中國生物液體燃料的發(fā)展與潛力

　　一、生物液體燃料生物燃油是中國今后開發(fā)利用生物質能的一個主要方向

　　1.1生物液體燃料產業(yè)的主要驅動因素是石油安全

　　生物質能資源包括農作物秸稈和農業(yè)加工剩余物、薪材及林業(yè)加工剩余物、禽畜糞便、工業(yè)有機廢水和廢渣、城市生活垃圾和能源植物，可轉換為多種終端能源如電力、氣體燃料、固體燃料和液體燃料，其中受到最多關注的是生物質液體燃料生物燃油。世界不少國家已經(jīng)開始發(fā)展生物燃油產業(yè)包括生物燃油加工業(yè)以及其相關產業(yè)，如能源農業(yè)和能源林業(yè)，其中共同的目的在于保障石油安全。

　　2004年中國石油凈進口量為1.2億噸，消費量為3.1億噸，進口依存度達到了38.7%；國際能源署IEA預測中國到2010年、2020年石油進口依存度將達到61.0%和76.9%。石油進口量和進口依存度的迅速攀升給中國石油安全帶來了日益嚴重的影響；中國的石油安全問題也引起了一些國家的顧慮。國產的石油和石油替代燃料能否“養(yǎng)活中國”呢？與資源有限的煤炭液化和國內油氣資源開發(fā)等手段相比，資源可再生而且潛力巨大的生物燃油技術也受到了越來越多的關注。巴西生物燃油產業(yè)利用蔗糖發(fā)酵制取生物乙醇，2002年消費量達到了104億公升，替代率接近40%。

　　美國和歐盟國家在生物燃油產業(yè)方面也有豐富的經(jīng)驗。不過巴西的發(fā)展背景與中國更為接近。巴西生物燃油產業(yè)以生物乙醇工程為開端，后來又發(fā)展了生物柴油源于1975年，起因主要有二：一是出于國家能源安全和經(jīng)濟發(fā)展的考慮，在1973-1974年第一次石油危機中，由于巴西80%的燃料依賴進口，油價暴漲使巴西損失了40億美元，經(jīng)濟也受到沉重打擊；其次是為了促進國內種植業(yè)的發(fā)展和保護農民的利益，因為巴西是全球最大的甘蔗種植區(qū)。

　　1.2發(fā)展生物燃油產業(yè)將帶來顯著的環(huán)境效益

　　能源農林業(yè)的大規(guī)模發(fā)展可以有效地綠化荒山荒地、減輕土壤侵蝕和水土流失。大量使用生物燃油對中國大氣環(huán)境的保護和改善也有著突出的意義：與化石燃料相比，生物燃油的使用很少產生NOx和SOx等大氣污染物；由于生物質CO2的吸收和排放在自然界形成碳循環(huán)，其能源利用導致的CO2排放遠低于常規(guī)能源。到2050年生物燃油開發(fā)量如果能達到1.05億噸這一數(shù)據(jù)是基于能源研究所2005年“中國能源中長期開發(fā)利用前景分析”研究項目的生物質能部分的情景分析；情景分析中能源林業(yè)以生產生物柴油原料為主，能源農業(yè)以生產生物乙醇原料為主；其中2020年、2030年、2050年預計開發(fā)量為：生物乙醇0.039、0.079、0.16億噸，生物柴油0.15、0.33、0.89億噸，則可綠化約3000萬公頃荒山荒地，減排約3.1億噸CO2。

　　1.3發(fā)展生物燃油產業(yè)將為中國“三農”問題的解決做出相當?shù)呢暙I

　　建設從能源農林業(yè)到生物燃油加工業(yè)的生物燃油產業(yè)鏈可以成為中國解決“三農”問題的一個有力手段。

　　1.3.1帶動農業(yè)經(jīng)濟和林業(yè)經(jīng)濟

　　2020年生物燃油開發(fā)量預計為1900萬噸左右，初步估算可給國家和地方創(chuàng)產值1000億元。到2050年生物燃油開發(fā)量如果能達到1.05億噸，將創(chuàng)造5000億元左右的年產值、吸納1000萬個以上的勞動力主要是能源農林業(yè)接納的就業(yè)，并為帶動農村經(jīng)濟發(fā)展起到極大的作用；形成這部分生物燃油產能的初始投資主要是產業(yè)建設投資，荒地改造和樹種等費用相對較低預計可以控制在1.0萬億元以內：年產值與產能投資的比值大于1：2大于某些常規(guī)能源產業(yè)的比值例如，火電的年產值與產能投資的比值約為1：2.5。

