利用生物燃料摆脱困境
24 Aug 2020
加强环境关键绩效指标和不断提高的燃料需求，是生物燃料领域的主要推动力，而该领域正在随着各地区的竞争者不断发展，确保了其种植者的给料市场。GEA技术可确保加工商充分利用这些宝贵资源，包括用于生产高级生物燃料的下一代给料。
根据《经合组织-粮农组织2019年农业展望》，随着各国执行自己的策略来摆脱化石燃料，同时确保其种植者在给料商品市场占有一席之地，国家和地区政策将会对生物燃料的未来需求产生更大的影响。美国和欧盟在生物燃料生产方面名列前茅，但是，预计该领域未来主要增长的推动力将来自这些地区以外的国家。
我们与GEA的可再生能源应用经理Barbara Harten和蒸馏产品经理Eckard Maedebach详细长谈，讨论了这个不断发展的行业，以及GEA如何通过其有效的机械和热解决方案来支持加工商。
什么是生物燃料，它们是由什么制成的？
BH：生物燃料部分或完全由植物性材料或动物脂肪制成。这些“给料”是可再生的，这意味着它们通常被归类为可再生资源。大多数生物燃料都以一定比例掺入基于化石燃料的汽油或柴油（燃料）中，以适应现有的发动机。传统或第一代生物燃料由新鲜或可食用给料制成，包括油脂，并且已经使用了30多年。第二代或高级生物燃料由不可食用的给料制成，包括动物脂肪、用过的食用油和含糖废物；目标是尽量减少使用可用于人类营养的给料。
常见的生物燃料包括：
- 生物乙醇
- 生物柴油
- 沼气
- 生物丁醇
生物乙醇依赖于植物糖和淀粉的发酵，是汽油的替代品。根据《经合组织-粮农组织2019年农业展望》，约60％的生物乙醇从玉米生产，25％从甘蔗生产，7％从糖蜜生产，4％从小麦生产，其余则从其他谷物、木薯或甜菜生产。相反，大约77％的生物柴油是柴油替代品，它依赖于脂质（植物或动物）与乙醇之间的化学反应，并且基于植物油：30％的大豆油、25％的棕榈油、18％的菜籽（低芥酸菜子）油和约22％的废食用油。
沼气在无氧条件下通过有机物质的发酵产生，称为厌氧消化。纸张、木材、某些塑料、干燥的树叶、粪污和城市垃圾都是该过程中使用的潜在有机物例子。沼气易于燃烧，不会产生太多污染，可用于生产绿色电力。压缩的沼气也可以用于为车辆提供动力。生物丁醇无需任何修改即可直接用作汽油的替代品。它源自细菌和藻类的发酵； 然而，高生产成本仍然阻碍了其更广泛的使用。
除了来自可再生资源之外，生物燃料与化石燃料相比还有哪些其他优势？
EM：如果从井到轮保持较低的二氧化碳排放量，并且生物燃料的能量密度接近化石燃料，那么生物燃料的二氧化碳排放量将减少。并且根据类型，生物燃料含有的硫化合物更少甚至没有。由于生物燃料由可再生材料制成，因此通常被视为减少温室气体排放的目标，所以更容易获得补贴，有助于其在运输业中的大量使用，以及在航空和海运业中不断增长的使用。生物柴油被认为是清洁燃烧的柴油替代品，无需修改即可用作柴油发动机的混合物；改装后的发动机可以100％使用生物柴油。用作脱水乙醇（99.8％体积）的生物乙醇可以按比例混合，无需改装发动机，通常最多为10％或15％，而用作无水乙醇（95-96％体积）的生物乙醇可以在弹性燃料发动机中替代0-85％的汽油，这在巴西很普遍。
BH：当然，随着它们的生长，植物性给料会吸收大气中的二氧化碳。要考虑的另一个因素是生产生物燃料过程中所产生的副产品或并发产品。例如，生产生物柴油会产生丙三醇或甘油，它们可用于肥料和动物饲料，并可用于深度净化食品、药品和化妆品。基于油菜籽（低芥酸菜子）的生物柴油工艺可产生菜籽粕；如果使用大豆，则可以产生豆粕；两者都含有优质的矿物质和蛋白质，因此被添加到牲畜、家禽和鱼饲料中。
EM：同样，基于玉米和谷物的乙醇生产会产生大量的蒸馏物，这些蒸馏物可用于动物饲料，最好用作含有可溶物(DDGS)的干酒糟。或者，也可将生物质用作可再生燃料源，产生电能和热以用于该过程，或转化为生物甲烷以用作燃料。
制造商和消费者都在寻找各种方法来摆脱基于矿物油的甘油。生物柴油的生产满足了这一需求，它产生了绿色甘油作为副产品，然后被用于生产人们现今需要的各种家庭和个人护理产品。”– GEA可再生能源应用经理Barbara Harten
– GEA可再生能源应用经理Barbara Harten
GEA在生产和加工生物燃料方面一直信誉卓著。GEA可以为该行业的生产商提供哪些解决方案？
