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生物燃料恐威胁粮食安全低碳飞行呼唤新型技

发布时间:2019-11-09 18:32:21

生物燃料恐威胁粮食安全 低碳飞行呼唤新型技术

在刚刚结束的第14届北京国际航空展上,来自全球近200家知名航空企业在华参展。值得一提的是,霍尼韦尔在十几年后重返北京航展,带来世界先进的航空生物燃油科技和航空产品;波音公司在此次航空展上也宣布,将与中国民航局、国航等伙伴合作,在今年晚些时候进行中国首次生物燃料飞行。  莱特兄弟发明飞机让人类实现了飞向蓝天的梦想,但人类的飞翔却总是与大量的石油消耗如影随形,飞机因此成为“高碳”俱乐部重要成员之一。几十年来,研究人员一直试图研制出低耗能飞机,这种想法在2008年2月24日成为现实,波音公司与维珍航空合作完成了人类历史上首次采用添加50% 生物燃料的混合燃油为动力的飞行试验,拉开了近年来包括中国在内的一系列生物燃料飞机试验的序幕,再次唤起了人们对搭乘绿色飞机出行的梦想。  然而,绿色飞行的航线还远比人们想象的漫长,在新的航空生物质能源研发与投入使用的过程中,它并没有研究人员预想得那样美好。成就飞行器下一个动力的路上,航空生物质能源到底遇到了那些问题?用生物燃料取代传统燃料又有那些深远的影响?带着这些问题,科技采访了从事环境化学、生物质资源的化学转化等方面研究的南开大学环境科学与工程学院副教授漆新华。  古老能源何以新生?  漆新华介绍说:“生物质焚烧是人类最早的一种能量利用方式。理论上讲,所有由碳氢组成的生物资源都可能成为生物能源,比如农作物、木材、杂草、海藻、动物粪便、动物尸体以及各种废物(废水、固废)中的有机成分等。”  “目前世界上已被开发的生物能源主要有生物乙醇、生物柴油、氢气、沼气(甲烷)和生物质焚烧发电。生物乙醇主要是玉米、高粱、甘蔗等粮食作物或秸秆等非粮食作物经过发酵后生产的燃料乙醇。”漆新华说。但是通过生物质直接燃烧获得能量是低效而不经济的。化石能源的大规模使用,使生物燃料受到冷落。上世纪70 年代以来,日益显露的环境问题让人类的目光再次投向生物质能源,随着转化技术的不断发展,古老的能源获得了新生机。  由于煤、石油和天然气等传统资源是将固定在地球内部的碳经过燃烧以后排放到大气中,因此其利用势必会增加大气中二氧化碳的含量,从而加剧地球的温室效应。而对生物质能源的利用则不然,由于生物质的形成是植物通过叶绿素的光合作用,将本已存在于大气中的二氧化碳转化为葡萄糖进而转化为植物体的过程,这一过程是减少大气中的二氧化碳含量的。我们将生物质转化为生物能源,生物能源燃烧以后向大气中排放的二氧化碳也只是植物之前从大气中吸收的二氧化碳,两者是平衡的,而且这些二氧化碳可以继续被生物质吸收转化为植物体,进入下一个碳的循环圈。此外,生物燃料在加工过程中最大程度地去除了N(氮)、S(硫)等杂质,是更加绿色的能源,因此对生物燃料的使用可以大大减少大气中其它污染物的浓度,对环境保护具有重要意义。[1][2]下一页绿色航空势在必行?  由于高空飞行的飞机直接将二氧化碳排放在1万米左右的平流层,所产生的实际温室影响要比地面排放大4倍左右,对全球变暖的影响更直接、更明显。此外,飞机在飞行过程中还排放出大量氮氧化物、水蒸气,都对全球变暖有重要影响。石油依赖和气候变化使得绿色航空势在必行。  “对生物燃料的有效利用除了可以减少人类对传统石化资源的依赖以外,还能对减轻全球变暖产生重要作用。” 漆新华总结了绿色航空的必要性。  另外,他还提到了一个更为现实的问题:“传统的煤、石油和天然气等石化资源总有枯竭的一天,因此为了人类的可持续发展,我们必然要开发出有效的替代能源来维续人类的发展。虽然太阳能、风能、潮汐能等可再生能源也许可以提供给人类足够的动力能源,但是要提供生产和生活所需要的各种化工原料和产品,则生物质能源是不二选择,因为生物质资源是目前地球上唯一的可以提供碳和氢的可再生能源。因此,随着生物质能源开发利用技术的不断进步,生物质能源必将在人类的生活中发挥重要的而且是必不可少的作用。”  是什么阻碍了绿色飞行?  漆新华总结了目前阻碍生物能源发展的几个瓶颈问题:一是成本,比如玉米乙醇,虽然其技术很成熟,但是其成本还是要高于传统的矿物能源。目前全球对玉米乙醇的生产和推广主要还是依赖于各国政府大量的财政补贴。二是技术,目前玉米乙醇和通过油料作物生产生物柴油的技术比较成熟,但是通过纤维素生产乙醇以及通过海藻产油等技术生产生物燃料还有很多技术问题有待攻克,当然其成本也更是高得多。三是产量规模和原料供应,即使是目前技术最成熟、使用最广泛的玉米乙醇燃料,其占全球总燃料的比例也是很低的。以美国为例,2010年美国全国40%的玉米作物生产出了130亿吨的玉米乙醇,而这只占美国全年汽油消耗量的10%。而且由于以玉米这种粮食作为生物燃料的原材料与和人类及牲畜的食物相竞争,会对全球的粮食安全造成影响,因此目前很多国家都在限制玉米乙醇的生产。同时,以专门的油料作物来生产生物柴油也面临原料不足的问题。  还有人担心,生物燃料会在试图解决能源问题的同时带来新的问题,比如推动食物价格上涨,争夺食物资源等等。对此,漆新华表示:“这确实是令人担心的问题。如果采用可食用的原材料比如玉米、高粱等作物作为生物燃料的原材料,确实会导致粮食价格上涨、与人畜争夺食物资源,进而加剧目前全球的粮食安全问题。”  “因此,”漆新华说:“人类需要减少甚至不用玉米淀粉等为原材料来制造生物燃料,转而开发一些新的生物燃料技术,比如采用人类不能食用的秸秆等木质纤维素,利用微生物将其发酵为乙醇,或者利用复杂的化学过程,将其精炼为其它生物燃料。或者利用基因工程开发藻产油的菌种和技术。”  低碳领航还有多远?  国际航协近年来一直致力于推动航空减排的碳中和计划。作为仅次于美国的世界第二航空大国和全球最大的飞机消费市场,我国面临新燃料飞机研究开发的新挑战。目前,我国航空公司航油成本占总成本的36%—40%,如果采用新燃料,可以有效地削减运营成本并降低飞机温室气体排放量。  中国国航波音747今年年底前即将进行的生物燃料的首次试飞计划只是生物质能源助推飞行器动力探索之路上的一小步,波音研究与技术中国区副总裁艾博恩预计,到2015年,生物燃料将实现商业化应用,届时将占航空燃料比例的1%左右。“虽然比例很小,但首开先河的意义重大。航空公司也需要时间去适应、去学会如何正确使用。在此之后,生物燃料将进一步降低成本,有望大规模投产。”  漆新华对此同样充满信心:“生物能源的发展可以减轻人类对传统石化资源的依赖,并且能有效减少大气中温室气体的排放。是解决全球能源危机和全球变暖的理想途径之一。”  ( 刘晓莹)

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