　　1.3.2創(chuàng)造大量就業(yè)特別是農村地區(qū)的就業(yè)

　　可以吸納1000萬個以上的勞動力，其中主要是農村勞動力，這有利于緩解農村大量勞動力閑置的局面。

　　1.3.3為中國的城鎮(zhèn)化建設提供有力支持

　　一方面，中國的城鎮(zhèn)化建設提高了人均能源需求量，特別是人均燃油需求量；另一方面，城鎮(zhèn)化建設需要與之相伴的產業(yè)建設和就業(yè)機會的創(chuàng)造一定程度上還需要增加在農村的就業(yè)機會以緩沖農村向城鎮(zhèn)的移民浪潮：能源農林業(yè)和生物燃油加工業(yè)在這兩方面都可以發(fā)揮重要作用。

　　二、中國生物燃油發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

　　2.1中國發(fā)展生物燃油產業(yè)已有一定的技術基礎

　　生物燃油產業(yè)的核心技術是生物燃油技術和能源作物的選育和種植技術。自“八五計劃”期間已經(jīng)開始生物燃油資源與轉換技術的研究開發(fā)，采用傳統(tǒng)技術用糧食和油料作物生產醇類和油類產品，這只限于在食品與輕工產業(yè)；制取燃料作為交通能源產業(yè)建設則是在“九五計劃”期間由原國家計委公布實施。能源作物的概念對中國來說是較新的，但其選育和種植技術的相關研究實際上已有數(shù)年的基礎。

　　2.1.1“陳化糧”制生物燃油

　　目前生物燃油的主要原料為“陳化糧”。嚴格來說，以“陳化糧”制取生物乙醇并不能算在能源農業(yè)的范疇，因為就其主要用途而言糧食作物與能源植物有本質區(qū)別。但這也為發(fā)展生物乙醇技術積累了技術經(jīng)驗和產業(yè)基礎，待甜高梁等能源植物資源得到發(fā)展后，即可進行原料轉移。

　　經(jīng)國務院批準，原國家計委2001年4月17日發(fā)布中國實施車用汽油添加燃料乙醇的決定。同時國家質量技術監(jiān)督局頒布了“變性燃料乙醇”和“車用乙醇汽油”兩個國家標準。國家投資50余億元，批準全國建立4個以消化“陳化糧”為主要目標的燃料乙醇企業(yè)，目前均已投產，總生產能力100余萬噸。糧食為燃料乙醇原料，每噸超過3000元，含加工費后，燃料乙醇成本超過4000元/噸。

　　國家規(guī)定2004年10月起黑龍江、吉林、遼寧、河南、安徽5省及湖北、山東、河北及江蘇的部分地區(qū)，強制封閉使用車用乙醇汽油。到2005年，上述各省及其所轄市區(qū)，軍隊特需和國家特種儲備除外，全部實現(xiàn)車用乙醇汽油替代其他汽油。

　　2.1.2能源農業(yè)作物甜高梁和甘蔗

　　科技部國家“863計劃”支持的“甜高粱莖稈制取燃料乙醇”項目提供的甜高粱品種，種植技術和燃料乙醇加工技術已經(jīng)較為成熟。目前已經(jīng)達到年產5000噸燃料乙醇的生產規(guī)模。國內已經(jīng)在黑龍江省、內蒙古自治區(qū)、新疆維族自治區(qū)、遼寧省和山東省等地，建立了甜高粱種植、甜高粱莖稈制取燃料乙醇加工的基地。

