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生物燃料：从动植物提取绿色动力

　　2019年6月5日，“世界环境日”当天，美国联合航空公司的一架运用生物燃料的波音客机抵达洛杉矶世界机场。

　　日本筑波大学教授渡边诚日前观看装有藻类的试验瓶，该藻类被用来制作生物燃料。

　　6月2日，美国马拉松石油公司宣告，北达科他州首个大豆加工工厂现已破土动工，这座耗资3.5亿美元、方案于2023年投产的工厂出产出的精粹植物油，被马拉松石油公司作为质料，用来出发生物柴油。

　　生物燃料，首要包含燃料乙醇、生物柴油以及生物航空燃油等，在动力范畴被称作“绿色燃料”。跟着动力危机、气候改动等问题的愈演愈烈，生物燃料逐步成为未来动力的展开趋势，开发和运用包含生物燃料在内的可再生绿色动力成为全世界的急迫课题。

　　就可再生动力范围内，生物燃料是指经过生物资源出产的燃料乙醇、生物柴油和生物航空燃油，能够部分替代由石油制取的汽油和柴油，是可再生动力开发运用的重要方向。尽管生物燃料在能量密度上稍差于化石燃料，但是在出产能耗和环保方面都是化石燃料所无法比拟的。

　　“焚烧生物燃料比焚烧化石燃料排放更少”，这是动力界现已根本到达的一致。数据显现，生物燃油可下降二氧化碳排放50%-80%，最高到达90%。据计算，2008年至2020年间，美国运用生物液体燃料，累计削减温室气体排放近9.8亿吨。

　　现在，生物燃料的质料首要包含：大豆、油菜籽、玉米等粮食作物，椰子油、棕榈油、麻风子油、亚麻油等植物果实，餐饮废油、动物脂肪等厨余油脂以及微藻生物。比方，全球生物柴油的首要出产质料是大豆油，占比约67%，其次则是玉米油和菜籽油。美国马拉松石油公司出产的生物柴油就是以大豆为质料。

　　因为一些生物燃料要耗费粮食，世界动力界开端将目光转向更为环保节省的质料。以生物柴油为例，欧美首要选用油菜籽、芥菜籽以及大豆为首要质料，而巴西则运用蓖麻子和葵花子，加拿大渔业比较发达，澳大利亚和新西兰畜牧业比较发达，所以这3个国家首要以动物脂肪为首要出产质料。

　　在亚洲，日本作为亚洲生物柴油的榜首出产国，首要选用食用废油为质料，而菲律宾则运用椰子，印度运用棉花籽，印尼和马来西亚以棕榈为质料。本年4月下旬，印尼曾一度发布棕榈油出口禁令，尽管5月23日禁令免除，但印尼仍旧要求确保其国内棕榈油供给。

　　油脂出发生物燃料的出产本钱首要取决于油脂质料的取得本钱。尽管现在以棕榈油等可食用油脂为质料出产的生物燃料的价格相对低，但本质上仍存在“与粮争地”的问题。因而，只要下降非食用油脂质料的取得本钱，才干进步油脂转化道路的经济可行性。

　　值得一提的是，生物燃料的原材料之一的微藻，其产油率是其他产油作物的数倍，具有产油周期短、单位面积产值高，且不与粮争地不损坏生态等优势，被称为“奇观作物”。据世界动力署发布的生物动力陈述显现，2011年全球微藻油的产值水平约为3800升/(公顷·年)，跟着微藻培育和油脂提取技能的前进，全球微藻油产值有望迎来腾跃式的增加。“微藻年代”的到来，毕竟将是时间问题。

　　跟着多国应对气候改动的方案推出，以及动力转型的脚步加快，用生物燃料来协助运送燃料脱碳被赋予了更多希望，也在石油职业掀起了一股进入生物燃料商场的浪潮。

　　一贯对低碳转型小心翼翼的美国石油公司，也开端活跃布局可再生生物燃料事务，改造旗下传统炼油厂。2021年8月25日，埃克森美孚公司旗下的帝国石油公司宣告，将在加拿大的一个新设备出发生物柴油。项目将于2024年发动，每天出产约2万桶生物柴油，估计每年将削减加拿大运送业约300万吨的碳排放。

　　在美国西部，不少炼油厂正在改形成生物燃料厂。菲利普66公司在2020年8月12日就宣告将加州一家炼油厂改形成生物燃料厂，用农产品和抛弃物提炼的燃料替代汽油。霍利前哨公司方案将其坐落怀俄明州的一处炼油厂改形成生物柴油厂。而马拉松石油公司除了坐落北达科他州的生物燃油厂外，还将把其坐落加利福尼亚州的马丁内斯炼油厂改形成终端设备。

