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普通化学课外研究
从玉米到汽车燃料：论乙醇汽油及其前景
小组成员：王辰 王秋然 张斌 赵龙溪
摘要：随着世界化石能源的日趋匮乏，而能源需求不断上升，促使石油类产品使用成本迅速
上升，开发绿色能源是人类社会的当务之急。乙醇作为一种来源广泛，燃烧产物无害的一种
清洁能源而备受关注。本文将对燃料乙醇的生产工艺，发展现状等做一个综述，并且结合中
国的实际情况，对中国发展燃料乙醇前景做一个预测，对中国的能源政策提一些建议。
关键词：燃料乙醇 清洁能源 环境
引言：能源是人类社会发展的重要基础，是工业发展的引擎。然而，上个世纪 70 年代的石
油危机使得人们越发的觉过度依赖石油的工业发展是不可持续的。接着，在 1997 年签署的
京都议定书（the Kyoto protocol）映射出人们对于地球未来气候和环境的担忧，而如今，CO2
的排放，主要就是来自化石燃料的使用。
于是清洁能源开始进入人们的视野，并且在近几年得到了迅猛的发展。燃料乙醇，也就是
利用生物技术生产出乙醇添加在汽油等燃料里，作为清洁能源的一种，得到了人们的关注。
【 】
巴西和美国为代表的国家， 每年已经可以产 20,000m3，1 并且在汽油添加工作中走在世界的
前面。当然，燃料乙醇的技术还有待提高，而且，对于使用玉米等农作物作为生产原料的做
法，也得到了颇多诟病。
燃料乙醇对于能源消耗巨大的国家来说至关重要。 但是， 技术的不足以及原料的匮乏使我
们必须要考虑的。 并且， 生产出的乙醇添加到汽油中， 致使油价上升的话， 势必会引起争议。
同时，大多数生产乙醇的厂商都在亏本经营，靠国家的铺贴勉强为生。所以，一个国家的能
源政策和能源前景需要综合考虑多方面的因素才能做出合理的判断。
1.世界能源现状及发展清洁能源的必要性
化石燃料和工业革命结合创造了人类历史上辉煌的文明时代，但同时也造成资源极大浪
费．生态环境的恶化和破坏．能源危机与环境污染已成为当代人类发展所面临的巨大挑战。
据美国《地理》杂志报道，全世界现在每天消耗石油 8000 万桶（每 7 桶合一吨） 。美国是最
大的石油消费者。在它之后，石油消费大国依次为日本、中国、俄国、德国与南韩。美国人
现在每天要消耗三加仑汽油，占全世界消费的四分之一，而美国的人口只占世界的 5％。
已经探明的大概为 1 万 1500 亿桶。虽然这比前两年的估计数字增长了 10％，但以目前的开
采速度计算，地球上的石油储量只够满足全世界石油消费需要 41 年。化石燃料对环境的危
害也不容忽视。 燃料化石的使用排放出大量二氧化碳所产生的温室效应， 也已经对地球气候
产生了深远的影响。
化石燃料的使用还涉及到国家安全和国家利益问题。 比如在石油的争夺当中， 人类目睹了
伊拉克战争的惨烈。石油价格的波动，更是世界经济的梦魇，过高或者不稳定的价格，对于
人们日常生活以及工业生产的影响甚至超过了经济市场本身。
在当今科技高速发展的背景下， 人们开始寻找延续生存发展的道路， 清洁能源无疑是必由
之路。清洁能源是一个很宽泛的概念，本文着重讨论燃料乙醇技术的发展现状以及展望，并
且会结合中国的实际情况作出分析。
2.世界燃料乙醇发展现状
所谓的乙醇燃料或乙醇汽油并非只是使用纯粹的乙醇作为燃料,而是将乙醇按比例加人汽
油中用作燃料。早在 20 世纪初就有人将纯乙醇作为汽车燃料使用,到了 50～60 年代随着石
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油工业的迅猛发展,廉价石油大量供应,燃料乙醇的生产及消费受其影响而一度停滞。70 年代
初的石油危机又使很多国家开始积极寻找代用燃料。醇燃料是液体燃料,可以利用原有的储
存、运输及分配的基础设施,不需要更多投资,于是受到重视。其中乙醇由于其生产工艺相对
成熟,理化性质较接近于汽油,可与汽油按任意比混溶等优点成为许多国家重点发展的石油替
【 】
代燃料。2 目前，世界燃料乙醇生产技术按原料分为 3 类： （1）以玉米等为原料的淀粉类技
