工作文檔木質(zhì)纖維素乙醇的技術(shù)經(jīng)濟分析的綜述

1、木質(zhì)纖維素乙醇的技術(shù)經(jīng)濟分析的綜述 Edgard Gnansounou *, Arnaud Dauriat翻譯 09應化1班 張哲潤（31號） 衡思部（48號） 瑞士聯(lián)邦理工學院和能源研究計劃,生物能源集團(EPFL), ENAC INTER GR-GN, 1015 Lausanne, Switzerland文章信息：文章歷史09年10月16日收到，在2010年1月30收到修訂后的形式，在2010年2月3日接受，2010年3月4日在網(wǎng)上發(fā)表文摘： 木質(zhì)乙醇預計在未來十年可作為商業(yè)化的可再生能源運輸。自主的第一代生物乙醇和汽油價格在商業(yè)階段普遍考慮了技術(shù)經(jīng)濟分析?；仡櫩偨Y(jié)現(xiàn)有的幾種高度傳播的當前

2、和計劃的分解木質(zhì)纖維素乙醇的生產(chǎn)成本，由于它們存在顯著差異，可假設(shè)為以下幾個因素: 原料的組成和成本、工藝設(shè)計、轉(zhuǎn)換產(chǎn)品的效率,聯(lián)產(chǎn)，能源的保存。研究的重點在美國和歐洲國家, 本綜述探討在開發(fā)過程中技術(shù)經(jīng)濟評價性質(zhì)不同的供應鏈,即標準成本方面的價值工程和目標成本基于預測的市場價格。本文強調(diào)重大貢獻的原料乙醇的生產(chǎn)成本和分解木質(zhì)纖維素需要考慮不同用途的資源之間的競爭。推薦使用價值導向的方法,為目標成本和價值工程配套的考慮可持續(xù)發(fā)展特點和潛在的競爭資源。 1介紹 分解木質(zhì)纖維素原料生產(chǎn)乙醇的技術(shù)預計在近期五到十年成熟,部分地替代第一代乙醇。由于強制性的目標，在工業(yè)化國家生物乙醇的需求正在快速增長，

3、特別是在美國和歐洲國家。旨在通過各種途徑提高工作效率和經(jīng)濟效益的研究工作繼續(xù)在幾個國家進行。分解木質(zhì)纖維素乙醇的重要性源于使用很便宜原料可能性,避免直接和間接與人類的食物和動物飼料競爭和減少環(huán)境風險即土壤退化、水、空氣污染等那些與第一代生物燃料相關(guān)的問題。 監(jiān)測的必要性,目的使研究工作的精力集中在那些使細節(jié)和合適的水平的造型生產(chǎn)成本更有影響力的的設(shè)計過程相一致的假設(shè)上。相比于普通產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟分析，木質(zhì)纖維素乙醇展示了這樣的杰出的特點,如:多種重要的途徑,特別是用一個大范圍的原料的可能性、高的不確定性經(jīng)濟驅(qū)動, ,多種的利益相關(guān)者參與途徑和他們的相互作用的不確定性。 關(guān)于木質(zhì)纖維素乙醇的出版著

4、作往往在有限的途徑簡化其復雜性,一個很窄范圍內(nèi)的原料,一些對于利益相關(guān)者的經(jīng)濟選擇因素和隱含的假設(shè)的行為。這些假設(shè)在不同的研究里明顯改變,致使不同的技術(shù)經(jīng)濟評估比較棘手。 如Galbe et al. (2007)等現(xiàn)有的綜述突出的可變性乙醇的生產(chǎn)成本估計，并發(fā)現(xiàn)這些不同的關(guān)鍵驅(qū)動是原料成本和生產(chǎn)能力。 在過去的三十年中,木質(zhì)纖維素乙醇技術(shù)經(jīng)濟分析的作品顯著增加了。并在美國的RD&D和在歐洲一個較小的范圍內(nèi)具有明顯的貢獻。本文綜述了集中在美國和歐洲的這些作品的案例。收斂和差異在公布的結(jié)果中被指出。特別是關(guān)于如何解決價值鏈的生物質(zhì)在技術(shù)經(jīng)濟評價的表現(xiàn)用最后方法論進行了討論。2先進水平2.1

5、美國的例子技術(shù)經(jīng)濟評價只從分解木質(zhì)纖維素乙醇的角度出發(fā),首次詳細的技術(shù)報告發(fā)現(xiàn)美國的文獻情況下可以追溯到80年代中期。表1特別是在1987年,美國國家再生能源實驗室(的NREL)數(shù)次技術(shù)報告送達的分包商。獾工程師、股份有限公司(1987)研究hydrolysis-based乙醇酸植物利用混合闊葉樹木片為原料。分析了四個設(shè)計的案例(表1)。他們之間的區(qū)別是尺寸有關(guān)的植物的種類和水解的電力供應模式。 在所有的主要產(chǎn)品分析案例乙醇和糠醛。這個過程描述是基于如下八個單位面積。原料處理、酸水解、發(fā)酵、乙醇純化,糠醛回收、離線的tankage、廢物處理設(shè)備和公用事業(yè)。利用經(jīng)濟評價進行了內(nèi)部收益率(IRR)

6、。在每種情況下,售價乙醇(稅后)要求達到15%的IRR估算,并導致你的范圍的數(shù)值1.23美元/加(0.32美元/ l)為基材的案例(設(shè)計案例我)1.63美元/加(0.43美元/ l)第四設(shè)計案例。貨幣是為1984。 Stone & Webster Engineering (1987),另一個分包商,研究了一種enzyme-based乙醇經(jīng)濟可行性植物每年1500萬加侖乙醇使用木材種植從樹農(nóng)場。工廠應該在Hilo附近,在夏威夷群島上。描述這一過程包括原料處理、前處理硫酸浸漬和蒸汽爆炸、產(chǎn)酶條件、酶水解、蒸發(fā)系統(tǒng)濃縮葡萄糖在所需水平、發(fā)酵、蒸餾和厭氧消化。在此基礎(chǔ)上如何,只有hexoses