　　欧洲石油公司也在进一步向生物燃料范畴扩张。荷兰皇家壳牌公司方案在荷兰建一个大型生物燃料设备，该生物燃料设备将是欧洲最大的出产可持续航空燃料和用抛弃物制可再生柴油的设备之一。与此一起，壳牌正在削减其炼油厂数量，2020年10月共有14家炼厂，而到了2021年9月，只剩几个动力和化学品园区。其方针是到2030年将传统燃料产值削减1/2以上，并出产更多公路运送和航空低碳燃料。

　　作为西班牙最大的生物燃料出产商，雷普索尔公司致力于成为生物燃料范畴的领导者，方案到2025年将生物燃料年产能进步到130万吨，到2030年超越200万吨。法国道达尔公司在2020年现已完成年产20万吨生物柴油和航空燃料。本年7月，道达尔又宣告将与法国威立雅环境集团协作，加快开发运用二氧化碳培育微藻的技能，以出发生物燃料为长时间方针。8月，该公司还宣告正在开发一种用于赛车竞赛的100%可再生燃料。

　　在运送业，展开生物燃料关于重型运送、海运和航空等较难完成电气化的部分在脱碳方面含义严重。生物燃油与传统制品油高度相似，能够在不改动现有消费方法的根底上，直接运用生物燃油替代传统柴油、航空火油等不行再生的一次动力。一起，运用生物燃油，仅对飞机、轮船等交通工具的发动机进行较小的改动，乃至无需改动就能够直接运用，这关于未来的交通运送业的动力格式将发生巨大的改动。

　　世界动力署猜测,到2050年，全球生物液体燃料耗费量将达11亿吨,占全世界交通运送燃料的27%。2021年起，全球多国已提出将对船运业进行碳排放监管；欧盟已屡次宣告将船运业归入欧盟碳排放买卖系统之中；美国也表明将在2050年完成该国船运温室气体净零排放。

　　而世界航空业也开端活跃运用生物燃油。世界航空运送协会、世界民航安排、美国航空办理局、飞机和发动机出产厂家、航空公司等都在活跃推进航空生物燃油。美国商业新闻社猜测，到2027年，生物航空燃料商场规模将从2020年的6600万美元增至29.75亿美元，2021~2027年的复合年增加率到达72.3%。上一年6月，英国希思罗机场宣告初次运用彻底由抛弃食用油、动物脂肪等可持续质料制成的生物航空火油。而上一年5月，法航荷航集团执飞了首架选用可持续航空燃料的洲际航班，所用燃料由道达尔在其坐落法国南部的拉梅德生物精粹厂和勒阿弗尔邻近的欧德乐工厂运用抛弃食用油制成。

　　因而，提早布局生物燃料工业化展开，关于石油公司抢占未来动力商场，坚持世界竞赛力具有重要含义。从短期来看，转型生物燃料是由方针利好驱动的商场重视，但从长时间来看，则是碳中和布景下工业结构、动力结构和生活方法的彻底革新。未来全球动力需求结构将持续调整，化石燃料需求将下滑，可再生燃料等将占有更大商场份额。

　　不过，完成降碳减排的气候方针仅靠原有的出产商远远不行。世界动力署陈述显现，要完成可持续展开方针，在2030年前，交通生物燃料产值需求确保每年10%的增加。而这一增加率在2019年仅为6%，且世界动力署猜测，尔后5年的均匀产值增加率仅为3%。

　　尽管生物燃料在全世界范围内现已开端运用于各个范畴，但现在并没有成为世界动力的首要力气。究其原因，首要有以下几个方面约束。

　　质料来历不安稳。作为原材料的厨房抛弃油脂和木本油料作物，因为多种原因来历并不安稳。全世界每年发生很多厨房抛弃油脂，但因为来历涣散而增加了收回难度。计算显现，质料收集本钱占生物燃料本钱的70%-80%。而木本油料则受时节影响，难以坚持持续性供给。粮食类质料存在“与人抢粮”以及“与人争地”的问题，现有的油料作物尚不满意成长周期短、含油量高的特色。而进口质料则受制于气候、世界商场变化等要素的影响，本年以来逐步凸显的全球粮食危机就对世界生物燃料发生了直接影响。