术； （2）以甘蔗、甜菜等为原料的糖蜜类技（3）以农、林废弃物等为原料的纤维素技术
这个技术还在研究当中，目前不如前面两种技术成熟，但是一旦有所突破，势必会引起燃料
乙醇的革命。
当前使用燃料乙醇最多的国家主要是美国和巴西， 而由于自身农产品的优势， 它们分别使
用玉米技术和蔗糖技术。以美国为例，早在 2003 年 7 月中旬美国威斯康星州、美国乙醇汽
车联合会与通用汽车公司就在美国 6 个州推行 E85（即乙醇占汽油体积的 85%）的使用, 将
其作为汽油的代替燃料。前美国仅有大约 140 家加油站提供 E85, 其中大多数在中西部。有
300 万辆车是既可以用汽油也可以用 E85, 而且通用汽车公司还在大量生产这种可以使用两
类燃料的汽车。现在, 美国协年要消耗 30 亿吨加仑添加到汽油中，而 2005 年美国国会通过
一项能源法案，要求到 2012 年，石油供应商应当添加 80 吨加仑乙醇到汽油中。而在巴西，
乙醇燃油也已经占到该国燃油的 40%。[3]
3.为什么选择燃料乙醇
之所以美国和巴西等国大力发展乙醇燃料，是因为乙醇燃料有着很多优点。
首先乙醇辛烷值高达 111, 可以取代甲基叔丁基醚(MTBE)抗爆 。过去世界上很多国家为
了提高汽油抗爆性能,改善燃烧,在汽油中掺入少量的 MTBE.但美国研究发现,MTBE 会污染
水资源,因此美国决定要逐步禁止向汽油中添加 MTBE,而以乙醇代替。
其次，乙醇含氧量高, 加人汽油后可以促进燃料充分燃烧, 从而大量减少危害人体健康的
一氧化碳、引发光雾生成的挥发性有机化合物和多种毒物的排放, 还能够降低二氧化硫的排
放, 而二氧化硫是造成污染环境的酸雨的重要因素。而在今天的汽车制造和使用中, 乙醇燃
【 】
料与电喷、三元净化器等技术一起, 以使污染物的排放量显著降低 2 。
当然根据前面讨论的化石燃料的瓶颈问题， 如果燃料乙醇能够充分替代化石燃料， 那么国
家可以减少对进口石油的依赖,保障本国能源安全。从农产品的角度来看，在供应充足的情
况下，乙醇的生产势必可以增加需求，这样可以提高从产品的收购价格，对一国的农业发展
也是有利的。
4.中国发展燃料乙醇的历程
改革开放以来，我国农业生产快速发展，粮食生产相对过剩，库存增高，国家在粮食生产
和储备方面的负担日益加重，粮食价格逐年下滑，农民收入增幅趋缓。2002 年，随着国际
油价的不断走高， 为统筹解决我国现有陈化粮问题并探索新能源发展道路，我国借鉴欧美
等发达国家的成功经验，有组织地进行了燃料乙醇和车用乙醇汽油的研究和应用。
那么我们先以时间为顺序，对我国燃料乙醇行业发展做一个梳理。2001～2004 年，国家
批准建设的吉林燃料乙醇、黑龙江华润酒精、河南天冠燃料乙醇和安徽丰原燃料酒精 4 家
以陈化粮为主要原料的定点生产厂取得成功。 2004 年末，我国燃料乙醇产量达到 144 万吨，
产量仅次于巴西、美国，位居世界第三。基本实现了“十五”期间提出的“拉动农业、保护
环境、替代能源”三大战略目标。2005 年末， 在消化我国库存陈化粮后，4 家定点生产厂
开始转为使用玉米作为燃料乙醇原材料。2006 年，中粮集团在广西北海全国首座以木薯为
原料，年产 20 万吨燃料乙醇项目获国家发改委审批， 这标志着我国燃料乙醇从此走向非
【 】
粮化生产。4
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前面论述的可以看做是我国在燃料乙醇方面的探索， 这些乙醇项目虽然在一定程度上缓解
了能源紧张的局面，但是但过度发展也带来粮食方面的隐患,甚至关系到了国家的粮食安全
问题。数据表明，近年来中国生物燃料工业加工产能扩张过快，增长幅度超过玉米生产增长
水平。2001 年中国玉米工业加工转化消耗玉米仅为 1 250 万 t ，2005 年增加到 2300 万 t 以
上，增长了 84 %；而同期玉米产量增长了 21.9%，远低于工业加工产能扩张的速度[5 ]。针
对国内一些地方盲目发展玉米加工乙醇能力的情况，2006 年 12 月 18 日,国家发改委、财
政部联合下发紧急通知,要求“各地暂停核准和备案玉米加工项目,并对在建和拟建项目进行
