从植物到能源，美国走了多远？
——来自美国密西西比州立大学可持续能源研究中心的最新报道
□  记者 朱良伟
    为了了解美国生物质能源研究的最新进展，记者近日在京专访了美国密西西比州立大学可持续能源研究中心
主任 Glenn W. Steele博士(下图右)、生物质研究协调人 Eugene P. Columbus（右图中）、助理教授Fei Yu 博
士（右图左）以及副教授Filip To 博士一行（右图右）。

美国可持续能源研究中心——走在替代能源研究的前沿
　　2006年1月，由美国能源部支持的可持续能源研究中心(SERC)在密西西比州立大学(MSU)成立，从成立至今
的五年间，SERC已经获得美国能源部3000万美元的资助。在此期间，SERC的研究领域也从最初的燃料、电力、
化学以及技术授权等，逐渐向五个主要领域集中：原料、生物油（bio-oil）、生物原油（biocrude）、 生物基合
成气和发动机测试。SERC中心主任、密西西比州立大学校威廉贾尔斯杰出教授Glenn W. Steele博士介绍说，中
心在涉猎的五个领域内，重点进行了七个方向的研发：生物原油、生物油、原料、微生物油脂、生物基合成气制
液态碳氢化合物、生物质利用以及它们的经济性评价。
　　与此同时，SERC中心还不断推进着这些技术走向商业化的步伐。2010年下半年，SERC在密西西比州立大学
研发园区内举行了占地7000平方英尺的领先中试工厂的奠基仪式。该工厂为生物油和生物原油的生产进行中试，
另外还为企业生产的产品提供设备和专业技术测试。除此之外，SERC还进行了几项技术的商业化工作，例如授权
Reprieve Renewables公司芒属植物（Miscanthus）原料技术，授权Piedmont BioProducts 公司和Chemical
Products公司生物油技术等。SERC在产业界的合作伙伴并不局限于个别公司，还包括美国能源部的实验室、其
他政府机构等。
生物柴油和燃料乙醇前景有限  SERC目光更长远
　　燃料乙醇、生物柴油多以大豆、玉米、油菜籽、麻风树果实等植物为原料。其中大豆和玉米等粮食作物作为
生物柴油的原料因为涉及到“与人争粮”的问题，一直以来备受争议。而且一旦粮食价格高涨，生物柴油行业就
将遭遇严重打击。而麻风树果等非粮作物作为生物柴油的原料，存在种植周期长，产量不足等问题。美国早在5~10
年前，生物柴油行业还在蓬勃发展，但是随着产能的扩大，原料遭遇了严重的瓶颈，制约了行业发展。燃料乙醇
行业存在着和生物柴油类似的问题。
　　SERC认为由于存在原料上的瓶颈，注定生物柴油和燃料乙醇在发展前景上有很大局限性。因此虽然SERC几
年以前也曾针对非粮食作物生产生物柴油做过研究，但如今SERC不再关注生物柴油。SERC将目光投入合成气等
绿色燃料领域，在燃料、经济和配套政策等相关领域进行努力。

跨学科团队  引领全球绿色燃料研发
　　SERC的跨学科燃料研发团队致力于开发和提高生物燃料的生产和使用。当前由SERC燃料平台开发的燃料类
型主要包括生物原油、生物油、木质纤维素转化（lignocellulosic conversion）和生物基合成气制油。
生物原油——“废弃物变成宝”
　　生物原油包含由微生物发酵产生的甘油三酯（triglyceride）。这些甘油酸酯使用现有的设备经过萃取和精
馏工艺过程，可以生成为高质量的化学品或柴油。
　　该过程以工业或市政废水、树木和庄稼废料等低质量的废弃物为原料，利用热解工艺（hydrothermal
upgrading process）生产可用的燃料替代品，几乎没有任何温室气体排放，且生产出高热能值的生物原油。
　　SERC在生物原油领域的项目主要涵盖以下几个方面：使用现有废水处理的硬件设施，开发废水处理工艺最大
化生物原油的生产；生产符合美国标准（American society for testing and materials standard）的高质量
交通燃料；为生物质和生物燃料设计低成本高效率的供应链和分销体系；开发具有良好油脂积累能力、能够产生
大量生物质原油的产油微生物等。目前SERC已经建立了一个使用生物法处理废水的中试工厂。
生物油——“农产品就地转化有望实现”
　　生物油即生物热解油，是生物质在无氧快速加热的条件下，短时间内裂解反应生成低分子有机物蒸汽，经快
速冷却制得的液体燃料。这种燃料与柴油混合可以降低对柴油的依赖程度和排放。SERC的生物油开发团队以南部
的森林和农产品为原料来生产可供利用的化学品和燃料。目前SERC在中试反应器中以生物质制备粗生物油，再
加氢裂解生产汽柴油混合物的理论收率在20％左右。
　　SERC的生物油领域主要涵盖以下项目：
　　设计、承建和验证移动式热解反应器：生物质原料分布零散，移动式热解反应器为生物油的分散式生产提供
了途径，这种将大大节省生物质的运输成本。因为原料的收集和运输对每30年收获一次的森林资源来说，其收
集和运输难度远大于每年收割的农产品原料。开发分布式工艺要求中等规模的移动反应器，以便将其移动到与原
料距离相近的地域。
　　空间加热器的应用（space heating demonstration）：密西西比州立大学的研发人员开发了一种生物油精制
工艺，使用空间加热器可以将生物油的水含量和酸含量降低一半多，同时大幅度提高热值。
　　原料和生物油的表征和分析：以软木和硬木枝作为生物质原料生产生物油早有先例，而几种类型的农产品生
物质作为高温分解原料也已被测试过。近来SERC表征了更多的林产品和农产品原料生物质以及其生产的热解油。
　　此外，SERC在生物油领域的研发项目还有生物原油精制以及原料预处理。自从SERC 2006年成立粗生物油精
制项目后，生物油加氢去氧（HDO）工艺得到了快速发展，SERC将为自主研发的HDO工艺申请专利。在原料预处
理方面，生物质的化学和物理预处理都对高温分解油的生产有很大影响，而此前对生物质预处理的研究甚少，SERC
针对不同原料生物质的预处理展开了研究。
木质纤维素转化——“微生物彰显威力”
　　该项目的目标是利用产油微生物转化木质纤维素糖来生产单细胞油，例如甘油三酸酯。微生物将葡萄糖、木
糖等糖类转化为油，最终再被转化为生物柴油或绿色柴油。SERC的木质纤维素转化团队致力于降低每加仑单细胞
油的成本。该领域的项目包括：优化现有的纤维素和半纤维素转化工艺、结合光合工艺提高每加仑生物质的产油
率等。
生物基合成气制油——“催化剂提升转化率”
　　生物基合成气可从木屑等非食用生物质制得，并可转化为汽油或柴油等生物燃料。SERC正致力于开发生物质
气化技术以制备生物基合成气，再将其通过热化学催化转化为醇类、汽油和柴油燃料。目前SERC已经建设了生
物质气化设备，可生产65～100m3/h的生物基合成气（合成气中氢气和一氧化碳的比例1：1），并建立起数套热
化学催化转化反应设备。目前SERC生物质气化的实验室总转化率可达10％～20％。SERC希望到2011年年底，
中试设备的产量可达每天生产1加仑液态汽煤油。
　　SERC在生物基合成气制油领域的项目包括：开发将生物基合成气转化为汽油的新型生物催化剂；评估合成气
制汽油新型催化剂的活性和性能。