纤维素乙醇以及将绿色燃料推向市场的努力
这篇文章最初发表在360年耶鲁大学环境并经允许在此转载。
多年来，纤维素乙醇一直被吹捧为一种即将到来的技术，它可以提供更清洁、更环保的运输燃料，也可以作为环境不可靠的玉米乙醇的替代品。betway必威娱乐
但是，从农业废料、草类和其他非食物来源的纤维素中提取燃料的复杂性已经被证明是令人畏惧的，这将纤维素燃料工业的出现推向了更遥远的未来——直到现在。
今年秋天，三家新的商业规模的纤维素乙醇工厂即将在美国投产。它们加入了意大利和巴西的另外两家先进生物燃料设施的行列，这两家设施在过去12个月内已经开始运营，还有一些设施正在筹备中——这对许多行业观察人士来说，意味着长期以来预测的纤维素基燃料的到来可能终于到来了。
能源专家对此并不确定。
首先，尽管美国政府要求在国家燃料供应中加入一些乙醇，但市场仍然受到大多数现代汽车发动机设计的限制，这些发动机通常不能容忍纤维素乙醇提供的超过很小比例的清洁燃料。
让事情更加复杂的是，联邦官员正在考虑减少那些非常混合的指令——纤维素燃料支持者说，这一举动将阻碍该行业的发展。与此同时，最近的研究表明，从农作物残渣中提炼的乙醇，虽然名义上具有不与玉米基燃料等食品市场竞争的优势，但也有其自身的环境弊端。
纤维素乙醇是否能克服这些挑战，或者是否能被更先进的生物燃料所吸收，还有待观察。然而，该行业的支持者相信，纤维素乙醇将找到它的利基市场——即使他们正在寻找其他方法，通过在从塑料制造、工业润滑剂到家用洗涤剂的所有领域使用纤维素乙醇来取代石油。
“纤维素乙醇将使我们更接近能源独立，”阿本果阿公司全球事务执行副总裁克里斯托弗·斯坦德利(Christopher Standlee)说。阿本果阿公司是新纤维素乙醇生产设施背后的公司之一。“我们不用每天花10亿美元从国外进口运输燃料。”betway必威娱乐
加强供应
美国第一家商业规模的工厂将于9月投入使用，它位于爱荷华州埃米斯堡，耗资2.75亿美元。苏弗尔斯的Poet公司拥有27家玉米乙醇工厂，而荷兰的生物技术公司Royal DSM计划通过每天770吨的玉米芯、玉米壳和玉米秆，最终每年生产2000万加仑的纤维素乙醇。
西班牙可再生能源巨头Abengoa投资5亿美元的工厂于10月17日在堪萨斯州的Hugoton开业。该公司计划每年生产2500万加仑，每天使用1000吨玉米秸秆和麦秸，以及柳枝稷和草原草等专用原料。
化工巨头杜邦公司在内华达州和爱荷华州投资2亿美元的工厂计划年底投产，目标产量为每年3000万加仑。
加起来，这三家工厂计划每年生产近8000万加仑的纤维素乙醇——这类燃料的大量增加，但仍远远低于美国去年使用的1350亿加仑汽油的1%。联邦指导方针目前要求将17.5亿加仑纤维素乙醇混合到国家燃料供应中，而这只是其中的一小部分。
用茎杆和茎杆生产乙醇已经被证明比用玉米和其他农作物生产乙醇困难得多。
在20世纪70年代的石油危机之后，乙醇似乎为充满政治色彩的进口石油提供了一种有吸引力的天然替代品。巴西启动了一个蓬勃发展的用甘蔗生产乙醇的产业，而在美国，玉米等富含生产燃料所需的单糖的作物非常丰富，而且需要新的市场。
美国开始认真补贴乙醇生产，早期的研究也显示了一个关键的环境效益:燃烧乙醇比燃烧汽油排放更少的温室气体，尤其是考虑到植物在生长过程中吸收的所有二氧化碳。
美国迅速成为全球乙醇生产的领头羊，巴西紧随其后。但科学家们很快开始对这种“绿色”燃料进行更深入的研究。许多研究表明，如果考虑到整个生产周期，从玉米等粮食作物中提取的乙醇的排放状况只比以石油为基础的燃料好一点点，有时甚至更糟。随着农业用地转变成种植这些燃料作物，科学家开始担心土地使用变化带来的额外排放，肥料流失造成的污染增加，以及灌溉和加工过程中有限的水的额外消耗。
2008年玉米价格的飙升也引发了人们的担忧——不管对错——乙醇生产正在推高全球粮食价格。
纤维素乙醇，从植物的非食物部分，如玉米芯，茎和叶，甚至有机废物，如城市堆肥，被认为是解决这些问题的答案。它与食物供应没有竞争，美国能源部的一项研究发现，以纤维素为原料的乙醇比汽油减少高达86%的温室气体排放。