7、是發(fā)酵的茶。戊分數(shù)的木材被用來生產(chǎn)沼氣是然后燒掉以木質(zhì)素分數(shù)來產(chǎn)生蒸汽所需的過程。經(jīng)濟評價是基于1984美元不斷內(nèi)部收益率及效果和15%乙醇所需的售價3.5美元/加(0.92美元/ l)。這個基準承擔100%股權(quán)。這靈敏度分析與75%股權(quán)和25%的債務在真正感興趣的降低要求8%的售價3.04美元/加(0.80美元/ l)。 報告酶hydrolysisbased經(jīng)濟可行性乙醇是發(fā)布系統(tǒng)化學有限公司(1987)。這植物的大小是每年2500萬加侖乙醇而原料應該是80%(包括57%的硬木。奧斯本森林)和20%的楓樹。這個過程是一個獨立的水解發(fā)酵(SHF)與現(xiàn)場產(chǎn)酶條件、二氧化碳回收糠醛生產(chǎn)。預處理是稀

8、釋酸pre-hydrolysis。 至于案例的Stone & Webster Engineering公司經(jīng)糖化后糖解一步集中使用multi-effect蒸發(fā)器。 經(jīng)濟可行性分析的基礎(chǔ)上,進行內(nèi)部乙醇銷售我們的價格2.06美元/加(0.54美元/ l)被發(fā)現(xiàn)與IRR設(shè)置為10%。 除了這些可行性研究、技術(shù)經(jīng)濟分解木質(zhì)纖維素乙醇的評價在很大程度上要歸功于兩項研究通過與其他我們的NREL聯(lián)合科研機構(gòu)和大學如下。Wooley(1999 a)和aden。(2002)。兩研究基于一個詳細的工藝設(shè)計、質(zhì)量和能量利用奧斯本模型和平衡過程經(jīng)濟學評價。前者研究同時糖化和co-fermentation(SS

9、CF)黃楊樹木材。植物的大小5220萬加侖(1.98億升)的乙醇/年。這以稀酸預處理和酶產(chǎn)生了現(xiàn)場。描述這一過程包括九個領(lǐng)域,包括SSCF、乙醇存儲、熱電廠和其他基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。經(jīng)濟性能估計也基于10%的IRR。五案例評估:兩種情況下的代表現(xiàn)狀的技術(shù)和近期的最好的工業(yè)、和三個未來的情況解釋技術(shù)進步與事先的快照2005年、2010年和2015年。 經(jīng)濟表現(xiàn)的這些病例分別1.44美元/加乙醇、1.16美元,0.94美元,0.82美元和0.76美元(1997美元)。 在2015年的情況作者設(shè)想增加了20%的碳水化合物由于生物量生物技術(shù)的改進。第二項研究(亞丁灣et王汝成等,2002)使用相同的框架用下

10、面的主要差異:(1)是玉米秸稈原料;植物的大小是6930萬加侖乙醇/年;現(xiàn)場生產(chǎn)的酶是由購買拆卸和更換酶。生產(chǎn)成本的levelised基于10%的折扣率為1.07美元/加乙醇(美金$ 2000)。更新的模型在亞丁灣提供技術(shù)(2008),Humbird和亞丁灣(2009年)、亞丁灣和Foust(2009)。從2002年開始,上下文的技術(shù)經(jīng)濟評價改變了分解木質(zhì)纖維素乙醇生物量的推出項目的美國能源部(DOE)。自2007年以來,設(shè)計這個計劃已經(jīng)獲得了一個明確的戰(zhàn)略目標：公共部門的目標是到2017年減少使用現(xiàn)在汽油使用量的20%, 35 _ 109 l的生產(chǎn)再生和替代燃料在2017年。 在關(guān)于RD&a

11、mp;D分解木質(zhì)纖維素生物酒精,“多年制定計劃”(MYPP)被釋放和每兩年更新一次,包括到目前為止2005(美國DOE,2005年),2007(美國DOE,2007年)和2009(美國DOE,2009)。在框架的“生物程序”,菲利普斯吳昱。(2007)釋放一個技術(shù)報告與硫酸鹽熱化學乙醇目標達到經(jīng)濟競爭力的分解木質(zhì)纖維素在2012年starch-based乙醇和乙醇。 原料是混合白楊木薯片。過程由七大領(lǐng)域包括原料處理、烘干、制氣、氣的清理和調(diào)節(jié)、酒精合成和酒精分離。經(jīng)濟評價是基于levelised生產(chǎn)成本最低售價稱為乙醇(MESP)。給定一個MESP的1.07美元/加乙醇、設(shè)計實例,如:為了滿足

12、目標,折扣10%。這個方法是systematised在MYPP(美國DOE,2005,2007,2009年,在全球生物燃料項目的成本目標(EPCT)固定成本隨著相容指標的各種不同的領(lǐng)域這一過程。此外,從一個MYPP EPCT變化另一個以反映幣值、升級因素和汽油價格預測的靶向治療年(表2)。為例,估算2012年EPCT生化。 信息管理(EIA,2009)預測批發(fā)汽油價格在2012年2.62美元/加汽油(美金$ 2007)。假設(shè)一個轉(zhuǎn)換因子為0.67加侖汽油每加侖乙醇,EPCT設(shè)置在1.76美元/加乙醇(美金$ 2007)。然而,乙醇的成本預測乙醇工廠是桃園縣1.49美元/加乙醇(美金$ 2007

13、)。所作出的貢獻,原料生產(chǎn)乙醇生產(chǎn)成本增加由于MYPP到另一個進步的理解和評估原料生產(chǎn)和物流(圖1)。2.2其它技術(shù)經(jīng)濟評價案例除了美國進行技術(shù)經(jīng)濟評價所帶來的重大貢獻,歐洲研究機構(gòu)主要是在瑞典、荷蘭和丹麥的Galbe。(2007)提出一個回顧過程分解木質(zhì)纖維素的經(jīng)濟學乙醇發(fā)表了自1996年以來，他們把生產(chǎn)分解木質(zhì)纖維素乙醇的成本估算的研究在美國和歐洲國家進行,指出高變異性的結(jié)果。然而,比較,那是有點棘手的一年貨幣并非美元給作者。他們指出乙醇產(chǎn)量和能源需求的關(guān)鍵過程影響是乙醇生產(chǎn)成本這個因素為約束條件,對特定的原料和工藝配置。水不溶性固體”(感知)濃度研究了循環(huán)過程流所選擇的降低能源需求和增加