EM：在生产生物乙醇方面，GEA提供了涵盖核心工艺所有关键方面的关键技术和解决方案，包括：原材料碾磨和捣碎、液化、糖化，发酵、蒸馏、脱水，并提供了卧螺离心机干燥器和蒸发器，用于分离和干燥DDGS，以及冷凝水循环/精制概念，可最大程度地减少废物流并节省工艺用水。GEA的能力已遍及全球主要生物乙醇工厂的建设，其中一些的单机列每天产能可达500,000升。我们的解决方案通过重复利用所涉及的热能或利用获得专利的热泵原理以及机械蒸汽再压缩来优化能耗。
BH：我们的生物柴油能力包括将油脂转化为生物柴油，以及进行预处理以提纯原油给料。GEA还提供了用于通过分离、甲醇回收和水蒸发来分离肥皂的解决方案，以便分离甘油来转售或在工厂中重复使用。
GEA分离机RSE和RSI用于对植物和动物油脂进行脱胶、中和及脱蜡，确保生产适用于生物柴油生产的高级油，包括高级生物燃料，例如HVO。
我们的预处理工艺生产线包括享誉全球的GEA RSE和RSI分离器，可通过以下方式支持化学和物理精炼工艺：
- 消除蜡，使生物柴油在低温环境下更稳定
- 去除杂质以提高甘油质量
- 去除会污染热甘油工序的胶质
- 去除游离脂肪酸，减少有机非甘油物质的量
- 消除废水中的磷酸盐，降低处理成本
应用于在生物乙醇生产过程中倾析釜馏物的GEA卧螺离心机，确保了高百分比的干物质（多达35％），可在降低干燥成本的同时最大限度地减少积垢。釜馏物与酵母混合后干燥，会产生DDGS，这是一种富含蛋白质的副产品，可用于动物饲料。
GEA拥有乙醇中和工艺的专利，在生物柴油工艺之前的预处理过程中使用。我们还有另一个申请中的专利，可在生产生物柴油的过程中减少甘油单酸酯和催化剂的消耗（催化剂节省<0.30重量％），从而降低了工艺成本。我们在生产生物柴油和生物乙醇方面拥有丰富的产品组合及经验，这意味着我们能够为客户管理整个工艺生产线的安装，并根据需要与第三方联系，从而确保高效、按时的调试。
关于食品级给料助长土地用途变化，以及从养活不断增长的全球人口中转移资源的争论很多。业界在开发高级生物燃料方面的进展如何，GEA在这一领域提供了多大程度的支持？
BH：正在进行讨论，当然，在生长生物燃料给料以及运输、加工等方面，您需要考虑整个价值链，包括投入。在利用废物（人类或动物）和植物干物质来开发高级生物燃料方面，已在多个市场成功扩大了规模。例如，在没有天然气或石油资源的国家芬兰，使用了木材产品和森林生物质来生产可持续发展的高级生物燃料。到2030年，高级生物燃料在公路运输中的总能源份额应达到10％。同样的，他们使用这些高级燃料来生产更可持续发展的塑料和粘合剂，从而改善了其包装和建筑材料的环境足迹。
在GEA，我们看到了客户的兴起，尤其是在欧盟和美国，他们生产的“可再生柴油”或HVO由动物脂肪和废食用油制成。HVO在2005年推出，当时仅由棕榈油制成。如今，人们越来越关注用质量相对较低的给料制造HVO，然后将其鉴定为高级生物燃料。HVO不含芳烃、氧和硫，十六烷值高，从而减少了NOx的排放，具有更好的储存稳定性和更好的冷流性能，使其几乎适用于所有柴油发动机。
HVO可用作车队运营（例如，城市公交车、矿山车辆）的纯燃料，并且还获准用于混合航空燃料。拥有一个商业市场来重复利用这些油，包括，例如工业油和消费后油、屠宰场和家禽脂肪，也可从中受益，因为这意味着最终将减少我们的水域和网络的污染，同时降低了管理的难度和昂贵的成本。对于加工商而言，HVO的另一个主要优势在于它不需要对现有炼油厂进行任何重大改装。
在HVO的预处理方面，GEA分离器是众望所归的设备，它对于进行金属还原以减少和/或防止催化剂失活通常是不可或缺的。我们目前正在这些领域测试动物脂肪、这些油脂的能力，以及观察它们能够为一些全球客户实现的效率。
作为可再生燃料，与传统柴油相比，生物柴油具有大大减少的环境足迹。硫含量低以及产生更少的颗粒物、更高的润滑性和可生物降解的事实，使它成为环境的更好选择。”– GEA可再生能源应用经理Barbara Harten
– GEA可再生能源应用经理Barbara Harten
电动车辆(EV)是否会影响生物燃料的生产？
EM：电动车辆的普及率在2019年急剧上升；也就是说，他们仅实现了全球运输组合的大约2％。由于电动车辆蓄电池的尺寸和容量仍然是重型长途公路车辆（包括冷藏车以及船舶和飞机）的绊脚石，因此这些领域的生物燃料使用量正在增加，越来越多的市场希望使用生物质丰富的回收材料。尽管保持生物燃料的成本与化石燃料的竞争仍然很重要，但至少在中期，具有明确减排目标的市场将继续或开始补贴生产商，直到该行业达到供需的关键转折点。
