美纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)遭遇市場和政策瓶頸

　　Abengoa公司位于堪薩斯州雨果頓附近的纖維素乙醇工廠將在今年開工生產(chǎn)。

　　圖片來源：Abengoa Bioenergy

　　在美國堪薩斯州的原野上，一堆閃閃發(fā)光、堪比16層高樓的鐵架和鋼管直插天空。1000多名建筑工人不辭辛苦地趕著建成雨果頓鎮(zhèn)附近的乙醇工廠，它的主人則期待著其能夠加入一場利用發(fā)酵技術(shù)制取燃料的革命。

　　大多數(shù)乙醇工廠利用酵母菌將諸如玉米籽粒等糧食中的糖分轉(zhuǎn)變?yōu)榫凭�。然而，和這些工廠不同，雨果頓的設(shè)備將充分利用迄今為止依然是農(nóng)業(yè)廢棄物的纖維素。成千上萬噸玉米秸稈，包括玉米收獲后殘留的葉子、莖稈和外皮已“蓄勢待發(fā)”。到了6月份，工廠將開始把這些秸稈加工成乙醇，再將其和石油混合在一起，變成汽車燃料。

　　這個西班牙跨國公司Abengoa所屬的工廠，是未來幾個月內(nèi)將在美國開始商業(yè)化生產(chǎn)纖維素乙醇的三大工廠之一（另外兩個均位于愛荷華州，分別由POET—帝斯曼高級生物燃料公司和杜邦公司運(yùn)營）。長久以來，纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)顯示出良好的發(fā)展前景：這種二代生物燃料可以減排溫室氣體，減少美國對進(jìn)口石油的依賴，同時促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的繁榮。然而，正當(dāng)這種燃料幾近成功時，市場力量和政府政策卻阻擋了它的發(fā)展。“今年將會是至關(guān)重要的一年。”美國能源部化學(xué)工程師和高級分析師Zia Haq表示。這些挑戰(zhàn)已促使一部分研究人員和公司選擇另一種方式，即利用化學(xué)而不是生物過程將纖維素轉(zhuǎn)變成碳?xì)淙剂稀?br />
　　玉米乙醇產(chǎn)業(yè)在美國頗具規(guī)模，正在運(yùn)行的工廠超過200家。這種飛速發(fā)展主要得益于稅收減免和“可再生燃料標(biāo)準(zhǔn)”（RFS）。該標(biāo)準(zhǔn)由美國環(huán)境保護(hù)署執(zhí)行，并規(guī)定在國家的燃料供應(yīng)中各種可再生燃料產(chǎn)量每年均應(yīng)有一定的增長。

　　不過，各種問題隨之而來。和石油相比，玉米乙醇在減排溫室氣體方面作用非常有限。同時，燃料生產(chǎn)受糧食歉收影響頗大，而且會導(dǎo)致食品價格上漲，因?yàn)樵�本可用來生產(chǎn)食物的土地卻被種上了玉米。相較之下，利用玉米收獲后留下的生物質(zhì)寶庫就沒有引發(fā)那么多爭議。用玉米秸稈制取的乙醇要比石油少產(chǎn)生至少60%的溫室氣體排放，而且生產(chǎn)這種乙醇并不需要額外的農(nóng)田。

　　然而，將這種纖維素乙醇發(fā)酵并非易事。生產(chǎn)商必須把諸如纖維素和半纖維素等難“消化”的大分子分解掉，才能得到易發(fā)酵糖。該過程需要將生物質(zhì)碾碎，并用酸類進(jìn)行預(yù)處理。隨后，各種混合酶會被用來分解生物聚合物分子。所有的工序都要在酵母添加和糖分生成前完成。因此，Abengoa公司的處理設(shè)備在規(guī)模上比任何一家玉米乙醇廠都要大，花費(fèi)也多出不少。

　　目前乙醇市場已經(jīng)飽和。2012年，該行業(yè)生產(chǎn)了超過500億升玉米乙醇，占美國交通燃料的10%，而這已完全滿足目前多數(shù)車輛對E10混合汽油的需求。市場所能消化的乙醇產(chǎn)量也有上限，而且該上限正在被不斷地逼近：事實(shí)上對石油的需求正在縮減，對諸如電池動力汽車等替代產(chǎn)品的興趣正在增長。纖維素乙醇的“春天”可能到來了，但時機(jī)卻糟透了。印第安納州普渡大學(xué)西拉法葉分校農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)家Wallace Tyner認(rèn)為，對于任何乙醇都已沒有更多的需求空間。

