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以生物乙醇为主的第一代生物燃料早已登场,但累积的问题越来越多：粮食危机的背景下,水资源和土地资源匮乏；无法应用到碳排放量巨大的航空领域；成本比石油更高.于是,芒草、柳枝、麻疯树、木纤维、海藻等一个个走进实验室,但它们要面对的除了技术的新挑战,还有成本和资源的老问题.

海藻、芒草、玉米、木薯、秸秆、柳枝,还有各式各样稀奇古怪的植物,在生物学家眼中,几乎和“黑金”石油、煤炭没有区别,甚至是更优的能源.

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对这些科学家、各国的能源部长而言,如果能把存在于自然界的生物质内部的能量释放出来,成为新一代的燃料来源,甚至有可能成为石油危机的救星.近年来,石油、煤炭、天然气的枯竭,加上全球变暖带来的威胁,让生物质能源的开发变得更加紧迫.

生物质能是藏在生物质中的能量.地球上所有的动植物和微生物都是生物质,它们直接或间接地通过绿色植物的光合作用,将太阳能转化为化学能,储存在体内.夸张一点说,有太阳的地方,就有生物质能.

亿万年前,太阳能通过光合作用转化为化学能,储存在当时存在的动植物体内,深埋于地壳下.经过亿万年的风化演变,形成了今天最重要的能源来源――石油、煤炭、天然气.

从某种意义上而言,传统的化学能源也是生物质能存在的另一种形式,它不过是地壳经过变化,将亿万年前储存的生物质能,变成可以直接燃烧使用的化石能源.

近百年间,大自然赐予的化石能源被人类消耗得差不多了,美国能源信息署2005年的预测显示,石油可以用上53年,天然气还能维持63年,这个数据和BP公司的预测非常接近――其2005年的数据估计,天然气的可持续使用时间是66年.

亿万年积累起来的化石能源,只能满足现代社会两百年的能源需求,人类明显等不及又一个亿万年的演化周期,迫切地需要把储藏在现有生物质中的能源释放出来,用于驱动飞机、汽车.

奥巴马自上任以来,几乎每年都投入几十亿美金,进行生物燃料的开发.美国把生物能源当成降低进口石油依存度和振兴经济的法宝,如今生物能源在美国已经超过水电,成为第一大可再生能源,占美国能源消费总量的3%以上.

对于航空业而言,生物柴油更为重要,2012年起欧盟区域内的航班将纳入碳交易计划,飞机将被限制二氧化碳的排放.一旦超出,航空公司就要留下“买碳钱”,各家航空公司将可能为此付出高达几十亿美元的费用.

技术与成本的枷锁

每逢油价低迷时,生物燃料就被打入冷宫.

和化石能源选择性地储存不一样,有太阳的地方,就会有生物质能源的存在.石油埋在中东,煤炭埋在澳洲和中国,生物质却遍布地球每一个有人的角落,从寒冷的西伯利亚到炎热的埃塞俄比亚,全球各地都能找到合适自己的生物能源,不用争得头破血流.

生物质的生长周期还很快,不少植物一年就能完成一个生长周期,而微生物如微藻的生长周期更是以天计算.也就是说,它取之不尽,用之不竭,不用担心有枯竭的一天.

当然,并不是所有的生物质中蕴含的能量都适合转化为生物能源.荷兰乌德勒大学对全球生物质原料资源做的预测研究显示,到2050年,在坚持不与粮争地,不毁林,只利用不适合商业作物生产的退化土地的原则下,生物质能源能产生相当于每年432亿吨至1060亿吨原油的能量.

和风能、太阳能相比,生物能源还有天然储藏室――就是植物和微生物们,能稳定且长久地存在.

更妙的是,相比传统化石燃料,它还会减少碳排放――这对迅速变暖的地球而言,是一个福音.全球可再生燃料联盟2009年11月的研究报告显示,无论是美国的玉米乙醇、巴西的甘蔗乙醇,还是欧盟的生物柴油,都能减少碳排放,主要生产国的温室气体的减排量是8757万吨.

美国和欧盟都计划在2020年将生物能源占其能源消耗的比例提高到20%,美国更是希望在2050年,其生物能源的比例能提高到50%.

生物能源虽有不凡潜力,但由于成本限制,每逢油价低迷时,这种替代品就要被打入冷宫一阵子.中国生物燃料产能目前为360万吨/年,而产量只有160万吨/年,仅占液体燃料的0.7％；美国由于技术难题,也调低了生物能源的生产指标.

从分子结构上看,生物质中富含大量的碳氢化合物,和化石燃料算是同宗；但化石燃料是大自然为人类进行了亿万年的预处理,人类只要开采出来,进行简单的物理处理就可以直接燃烧转化为能量.

作为可再生能源领域唯一可以转化为液体燃料的能源,这就意味着,生物燃料可以直接和汽油混合使用,可以直接使用现有的输送管道和原汽油发动机.

内燃机和汽车刚刚诞生时,生物乙醇和生物柴油都曾作为燃料短暂使用,但迅速被成本低廉、方便快捷的石油所取代.

但生物质能源深藏在生物质的细胞内部,你毕竟不能掰开一个玉米棒子,或者砍下一根甘蔗,直接扔进汽车的发动机里,成为汽车加速的动力.想要把它变为可供燃烧的液体燃料,那可不是一件容易的事情,需要经过极其复杂的化学、物理过程,才能转化为可供直接使用的生物燃料.

说到碳排放最剧烈的空中交通,燃烧效率低下的玉米乙醇却无法应用于商业客机,而其他生物柴油又面临高空低温凝固的障碍,在无法对发动机进行大规模更替的情况下,航空业只能等待新一代生物燃料的开发.

虽然在实验室内,将各式各样的生物质转化为生物燃料不成问题,但要做到万吨级别的产业化生产,成本太高,即便是各国政府进行补贴,成本上暂时还无法和石油竞争,你不能指望私家车主去购买10块钱一升甚至更高的生物柴油,而放弃7块钱一升的传统汽油和柴油.

下一代燃料

为了提高燃料效率,科学家倾向于寻找富含多糖的植物.

更重要的是,不是所有的生物质都适合做生物燃料的来源.

目前,各国都倾向于把生物质转化为液体的生物燃料,直接替代石油用于运输行业.众所周知,液体生物燃料主要是两大类――生物乙醇和生物柴油,二者作为燃油的替代产品备受关注.

乙醇自古以来就是燃料,它既可以单独使用,也可以与传统汽油混合配制成乙醇汽油作为汽车的燃料.乙醇兑入传统的汽油后,可以代替污染环境的含铅添加剂来改善汽油的防爆性能；减少有害气体和温室气体的排放,但乙醇的能量密度较传统的汽油要低35%.在不改造发动机的情况下,汽油中只能加入10％的生物乙醇,这也是中国乙醇汽油的标准.

写生物能源论文的方法
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