14、的coproducts。Sassners (2008)比較技術(shù)經(jīng)濟性能轉(zhuǎn)換的lignocellulosics-to-ethanol基于三個采用不同的制氣原料即軟木(云杉),硬(柳屬)和一個農(nóng)業(yè)殘余物(玉米秸稈)。這個過程包括SO2-catalysed蒸汽爆破預處理和同步糖化和發(fā)酵(SSF)。顯示的重要原料顯著差異和戊己比率,如下。7.4為緊俏,2.9和1.6為玉米秸稈設(shè)置,基于權(quán)重的干物質(zhì)的百分比。然而,對于比例的C5和C6作為一個整體,玉米秸稈是第一個(68%),其次為云杉(67.5%)和柳屬(64.5%)。乙醇的過程能力的植物應該是200000噸,每年干生物量。過程參數(shù)調(diào)整,以適應每個實驗

15、數(shù)據(jù)原料。酶是假定購買而酵母生產(chǎn)現(xiàn)場。作為一個例子,溫度的蒸汽預處理是195、190、205 C和酵母的濃度為3.0、1.8和2.5克/升,分別用粘、玉米秸稈和云杉。三種基地情況下進行,每次原料的地方為蒸汽轉(zhuǎn)換因子是前處理和SSF適應了從實驗和分析研究工作隆德大學,瑞典。在此基礎(chǔ)上的情況下,它假定只有hexoses(葡聚糖,galactan和mannan)轉(zhuǎn)化為乙醇。 資料和能量守恒是白楊進行了分析比較,用優(yōu)先。整體考慮到更高的乙醇產(chǎn)量-糖消耗量為酵母在生產(chǎn)乙醇的過程損失進行了估算到239,215和292為干燥公噸設(shè)置、玉米秸稈和云杉,分別。注意相應的乙醇從hexoses產(chǎn)量分別為245、30

16、2、426公制噸。因此估計產(chǎn)量與69.3%、71.2%和68.5%的產(chǎn)量潛力為設(shè)置、玉米秸稈、云杉,分別。較低的值可以解釋這樣的云杉更嚴重的預處理條件,從而導致更多的退化的糖和更高層次的抑制劑。替代情況下當兩種hexoses轉(zhuǎn)換成乙醇和戊糖嗎評估。其結(jié)果,總收率為314、306、315 l對干公噸設(shè)置,分別為玉米秸稈和云杉,這些分別為67.4%,62.1%,64.9%的整體從hexoses增產(chǎn)潛力和戊糖。因此,一般情況下,絕對的產(chǎn)量(升乙醇的原料干公噸)增加,轉(zhuǎn)換戊糖轉(zhuǎn)化為乙醇的;然而,相對收益如下。(模擬產(chǎn)量關(guān)于假設(shè)工藝條件)/(理論收益減少。這些結(jié)果說明需要的是一個妥協(xié)關(guān)系,一方面嚴格的預

17、處理條件一個高的消化率有利于提高纖維素酶的活性和抑制劑水平，另一方面溫和的條件使降低風險的半纖維素降解糖減少,形成抑制劑的消化率作者定義能量效率為能量之間的比率輸出(乙醇+固體燃料)和能源輸入(原料+電力要求)。原材料,固體燃料(顆粒)和乙醇估計使用高熱值(HHV)和發(fā)電效率,估計30%。為基材的情況下,作者發(fā)現(xiàn)以下的能量效率對乙醇只有輸出:25%(柳屬(25%)、玉米秸稈)31%(云杉)。這些數(shù)字的情況下增加替代的病例當輸出和明顯的固體燃料產(chǎn)品也考慮。在后一種情況下,能源效率的范圍內(nèi)設(shè)置為53%,55%和56%的玉米秸稈云杉。在進行經(jīng)濟評價包括年度生產(chǎn)資本成本費用包括每年使用7%利率和15年

18、折舊期間,每年一度的運行成本。這費用均以美元。作者不注明年的貨幣。為基材的情況下,年生產(chǎn)成本(美金)顯著變化,即0.69美元/ l。乙醇(云杉),0.86(玉米干草)和0.87(粘)。選擇的情況下,成本成為什么樣的人0.66(云杉),0.67(玉米秸稈)和0.72(粘)。Wingren (2008)進行技術(shù)經(jīng)濟評價一個SSF-based softwood-to-ethanol,目的作比較各種下游的影響配置,即在SSF,乙醇生產(chǎn)成本。這個基準在于轉(zhuǎn)換木材的芯片云杉轉(zhuǎn)化為乙醇。水份的原料50%,組成一個干重基礎(chǔ)上如下:45.0%葡萄糖,12.6% mannan,2.6% galactan,7.1%

19、 pentosans,28.1%和4.6%乙?；举|(zhì)素,先與灰燼。這轉(zhuǎn)換過程是一樣Sassners吳昱。(2008)。這在下游的過程包括distillation-rectification和蒸發(fā)。頻道麥芽包括乙醇、木質(zhì)素、酵母和水從SSF是流預熱的工件上和分布式之間這兩套蒸餾。于是派出的餾出液而stillage整流器加工離心機液體-固體分離。液體集中通過蒸發(fā)器。結(jié)果糖漿混合到小溪固體化合物和叫了干燥。部分干物質(zhì)產(chǎn)生的85%材料是燒鍋爐產(chǎn)生的主要過程蒸汽而剩下的是整粒。、蒸發(fā)器是由五個效果為基準。這作者分析了替代配置包括以下選項:(1)數(shù)量增加在蒸發(fā)器的影響;(2)減少脫衣舞娘的數(shù)量從兩年到一個