　　甜高粱莖稈為燃料乙醇原料，每噸收購價2000元，含加工費后，燃料乙醇成本低于3500元/噸。16噸甜高粱莖稈中國北方平均4畝耕地的產量可以制取1噸燃料乙醇。廢渣還可以制取500公斤生物柴油。甜高粱制取乙醇僅用其莖稈，甜高梁籽粒仍然作為糧食使用不用于發(fā)酵制乙醇。它的適應性也很好：中國10℃以上年度有效積溫2000℃以上的地區(qū)都可以種植；同樣情況下，甜高粱比其他作物抗旱、抗?jié)澈湍望}堿。

　　甘蔗是中國重要的糖料作物，近幾年，廣西、云南、貴州等省種蔗致富對脫貧起了一定作用，但糖的消費量有限，并且由于合成甜味素的沖擊，甘蔗種植面積有大幅波動；而燃料乙醇市場需求量大，所以甘蔗在中國南方地區(qū)是最有可能大量用于生產燃料乙醇的糖類原料。大致4畝的甘蔗產量可制取1噸乙醇，與甜高梁近似；蔗渣同樣可制取生物柴油。

　　此外，畝產乙醇量高于普通甘蔗的“能源甘蔗”在澳大利亞等國已培育成功；中國在能源甘蔗方面的研究也已經(jīng)起步并得到了較快的發(fā)展。

　　2.1.3能源林業(yè)作物麻瘋樹和黃連木

　　中國開展能源林業(yè)作物的研發(fā)已有成果，南方已建有產業(yè)。如利用菜籽油、籽油、烏桕油、木油、茶油等原料小規(guī)模生產生物柴油的案例。近年來，為了不與食用油和工業(yè)用油爭原料而開發(fā)了麻瘋樹果實、黃連木籽等作原料制取生物柴油技術，初步具備商業(yè)化發(fā)展的條件。

　　四川利用麻瘋樹果實為原料建成了設計能力10萬噸的柴油加工廠，現(xiàn)年產能力為2萬噸，并制定了企業(yè)標準。制約生物柴油發(fā)展的因素是原料價格。麻瘋樹果實購入1.4元/公斤，每噸生物柴油需麻瘋樹果實3噸多，每噸生物柴油的原料成本超過4000元。種植麻瘋樹畝產生物柴油可接近200公斤。

　　黃連木籽含油率在30%左右。按每畝種植40棵、每棵產果20公斤計，則畝產生物柴油約200公斤，與麻瘋樹的產量接近。

　　麻瘋樹和黃連木在中國相當面積的地域都適宜栽種；隨著相關科研工作的進行，完全有可能發(fā)現(xiàn)或培育出其他擁有相近或更高生物燃油產量的、適宜更廣泛的栽種地域的能源樹種包括麻瘋樹和黃連木的改良樹種。

　　2.1.4生物燃油產業(yè)的經(jīng)濟效益

　　以種植生產乙醇的甜高梁為例，按照內蒙古的試點經(jīng)驗，與種植普通玉米相比，每畝可增收140元，見表1。

　　種植麻瘋樹的收益也較高：即便按較低的畝產量450公斤計，每畝收益也達630元。

　　目前生物燃油的成本比化石燃油要高一些，但技術革新對降低成本的潛力是巨大的。以巴西為例，每噸乙醇的成本從開始時的800美元下降到目前的300美元。此外，由于資源有限、不可再生，化石燃油的價格始終會上漲，生物燃油相比之下將有更強的價格競爭力。

　　2.2中國生物燃油加工業(yè)目前的規(guī)模和產品價格

　　中國生物柴油產業(yè)剛剛起步，目前的年產量不到3萬噸；但發(fā)展勢頭較好，參見表2、表3、表4資料來源：劉德順教授，清華大學化工系。

　　2005年4月1日，安徽成為繼黑龍江、吉林、遼寧、河南之后的第五個推廣試用乙醇汽油的省份，中國燃料乙醇生產能力達到82萬噸/年，如表5。安徽豐原集團正在建設20萬噸/年燃料乙醇裝置，年內即可投產，屆時中國的燃料乙醇產量將達到102萬噸/年。燃料乙醇價格按汽油出廠價格的0.911與銷售單位石化廠或加油站結算，虧損部分由國家補貼。

