纤维素乙醇的生命周期能耗和环境评价

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lhj123
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随着人们对能源日益增长的需求和煤炭、石油等化石能源的迅速消耗,生物质燃料乙醇作为最有潜力的可再生能源之一,对交通运输业中的汽油具有良好的替代性,生物燃料发展已成为中国能源政策主要引导方向之一。纤维素乙醇与第一代生物乙醇相比,生产原料具有不与粮食争地的优势,是目前生物燃料乙醇的研究发展趋势和热点领域。在能源安全问题的提出和环境日益恶化的情况下,纤维素乙醇是否有较高的能源效率、相对汽油是否具有环境优势等问题就成为它进一步规模化发展的依据。本文就是采用生命周期评价方法,分别针对代表中长期和近期实现的两条纤维素乙醇技术路线,对上述问题进行了回答。   生命周期评价是评价一个产品或生产工艺过程在其整个生命周期的所有投入以及产出对环境所造成的潜在影响,具有过程选择和过程优化的作用。对纤维素乙醇技术进行全生命周期评价,不但可以为纤维素制乙醇的技术路线选择提供参考还可以为优化资源、提升能源利用率和环境效益找到优化途径。为了定量纤维素乙醇生命周期能耗和排放量,本文利用生命周期分析方法对以玉米秸秆为原料、稀酸预处理、酶水解法生产的纤维素乙醇进行了生命周期能耗与环境排放分析。以汽车行驶1 km为功能单位。整个生命周期分为四个阶段:生物质阶段、燃料生产阶段、燃料运输分销阶段和燃料使用阶段,并分别建立了纤维素乙醇生产过程的物料、能量投入产出模型,相关物资的上游生产过程的能源投入产出及排放模型,获得了纤维素乙醇生命周期的能源消耗、排放清单及环境影响指数。   通过本论文的分析,主要结论为:(1)纤维素乙醇在能量消耗方面比汽油更有优势。以SSCF路线为例,与汽油相比,纤维素乙醇EI00(100%乙醇)和EIO(乙醇和汽油体积比=1:9)生命周期化石能耗分别减少79.63%和6.25%;(2)以SSCF路线为例,生物质阶段化石能耗占到总化石能耗68.3%,其中氮肥和柴油的生命周期能耗贡献最大,分别占到生物质阶段的45.78%和33.26%;(3)代表中长期技术趋势的SSCF路线的生命周期能耗、环境影响要好于日前国内研究的技术SHF路线;(4)以SHF路线生产的纤维素乙醇汽油E1O的生命周期环境影响要大于普通汽油,但随着技术进步,实现全糖发酵时,纤维素乙醇汽油EIO的生命周期环境影响要略好于普通汽油:(5)降低能耗的具体措施包括:提高农机的柴油使用效率;减少煤基氮肥的生产,改用天然气为原料的氮肥生产:提高预处理效率,减少石灰和硫酸的使用量等;(6)降低纤维素乙醇环境影响措施:提升收储站秸秆处理设备效率、减少设备电力消耗;提升酶的催化效率从而减少酶的用量;提升EIO乙醇汽油的尾气排放标准。
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