全面清理。 ”2006 年，财政部印发的《可再生能源发展专项资金管理暂行办法》也明确提出：
“石油替代可再生能源开发利用,重点是扶持发展生物乙醇燃料、生物柴油等，其中生物乙
醇燃料是指用木薯、甘蔗、甜高粱等制取的燃料乙醇”[ 6] 。
可见我们必须对我国发展乙醇产业的前景做一个理性的分析。
5.数据预测
一.四个假设:
(1) 未来几年内不会有新的重大的科技突破,汽油不会突然被取代,而是会渐渐的被取代,
其使用量保持在足够理想的状态.
(2) 未来几年内中国不出现任何大的自然灾害或人为灾害,人口数量保持一定的规律.
(3) 认为玉米将来转化为乙醇的最高转化率为 75%
(4) 认为 2014 年对玉米转化率的研究及其发展达到峰值
二.数据预测
(1) 对中国汽油使用量的预测:
我们认为， 中国的汽油使用量在未来几年内仍会不断上升， 在达到峰值后会因为石油逐
渐被其它能源取代而下降，最终趋近于 0。
【7】
以下为中国过去几年内汽油日均使用量（单位：万吨）
1990 1995 2000 2002 2003 2004 2005 2006
5.2 8 9.60 10.27 11.16 12.87 13.30 14.36
将这些数据分别乘以其对应年的年数,每年的汽油使用量（单位：千万吨）
1990 1995 2000 2002 2003 2004 2005 2006
1.898 2.92 3.5136 3.7485 4.0734 4.7104 4.8545 5.2414
以年份为自变量，年均汽油使用量为因变量，可得到拟合出的函数（单位：千万吨）：
Gas(x) = 9.143e .
其图像大致如下：
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8
6
4
2
1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100
可见：汽油年均使用量在 2031 年左右会达到峰值，随后逐渐下降，至 2100 年降为很低
的水平。
(2) 对于中国人口的预测
【 】 【 】
对于中国人口，我们从网上收集了资料， 得到了 8 1949~2003 年与 9 2008 年的中国总
人口数据，为了得到中国未来的总人口预测数据，对于 2000 年以前我们取间隔十年的人口
总数作差，再除以十，作为这十年中间那年的人口增长率数据，2000 年以后则取每间隔 2
年，2003~2008 则取（2008 年人口-2003 年人口）/5 作为 2006 年的人口增长率，得到以下
数据：（单位：万人/年）
1954 1964 1974 1984 1994 2000 2001 2002 2006
1184.5 1432.3 1720.7 1516.2 1308.2 920.5 855 800 715
将其拟合为函数，得到（单位：万人/年）：
PopInc(x) = 1678e .
其图像如下：
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1500
1000
500
1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040
又由【8】中的数据知道 1954 年共有 60266 万人，则中国的总人口函数为（单位：万人）：
Pop(x) =60266 PopInc t dt = 91312. 49326.7 Erf ‐59.5418 0.0301477 x
其中 Erf x e dx
√
其图像如下:
140 000
120 000
100 000
80 000
60 000
1900 1950 2000 2050 2100
(3) 中国乙醇汽油将要使用的玉米数量预测：
【 】
通过查资料得到：10 玉米大概 3~4 千克可以转化成 1 千克乙醇，我们认为玉米到乙醇
的转化率为 25%，再考虑上文假设(3)(4)，我们构造出了玉米到乙醇的转化率函数：
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.