　　2.3中國生物燃油產業(yè)的發(fā)展?jié)摿εc前景

　　2.3.1中國具有發(fā)展生物燃油產業(yè)的巨大空間

　　中國發(fā)展生物燃油的資源潛力主要取決于用作種植能源植物的土地資源面積和單位面積產量。

　　能源農業(yè)可利用的土地資源有：947萬公頃的宜耕土地后備資源，按60%的墾殖率計入；2003年有72.24萬公頃的高梁種植面積，按80%的甜高梁推廣率計入；在全國800萬公頃鹽堿化耕地中，用中國已開發(fā)成功的技術加以改造的面積約為167萬公頃，按80%的利用率計入?？傆?59.6萬公頃土地可用于能源農業(yè)。按種植甜高梁計種植普通甘蔗的生物燃油畝產量與之接近，則可生產生物乙醇約2850萬噸，生物柴油1425萬噸。以上部分所利用的土地與規(guī)劃中的

　　農業(yè)用地并無多大沖突。比如說，按照糧食生產中長期預測，糧食部門所需的耕地面積并無增加，因為提高單產的潛力足以滿足中國糧食需求的增加。

　　與上述能源農業(yè)用地無重復計算，能源林業(yè)可利用的土地資源有：林業(yè)用地中5700萬公頃的無林地面積部分用于發(fā)展用材林等，按60%計入；1470萬公頃的退耕還林地，按80%計入現(xiàn)有退耕還林地相當部分用作果園，但考慮到水果的市場需求有限，而且中國尚有212萬公頃的宜園土地后備資源，故考慮了較高的百分比；5393萬公頃的宜林荒山荒地，按40%計入。總計6753萬公頃土地可用于能源林業(yè)。按種植黃連木計種植麻瘋樹的生物柴油畝產量略低一些，則可生產生物柴油20260萬噸。根據(jù)中國林業(yè)發(fā)展的中長期規(guī)劃，以上劃歸能源林業(yè)用地的土地與規(guī)劃中的林業(yè)用地的沖突性較小。

　　能源植物資源能有這樣的潛力，一方面是要適當利用中國現(xiàn)有農林業(yè)用地和宜耕土地后備資源0.552億公頃，約占耕地和林業(yè)用地總面積的14%，一方面是合理開發(fā)中國的宜林荒山荒地0.216億公頃，占宜林荒山荒地面積的40%，再者是利用一定的易改造的鹽堿化耕地0.013億公頃，約占鹽堿化耕地面積的17%：三部分面積合0.78億公頃與之相比，中國現(xiàn)有耕地1.3億公頃，林業(yè)用地2.6億公頃。這些土地資源可為中國未來的本土替代燃油開發(fā)提供堅實的原料來源。

　　此外，技術研發(fā)還將開拓新的資源空間。工程藻類的生物量巨大，一旦高產油藻開發(fā)成功并實現(xiàn)產業(yè)化，由藻類制生物柴油的規(guī)?？梢赃_到數(shù)千萬噸，因為中國有5000萬畝可開墾的海岸灘涂和和大量的內陸水域。美國可再生能源國家實驗室運用基因工程等現(xiàn)代生物技術，已經(jīng)開發(fā)出含油超過60%的工程微藻，每畝可生產2噸以上生物柴油。青島海洋大學十幾年來承擔了30多項國家及省部級海藻育苗育種生物技術研究，擁有一批淡水和海水藻類種質資源，積累了豐富的海洋藻類研究開發(fā)經(jīng)驗。如果能將現(xiàn)代生物技術和傳統(tǒng)育種技術相結合、優(yōu)化育種條件，就有可能實現(xiàn)大規(guī)模養(yǎng)殖高產油藻。

