孫本惠：新能源開發(fā)盡顯“膜力”
2014-05-17 16:24:47
admin
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據(jù)慧聰網(wǎng)2008年9月1日訊 資源、能源與環(huán)境問題已經(jīng)成為制約全球經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的三大“瓶頸”，其中解決水資源匱乏、水污染及能源危機問題尤為緊迫。作為當今迅速發(fā)展的高新技術，膜技術在確保可持續(xù)發(fā)展，尤其是在緩解能源危機方面將擔當重要角色。對此，記者近日采訪了長期致力于膜科學與技術研究的專家、北京化工大學材料科學與工程學院孫本惠教授。
記者：您曾在中、美、日三國化工會議上做過題為“膜技術對經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的影響”演講，引起很大反響！在此，能否簡單介紹一下膜技術的特點是什么？
孫教授：膜技術是本世紀*重要的高新技術之一。膜具有物質(zhì)分離、能量轉(zhuǎn)換、物質(zhì)轉(zhuǎn)化、控制釋放、電荷傳導、物質(zhì)識別等功能。膜技術的發(fā)展遵循了模擬自然、改造自然、回歸自然、服務自然的規(guī)律，具有高效、節(jié)能、環(huán)保、操作簡便等突出優(yōu)點，在幾乎所有領域中都有廣泛的應用前景。可以預見，膜技術將為發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟保駕護航，為創(chuàng)建綠色產(chǎn)業(yè)奠定技術基礎。
記者：膜技術在新能源開發(fā)方面能發(fā)揮怎樣的作用？
孫教授：世界石油價格長期高位運行，環(huán)境污染和全球變暖問題加劇，凸顯了能源危機的嚴重性。開發(fā)新的清潔能源取代化石能源已勢在必行。而膜技術在解決上述能源問題方面可以發(fā)揮三大作用。首先，膜技術本身是一種節(jié)能、高效、環(huán)境友好的技術；其次，采用膜技術生產(chǎn)的燃料乙醇是一種可再生的生物質(zhì)清潔能源，是石油能源的替代品；另外，采用膜技術制造的燃料電池也是一種可再生的高效清潔能源。
記者：現(xiàn)在燃料乙醇因經(jīng)濟性等原因尚沒有大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，膜技術能否有效降低其工藝成本?
孫教授：生產(chǎn)、使用、推廣燃料乙醇，關鍵要采用先進的新技術來降低生產(chǎn)成本。這應該從幾個方面人手，比如用廢棄的秸稈等為發(fā)酵原料替代糧食原料；培養(yǎng)高效微生物以提高發(fā)酵效率，縮短發(fā)酵周期，提高發(fā)酵產(chǎn)率；采用高效、節(jié)能的分離技術，用發(fā)酵液生產(chǎn)燃料乙醇（無水乙醇）；發(fā)酵殘渣的綜合利用。其中，膜技術在高效分離上能大顯身手。
制取燃料乙醇的關鍵技術是乙醇脫水。因為乙醇/水溶液在常壓下，在乙醇濃度為95.6%（WT）時會形成共沸體系。為了制取無水乙醇產(chǎn)品，傳統(tǒng)方法是采用恒沸蒸餾或者分子篩脫水，能耗很高。如果采用滲透汽化膜分離技術，則可以比傳統(tǒng)方法節(jié)能1/2以上，并且其過程簡單，操作方便，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，占地面積小，裝置高度低，便于放大，易于和其他過程耦合與集成。
目前，國內(nèi)外很多科學家正致力于這些方面的研究，我國也已取得可喜的進展。例如清華大學研發(fā)的滲透汽化膜分離技術已成功用于乙醇和水的分離，比采用傳統(tǒng)的精餾法降低生產(chǎn)成本50%以上。福州大學研發(fā)從玉米稈、玉米芯等制備乙醇的殘渣中分離、提取酶解木質(zhì)素及其衍生物，可用于合成聚氨酯、環(huán)氧樹脂以及橡膠塑料改性劑等替代石油化工產(chǎn)品。這些研究進展將為降低燃料乙醇的生產(chǎn)成本和大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應用發(fā)揮積極作用。
記者：看來，燃料乙醇的發(fā)展，將為膜技術帶來巨大的市場空間。
孫教授：全球每年有2000億噸光合成有機物，其能量相當于全球每年消耗能量的10倍，但是目前其利用率還不足每年消耗能量的7%。
其生產(chǎn)的乙醇是一種可再生能源，將它按適當?shù)谋壤{(diào)入汽油中可以提高汽油的辛烷值，增加汽油中的氧含量，降低汽車尾氣中一氧化碳等污染物的排放。因此世界上已有很多國家將乙醇作為汽油的調(diào)配組分，推廣應用乙醇汽油。1976年，巴西*早發(fā)展了燃料乙醇，2002年燃料乙醇產(chǎn)量達到130億公升。2004年，美國燃料乙醇消耗量為586萬噸，約占美國乙醇消費總量的87%；到2010年，美國計劃將燃料乙醇年產(chǎn)量增加到2243萬噸；到2025年，75%的石油能源將被生物質(zhì)能源所取代。歐盟、日本也在加速發(fā)展燃料乙醇，并提出了擺脫依賴石油的日程表。
在我國發(fā)展燃料乙醇已勢在必行。由于能源短缺，我國從1998年開始成為石油輸入國。但是我國每年有6.5億噸廢棄的秸稈，如果用來生產(chǎn)燃料乙醇，則乙醇年產(chǎn)量可以達到1.3億噸，相當于2.7個大慶油田產(chǎn)量，產(chǎn)值約為9450億元人民幣。我國目前汽油的年消耗量超過6000萬噸。如果總消耗量的10%被燃料乙醇取代，則每年至少需要600萬噸燃料乙醇。現(xiàn)在銷售的E93#汽油中就含有10%的燃料乙醇。
由此可見，未來生物能源產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化發(fā)展，將為膜技術開辟一個巨大的市場空間，同時，隨著膜技術的不斷進步，也將進一步促進燃料乙醇等清潔替代能源的發(fā)展，使其變得更加高效、經(jīng)濟。