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麻省理工学院专家预测可持续乙醇生产前景

2007-02-17 10:04 房俊民 MIT News Office 阅读 0
核心摘要: 麻省理工学院两位工程学教授Gregory Stephanopoulos和Kristala Jones Prather对乙醇作为替代能源的前景进行了评估。他们指出,虽然玉米乙醇目前占主导,但原料供应有限,纤维素乙醇是未来方向,但技术挑战巨大,预计10-15年内可实现大规模经济生产。文章还讨论了工程微生物、原料优化及系统协作的重要性,并指出乙醇能量密度低、腐蚀性等局限。

随着对替代能源研究的深入,乙醇因其清洁燃烧特性和可再生性(通过植物生产)而备受关注。近日,麻省理工学院两位工程学教授论证了乙醇的发展潜力。Gregory Stephanopoulos教授在2007年2月9日的《科学》杂志上发表论文,概述了纤维素乙醇生产的技术挑战;Kristala Jones Prather助教在2月1日的生物燃料听证会上也表达了类似观点。

两位教授均持乐观态度,认为生物燃料可成为美国能源供应的重要组成部分,但强调需进一步研究以发挥乙醇的全部潜力。Prather在能源与自然资源论证委员会上指出:“生物燃料面临巨大技术挑战,尚未有重大突破改变燃料工业格局。”

Stephanopoulos证实,美国每年50亿加仑乙醇主要产自玉米,但玉米供应不足以持续作为燃料原料。目前,美国约16%的玉米用于乙醇生产,但所产能源不足液体能源需求的1%。即使将所有玉米用于乙醇,也仅能满足年消费量的4-5%。

为寻找替代原料,科学家转向草类纤维素和农业废弃物。Stephanopoulos的论文概述了纤维素乙醇生产的几大挑战及研究途径。他指出:“通过纤维素生产乙醇的技术尚不现实。”但估计大规模经济可行的纤维素乙醇生产将在未来10-15年内实现。纤维素原料丰富,据能源部报告,美国每年可生产约14亿吨此类原料,若转化为液体燃料,将占相当比重。此外,与玉米乙醇相比,纤维素乙醇具有更高的能源利用效率。

植物能源作物和农业废弃物生产乙醇分两步:首先,通过加热、酸化、氨水或蒸汽处理,将植物原料分解为纤维素和半纤维素;然后,将纤维素分解为糖(如葡萄糖),再通过酵母或微生物发酵生产乙醇。Stephanopoulos表示,为最大化效益,需提升每公顷作物产量及生物质到乙醇的转化率。论文中提及的研究内容包括:工程化高密度生长、易于生物燃料处理的草料工程微生物有效处理植物生物质中的己糖和戊糖增强纤维素分解能力及单一微生物发酵糖转化为乙醇的能力,以实现单一反应器目标。

去年,Stephanopoulos团队报道了一种设计酵母基因的新方法,可培养出耐受高浓度乙醇的酵母(通常高浓度乙醇对酵母有毒),该技术有望开发酵母其他特性以更高效生产乙醇。

Prather在听证会上强调,若美国将能源解决方案寄托于乙醇等替代燃料,需进行示范性研究。“政府必须持续支持长期研究,以转变基本结构,包括经济结构。”她指出发展生物燃料是“系统工程,各环节相互影响”。研究人员需与燃料生产消费各环节人员协作,如发动机工程师和农业科学家。她早先建议,一旦确定乙醇有前景,其他潜在生物燃料(如生物柴油、丁醇、氢)也不应被排斥。她还指出,乙醇能量密度仅为汽油的70%,且吸水性导致腐蚀性,影响现有石油储存和分销网络。

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