金秋,是个收获的季节。每年的秋收时节,在中华大地上,“掰棒子”大赛都进行得如火如荼。黄澄澄的玉米被掰掉后,丢下大片大片的秸秆,伫立在田地里。整个中国,每年平均产生2.3亿吨这样的玉米秸秆,造成了令人头疼的农业垃圾难题。如果直接还田,埋伏地下的秸秆会产生热量、制造厌氧的环境,不利于作物的生长。以前一般是这样处理秸秆的:付之一炬,简单而又粗暴。近年来,由于意识到焚烧秸秆污染空气环境,威胁人类健康。
国家已经严令禁止焚烧秸秆,甚至部分地区已经禁用了农村柴火灶。当代科学家又提出了更加新潮的玩儿法:比如用秸秆驱动汽车!用秸秆驱动汽车需要几步走?第一步,要把秸秆从田头拉到工厂。秸秆是一种放错地方的资源,收集、运输、储存起来都有一定困难。在现代农业体系发达的欧美国家,一般采用集中型的收储运模式。而国内大部分地区以小农经济为主,更适合分散型的收储运模式。
为了进一步完善秸秆供应体系,国家甚至出台了秸秆收储运体系建设规范。第二步,要打破秸秆的抗降解屏障。秸秆细胞壁中的木质纤维素是一种丰富的可再生资源,有望通过生物质转化技术替代传统的化石能源。工程师通过对秸秆进行粉碎、酸碱、加热、气爆处理,不仅可以高效破坏包裹在纤维素外的半纤维素和木质素,还能够使纤维素结构变得松弛,增大它的表面积。第三步,要把秸秆变成糖。
在中国,有个地方常年保持五六十摄氏度的高温,而且时刻处于动荡不安之中。那就是山东能源研究院某实验室中的一台恒温摇床,躺在这里的是一种嗜热厌氧细菌——热纤梭菌。它们利用一种碳水化合物结合模块将自己牢牢固定在纤维素表面,然后挥舞起纤维小体,打断纤维素链,切割下纤维二糖,最终再水解为葡萄糖分子。最后一步,要把纤维素糖发酵成生物燃料。纤维素糖是自然界最基本的碳源之一,可以和多种下游工艺微生物偶连。
生物乙醇制备完成后,再与汽油按照1:9的比例混合,制成最终产品:“乙醇汽油”。乙醇汽油具有诸多优良的性能。首先乙醇的辛烷值较高,能够取代原先汽油中污染环境的含铅添加剂,并且改善汽油的防爆性能;其次乙醇含氧较高,能提高混合燃料的燃烧效率,减少颗粒物和氮氧化物的排放,避免因积炭过多而引起发动机故障;再者混合燃料中的含硫量降低,减少了硫氧化物的排放,硫氧化物是一种致癌物质,同时也是酸雨现象的元凶之一。