Rate(x) = √ Erf 2014 /12 0.39
则根据汽油里将会添加 20%乙醇的题目假定，中国在未来几年所需转化为乙醇汽油的
玉米的质量函数为：（单位：千万吨）
1.8286e .
CornGas x Gas x 0.2 Rate x
0.39 0.372215 Erf 1/12 2014 x
其图像大致如下：
6
5
4
3
2
1
2040 2060 2080 2100
其中，我们认为 2006 年前在中国未发展乙醇汽油时讨论该函数无任何显著意义，故本
函数及下述函数均不讨论 2006 年以前的情况。
4 中国人口消耗的玉米质量预测
【 】
由 11 网络上数据得知中国人均每年吃 88 公斤玉米， 则每年的玉米人均消耗函数为： 单
（
位：千万吨）
CornPop x Pop x 88 1000 1000
11
91312. 49326.7 Erf 59.5418 0.0301477 x
125000
5 综合分析
由以上数据，我们可以得出中国未来每年将要消耗的玉米总量（单位：千万吨） ：
CornTotal x CornPop x CornGas x
其图像为：
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18
17
16
15
14
2040 2060 2080 2100
可见其是一直下降的。因为乙醇汽油所用的玉米逐渐成下降趋势，而人口所用玉米呈上
升趋势，我们可以认为在中国生产的玉米中，玉米主要是被乙醇汽油所消耗掉的。
下面给出乙醇汽油消耗的玉米占玉米总数百分比图像：
60
50
40
30
20
10
2020 2040 2060 2080 2100
人民消耗的玉米占玉米总数的百分比图像：
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100
90
80
70
60
50
2020 2040 2060 2080 2100
人民消耗的玉米质量与乙醇汽油消耗的玉米质量之比：
7
6
5
4
3
2
1
2000 2010 2020 2030 2040 2050
由此可见， 直到 2020 年以前，如果按照我们的预测，中国发展乙醇汽油的话将会有 20%
以上所生产的玉米被用于转化为乙醇汽油上， 而如果同时还想让人民吃上足够的玉米的话中
国需要生产 1 亿 5 千万吨以上的玉米，这显然是不切合实际的。所以我们认为最近一个时
期中国不宜发展由玉米转化为乙醇来做乙醇汽油的方法。发展此方法的最好时间是在 2040
年以后，可是考虑实际情况，2040 年时太阳能等清洁能源将会发展得非常成熟，其时汽油
的应用将会远远少许我们所做的预测中的汽油消耗量。 这么看来中国是不需要发展玉米转化
为乙醇汽油技术的。
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由上述对数据的分析与预测可知，我国不能盲目学习国外的生产模式，比如美国大量使用
玉米生产乙醇，但是我国用木薯替代玉米生产乙醇有着一定的优势。
6.木薯生产乙醇方法的优势
（1）木薯生物特性好，种植面积广
木薯抗旱、耐瘠薄、适应性广泛，不与主要粮食作物争地，且还可与其他的作物混种；淀
粉生产率高，块根中淀粉的质量分数达 30 %～35 %。木薯优良的生物特性决定了其在不减
少其他作物尤其是粮食作物种植面积的基础上， 未来的生产还可能有大幅度的提高， 这是其
他作物种植无法企及的。木薯目前主要在广西、海南、云南和广东省种植，但由于它能够在
新开垦的荒地种植,适宜我国长江以南的广大地区栽种。 截至 2005 年，全国木薯种植面积已
2
达 4318 万 hm ，广西是我国木薯生产的第一大省,种植面积和产量都占全国的 60 %以上。
（2）产率高
据报道单位面积土地的酒精产率以木薯最高， 甘蔗次之。 木薯是取代玉米等原料生产酒精的
理想替代物，开发木薯酒精资源前景看好。在同样土地资源条件下,种植木薯可比种植玉米
【 】
多产近 2 倍酒精,利用木薯进行酒精生产,整株作物基本无废料,利用效率很高。12
（3）生产成本低
大型木薯酒精厂的固定资产投入与销售收入之比为 1 ∶5 ,建设周期短，投放少，投资回收
快，效益高。另外,现有糖厂用糖蜜生产酒精的闲置设备经改造后即可用于木薯酒精加工。
但是，毕竟木薯的种植和生长还需要土地和人力的耕作，如果能够变废为宝，将废弃物转
化为乙醇，那么这才是乙醇发展的真正契机。
