孫本惠：新能源開發盡顯“膜力”
2014-05-17 16:24:47
admin
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據慧聰網2008年9月1日訊 資源、能源與環境問題已經成為制約全球經濟可持續發展的三大“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。作為當今迅速發展的高新技術，膜技術在確保可持續發展，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“膜技術對經濟可持續發展的影響”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。膜具有物質分離、能量轉換、物質轉化、控制釋放、電荷傳導、物質識別等功能。膜技術的發展遵循了模擬自然、改造自然、回歸自然、服務自然的規律，具有高效、節能、環保、操作簡便等突出優點，在幾乎所有領域中都有廣泛的應用前景。可以預見，膜技術將為發展循環經濟保駕護航，為創建綠色產業奠定技術基礎。
記者：膜技術在新能源開發方面能發揮怎樣的作用？
孫教授：世界石油價格長期高位運行，環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揮三大作用。首先，膜技術本身是一種節能、高效、環境友好的技術；其次，采用膜技術生產的燃料乙醇是一種可再生的生物質清潔能源，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：現在燃料乙醇因經濟性等原因尚沒有大規模產業化，膜技術能否有效降低其工藝成本?
孫教授：生產、使用、推廣燃料乙醇，關鍵要采用先進的新技術來降低生產成本。這應該從幾個方面人手，比如用廢棄的秸稈等為發酵原料替代糧食原料；培養高效微生物以提高發酵效率，縮短發酵周期，提高發酵產率；采用高效、節能的分離技術，用發酵液生產燃料乙醇（無水乙醇）；發酵殘渣的綜合利用。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品，傳統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，則可以比傳統方法節能1/2以上，并且其過程簡單，操作方便，系統穩定可靠，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，比采用傳統的精餾法降低生產成本50%以上。福州大學研發從玉米稈、玉米芯等制備乙醇的殘渣中分離、提取酶解木質素及其衍生物，可用于合成聚氨酯、環氧樹脂以及橡膠塑料改性劑等替代石油化工產品。這些研究進展將為降低燃料乙醇的生產成本和大規模產業化應用發揮積極作用。
記者：看來，燃料乙醇的發展，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%。
其生產的乙醇是一種可再生能源，將它按適當的比例調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配組分，推廣應用乙醇汽油。1976年，巴西*早發展了燃料乙醇，2002年燃料乙醇產量達到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量增加到2243萬噸；到2025年，75%的石油能源將被生物質能源所取代。歐盟、日本也在加速發展燃料乙醇，并提出了擺脫依賴石油的日程表。
在我國發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，如果用來生產燃料乙醇，則乙醇年產量可以達到1.3億噸，相當于2.7個大慶油田產量，產值約為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，未來生物能源產業的規模化發展，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展，使其變得更加高效、經濟。