　　2.3.2中國生物燃油實際開發(fā)量的預測

　　上文從資源潛力的角度分析了生物燃油的潛力，但它的實際開發(fā)利用率依賴于多種復雜因素，主要如下：

　　1需求。中國未來的燃油供給是相當緊張的，本國生產、國際進口和煤炭液化所能供給的燃油都是有限的，這就為生物燃油的發(fā)展提供了良機。

　　2經(jīng)濟性。生物燃油的經(jīng)濟性主要取決于自身的技術成熟度、規(guī)模化發(fā)展所導致的成本下降、石油價格目前還較少考慮環(huán)境成本的內部化。石油價格在短期內的波動性和不確定性較大，但長期看來，上升趨勢相當明顯，與之相比，隨著技術的成熟和規(guī)模的提高，生物燃油的成本將不斷降低，因此競爭力會不斷提高。

　　3綜合性。生物燃油工程一方面其核心技術的研發(fā)相當部分是在能源技術研究部分，一方面從特點上看也是典型的能源工程，它具有規(guī)模性，也具有時間性所以需要能源規(guī)劃：如果是利用鹽堿地、荒地改造，則存在改造期的問題，特別是能源林業(yè)還存在一個能源林從栽種到成林的生長期的問題。而從生物燃油的原料來源來看，則屬于農林業(yè)范疇。中國能否順利、協(xié)調發(fā)展生物燃油，有賴于能否把能源機構、部門和農林業(yè)部門的力量成功地整合起來。以美國為例，它在能源部和農業(yè)部下都設有能源農業(yè)項目，并且彼此之間建立了很好的溝通和協(xié)作。

　　4政策性。一方面，生物燃油產業(yè)具有顯著的能源、環(huán)境和社會效益，應當?shù)玫秸咧С郑涣硪环矫?，國家對土地使用的?guī)劃性非常強，需要在土地規(guī)劃中為能源農林業(yè)的發(fā)展提供空間。

　　基于對以上四方面的分析，2010年、2020年生物燃油開發(fā)量的一種情景是：2010年，年生產生物燃油600萬噸，創(chuàng)年產值240億元，其中生物乙醇車用酒精500萬噸、生物柴油100萬噸；2020年，年生產生物燃油1900萬噸，其中生物乙醇1000萬噸、生物柴油900萬噸，創(chuàng)年產值近1000億元。

　　三、中國生物燃油發(fā)展戰(zhàn)略的討論

　　3.1“以國家先期投入為主導，以企業(yè)、科研機構為主力”的技術研發(fā)戰(zhàn)略

　　技術的成熟性和經(jīng)濟性對新興的可再生能源產業(yè)來說是至關重要的，不少國家在可再生能源技術研發(fā)方面都有豐富的經(jīng)驗，特別是美國。美國可再生能源技術發(fā)展的核心戰(zhàn)略是一貫的、明確的：以國家先期投入為引導，吸引產業(yè)界參與研制和開發(fā)長期20年乃至50年后可以發(fā)揮重大作用的關鍵技術，加速其商業(yè)化并形成相應的裝備制造體系。美國政府始終重視企業(yè)占領可再生能源技術制高點的戰(zhàn)略眼光和決心，先后制定了太陽光伏電池、風力發(fā)電裝備和氫能技術發(fā)展的路線圖，已經(jīng)出臺和即將出臺一系列鼓勵生物質能技術發(fā)展和 商業(yè)化進程的政策法規(guī)，如“生物質研究和發(fā)展法案2000”。

　　為確保生物質能研發(fā)及推廣工作的開展，美國能源部計劃在4年內投入500萬美元研究經(jīng)費，吸引相關單位對其擬定的項目進行申請。目前在美國已掀起新一輪的生物質能研發(fā)利用高潮，有大量的機構參與到該項目中。為進一步拓展科研經(jīng)費來源，美國政府還推出了購買可再生能源信用卡的措施。

　　美國還采取了直接作用于消費者和科研人員的激勵措施。例如，2003年7月美國農業(yè)部USDA撥款77萬美元委托美國生物柴油部NBB啟動了生物柴油教育計劃Biodiesel Education Program，又撥出19萬美元用于獎勵在生物柴油研發(fā)中作出了突出貢獻的愛達荷大學的科研人員。