2007年，联邦政府增加了对将乙醇混合到国家液体燃料供应中的现有要求，增加了纤维素乙醇的具体指标——数十亿加仑。但事实证明，这过于乐观了。纤维素分子与木质素和其他赋予植物刚性和强度的物质紧密结合，在糖转化为燃料之前需要一个复杂的分离过程。
在过去的十年里，公司已经开发出了新的方法来克服这些障碍，但成本却高得令人望而却步。与此同时,政府的混合燃料需求的批评者的妙语,鉴于炼油厂和燃料搅拌机技术要求包括数十亿加仑的纤维素乙醇的燃料供应,尽管如此,在实际应用中,没有产生任何纤维素乙醇。
生物燃料的政治
支持者希望在美国上线的三家工厂——其中两家是在联邦贷款担保的帮助下建造的——最终将开始改变阻碍纤维素乙醇发展的数学模式。
但这在很大程度上仍取决于政府是否遵守旨在减少对化石燃料依赖的举措。
印第安纳州普渡大学(Purdue University)的能源经济学家华莱士·泰纳(Wallace Tyner)说，新电厂的成功将取决于各种因素的微弱组合。
他表示:“这需要降低酶成本、提高效率和降低原料成本。”他补充称，得益于政府补贴，这三家工厂在头两年享受半价原料。
泰纳说，所有的新工厂都严重依赖联邦燃料混合目标来维持运转。
鉴于此，生物燃料制造商对美国环境保护署(Environmental Protection Agency)去年秋天提出的一项新规定感到担忧，该规定将大幅降低可再生燃料总量目标和先进生物燃料混合目标。对于纤维素乙醇来说，这将意味着减少99%，从每年17.5亿加仑减少到每年仅1700万加仑。
生物燃料行业已公开表示反对该提案，并焦急地等待美国环保署2014年的最终裁决——尽管美国管理和预算办公室(Office of Management and Budget)预计要到中期选举后才会公布最终裁决。诗人公司(Poet)联邦事务主管罗布•沃尔特(Rob Walther)表示，这种不确定性在过去一年里冷却了投资环境。
他说:“由于这项拟议的规定，我们损失了数亿美元。”
然而，即使环保署为2014年制定了更高的目标，各种乙醇制造商仍然面临着艰难的道路。
非营利组织环境工作组(Environmental Working Group)负责农业和自然资源的高级副总裁克雷格·考克斯(Craig Cox)说:“对服务站来说，这需要大量投资，而到目前为止，服务站一直不太情愿。”
与此同时，工程师们也在忙着开发新型的、所谓的“旁落”生物燃料，这种生物燃料可以直接替代汽油，既不需要特别设计的发动机，也不需要复杂的基础设施改造——而且在这方面的投资正在增加。
“埃克森美孚刚刚给爱荷华州立大学提供了100万美元，用于进一步开发(完全替代燃料)，”泰纳说，他补充说，美国军方也对完全替代燃料技术表现出了浓厚的兴趣。
海军与美国农业部和能源部的一个合作项目“农场到舰队”(Farm to Fleet)正在计划建造三座工厂，生产完全替代航空燃料。
四月份同行评审期刊《自然气候变化》上发表了一项政府资助的研究，纤维素乙醇也受到了冲击。这项研究表明，从玉米作物残渣中提取的生物燃料实际上比汽油产生更多的温室气体——至少在短期内是这样。研究人员的模型表明，当这些作物废料被从数百万英亩的土地上移除，而不是留下用碳来滋养土壤时，问题就出现了。
纤维素乙醇的支持者们很快谴责这项研究存在缺陷，但考虑到美国市场的困难，美国新纤维素乙醇工厂的三家公司正忙着将目光投向其他市场。
所有这些公司都计划授权其生产工艺和技术，杜邦公司最近宣布将向汰渍公司提供纤维素乙醇，用于其洗涤剂。杜邦公司对外关系经理南希·克拉克(Nancy Clark)说，公司还在为地毯和服装等其他消费品制造酶。美国以外的纤维素乙醇市场——南美、亚洲和欧洲——也可能有助于提振这个新兴产业。
但是对于环境工作小组的考克斯来说，经济和政策的复杂性给工业和政策制定者提出了重要的问题。
“我认为这提出了一个更大的问题:我们走的是生物燃料道路吗?””考克斯说。说:“如果我们能革故鼎新,坐下来,说,“好,我们想要一个生物燃料可以减少化石燃料,做出重大贡献,实际上会减少温室气体从液体运输,对环境很好,空气好,有利于土壤,有利于水——我们会选择玉米乙醇吗?betway必威娱乐我认为答案显然是否定的。”
