孙本惠：新能源开发尽显“膜力”
2014-05-17 16:24:47
admin
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据慧聪网2008年9月1日讯 资源、能源与环境问题已经成为制约全球经济可持续发展的三大“瓶颈”，其中解决水资源匮乏、水污染及能源危机问题尤为紧迫。作为当今迅速发展的高新技术，膜技术在确保可持续发展，尤其是在缓解能源危机方面将担当重要角色。对此，记者近日采访了长期致力于膜科学与技术研究的专家、北京化工大学材料科学与工程学院孙本惠教授。
记者：您曾在中、美、日三国化工会议上做过题为“膜技术对经济可持续发展的影响”演讲，引起很大反响！在此，能否简单介绍一下膜技术的特点是什么？
孙教授：膜技术是本世纪*重要的高新技术之一。膜具有物质分离、能量转换、物质转化、控制释放、电荷传导、物质识别等功能。膜技术的发展遵循了模拟自然、改造自然、回归自然、服务自然的规律，具有高效、节能、环保、操作简便等突出优点，在几乎所有领域中都有广泛的应用前景。可以预见，膜技术将为发展循环经济保驾护航，为创建绿色产业奠定技术基础。
记者：膜技术在新能源开发方面能发挥怎样的作用？
孙教授：世界石油价格长期高位运行，环境污染和全球变暖问题加剧，凸显了能源危机的严重性。开发新的清洁能源取代化石能源已势在必行。而膜技术在解决上述能源问题方面可以发挥三大作用。首先，膜技术本身是一种节能、高效、环境友好的技术；其次，采用膜技术生产的燃料乙醇是一种可再生的生物质清洁能源，是石油能源的替代品；另外，采用膜技术制造的燃料电池也是一种可再生的高效清洁能源。
记者：现在燃料乙醇因经济性等原因尚没有大规模产业化，膜技术能否有效降低其工艺成本?
孙教授：生产、使用、推广燃料乙醇，关键要采用先进的新技术来降低生产成本。这应该从几个方面人手，比如用废弃的秸秆等为发酵原料替代粮食原料；培养高效微生物以提高发酵效率，缩短发酵周期，提高发酵产率；采用高效、节能的分离技术，用发酵液生产燃料乙醇（无水乙醇）；发酵残渣的综合利用。其中，膜技术在高效分离上能大显身手。
制取燃料乙醇的关键技术是乙醇脱水。因为乙醇/水溶液在常压下，在乙醇浓度为95.6%（WT）时会形成共沸体系。为了制取无水乙醇产品，传统方法是采用恒沸蒸馏或者分子筛脱水，能耗很高。如果采用渗透汽化膜分离技术，则可以比传统方法节能1/2以上，并且其过程简单，操作方便，系统稳定可靠，占地面积小，装置高度低，便于放大，易于和其他过程耦合与集成。
目前，国内外很多科学家正致力于这些方面的研究，我国也已取得可喜的进展。例如清华大学研发的渗透汽化膜分离技术已成功用于乙醇和水的分离，比采用传统的精馏法降低生产成本50%以上。福州大学研发从玉米秆、玉米芯等制备乙醇的残渣中分离、提取酶解木质素及其衍生物，可用于合成聚氨酯、环氧树脂以及橡胶塑料改性剂等替代石油化工产品。这些研究进展将为降低燃料乙醇的生产成本和大规模产业化应用发挥积极作用。
记者：看来，燃料乙醇的发展，将为膜技术带来巨大的市场空间。
孙教授：全球每年有2000亿吨光合成有机物，其能量相当于全球每年消耗能量的10倍，但是目前其利用率还不足每年消耗能量的7%。
其生产的乙醇是一种可再生能源，将它按适当的比例调入汽油中可以提高汽油的辛烷值，增加汽油中的氧含量，降低汽车尾气中一氧化碳等污染物的排放。因此世界上已有很多国家将乙醇作为汽油的调配组分，推广应用乙醇汽油。1976年，巴西*早发展了燃料乙醇，2002年燃料乙醇产量达到130亿公升。2004年，美国燃料乙醇消耗量为586万吨，约占美国乙醇消费总量的87%；到2010年，美国计划将燃料乙醇年产量增加到2243万吨；到2025年，75%的石油能源将被生物质能源所取代。欧盟、日本也在加速发展燃料乙醇，并提出了摆脱依赖石油的日程表。
在我国发展燃料乙醇已势在必行。由于能源短缺，我国从1998年开始成为石油输入国。但是我国每年有6.5亿吨废弃的秸秆，如果用来生产燃料乙醇，则乙醇年产量可以达到1.3亿吨，相当于2.7个大庆油田产量，产值约为9450亿元人民币。我国目前汽油的年消耗量超过6000万吨。如果总消耗量的10%被燃料乙醇取代，则每年至少需要600万吨燃料乙醇。现在销售的E93#汽油中就含有10%的燃料乙醇。
由此可见，未来生物能源产业的规模化发展，将为膜技术开辟一个巨大的市场空间，同时，随着膜技术的不断进步，也将进一步促进燃料乙醇等清洁替代能源的发展，使其变得更加高效、经济。