　　中國借鑒美國經(jīng)驗、強化國家先期投入的引導作用是十分重要的特別是考慮到中國政府對能源部門、農業(yè)部門的高度控制：關鍵技術的發(fā)展可以得到足夠的資金；各種相互支持或相互競爭的技術可以在一個系統(tǒng)性的框架中得到公平的篩選和發(fā)展。

　　3.2“以政策扶植為必要輔助，以市場機制為根本基礎”的產業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略能源農林業(yè)和生物燃油加工業(yè)是有顯著的能源、社會、環(huán)境效益的產業(yè)，應當?shù)玫揭欢ǖ恼咧С?，比如稅收?yōu)惠、貼息貸款等。這對于起步中的新興產業(yè)尤為重要。中國已出臺《可再生能源法》，但和之前的《大氣污染防止法》、《節(jié)約能源法》、《清潔生產促進法》等相關法律一樣，在對生物質能等可再生、清潔能源的支持上基本上都屬于原則性而非操作性的法律；尚待具體、明確的規(guī)章出臺。此外，中國常規(guī)燃油行業(yè)尚存在相當程度的壟斷，制約了生物質液體燃料產業(yè)盡快進入市場。這類問題的解決也有賴于國家政策。

　　美國的生物柴油產業(yè)之所以落后于歐盟，主要原因就在于它相關激勵政策的滯后。2004年底，美國總統(tǒng)布什簽署的聯(lián)邦公司稅收法案中包含了對生物柴油的優(yōu)惠政策，生物柴油的預期產量隨之大增。

　　從長遠來看，市場競爭機制是成本下降、競爭力提升的根本保證。參見圖1。

　　事實上，經(jīng)濟效益是對發(fā)展能源農業(yè)的最大激勵。例如，2005年6月17日，廣西省百色市右江區(qū)人民政府與廣西萬嘉糖業(yè)公司簽約，投資5億元建設日榨甘蔗5000噸的新糖廠和年產30萬噸燃料乙醇廠的項目。激勵甘蔗生產乙醇的因素有：1、由于大型糖廠都有附屬的酒精車間，增加酒精產量所需的投資遠遠小于普通乙醇項目4000元/噸乙醇產能，僅在1000多元/噸乙醇產能；2、含加工費后，乙醇生產成本低于3000元/噸，特別是再考慮到因規(guī)模效應而導致的成本下降，則利潤更加可觀；3、種植能源甘蔗與種植現(xiàn)有品種的甘蔗相比，畝產增收至少為400元，蔗農也有積極性；4、酒精生產的廢水污染本來是一個難題，但隨著治污工藝的進步，“變廢為寶”，反而可以產生效益，CODcr在4萬mg/L以上時，四到五年內即可收回治污投資成本，之后可以盈利。

　　3.3“少占、不占糧食耕地，充分利用林地、荒地”的土地利用戰(zhàn)略

　　雖然中國耕地生產力還有較大提高空間，但大規(guī)模的能源農林業(yè)還是更依賴于中國面積巨大的無林地屬于林業(yè)用地和宜林荒山荒地。事實上，中國大量的可造林地處在交通較便利并且也有充足勞動力的地區(qū)。專家認為，制約這些地區(qū)造林速度的很大原因在于制度因素而非僅僅由于經(jīng)濟因素，如林木的所有權界定等。

　　把林業(yè)生產和能源供給結合起來的思路對帶動林業(yè)發(fā)展和增加燃油供給有著重要意義。值得一提的是，印度在發(fā)展能源林業(yè)上顯示了巨大的決心。印度總理稱：“如果我們能啟動從植物中生產生物柴油的麻瘋果計劃，那么就可能為3600萬人提供就業(yè)，3300萬公頃貧瘠干旱的土地就可以開墾成油田?！?/p>

　　為了切實地發(fā)展中國的能源農林業(yè)，需要更進一步的基礎性的調研工作如土地資源、能源植物的地域適宜性等并在此基礎上對土地資源的利用進行合理的規(guī)劃。目前，國家林業(yè)局已經(jīng)開始重視能源林業(yè)的發(fā)展可能，并組織了能源林業(yè)相關的一些基礎調研工作.

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