20、整合與蒸發(fā)器;(3)使用一個機械蒸汽再次加壓(MVR)為了增加溫度潛熱離開最后效果和使用它來替代一個具有很重要的意義主要的一部分蒸汽;但MVR需要補充電能;(4)最后,methanize的stillage和使用沼氣蒸汽鍋爐燃料而產(chǎn)生的污泥在一個燃燒焚化爐。使用相同的經(jīng)濟評價方法在Sassners吳昱。(2008)。 利率,然而,是6%。生產(chǎn)成本在(US $ / l)0.546而異MVR 0.591為基材的選擇情況。厭氧消化的情況結(jié)果在0.549美元(/ l)生產(chǎn)成本。這是接近最低成本為0.546美元/磅。貨幣應該是美元。在加油工程(2006-2008)資助的歐洲人歐洲委員會在智能能源計劃,七個

21、分析了歐盟機構(gòu)的前景等方面對生物燃料資源潛力,成本和影響不同的生物燃料,包括分解木質(zhì)纖維素乙醇。雖然這個項目是相當集中在成本和可利用資源的于歐洲聯(lián)盟,生物燃料的生產(chǎn)成本的考慮。這生物乙醇生產(chǎn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的纖維素材料酶法水解途徑得到了能源方面的荷蘭研究中心 (Kuijvenhoven,2006)和哥白尼學院可持續(xù)發(fā)展、創(chuàng)新烏得勒支大學(Hamelinck,2004)的 經(jīng)濟評價(倫敦等王汝成等,2008)是基于2002年和年不斷結(jié)果網(wǎng)生產(chǎn)成本(包括銷售電力作為副產(chǎn)品)0.62 / l的2010年(森林木等材種為原料,生產(chǎn)能力100000噸乙醇/年),0.59 / l2020年(200000噸乙醇/

22、年)和2030年0.50 / l(400000噸乙醇基礎(chǔ)年),給出基于預期的學習曲線全球生產(chǎn)和的植株。3驅(qū)動分解木質(zhì)纖維素乙醇的關(guān)鍵的生產(chǎn)成本分解木質(zhì)纖維素乙醇的生產(chǎn)成本敏感等關(guān)鍵參數(shù)的類型、組成和farm-gate原料價格的大小的乙醇工廠、轉(zhuǎn)換效率高、投資成本的水平其中的一些因素。這部分說明了,在一個協(xié)調(diào)框架。但同樣的框架在不同的語境中所描述的是Gnansounou吳昱。(2005)用于生產(chǎn)乙醇對國內(nèi)外利用蔗渣甜高粱。評估和分析生物乙醇的生產(chǎn)成本使用自己的電子表格模型進行了研究。技術(shù)和過程模型是基于和緊接著的NREL設(shè)計Wooley報道楊建軍。(1999 a)。該模型計算所有物質(zhì)和能量守恒的

23、基礎(chǔ)上指定的產(chǎn)量在每一個工藝步驟。操作成本計算基于物質(zhì)流、能量利用,加上提供的成本信息。利率是用來大小適當?shù)脑O(shè)備,設(shè)備成本計算基于所有的步驟的NREL信息從原料的處理和貯存的制造乙醇。在冪律比例因素所報告的NREL來估計改變各種設(shè)備的成本項目用不同的原料組成、飼料、能力、產(chǎn)量等。該模型最初的NREL條件運行,確保它是正確的、可重復的NREL結(jié)果。然后改變各參數(shù)來反映原料成分的選擇、收益、和具體的成本。在特殊情況下,值為植物資本成本指數(shù)、化工、材料、和勞動是根據(jù)美國能源部改編的MYPP 2009年,為了配合目前的經(jīng)濟形勢在美國(+ 36%的植物成本,+ 38%化學品和材料,+ 24%勞動)。20

24、07年實際指數(shù)目前用于分析。一切費用均以2007美元。經(jīng)濟模型應用于試算表是基于一個流程設(shè)計的NREL的乙醇(Wooley等1999套等;亞丁灣王汝成等,2002)。生產(chǎn)成本的levelized評估基于折扣10%。經(jīng)濟模型應用于spre 分析了四個生產(chǎn)方案,基于類型(因此組成)的原料,包括(1)稻草,(2)桉樹、(3)和(4)switchgrass楊樹。每個原料的成分是來自美國DOE生物質(zhì)原料組成和屬性庫(美國DOE(2004),在詳細表3。再次,工藝設(shè)計分析中考慮了一個描述緊跟Wooley (1999 a)。原料是第一粉碎成預處理,可用稀釋的芯片在硫酸、半纖維素是hydrolysed的地方。

25、結(jié)果是解毒水解為了消除酸以及抑制劑產(chǎn)生沿預處理環(huán)節(jié)。部分水解的解毒被用來喂養(yǎng)一批生產(chǎn)cellu操作 lase酶由真菌reesei綠色。 大量的解毒酶水解和廢水生產(chǎn)被添加到一個反應器通過釋放葡萄糖酶法水解纖維素纖維。在相同的容器,同時,從一個有機體發(fā)酵糖半纖維素和葡萄糖釋放,從纖維素乙醇。這個操作是指SSCF同時糖化和co-fermentation(C5、C6糖)。 發(fā)酵啤酒約含5%乙醇(第二冊)在經(jīng)過蒸餾濃縮到大約95%的乙醇在頭頂上。接著分子篩恢復fuel-grade乙醇(即分鐘。99.7% wt.根據(jù)歐盟立法)。較大的固體顆粒、含木質(zhì)素和solubles大多從蒸餾、集中和燃燒以產(chǎn)生蒸汽,可

26、以提供所有的熱電過程中存在的問題和一些多余的電流左到出口。水的治療是通過厭氧消化和甲烷,結(jié)果也燒了團隊的世代。一個完整的圖解表示法的過程被顯示在圖2。乙醇和可能的多余的電流是唯一考慮兩種產(chǎn)品根據(jù)植物配置。其他可能的配置在前面的部分中提到的不在考慮范圍之內(nèi)在目前的說明。參考乙醇生產(chǎn)能力作為2億升/年。不同的處理能力1600到2000噸的干物質(zhì)(t DM),每天根據(jù)原料。具體的轉(zhuǎn)換和發(fā)酵pre-hydrolysis收率的反應是采取從亞丁灣吳昱。(2002)。網(wǎng)上乙醇的生產(chǎn)成本分為(1)投資費用、(2)固定操作成本(包括工資、一般治理、保險、稅務和維護),(3)可變運行費用(包括購買耗材銷售多余的電

