用什么替代汽油

煤炭拯救了森林

自从学会了钻木取火，木头就成了人类最主要的能源。木柴以它的热值高，释放方式简单，储存和运输方便，赢得了我们祖先的喜欢。如今光秃秃的西北黄土高原，那时候却生长着茂密的原始森林。随着人口的增长，生产的发展，人类对木材的需求量越来越大，除了做饭、取暖、照明，还用它来盖房、烧窑制砖瓦陶瓷。以至于当年的西北高原伐木声终年不绝于耳，直到成了今天的模样。无独有偶，17世纪末期的英国，为了冶炼金属，几乎将国内的森林砍伐殆尽。而最终拯救英国森林的，是那里丰富的煤炭资源。

热值更高的煤炭很快就替代了日渐稀少的木材，成为人类的主要能源。现在的你也许只能从电影里看到老式的使用蒸汽机的火车了，在它的机头后面总挂着一节装满煤的车皮。而当你在电影里看到那些使用煤油的昏暗路灯时，你一定难以相信，如果不是19世纪中期一位加拿大人发明了从煤炭中提取煤油的技术，地球上的鲸也许早就灭绝了：因为在很长的一段时间内，欧洲人曾用鲸油来照明。

1859年，第一口现代化油井在美国的宾夕法尼亚州喷出了原油，石油从此登上了历史舞台。伴随石油而来的是天然气。2008年初，冰冻雪灾使部分城镇断电，2010年末，“柴油荒”又使得大批车辆在路上无法动弹……试想，我们今天的社会还离得开煤炭、石油和天然气这三种化石能源吗？

用烧酒开车

早期的汽油非常昂贵，以至于1900年巴黎世博会上展出的一台新发明的发动机，居然以花生油为动力。美国的汽车大王亨利・福特曾经预言，从植物中提取的乙醇将取代汽油，成为未来汽车的动力来源。而事实上，那时的美国，汽车也确实大多是烧乙醇的，直到19世纪30年代美国开始禁酒，乙醇燃料才终于被汽油取代。然而，人们发现，按现在的消耗量，地球上的石油资源维持不了100年了；直到科学家不断警告全球变暖的潜在威胁，以乙醇为代表的“生物质能源”才重新引起了人们的重视。

制作乙醇的主要原料是粮食、甘蔗等农作物。简单地说，粮食乙醇就是先把粮食中的淀粉转变成糖，然后通过酵母发酵的方式将糖变成乙醇。有点像农民家里用大米做“老白酒”，用糯米制烧酒。最先开始大规模工业化生产乙醇的是美国和巴西，他们都是有着广阔土地资源的农业大国。其中巴西因为气候原因盛产甘蔗，免去了水解淀粉这一步，成本降到了最低，不靠国家补贴生产企业也能盈利。而美国则主要用玉米来生产粮食乙醇，成本较高，目前还需要国家补贴才能确保盈利。

乙醇的热值比汽油差一点，但乙醇中含有氧原子，可以替代汽油中的增氧剂，因此，加了少量乙醇的汽油，加速性能还要更好一些。此外，乙醇还可以代替汽油中的一些有毒添加剂，对环境更友好。目前，美国的汽油标准是乙醇含量占汽油总量的10%，现正在考虑将乙醇含量提高到占汽油总量的15%。这个配比对现有的汽车发动机而言，无须另行改造。

吃饭和开车哪个更要紧

既然粮食乙醇有这么多好处，为什么没有在世界范围内得到推广普及呢？一个重要的原因是，从环境保护的角度来说，使用粮食乙醇对于减排二氧化碳的作用并不大。以美国为例，种植玉米需要消耗大量的化肥，机械化收割和运输也需要消耗柴油、汽油，而淀粉水解的过程还需要加热，算下来，使用粮食乙醇只比汽油减少了大约30%的二氧化碳排放。如果再把毁林开荒造成的损失算进去，粮食乙醇几乎无优势可言。

更重要的是，由于气候变暖带来的全球范围的严重的洪涝、干旱，目前全世界粮食供应趋紧，粮价上涨明显，用粮食制造乙醇难免有与民争粮的嫌疑。而这正是许多环保组织声讨粮食乙醇的主要罪状，他们质问：是吃饭重要还是开车要紧？答案是明摆着的：谁也不会怀疑“民以食为天”的道理。问题在于，是不是因此就该禁止粮食乙醇的生产呢？

