第二代生物燃料

第二代生物燃料以非糧作物乙醇、纖維素乙醇和生物柴油等為代表，原料主要使用非糧作物，秸稈、枯草、甘蔗渣、稻殼、木屑等廢棄物，以及主要用來生產生物柴油的動物脂肪、藻類等。由此可見，第二代生物燃料與第一代最重要的區別之一，就在於是否以糧食作物為原料。

此外，在環境保護方面，第二代生物燃料的表現也遠較第一代出色。據美國能源部研究，更注重生態效應的第二代生物燃料有望減少最高達96%的温室氣體排放；而第一代以玉米為原料的燃料乙醇，平均僅可以減少約20%的温室氣體排放。而且，第二代生物燃料，尤其是纖維素乙醇的取材範圍相當廣泛，秸稈、枯草等農業廢棄物均可入料。對農業廢料的循環利用保證了生物能源的可持續發展，解決了第一代生物燃料生產過程中耗費更多能源和使用更多化學物質的問題，同時也降低了對人類健康的潛在威脅。

第二代生物燃料即非糧食乙醇燃料，其實第二代生物燃料也分為二代：第一代主要用甜高粱、木薯等非糧食農作物進行提取，優點是澱粉及糖含量高，能替代玉米、小麥等糧食作物，而下一代則以纖維素為主要原料，例如植物的莖葉、農作物秸稈、林業剩餘物等都可以轉化為燃料，擴大生物燃料的作物種類，更可以廢物利用，這也是當前國際研究的重點。

與第一代生物燃料相比，第二代生物燃料具有非常大的優勢。首先，汽車發動機不需要改造就可以直接使用摻入了生物乙醇的汽油或柴油；其次，生產第二代生物乙醇的催化酶技術未來幾年成本還將快速下降，大規模工業生產的可行性非常強；第三，秸稈等纖維素類農業廢棄物大量存在，比如中國每年農業大約產生7億噸秸稈，供給非常充足。而且從長期來看，農業生產廢棄物還可以用來生產生物高分子新材料。雖然第二代生物燃料在減少碳排放等方面具有很強的優勢，但是仍然無法擺脱生物燃料的致命缺陷，即能源密度低。能源密度低使得生產生物燃料的企業不得不保持巨大的能源供應腹地，而運輸這些原材料的能耗到底能不能被產生的燃料完全對沖還是一個未知數。不僅如此，原本應該返回土地圈的秸稈等農業廢棄物被用來製造能源是否會對生態產生影響，這種影響是否會導致生態的不平衡也很難估量。

纖維素原料熱裂解等更有潛力的第二代生物燃料生產技術正取代玉米基乙醇汽油等燃料生產技術。

快速熱裂解技術。德國魯奇公司與卡爾斯魯厄研究中心合作建設以纖維素為原料製取生物燃料的中試裝置。技術路線是：先將秸稈、木屑等薄壁植物研磨後送反應器，快速加熱到500℃，使其裂解冷凝成漿液；再將漿液送煉油廠轉化為合成氣；合成氣通過費託工藝轉化為所需燃料。此燃料能以任何比例與化石燃料調和使用。該裝置每年可轉化約20萬噸乾燥木質纖維素原料，產能約13.4萬噸/年。此路線比合成甲醇更有效率。2011年兩家將共建氣化裝置。

酶發酵技術。瑞士Syngenta公司等企業合作開發利用酶發酵的第二代生物燃料技術，包括開發一系列與纖維素乙醇有關的新型酶製劑。這些酶可將經過預處理的纖維素轉化為混合糖，這是關鍵步驟。將纖維素轉化成生物燃料要有三個突破：預處理（纖維素的化學制備）、糖化（通過酶將預處理後的纖維素轉化為可發酵的糖）和發酵（開發新的微生物將糖發酵成乙醇或其他燃料）。