27、流),以及(4)原料成本。分離變量的飼料成本運營成本較大份額由于他們的凈生產(chǎn)成本。原料成本分為non-transport(farm-gate)和運輸成本,計算出的數(shù)據(jù)在歐洲加油項目。運輸成本分為裝卸費用(0.19美元每噸),固定成本(2.57美元/噸)和可變成本(每噸0.10美元每公里)。生物質(zhì)是應該收集在一個圓形區(qū)域周圍的植物有效性的因素與乙醇的10%。集半徑定義的半徑 即收藏界那一半。作為生物質(zhì)產(chǎn)量3.52、12.60、5.53和12.99噸的干物質(zhì)(t DM)每年每公頃,分別用稻草(15%水)、桉樹(30%水)、楊樹(50%水)和switchgrass(50%水)。乙醇的生產(chǎn)成本計算模型

28、,給出了電子在表4。的主要技術(shù)參數(shù),包括原料成本的細節(jié),乙醇產(chǎn)量、電力生產(chǎn)和消費,項目投資也被提供。我們從不同原料成本53美元/噸DM(桉樹)123美元/噸DM(楊)。在每升的基礎(chǔ)上,從不同原料成本0.18美元/ l乙醇(桉樹)0.42美元/ l乙醇(switchgrass)。不同工程總投資2.8億美元(楊)3.1億美元(草)。乙醇產(chǎn)量有290 l / t DM(草)到350 l / t DM(楊)。除了所有原料桉樹導致過多的電如生產(chǎn)超過工藝的要求。乙醇的生產(chǎn)成本在很大程度上是每公升占主導地位的基礎(chǔ)原料和投資成本,同時固定和可變操作成本扮演一個次要角色。除了桉樹的情況下,看來是一種廉價原料,整

29、體生產(chǎn)成本是由50 - 55%的原料成本,35 - 40%的投資費用和可變成本的10%。如果只考慮non-feedstock成本、投資成本其實是75%的平均水平。第二代乙醇的確是比第一代重投資生產(chǎn)途徑。除非選定的原料生產(chǎn)乙醇,原來是一個浪費在足夠數(shù)量以一個合理的距離的植物,它的費用是每公升遠非微不足道的基礎(chǔ),盡管它并沒有比第一代乙醇。這些結(jié)果表明正確評估的重要性的利用率和分解木質(zhì)纖維素原料的價格為乙醇生產(chǎn)。結(jié)果對于乙醇的生產(chǎn)成本每升基礎(chǔ)上說明圖3。生產(chǎn)成本的敏感度就parameterssuch作為工廠投資、原料成本、植株大小與乙醇產(chǎn)量正在評估。3.1。 靈敏度的乙醇生產(chǎn)成本就productio

30、ncapacity分析的案例進行了乙醇productionfrom草。 類似的結(jié)果與其他原因大腸Gnansounou a Dauriat /生物資源技術(shù)101(2010)4980-4991表4乙醇生產(chǎn)成本和生產(chǎn)函數(shù)的參數(shù)作為原料圖3。乙醇生產(chǎn)成本函數(shù)的原料。產(chǎn)成本是通過計算乙醇生產(chǎn)廠的生產(chǎn)能力和50、100、200、4億年每年升(毫升/年)。結(jié)果顯示,如圖4。選擇的生產(chǎn)能力,不僅對投資成本有影響,而且對原料,運輸成本與固定營運成本也有;工資和維護成本取決于植物的大小,而不是線性的。根據(jù)研究結(jié)果,如圖4、較大的乙醇廠、較低的生產(chǎn)成本。它可以被看作是由于相對低運行成本的貢獻與總生產(chǎn)成本,在植株大小

31、的影響下,對運營成本幾乎可以忽略不計。因此之間的平衡投資成本和原料的運輸成本。在每升基礎(chǔ)上,更大的乙醇工廠要降低投資成本, 但由于經(jīng)濟的規(guī)模,更大的取決于原料的運輸成本。最優(yōu)酒精廠因此大小很大程度上取決于地區(qū)條件和原料的可用性。后者將會影響原料運輸成本,但也有一些non-transport根據(jù)當?shù)卦铣杀緱l件。在描述的條件在目前的分析,增加一倍的生產(chǎn)能力,(從200到400毫升左右)會導致減少10%的凈生產(chǎn)成本(從0.73美元/升至0.67美元/ l)。減少一半的生產(chǎn)能力,(從200到100毫升左右)會導致的凈增加了15%,生產(chǎn)成本(從0.73美元/升至0.84美元/ l)。植株大小之間的平衡

32、和運輸距離贊成植株大小在法蘭的生產(chǎn)成本,可以在很大程度上是不同的,考慮到環(huán)境影響的乙醇生產(chǎn)。轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)設(shè)施的確是一般意義的能量幾乎評估或溫室氣體(GHG)平衡燃料的生產(chǎn)。運輸業(yè)務,然而,尤其是生物量運輸,還遠遠沒有忽略根據(jù)他們的環(huán)境影響。因此,也可能有一種平衡關(guān)系環(huán)境影響和生產(chǎn)成本方面的植物大小,導致植物較大降低生產(chǎn)成本,但更大的環(huán)境影響,由于更多的交通工具。3.2。 靈敏度的乙醇生產(chǎn)成本就乙醇產(chǎn)量再次,分析進行乙醇生產(chǎn)的情況下,從草作為生產(chǎn)能力200毫升左右。生產(chǎn)成本按體積計算四組不同的轉(zhuǎn)換效率,其中包括的NREL的乙醇工藝設(shè)計(Wooley等1999套等;亞丁灣王汝成等,2002)。另外兩