粮食是不能永久存储的。丰收了，农民卖粮难，生产粮食乙醇能保护农民利益。以我国为例，目前每年生产用作燃料的乙醇172万吨，其中以玉米为原料的大约是110万吨，其余的是用小麦和非粮食类的木薯生产的。生产110万吨乙醇大约需要340万吨玉米，相比1.6亿吨的中国玉米年产量，你说对玉米价格没有影响显然不是事实，但影响确实不大。关键在于，至少到目前为止，中国生产玉米乙醇用的都是陈化粮，有的甚至连做饲料都不合适，拿来生产乙醇确实是一种很好的废物利用。但减产了呢？一旦世界粮价疯长，责难声就来了，吃饭和开车的矛盾就突出了。有没有更好的解决办法呢？

用秸秆制乙醇的好处

在自然界中，年生成量最高的有机碳分子是什么？答案不是淀粉，而是纤维素。科学家告诉我们，纤维素很像钢筋，负责支撑植物的身体。钢筋外面通常会包着一层起保护作用的水泥，而水泥这个角色在植物里是由半纤维素和木质素来承担的。淀粉能通过水解、发酵制成乙醇，纤维素行不行呢？行，但很困难，尤其是纤维素的分解。尽管如此，纤维素乙醇的制造，仍然引起了包括中国在内的许多国家的高度重视。因为纤维素和半纤维素占全世界植物总量的一半以上，其中以棉花、玉米的秸秆为代表的农业废弃物，更是价廉物美的纤维素来源。如果能利用它们制造乙醇，就可避免与民争粮了。

目前，分解纤维素主要有两种方法：物理化学法和生物酶法。这两种方法都说自己的效率最高，成本最低。从2006年起，中国和丹麦合作，共同开发中国的纤维素乙醇市场。中国把酶的问题交给丹麦人解决，自己解决纤维素原料的预处理。从秸秆切割到发酵罐的加热，从控制发酵黏度到提高固液分离效率，直到最后的废水处理，每一个技术难题的解决都直接关系到产品成本。2006年，我国在黑龙江省的肇东建设了一个年产1000吨纤维素乙醇的试验装置，通过不断的技术改进，4年来成本下降了2/3，但还在每吨8000元以上，高于眼下的汽油价格。尽管如此，纤维素乙醇仍然是一个很有希望的产业。

从宏观和长远的角度看，中国每年产生大约6亿吨主要是秸秆的农业废弃物，除了用于当做饲料和焚烧还田之外，还应该有2亿吨可以被用来生产5500万吨的纤维素乙醇，这几乎等于目前中国的汽油总消耗量。专家估计，到2020年时，中国生产的纤维素乙醇将可以替代3100万吨汽油。这不仅能保障中国的能源安全，而且能带来每年320亿元的收入，创造600万个主要是在农村地区的就业机会。

请转基因技术来帮助

纤维素乙醇生产还有两个需要解决的问题。首先，是与秸秆还田的矛盾。中国农村历来有烧秸秆还田的传统，每年秋收时节都会造成严重的空气污染。从表面上看，在纤维素乙醇工厂产生的残渣中，含有秸秆中全部的金属和微量元素，和焚烧秸秆剩下的灰没有区别，只要把这些残渣还田就可以了。但是，秸秆中含有的有机物是土壤中微生物的养料。从这一点上来说，如果想完全恢复土壤肥力，正确的做法也许是将秸秆切碎后直接还田，而不是在田头直接焚烧。不过，焚烧与直接还田对土壤的影响究竟有何区别，目前还缺乏研究。

其次，纤维素乙醇的生产过程也需要消耗大量能量，是否真的能减少温室气体排放呢？专家认为，在这一点上它应该比粮食乙醇的生产要好。因为秸秆中含有的纤维素和半纤维素，理论上都能被转化成乙醇，但木质素却不能。然而，木质素的热值几乎和煤炭一样高，非常适合用来焚烧发电。事实上，世界各国正在试运行的纤维素乙醇工厂的旁边，都建一座火力发电厂，燃烧木质素残渣就足以提供生产纤维素乙醇所需的全部电力和蒸汽。

你可能会问，为什么不用电动汽车来替代烧柴油或汽油的汽车呢？电动汽车确实是一个发展方向，但你不可能把眼下正在地球上行驶的数以亿计的汽车都改造成电动车呀。为了让这些车有足够的燃料，科学家正在利用转基因技术，试图培育出纤维素和半纤维素都易于分解的植物，来解决影响纤维素乙醇生产最大的瓶颈。