受利比亞等國動蕩局勢影響,今年3月以來,國際原油價格一直在每桶100美元高位上動蕩徘徊,5月27日,倫敦布倫特原油價格又越過每桶115美元,發展生物能源等可再生能源顯得更為緊迫。近日,記者就此采訪了廣西科學院院長黃日波。
記者:作為國家非糧生物質能源工程技術研究中心主任、非糧生物質酶解國家重點實驗室主任,你怎么看待國際原油價格持續走高給我國發展生物質能源帶來的挑戰和機遇?
黃日波:國際原油價格持續走高,給全球能源再次亮起了紅燈,讓世界各國進一步認識到加快發展可再生能源的急迫性。
能源是人類社會賴以生存和發展的最基本的公用性資源,也是一個國家或地區經濟和社會發展的基本資源保障。地球給予我們人類的能源資源主要分為兩大類,一類是遠古年代地球變遷形成的能源資源,稱之為化石能源,主要是煤炭、石油和天然氣,這些能源是不可再生的;另一類是可再生能源,包括生物能源、太陽能、風能、水能、海洋潮汐能等。人類社會的每一次進步,都與能源結構變更和能源技術進步密不可分。
從遠古到現在,人類社會主要經歷了3次能源結構的變更。18世紀初以前為薪柴時期,人類利用火作為主要能源,生產活動主要依靠人力、畜力和簡單的水力、風力。18世紀的工業革命,特別是蒸汽機和電的發明,促進了煤炭能源的利用與發展,人類進入了以煤和蒸汽機為主的煤炭時代。19世紀中葉,隨著內燃機的發明,石油、天然氣開始作為能源被廣泛利用,推動了人類社會的飛速發展。直到今日,人類主要還是依靠化石能源,其中占比例最大的是石油,其次是天然氣和煤炭。
但化石能源是不可再生的,總有被用盡的一天。因原油短缺造成的能源危機,催生了可再生能源的發展。上世紀70年代發生的世界石油危機,促使世界主要發達國家開始重視發展可再生能源,其中也包括生物能源。現在,石油危機又來了,它必將加速我國可再生能源包括生物能源的發展。
記者:作為新型可再生能源,非糧生物質能源在生物能源產業發展中具有怎樣的地位和作用?
黃日波:生物能源產業必須走以非糧生物質為原料的發展之路。特別是我國人口眾多,人均耕地面積只有1.38畝,僅為世界平均水平的40%,以糧食為原料發展生物能源極不現實,必須依靠非糧生物質。
可以這么說,在中國不依靠非糧生物質就不可能有生物能源產業的發展。
目前,世界生物能源的主要生產國,除巴西主要以甘蔗為原料外,其余的多還是用糧食來生產燃料乙醇。如2009年,美國產燃料乙醇2200多萬噸,主要原料是玉米;我國生產的170萬噸燃料乙醇中,有150萬噸是以小麥或玉米為原料,只有20萬噸用木薯為原料。
我認為,以糧食為原料生產燃料乙醇,這只是為推進生物能源產業發展的權宜之計。從保障糧食安全考慮,發展生物能源產業最終必須以非糧生物質特別是木質纖維為原料。
我國地緣廣闊,非糧生物質資源相當豐富,僅每年農業生產產生的農作物秸稈就有7億噸,這是發展生物能源的極好原料。
木質纖維燃料乙醇,被稱為第二代燃料乙醇。目前,世界上生產木質纖維生物能源方法主要有兩種,即熱化學法和生物法(發酵法),但技術均未成熟,主要的問題是成本過高,無法產業化。解決木質纖維乙醇生產的關鍵技術難題,就成為科技工作者的重要責任。
記者:發展我國非糧生物質能源的技術難點是什么?
黃日波:發展非糧生物質能源的核心技術,主要涉及木質纖維熱化學氣化、分解技術,纖維素去結晶化技術、關鍵酶和微生物菌種的改造技術等。其中,酶和菌種的改造技術,又是實現生物質能源產業化的關鍵。
2004年,我在中日韓國際酶工程學術會議上提出,解決生物化工中的一些問題,采用現代生物學方法比用傳統工程方法效果會更好。這一觀點已在實踐中得到驗證。
過去,傳統方法解決生物化工問題,是在高溫、高壓,大化學制劑量下進行,能耗高、污染大,對設備的要求也高。這不僅造成生產成本高,而且也給生產帶來危險。
現代生物學方法,主要包括基因工程、細胞工程、酶工程和現代發酵工程等,通過研制、應用高效活力酶,可實現生化產品在常溫、常壓下生產,不僅降低了能耗和生產成本,也減少了生產中廢棄物排放對環境的污染。它代表了綠色生物化工的方向。
發展生物能源特別是木質纖維素能源產業,關鍵技術是對酶的改造和如何構造出適用于生產的高效工程菌株。對酶的改造,有3個重要的衡量標準:酶的用量,決定了生產成本;酶的質量,直接影響催化率高低;酶的穩定性,決定其能否用于工業生產。
記者:國家非糧生物質能源工程中心在這方面取得哪些進展?
黃日波:在木質纖維素去結晶化技術方面,我們發明了超高壓爆破技術,能顯著破壞木質纖維的超微結構,降低其結晶度,為建立具有工業價值的木質纖維去結晶化、水解糖化技術奠定了基礎;在木質纖維熱化學氣化、分解技術方面,正在研究利用木質纖維材料氣化形成合成氣,通過膜吸附和微生物轉化生產乙醇的工藝方法,木質纖維去結晶化的溶解技術等。
酶改造方面,研究了酶的結構與功能關系,建立了許多酶的結構模型,探討了酶在不同PH、溫度條件下的結構功能關系,預測酶的結構變化和改造位點;菌株改造方面,針對目前乙醇生產存在的技術瓶頸,選育構建了一批乙醇發酵高產釀酒酵母菌株,其中一株已在廣西一家企業使用,使酒精生產能耗降低30%,廢水排放減少30%,新增經濟效益1400多萬元。
記者:中心下一步有何打算?
黃日波:中心下一步將根據我國生物能源產業10~15年發展需求,對非糧生物質能源,主要是木薯燃料乙醇、甘蔗糖蜜乙醇、生物廢棄物規模化生產沼氣等共性關鍵技術進行攻關,特別是要在突破制約木質纖維能源產業化技術瓶頸上下功夫,爭取在二、三年內再取得一批研究成果。
記者:對加快我國非糧生物質能源產業發展有何建議?
黃日波:發展非糧生物質能源產業是一個系統工程,僅基礎理論方面需研究的問題就很多,如酶的結構功能關系、乙醇發酵機理、菌株耐受性等;在應用基礎研究方面,涉及酶、菌株的改造,發酵工藝、纖維素熱化學分解等。近年來,我國對生物能源投入的研發經費大幅增長,取得了很大的成績。但非糧生物質能源許多研發工作還剛起步,需要國家進一步加大科技投入力度,同時還需從政策上對這個新興產業的發展予以扶持。