33、套考慮轉(zhuǎn)換效率:一,轉(zhuǎn)換只有纖維素乙醇的使用功效C6糖在亞丁灣吳昱。(2002),被稱為“只有C6”,相應的理論最大的乙醇產(chǎn)量,被稱為“馬克斯”。相應的reaction-specific效率在詳細的表5中。the orresponding乙醇產(chǎn)量的189.2 l / t DM(“C6只有”),249.7 l / t DM(“1999”),291.3 l / t DM(“2002”)和340.4 l / t DM(“馬克斯”)。 “C6只有“情景優(yōu)化生產(chǎn)、銷售的多余的電流,而“馬克斯對應的最大生產(chǎn)乙醇。結(jié)果顯示于圖5。根據(jù)研究結(jié)果在圖5,更高的乙醇產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本的乙醇網(wǎng)。更高的乙醇產(chǎn)量也會導

34、致一個更低的電力輸出。乙醇的生產(chǎn)成本 大腸Gnansounou a Dauriat /生物資源技術(shù)101(2010)4980-4991圖4。乙醇生產(chǎn)成本的敏感性有關(guān)的生產(chǎn)能力 圖5。靈敏度的乙醇生產(chǎn)成本就乙醇產(chǎn)量。表5應用根據(jù)轉(zhuǎn)化率的NREL(等Wooley王汝成等,1999 a型、b等;亞丁灣王汝成等,2002)。從不同的1.06美元/ l(“C6只有”)0.73美元/ l(“2002”),甚至可能會降低至0.65美元/ l在“馬克斯”的情景。轉(zhuǎn)換效率的提高1999年和2002年之間的NREL設(shè)計由乙醇過程的結(jié)果導致了一個改進的乙醇產(chǎn)量(+ 17%)和降低生產(chǎn)成本網(wǎng)(13%)。網(wǎng)上生產(chǎn)成本取

35、決于“再生”的電力價格對當?shù)厥袌?US $ 0.02 kW h在目前的情況下。所有部件都影響成本變化的乙醇產(chǎn)量,但在不同的學位。更高的乙醇產(chǎn)量產(chǎn)生較低的原料支出(扣除原料的乙醇產(chǎn)量要求每公升),而且在降低投資成本較低的處理能力對于一個給定的生產(chǎn)能力,并因此較小的設(shè)備和減少投資),和較低的固定運營成本占投資成本的比例)。在“只有C6“場景也不用轉(zhuǎn)換的半纖維素乙醇、得救焚燒固體被認為是一起生產(chǎn)熱和電木質(zhì)素。根據(jù)工藝設(shè)計的,然而,半纖維素可以轉(zhuǎn)化為各種增值的產(chǎn)品。什么是產(chǎn)生的各組分的分解木質(zhì)纖維素生物質(zhì)有著重大影響的經(jīng)濟學纖維素乙醇的生產(chǎn),其中也有可能是依靠當?shù)貤l件。3.3。 靈敏度的乙醇生產(chǎn)成本就

36、原料non-transport成本代表的飼料成本的一個最重要組成部分乙醇的生產(chǎn)成本。乙醇生產(chǎn)成本的敏感性方面分析了原料成本不同價值觀的non-transport原料成本,從25美元/噸DM為150美元/噸DM。分析再次進行了由稻草生產(chǎn)乙醇,在一個設(shè)備生產(chǎn)能力200毫升/年。結(jié)果顯示在圖6。給出轉(zhuǎn)換效率可達wooley。(2002),每升3.43公斤的乙醇需要DM的稻草。給生物量產(chǎn)量即假說。3.52噸/公頃如DM用稻草和可用性(10%在一個圓形區(qū)域周圍的乙醇工廠),運輸成本數(shù)量幾乎12美元/噸DM或0.04美元/ l乙醇。non-transport飼料成本的變化只影響原料成本元件。所有其他的成本

37、足見是受這種變化。如免費原料(例如唯一的費用收取的費用), 發(fā)現(xiàn)網(wǎng)上乙醇的生產(chǎn)成本0.40美元/磅。然而,由于所需數(shù)量的原料,這樣的情況很少出現(xiàn)。由結(jié)果出來了,如圖6總飼料成本(包括運輸成本)超過投資費用(在每升為基準)當non-transport原料的成本超過71美元/噸DM?？偝杀驹显谀壳暗姆治?以每升為基準)不同于你0.13美元/ l(25美元/噸DM草)0.55美元/ l(150美元/噸DM)。稻草的平均費用根據(jù)加油項目被認為是97美元/噸DM(不含傳輸),與你0.33美元/ l(或0.37美元/ l包括運輸成本)。盡管人們常認為的可用性和低成本的原料的主要優(yōu)點是第二代的生物燃料,在

38、目前的分析結(jié)果表明,原料還可以代表最大的開支成分纖維素乙醇的凈生產(chǎn)成本,根據(jù)當?shù)厥袌銮闆r和生物量。預期的發(fā)展以各種形式的生物能源(從加熱到運輸?shù)哪康暮蛻胣on-energy生物量有可能修改目前分解木質(zhì)纖維素的概念浪費?？赡苡袔讉€設(shè)施情況下競爭對于一個給定的生物量,這也可能使其價格。因此,價格低廉,可以在很大程度上可原料通常不現(xiàn)實,再根據(jù)不同圖6。靈敏度的乙醇生產(chǎn)成本就nontransport原料成本。4。成本管理系統(tǒng)通過分解木質(zhì)纖維素生物乙醇的評價應該遵循的三種成本管理系統(tǒng)可在文獻戰(zhàn)略成本管理的如下。價值工程(VE),目標成本(TC),并結(jié)合目標成本和價值工程(TC&VE)。其中的每