水生物技術。水生藻類物質可轉化為生物柴油，通過產生糖類物質發酵後變為乙醇。法國Eco-Solution公司擁有的專利技術，可使反應器中海藻生長速度快於自然生長。該公司認為開放式池塘和光反應器結合的方法經濟性最好。

第二代生物燃料已成為許多國家開發生物燃料時的新寵。德國大眾公司等歐洲汽車製造商就與德國佛萊堡科倫工業集團開展合作，共同開發取自稻草或秸稈的第二代生物燃料，該工業集團年產2萬噸的“第二代生物柴油”項目已於2008年啓動。美國能源部通過資金支持國家可再生能源實驗室與企業合作，對纖維素催化酶進行優化，大大地降低其成本，使第二代生物燃料技術有望於2010年投入實現產業化和商業化，UOP公司等許多新能源企業紛紛組建第二代生物燃料生產廠。巴西石油公司則研究從秸稈、稻殼等農業廢棄物中提煉乙醇，並加緊生產廠的建設。從2008年開始，許多國家對第二代生物燃料的投入呈幾何數字增長。

對於第二代生物燃料的關鍵技術是催化酶技術，酶是一種生物催化劑，可使生物化學反應在温和的環境下進行得更加迅速、效率更高。新型酶製劑能將植物中的纖維素分解成可發酵糖，並進一步轉化為乙醇。就在幾年前，該技術的成本還比較高，這兩年來，隨着生物技術的不斷創新，其成本已經下降數倍，從而使第二代生物燃料越來越具有競爭力。目前的新型酶製劑非常適合用秸稈這種大量存在的農業廢棄物來生產乙醇。

美國2007年底通過的《能源獨立和安全法》規定，2008年美國使用的可再生燃料應為90億加侖（1加侖約合3.785升），到2022年將達到360億加侖，其中必須有210億加侖為第二代生物燃料。

瑞典政府規定，凡購買第二代生物燃料轎車的人，可獲得政府每輛車1萬瑞典克朗（約合1200美元）的補貼，甚至有些城市還對這類汽車免收停車費。

肯尼亞在環保組織“綠色非洲基金會”的幫助下，2007年底之前已經在1563萬平方米的土地上種植了200萬棵麻風樹。這種樹又被稱為“生物柴油樹”，經改性後的麻風樹油可適用於各種柴油發動機，並達到歐Ⅱ排放標準。在馬裏，有700個社區已經在使用麻風樹生產的生物燃料來滿足能源需求。莫桑比克能源部呼籲用幹椰子肉和麻風樹生產生物燃料，政府還成立了專門工作組來制定選用土地的標準。斯威士蘭、贊比亞和津巴布韋等國家也正在進行類似的嘗試。

作為世界上最大的使用非糧作物生產乙醇的國家，巴西近年來大量利用甘蔗渣發電，產生了很好的效果。巴西能源調查公司新近公佈的一項調查結果表明，用甘蔗渣生產的電量已佔巴西全國發電總量的4%。巴西和哥倫比亞的研究機構已從棕櫚油中提煉出第二代生物柴油。利用蓖麻子、松子、葵花子、鱷梨等生產生物柴油的技術也處於研製之中。

2008年11月，巴西政府在聖保羅舉辦了有90個國家和24個國際組織參加的“國際生物燃料大會”。大會預計，以纖維素乙醇為代表的第二代生物燃料將在2015年後實現工業化生產。

不過，世界最大石油天然氣集團之一道達爾集團的煉油與銷售部農業開發主管雅克·布隆迪卻認為，第二代生物能源的一些關鍵工藝涉及一系列複雜過程和技術，需要很大的投資和大量的原材料，要實現工業化生產還需經歷一個漫長的過程。他説，第二代生物燃料的實際生產成本還是一個重要的未知數。另外，在生物質燃料的經濟可行性研究方面，原料收集也是一個受關注的問題。生物質原料極其分散，採集成本、運輸成本和生產成本都可能成為制約燃料乙醇業發展的瓶頸。