的传统方法相比，纤维乙醇燃料在燃烧时产生的能量要大大高于生产时耗费的能量。  

    世界其他国家和地区也看中纤维乙醇燃料的巨大潜力。早在2004年，艾欧基公司就生产出加拿大首罐商用纤维乙醇燃料，并添加到加拿大石油公司加油站的汽油中公开销售。艾欧基公司还打算在2009年之前与壳牌公司合资兴建一家纤维乙醇燃料工厂。  

    据王义镛介绍，纤维乙醇的原料为植物纤维，它的原料来源比木材加工厂的原料要广泛得多，也不像造纸厂对原料要求得那样严格。一些不适合制材或造纸的原料，如林区枝桠材，木材加工厂的锯末、刨花，造纸厂备料及筛选排出的碎片、纤维废渣，以及各种禾草、秸秆、种子皮、果壳等，只要是其中含有较多的纤维素就可以用作生产乙醇的原料，在这方面途径很多，来源广阔。  

    纤维乙醇燃料目前最有争议的一点是生产成本相对于汽油仍然过高。反对方认为，如果没有政府补贴，纤维乙醇燃料不具备市场竞争力；支持方则坚信，随着技术的进步，生产成本过高问题一定会解决。  

    能源培育场：像收割庄稼一样采集原料  

    王义镛早年毕业于燕京大学，他在研究中发现，森林采伐时一般均有大量的废材以树枝、树桩的形式留在森林中，其数量根据采伐的方式不同约占总采伐量的15%-40%。如能把这些废料很好地收集利用，作为原料生产乙醇，将为国家提供大量液体燃料及化工原料。  

    国家林业局组织的中国林木生物质资源调研显示，我国现有300多万公顷薪炭林，每年约可获得0.8-1亿吨高燃烧值（生物量）。在我国北方地区，有大面积的灌木林亟待利用，估计每年可采集木质燃料资源1亿吨左右；全国用材林已形成大约5700多万公顷的中幼龄林，如正常抚育间伐，可提供1亿多吨的生物质能源原料；同时，林区木材采伐加工剩余物、城市街道绿化修枝也能提供可观的生物质能源原料。这些数据让纤维乙醇的商业化前景变得更加清晰起来。  

    考虑到植物纤维废料的使用量和收集成本问题，王义镛提出，可以建立水解原料基地——能源培育场。他认为，能源培育场的概念和植树造林不同，它只着眼于生物量的收获，而对木材的材径尺寸并无要求，树苗和大树一样能够很好地用作水解原料。所以能源培育场着重于在尽可能小的地方，尽快生长出尽可能多的纤维物质。传统的林场树木的间距大约每株2-5米，即每株树木约占5到10平方米的土地，以便在树木长成时，仍有足够的空间接受充足的阳光。能源培育场并不像普通用于制材或造纸的森林培育那样重视树木本身的材径规格，而只着重生物量的获取，因此应尽量有效地利用土地和阳光，1平方米土地上种植的树木愈多，1平方米内能接收的太阳能也愈多，经太阳能转化、贮存，收获的生物量也愈多。因此，能源培育场培育的树木应密集种植，而采伐周期大约仅为1年。所用的树种应当是那些长得很快，而在收割后可以由树桩发芽再生，不用重新种植的树种。桉木、石梓木、银合欢等都有这种特性。北方的柳木、杨木也具有这种特点，都适合作为能源培育的材种。  

    按照王义镛的设想，能源培育场的树木种植间距可以采用0.5米，经过1年的生长，其径材大约5厘米。普通森林培育1公顷土地大约只种1000-2000株树。但能源培育场1公顷土地上可以种植约4万株树，经过1年左右的生长周期，用收割机械将其割去，其收割方式很像农场收割谷物，而不像普通的森林采伐。  

    造福人类的前景及其遭遇  

    据王义镛称，建一个年产1万吨纤维乙醇的水解场大约需要4000公顷能源培育场，即不再需要由外部供应任何能源。可以在能源培育场10公里范围内建设水解厂，由于原料运输距离短，采伐收割容易，它绝不像目前在林场收取枝桠材加以利用那样困难，能源培育场在经营一两年后即可取得收益，而不像目前一般森林培育往往要经过几十年后才能见到经济效果。同时在短期内即可收到绿化植被、改善环境、调节气候、减少水土流失、防止土地沙化等方面的效用。  

    如果进一步揭示光合作用的秘密，促进光能转化为生物量的效率，或者特别培育出适合作为能源培育的速生杂交植物，以及提高纤维素转化为单糖的比例，降低水解厂本身的能源消耗等，还将使水解原料所需要的土地面积大大缩小。这方面的潜力不仅是巨大的，且发展前景也是无法估量的。  

    王义镛早年开发的这项采用植物纤维原料生产乙醇的科研成果，当年在黑龙江投产后，经多年生产实践证明技术可靠，经济效益亦可观。但是，由于当时林业部门只顾超产而忽视森林培育，致使附近森林被伐光，到1990年，工厂因原料缺乏被迫停产。  

    1969年“文革”期间，王义镛下放到湖南省岳阳造纸厂跟班劳动；1977年应申报科研成果时，他仍在岳阳造纸厂，因未获得任何中央事业单位申报科研成果的信息，致使利用植物纤维原料水解生产乙醇的科研成果未能及时申报。  

    1980年，王义镛调入轻工业部环境保护研究所，他曾与轻工业部联系申报上述科研成果事宜，轻工业部科技司回答说：“申报科研成果均有开发年份限制，1977年前开发的项目即不受理了。”  

    可能有人认为植物纤维原料生产乙醇是40多年前设计建成的，技术已经落后。王义镛说：“实际情况并非如此。比如粮食生产乙醇技术是百余年前开发建成的工程项目，其生产流程与化学反应和目前我国正在运行生产的乙醇厂并无不同。就是有所不同，也是仪表自动化水平的提高，可以减少操作工人人数，或减轻工人劳动强度。”  

    “我现已年逾古稀，退休后回忆上述项目，认为对经济建设尚有作用，目前国内尚无任何单位具有植物纤维原料生产乙醇的工程技术。当时是克服了许多困难，承担了很大风险才开发成功，如果任其消失实在太可惜了。”王义镛说，“我现在的心愿就是能够把这项技术无偿转让给国家，使它在实际生产中得到应用。” (农产品加工网编辑)

来源:农博网