39、一篇都是下述強調(diào)分解木質(zhì)纖維素生物乙醇中的應用。4.1。 價值工程(VE)價值工程(VE)是一家集技術(shù),旨在降低生產(chǎn)成本的產(chǎn)品或服務通過識別主要降低成本的機會,發(fā)電成本改進方案并找出最好的(Ibusuki和卡明斯基,2007)。在VE、每一個基本功能,分析了系統(tǒng)的說明,隨著相互作用。第二次世界大戰(zhàn)期間使用已經(jīng)開始了,當資源短缺,不得不非常重視創(chuàng)新和最低成本的設(shè)計?，F(xiàn)在已經(jīng)被用于為設(shè)計創(chuàng)新的產(chǎn)品,提高市場競爭力,獲得較低的產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟風險。在案件的分解木質(zhì)纖維素乙醇、工藝設(shè)計、造型和成本分析包括在VE(Wooley等,1999 b)。降低成本分析指令的細節(jié)水平的工藝設(shè)計。每個過程的一部分。另一種實

40、踐已經(jīng)是只靠設(shè)計專業(yè)的工程顧問公司外部風險的整體一致性小姐,需要一個集成的知識。技術(shù)經(jīng)濟評價的復雜性的新興技術(shù),如lignocellulosics-to-ethanol需要一個pluridisciplinary方法只能只要發(fā)展形態(tài)評估工具是有關(guān)的。 有幾個問題攸關(guān)沿流程鏈包括合理選擇和運行的原料的選擇、預處理、酶制劑生產(chǎn)、糖化、發(fā)酵的最糖,特別是hexoses和戊糖、整合或不后者兩段、蒸餾、valorisation的stillage、能源的整合。使用過程中開發(fā)的配套單位(通過)和復雜的過程如奧斯本模擬器加都允許在過去的十年取得了長足的進步。已經(jīng)允許執(zhí)行最有效的估計和近期狀態(tài)即預期未來兩年內(nèi)分解

41、木質(zhì)纖維素乙醇的通路。原料的選擇還得依靠的可用性和成本。在我們的例子中,兩個主要考慮了原料的NREL作為基本的情況下,即硬(黃楊樹)和一個農(nóng)業(yè)殘余物(玉米秸稈),而在北歐森林的國家,因為它是個案,瑞典,一個軟木(云杉)是通常評估。有非常顯著的差異,這三個原料的工藝設(shè)計和影響乙醇的生產(chǎn)成本為例,與黃楊樹、酯含量和玉米秸稈云杉很低,結(jié)果是減少成本在云杉也更高,從而意味著更高的增產(chǎn)潛力在當前國家的轉(zhuǎn)換效率。然而最重要的原料生產(chǎn)乙醇的影響的成本是原料成本。從這個意義上說,假設(shè)在我們先前的研究往往比歐洲人更樂觀。雖然稀酸和蒸汽爆炸前處理工藝的兩個主要用于綜合評估、其他進程正在研究和應該受到更多的關(guān)注尤其

42、是液體熱水、氨纖維爆炸(和),和CO2更加有利于爆炸會議下列要求:提高功效,降低前處理成本,減少抑制劑及毒物質(zhì)的生產(chǎn),提高原料靈活性的用途和最終產(chǎn)品 valorisation。由于這些挑戰(zhàn),預處理階段被視為最具影響力的一個舞臺,降低整個過程中成本?？芍苯觭accharified分解木質(zhì)纖維素原料,在酸水解。然而,回收酸證明是昂貴的。然后選擇酶糖化主要是研究綜述論文。主要瓶頸的酶糖化纖維素酶的費用。雖然他們都顯著降低在過去的十年里,他們?nèi)匀缓芨?。纖維素酶是由至少三種酶:endoglucanases削弱纖維素的結(jié)構(gòu)通過削減隨機非晶態(tài)組件生物質(zhì)纖維素;exoglucanases攻擊暴露的結(jié)束和生產(chǎn)單

43、位纖維,纖維的cellobiases hydrolyse成葡萄糖。reesei綠色,mesophilic和絲狀真菌,常被用來生產(chǎn)纖維素酶復雜。這種有機體產(chǎn)生大量的endoglucanases豐富,但cellobiases xoglucanases較小。 此外纖維素酶、葡萄糖和抑制纖維是對某些濃度。纖維素酶可以由固態(tài)fermentati除了過去cellulase-producing真菌、細菌cellulase-producing也正在考慮為他們的多樣性使得隔離品系,能夠適應惡劣的環(huán)境下產(chǎn)生酶是穩(wěn)定的,即使在極端條件(Maki王汝成等,2009)。為了應對另一個選擇是纖維素酶的抑制由終產(chǎn)物,同時生

44、產(chǎn)和發(fā)酵葡萄糖,這就是所謂的同步糖化和發(fā)酵反應器(SSF)。除了潛在的mprovement酶活性,減半的反應器SSF數(shù)量,降低投資成本,提高整體生產(chǎn)成本(Wingren王汝成等,2003)。發(fā)展的主要瓶頸SSF是應付最佳溫度之間的差別糖化和發(fā)酵。最具挑戰(zhàn)性的以這種方式將四個步驟即產(chǎn)酶條件、糖化、fermentationof hexoses和戊糖。合并bio-processing CBP(Lynd王汝成等,2005)技術(shù)突破,預計將會大大減少過程成本。直接微生物轉(zhuǎn)化DMC(李,1997)是這個概念的一個代表。在已經(jīng)由成本估計生產(chǎn)成本大規(guī)模乙醇工廠以規(guī)模的示范廠、先進的技術(shù)和價格報價過程供應商。短

45、期和中期成本是基于投影以及技術(shù)進步和學習曲線。作為一個例子,在美國,國家科技(說)的報告通常從VE-based成本。雖然短,成熟技術(shù)和近期所關(guān)心的VE-based成本,未來派的,諸如應該被排除在上海的成本信息,是基于鞏固工業(yè)數(shù)據(jù)幾乎沒有。4.2。 目標成本(TC)已經(jīng)有或無而花費已經(jīng)框架內(nèi)仍然是一個標準的“成本法應用從設(shè)計階段。根據(jù)大多數(shù)經(jīng)濟學文獻的生產(chǎn)(加藤,1993分;庫珀和Slagmulder等,1997分;Feil王汝成等,2004,Ibusuki和卡明斯基,2007年),TC源于日本之常用的自1960年代以來,管理生產(chǎn)成本,獲得競爭優(yōu)勢。許多作者然而調(diào)查采用TC在早期西方國家。Wij