　　出产工艺不老练。现有较为老练的工艺都存在必定坏处，要么燃料安稳性不行，要么燃料润滑性较差。现在世界各国航空运用生物燃料试飞，大多是以必定份额的生物燃料参加传统航空油猜中，尽管全球大部分航空公司进行的试飞试验结果表明，生物燃料与传统燃料混合能够在不改动飞机发动机结构的情况下进步飞翔功率，但生物燃料是否满足安全，是否会腐蚀或许侵袭到发动机的质料，还需求进一步讨论与验证。

　　产品本钱高。以生物航空燃油为例，其本钱是石油航煤的数倍，在本钱方面不具备竞赛优势。尽管航空公司也会购买必定量的生物航空燃油，但考虑本钱问题，购买量天然不会很大。此外，出产制品油还会发生的外部间接本钱，即一切的转化进程必然形成新的污染源，包含排放二氧化碳和其他污染物；提炼后的废渣尤其是提炼抛弃油脂的废渣假如处理欠好，同样会发生污染，而处理污染的本钱，终究都会加到制品油价里。

　　作为新式动力的生物燃料，现阶段彻底替代航空火油是不太实际的，运用哪种燃料归根到底都取决于本钱。因而，在技能不断完成打破的前提下，怎么树立完善的工业，以规模化完成降本钱是生物燃料展开的要害。

　　当下，生物燃料最大的问题在于质料供给。在本年全球粮食危机的大布景下，厨房抛弃油脂和木本油料作物则成为重要的质料来历。木本油料作物应尽量不占用犁地和居民用地，选用可习惯恶劣环境的作物为质料，例如耐旱、耐盐碱等环境的生物质。完善厨房抛弃油脂收回系统，树立餐厨废物收集、运送、办理一体化的运营形式。比方，英国为监督抛弃油的去向、便利抛弃油的收回和运用，政府强制要求饭馆装置烹饪抛弃油收回系统；荷兰抛弃油的收回悉数由政府出资，减免了生物航空燃油炼制企业的高额收回本钱；在日本，抛弃油由专业的收回公司进行收回，并由政府以高价购买。

　　生物燃料假如要想彻底替代石油产品，不仅仅要处理本钱问题，还要树立一条完好的生物燃料供给链。欧美各国曾对亚麻荠栽培及运用进行过探究。作为一款成长周期短(4个月)、产油率高(30%–45%)、所需的肥料、杀虫剂、除草剂等投入量少的陈旧油料作物，亚麻荠除了获取油脂，其残渣则被加工成饲料，凭借副产品的附加值，生物燃料本钱过高的缺乏，乃至完成整条工业链的扭亏为盈。

　　此外，在生物燃料的运用方面，能够经过拟定方针引导消费方活跃参与。欧盟航空公司拟定了碳排放买卖系统，规则了各航空公司的碳排放配额。在这个系统中，以2004-2006年各航空公司飞往和飞离欧盟的年均碳排放量值为该航空公司的排放基准线年航空公司的累积碳排放量不能超越基准线年不能超越基准线%。排放系统实施初期，各航空公司可免费取得必定份额的免费排放配额，但免费配额逐年削减，非免费配额需求经过有偿方法拍卖取得。

　　微藻，即微体藻类，巨细从几微米到几百微米不等，能高效出产脂类、蛋白质、多糖等有机物，环境习惯才能强、个别小、繁衍速度快——其间，脂质可经过酯交换反响转化为生物柴油。

　　作为光合功率最高的光合生物之一，微藻可很多供给非粮食可再生的生物质能，其很多堆集脂质，可高效出发生物燃油，一些产油微藻的脂肪酸总量可达干重的50%-90%，更为要害的是，微藻含有丰厚的生物活性物质，在制备生物燃油的一起可进行高值化综合运用，相对下降微藻产油的本钱。

　　在20世纪70年代，美国动力部以展开可持续动力为意图，对微藻展开了大规模收集、挑选和判定作业，终究取得了300多种产油微藻——即脂质占细胞干重份额超越20%的微藻。其间，微拟球藻的脂质份额高达68%。据估计，每公顷养殖面积上，藻类年产油量可达1.5万至8万升。

　　微拟球藻为何能具有这么高的脂质份额呢？答案在于它共同的固碳才能。光协作用是天然界生物固碳的根底。地球上每分钟经过光协作用大约能够将300万吨二氧化碳和110万吨水转化为200万吨有机物质，一起释放出210万吨氧气。

　　不过，现在微藻生物柴油的出产本钱仍然较高，这是约束其商业化出产的瓶颈。除持续开发产油功能优秀的藻种以外，需求完成微藻出产的综合运用。例如，从微藻中取得DHA、类胡萝卜素、活性多糖等高附加值产品，将抛弃的藻渣作为水工业的饵料等。