而以纤维素为主的原料制造乙醇正符合了这个要求。 纤维素来源及其广泛， 没有产地要求，
农业、林业以及城市废弃物都有着丰富的纤维素原料。比如我国的麦秸秆问题，据估计，我
国每年超过一般麦秸秆被焚烧，不仅污染了环境，而且浪费了宝贵的资源。不过，现在纤维
素技术并不是很成熟， 在制造成本控制方面相对于其他原料有明显劣势， 这使得尽管纤维素
技术有着种种优点，但是知道今天只占据很小的工业产值。
利用纤维质原料生产乙醇工艺的研究和开发， 是目前国内外学者寄予厚望的重点， 如何开
发高效廉价的纤维质原料预处理技术和高效转化酶是研究重点。 从长远来看， 利用纤维质原
【 】
料将是燃料乙醇发展的根本出路。13
7.其他生物能源
燃料乙醇作为生物能源的一种， 有其自身的优势和不足。如今人们也开始开发其它生物能
源，作为和燃料乙醇的对比和参考，我们特举两例。
（1）生物柴油(Biodiesel)是指以油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动
物油脂、餐饮垃圾油等为原料油通过酯交换工艺制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。
生物柴油是含氧量极高的复杂有机成分的混合物， 这些混合物主要是一些分子量大的有机物，
【 】
几乎包括所有种类的含氧有机物，如：醚、酯、醛、酮、酚、有机酸、醇等。14
（2）甲醇燃料是利用工业甲醇或燃料甲醇,加变性醇添加剂,与现有国标汽柴油(或组分油),
按一定体积(或重量比)经严格科学工艺调配制成的一种新型清洁燃料.可替代汽柴油,用于各
种机动车,锅灶炉使用.生产甲醇的原料主要是煤,天然气,煤层气,焦炉气等,特别是利用高硫劣
质煤和焦炉气生产甲醇,既可提高资源综合利用又可减少环境污染。
以上两种燃料和乙醇一样，不仅辛烷值高，燃烧性能好，而且含硫量低，产物无害。和乙
醇一样，是未来人类发展清洁能源的选择。
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总结：燃料乙醇作为人类大力发展清洁能源，实现可持续发展的重要一步，已经取得了阶段
性的成果。然而，在降低成本，原材料获取和生产技术方面还有很长的路要走。而对于中国
来说，虽然燃料乙醇产业起步晚，但有着巨大的开发潜力和市场拓展潜力，尤其在产业向非
粮原料转型后，发展空间大，前景广阔，燃料乙醇产业必将迎来新的发展契机。总之，我国
燃料乙醇产业既面临着新的挑战，同时也将迎来难得的机遇。
参考文献：
1.A review of the production of ethanol from softwood M. Galbe · G. Zacchi Appl Microbiol
Biotechnol (2002) 59:618–628
2.《燃料乙醇和车用乙醇汽油的发展动态研究》吴瑕,顾丽莉,申立中,颜文胜,刘佳 《应用
化工》
3.《美国-乙醇燃料先用为快 》
4.《2009 年中国燃料乙醇行业投资分析》 胡平宇
5. 张智先. 我国玉米深加工业发展分析[J ] . 粮油加工,2008 (2) :17 - 20.
6.中华人民共和国财政部. 财政部关于印发《可再生能源发展专项资金管理暂行办法》的通
知[ EB/ OL ] . 中华人民共和国财政部, (2006 - 05 - 30)
7.http://www.crein.org.cn/view/viewnews.aspx?id=20080611110919873
8.http://www.uphan.com/dispbbs.asp?boardid=23&Id=74262
9.http://219.219.191.244:1980/pe/shhbzh/fulltext/reftools/200905/7820.html
10.《甜高粱固体发酵生产燃料乙醇工艺的研究》,葳力斯,内蒙古农业大学
11.http://www.starchworld.com/xxlr1.asp?id=5711
12.中国燃料乙醇产业发展概况 于航, 周林, 袁鹏国家粮食储备局无锡科学研究设计院
13.非粮燃料乙醇发展综述柳羽丰，王滨生，王佳祥， 《化学工程师》2009 年第 7 期
14.http://baike.baidu.com/view/40341.htm?func=retitle
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