46、ewardena和絕望Zoysa(1999)進行對比分析,成本管理在日本和澳大利亞和發(fā)現(xiàn)那幾個澳大利亞公司使用TC與成本規(guī)劃方法。和Smidt(2003)調(diào)查使用TC的荷蘭公司和Ellram(2006)調(diào)查TC實踐,強調(diào)了我們更頻繁地實施TC研發(fā)和供應鏈與以前的作品。斷言基于Ellram(1999),我們獲得了六步應用TC設(shè)計途徑分解木質(zhì)纖維素乙醇(圖7)。 第一步:確定所需的乙醇的特點分解木質(zhì)纖維素乙醇的特點是渴望得到的利益相關(guān)者不僅涉及到物理與化學性質(zhì)的產(chǎn)品技術(shù)，標準規(guī)定的因素也有如：此可持續(xù)發(fā)展環(huán)境、社會和經(jīng)濟效益。這些性能在很大程度上取決于幾個類型的演員:公共當局定義了最小的可持續(xù)發(fā)展

47、要求,如果他們安裝要求和發(fā)展的激勵措施;潛在購買者會影響中間可持續(xù)性特點以外的最低要求水平;消費者可以表達愿意支付額外的價值;特殊用途的產(chǎn)品可能會優(yōu)先被消費者從而導致某些價值。這些理由可以進化與未來的社會價值觀的演變和公共監(jiān)管。 大腸Gnansounou a Dauriat /生物資源技術(shù)101(2010)4980-4991圖7 .目標成本分解木質(zhì)纖維素乙醇的途徑,從Ellram(修改1999物理性能(技術(shù)標準)-化學性質(zhì)(技術(shù)標準)(即可持續(xù)發(fā)展環(huán)境、社會、經(jīng)濟效益生產(chǎn)成本分解是一個關(guān)鍵因素,設(shè)計科技的發(fā)展和進步(RD&D)-改變的設(shè)計、材質(zhì)、規(guī)格花費代價科技的發(fā)展和進步(RD&am

48、p;D)提高轉(zhuǎn)換效率、設(shè)計長期的安排供應商執(zhí)行。 第二步:目標分解木質(zhì)纖維素乙醇的售價就第一步的界定,對未來的銷售價格不是一帆風順的。有個普遍的作法是要考慮作為參考售價或市場價格的第一代生物乙醇和汽油的價格。如果分解木質(zhì)纖維素生物乙醇可以看作是一個截然不同的產(chǎn)品相比,第一generationbioethanol特定類型,問題能否作為一個特殊的產(chǎn)品銷售相關(guān)的。增加的市場份額的乙醇價格會越來越與汽油的價格反過來動蕩的需求提供由于石油和煉制品。第。 第三步:目標分解木質(zhì)纖維素乙醇的成本當希望的利潤水平取決于管理,整體允許費用估計為價格減去利潤。利潤水平取決于融資方案。對技術(shù)經(jīng)濟評價,這是通常認為10

49、0%的股權(quán)融資和一定的折現(xiàn)率,導致了允許的最大成本假設(shè)的價格。 第四步:目標成本供應的每一步的路子基于塊中收集的信息工程和潛在的材料和技術(shù)提供商、成本估算的各個領(lǐng)域。他們允許成本全面詳細的區(qū)域的成本和目的為核心的TC的方法。每個詳細成本則是一個關(guān)鍵因素,設(shè)計、材料和設(shè)備供應商洽談。比爾。 第五步:成本管理活動分布的地區(qū)間整體允許成本和目的,以便于確定目標成本管理活動需要幾個成本目標具有較強的魯棒性。長期參與了對利益相關(guān)者,特別是使提供可靠的供應商,忠實于酒精制造商有史以來最最關(guān)注的成本管理活動。成本管理在不同地區(qū)與目的為了配合整體允許成本不可分割的一部分的TC的過程。已經(jīng)可以整合在這一步,為了

50、迎合費用津貼和成本目標。 第六步:持續(xù)改進在課程的RD&D分解木質(zhì)纖維素乙醇、信息和知識的人都可使用時間。負責開發(fā)新知識是提高轉(zhuǎn)換效率,然后減少過程輸入同樣的輸出。有效市場的結(jié)構(gòu)的技術(shù)投入和產(chǎn)出,公共責任的、長期的安排與潛在供應商和客戶,新的高效的設(shè)計,并且穩(wěn)定易減少成本,從而促進投資開發(fā)分解木質(zhì)纖維素乙醇。5當前的經(jīng)濟評價分解木質(zhì)纖維素生物乙醇:一些局限性 當前的實際技術(shù)經(jīng)濟評價的分解木質(zhì)纖維素乙醇是他們發(fā)表在科學論文很少了根據(jù)TC或已經(jīng)接近。實際案例,也是未來的走向商業(yè)乙醇生產(chǎn)廠,血中總膽固醇及VE理論視為沉重的過程。即使應用,現(xiàn)有的管理成本系統(tǒng)顯示一些分解木質(zhì)纖維素弊端的情況，乙

51、醇在資源是一樣重要的，更多相關(guān)技術(shù)和價值觀比市場價格高。5.1。 會計的不同用途的資源之間的競爭分解木質(zhì)纖維素乙醇常被認為是一個產(chǎn)品從原料生產(chǎn)集成系統(tǒng)的應用生產(chǎn)乙醇。因此,技術(shù)方面的供應鏈比演員優(yōu)先的小徑那樣的評估潛在的競爭,忽略了對資源的需求?；パa,VE、研究價值資源推進住宅產(chǎn)業(yè)化應當為了確定主要用途將嗎分解木質(zhì)纖維素乙醇對資源的競爭,并將他們的市場發(fā)展方向。5.2。 分解木質(zhì)纖維素資源的價值 在中等-長期、分解木質(zhì)纖維素資源用于能源生產(chǎn),并且對化工產(chǎn)品和原料。資源競爭是有關(guān)各種各樣的轉(zhuǎn)換技術(shù)包括能源和non-energy用途。使用馬卡爾,Gielien吳昱。(2001)研究的最優(yōu)評價生物資源使用在西歐為減少溫室