　　目前，玉米乙醇比石油稍便宜，但纖維素乙醇比前兩者都貴。Tyner介紹說，一座纖維素乙醇工廠的投資費(fèi)用約是玉米乙醇廠的兩倍，酶類更是進(jìn)一步提高了運(yùn)營費(fèi)用。由于無法削弱競爭對手的地位，纖維素乙醇嚴(yán)重依賴于RFS為其進(jìn)入汽車加油泵開路。然而，它的姍姍來遲已迫使美國環(huán)境保護(hù)署減少了要求煉油廠混合進(jìn)石油中的纖維素乙醇產(chǎn)量。

　　今年的RFS計(jì)劃原本提出了660億升的纖維素乙醇產(chǎn)量。然而，到了去年11月份，該保護(hù)署卻提議降至6400萬升。致力于可再生燃料的團(tuán)體組織四處抱怨。“我們認(rèn)為環(huán)境保護(hù)署低估了這個產(chǎn)業(yè)的能力。”Abengoa公司負(fù)責(zé)全球事務(wù)的執(zhí)行副總裁Christopher Standlee表示。

　　纖維素乙醇生產(chǎn)商有多種選擇以增加市場份額。首先，它們可以突破“混合燃料標(biāo)準(zhǔn)”的藩籬。過去10年間出廠的所有美國車輛都能使用含有15%乙醇的混合汽油，但消費(fèi)者和經(jīng)銷商大多對此半信半疑。另一個可能方法是將纖維素乙醇出口至歐盟。歐盟計(jì)劃到2020年實(shí)現(xiàn)10%的交通燃料為可再生能源。與此同時，隨著秸稈收割效率更高、酶類活力更強(qiáng)、預(yù)處理工藝更低廉，纖維素乙醇會變得越來越便宜。國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室下屬國家生物能源中心主任Thomas Foust表示，該行業(yè)的生產(chǎn)成本已經(jīng)從五六年前的每加侖高達(dá)9美元（合每公升34美元）降至現(xiàn)在的約2美元。

　　不過，Tyner認(rèn)為，迄今為止這種方式就像在擠牙膏。他們從另外一種分解纖維素的方式中看到了更多生機(jī)，即把溫度、壓力和化學(xué)強(qiáng)力地結(jié)合在一起。這些熱化學(xué)方法能夠產(chǎn)生生物原油或一氧化碳和氫，也稱作合成氣。在化學(xué)催化劑的幫助下，經(jīng)過進(jìn)一步的處理和提煉，兩者都可以被轉(zhuǎn)化成碳?xì)浠�合物，例如石油、柴油和航空煤油。更重要的是，這些替代燃料無須跳過“混合燃料標(biāo)準(zhǔn)”這道藩籬。

　　與此同時，熱化學(xué)路線可以使用品質(zhì)更低的原材料。位于加拿大蒙特利爾的Enerkem公司正在埃德蒙頓市啟動第一個達(dá)到商業(yè)化規(guī)模的工廠，將固體廢棄物變成合成氣。生產(chǎn)合成氣同時賦予公司很大的靈活性。

　　Haq表示，研究經(jīng)費(fèi)也正在向熱化學(xué)方法轉(zhuǎn)移。“這并非意味著我們放棄了纖維素乙醇。但毋庸置疑，下一步我們會更加認(rèn)真地看待碳?xì)渎肪�。”

　　去年，一項(xiàng)旨在為美國海軍提供高級生物燃料的能源部工程，向四座將全部采用熱化學(xué)方法生產(chǎn)替代燃料的設(shè)備提供了資金支持。同時，對于去年開張的美國最早的兩個商業(yè)化纖維素工廠來說，熱化學(xué)過程也至關(guān)重要。這兩個工廠分別是位于密西西比州哥倫布市的KiOR公司和佛羅里達(dá)維羅海灘附近的INEOS Bio公司，兩者目前均處于閑置狀態(tài)，等待升級改造。Haq認(rèn)為，在未來幾年，生命周期更長的催化劑將進(jìn)一步減少通過熱化學(xué)方法生產(chǎn)纖維素碳?xì)淙剂纤�需要的費(fèi)用。

　　不過，Standlee表示，通過獲取更為廉價的原材料，生物學(xué)方法依舊可與熱化學(xué)法一爭高下。他所在的公司將賭注壓在新一代酶能將城市垃圾變成乙醇上，并于去年7月在西班牙薩拉曼卡市附近建立了一套示范裝置專門做此項(xiàng)工作。Abengoa公司希望該技術(shù)最終能將其在美國的業(yè)務(wù)擴(kuò)展出中西部玉米種植帶。（