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诺奖得主Hartmut Michel:生物燃料并非理想能源

2013-05-08 16:30 未知 未知 阅读 0
核心摘要: 诺贝尔化学奖得主Hartmut Michel指出,生物燃料并非理想能源,其能量转化效率低,且占用耕地导致粮食短缺。他建议利用光伏电池直接转化太阳能,或通过水热炭化技术提高生物质能效率。文章还分析了欧盟、美国、巴西和中国的生物能源政策,强调需平衡能源需求与粮食安全。

Hartmut Michel是一位具有强烈使命感的科学家。在目睹生物燃料被过度炒作后,这位诺贝尔奖得主开始积极说服人们:从能量产出来看,生物燃料并不划算,利用光伏电池直接转化太阳能才是更优选择。

生物燃料常被宣传为零二氧化碳排放、对抗全球变暖的理想武器,也被视为减少对化石燃料依赖的解决方案。然而,根据国际可持续发展研究所的报告,全球各国政府每年为生物燃料的生产与消费提供超过200亿美元的补贴,但这一政策却引发了诸多争议。

首先,利用可耕种土地或粮食作物生产生物燃料导致了“与人争粮”的问题。玉米、甘蔗、植物油等商品既是食物来源,也可用于生物燃料生产。在美国、欧盟和巴西等地区,这些作物被大量用于生物燃料,加剧了粮食供应短缺。

Hartmut Michel教授因在特定细菌细胞膜中发现光合反应中心的3D结构而获得1988年诺贝尔化学奖。现任德国马克斯普朗克生物物理研究所主任的他,曾在一篇评论文章中阐述了对生物燃料的看法,并在新加坡科技研究局分享了其观点。

光合作用的局限性

作为顶尖的膜蛋白化学家,Michel教授对光合作用效率有深刻理解。他指出,植物光合色素最多只能吸收47%的太阳光,绿光、紫外光和红外光均无法利用。更重要的是,计算显示仅有约12%的太阳能能被植物转换并储存。

从每公顷土地的生物燃料产量来看,在德国,仅有0.3%的太阳能转化为沼气,而生物柴油和生物乙醇的产量更低。此外,超过50%的产出价值被用于肥料、耕作、运输和生物质转化等投入。在中欧,每平方米可耕作土地的能量价值相当于150瓦。

“生物燃料的生产与利用并非零二氧化碳排放,”Michel教授强调,种植用于生物燃料的植物是对土地资源的极大浪费。

他建议:“更好的方式是种植杨树用于生产生物燃料,并通过水热炭化转化为生物质煤。”这一过程涉及将生物质在水中加热至160摄氏度,可捕获100%的可利用碳,每平方米可节省高达9倍以上的二氧化碳排放。

Michel教授建议,要提高生物燃料产出,科学家可研究通过修饰光合作用体中的色素来增强植物对光的吸收。他解释,光合作用在低光密度时效率最高,在五分之一全光照条件下即趋于饱和。通过对固定二氧化碳的酶——RuBisCO进行工程改造,可进一步提高效率。由于红藻中已发现更高效的RuBisCO,这一目标有望实现。

欧盟等政府对生物能源的政策

欧盟积极支持生物能源发展,但考虑到对粮食的影响,欧盟委员会通过立法限制粮食生物燃料比例。2013年9月,欧盟委员会宣布将农作物生物燃料消费比例限制在5%以内。

2012年11月13日,欧洲生物质能源协会发布《2012欧洲生物能源展望》报告,指出2010年欧盟煤炭、石油和天然气的对外依存度分别高达59%、62%和84%,因此发展可再生能源对确保能源安全至关重要。

美国也积极资助生物能源。2013年4月4日,美国能源部宣布为三个生物能源研究中心提供额外5年期资助。能源部长朱棣文表示:“发展下一代美国生物燃料将增强国家能源安全,扩大国内生物燃料行业,并创造新的清洁能源就业机会。”

巴西是世界第三大生物柴油生产国,年产量约69.4亿升,其中45.9亿升用于出口。巴西政府将生物能源作为重要经济、科技和能源政策。在2011-2014年《科技创新行动计划》中,生物燃料位列15个国家研发创新战略领域第二位。巴西除用甘蔗生产乙醇外,还研发了以蓖麻、棕榈、棉花、大豆、向日葵和玉米等作物及动物脂肪为原料的生物柴油技术。目前巴西80%的生物柴油以大豆为原料,同时正在研发微藻培育技术,以实现环保与炼油双赢。

中国国务院新闻办公室于2012年10月24日发布《中国的能源政策(2012)》白皮书,其中提到:中国坚持“统筹兼顾、因地制宜、综合利用、有序发展”的原则,发展生物质能等可再生能源。在粮棉主产区,有序发展以农作物秸秆、粮食加工剩余物和蔗渣等为燃料的生物质发电;在林木资源丰富地区,适度发展林木生物质发电;发展城市垃圾焚烧和填埋气发电;推进沼气等生物质供气工程;建设生物质成型燃料生产基地;发展生物柴油,开展纤维素乙醇产业示范;推广地热能高效利用技术;跟踪和研发潮汐能、波浪能、干热岩发电等技术。

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