发展可再生燃料推进减排的现状和趋势
2009-06-03 15:16:35   来源：《中国环保产业》   评论：0 点击：

　摘要：文章阐述了发展生物燃料可实现缓解石油供需矛盾和减排温室气体的双赢目的，介绍了世界各主要消费大国发展、应用生物燃料的情况及生物燃料的发展趋势。

　　关键词：生物燃料；减排；趋势

1　生物燃料减排效益

　　据世界瞭望学会发布的报告，生物燃料如乙醇和生物柴油对减少全球对石油的依赖拥有巨大潜力。生物燃料市场的扩大和新技术进步的协同作用有望缓解油价上涨的压力，并可振兴农业经济和减少全球温室气体的排放。发展生物燃料可实现缓解石油供需矛盾和减排温室气体的双赢目的，因此，越来越受到能源消费大国的重视。

　　美国明尼苏达大学研究人员的研究认为，乙醇和生物柴油这两种生物燃料都属清洁能源，且生物柴油的环境效益更明显。生物柴油较普通柴油的温室气体排放量低41%，生物乙醇较汽油的温室气体排放量低12%。研究指出，生产乙醇和生物柴油的谷物和大豆目前是生产生物燃料的主要作物，但麦秸草、杂交杨木和换季牧草等将是未来的能源作物。

　　生物燃料在减少温室气体排放方面具有很大潜力，尤其是开发使用以农业废物和纤维素作物如换季牧草为原料的先进生物质技术。

　　将生物燃料与石油燃料调合使用，可减少汽车的硫、颗粒物和CO的排放。在发展中国家，乙醇和生物柴油在改进城市空气质量方面可起到很大作用，并有助于禁铅和禁用其他有毒性的燃料添加剂。

　　截至2005年，世界生物燃料生产量已超过67万桶/天，虽仅相当于全球运输燃料市场的1%，但是，比2001年产量已翻了一番。随着燃料价格的上扬和各国政府政策的支撑，生物燃料产业强劲增长，生物燃料市场正在快速发展之中。

　　经合组织(OECD)于2007年9月中旬对生物燃料的可持续发展作出了展望述评。报告指出，全球2005年生物燃料生产达到0.8EJ，即占道路运输燃料消费约1%。从技术层面看，用常规乙醇和生物柴油技术将来可生产高达20EJ，即占运输行业对液体燃料总需求量的11%，到2050年，采用第二代生物燃料技术可望再增产12%。从理论上讲，生物燃料到2050年占液体燃料市场的份额可达近1/4(11%来自常规技术，12%来自先进技术)。然而，这一潜在市场不太可能实现，因为第一代技术会引起食品价格和环境问题，常规技术的潜力只能接近现在的生产水平。而且，第二代技术的商业化前景仍有待观望，目前仅建设了几套中型和验证装置。国际能源局的报告中所作的预测计算表明，到2050年生物燃料的市场份额有望达到近1/4。如果目标达到，生物燃料的增长将可使CO₂排放减少近1.8Gt，占常规情况下与能源相关的CO₂排放的3%。

　　美国环保局于2006年9月7月提出了可再生燃料标准(RFS)，按照该标准，将使乙醇、生物柴油和其他可再生燃料的用量增加1倍，从而使可再生燃料在美国所占的市场份额从2006年的2.78%提高到2007年的3.71%。美国环保局表示，根据美国2005年能源政策法实施的结果，到2012年有望使美国石油需求减少39亿加仑/年，并使温室气体排放减少14亿t/a。提出的可再生燃料标准(RFS)旨在使美国使用的可再生汽车燃料数量从2006年约45亿加仑增加到2012年至少75亿加仑。所用的可再生燃料将具有良好的经济性，并具有能为汽车产业提供燃料的灵活性。

　　美国环保局于2007年4月推出了美国第一个综合性可再生燃料标准(RFS)方案，该标准方案将使替代燃料的使用量增加，并使汽车的整体平均燃料经济性(CAFE)标准更加现代化。RFS方案需确定美国主要炼制商、调合商和进口商在2007—2012年间使用可再生燃料的最少数量。最低量标准由生产商或进口商总的可再生燃料所占百分数来决定，并每年有所增长。2007年，确定所有销售燃料的4.02%应来自可再生来源，约为47亿加仑。按照2005年能源政策法，RFS方案要求美国需在2012年在销售的车用燃料中至少调入75亿加仑的可再生燃料。该方案估计到2012年可减少石油使用量高达39亿加仑，并可每年减少温室气体排放高达13l0万吨，相当于230万辆汽车的温室气体排放量。为实现美国布什总统提出的在10年内减少汽油用量20%的要求，RFS方案将促进使用诸如乙醇和生物柴油在内的生物燃料。该方案也将为农业产品建立新的市场，提高能源安全性和推进开发新技术，生产与常规汽油成本可竞争的可再生燃料。特别是RFS方案为从纤维素生物质如换季牧草和木屑生产可再生燃料提供了更大的吸引力。

　　用生物燃料如生物柴油、乙醇和生物丁醇替代部分石油基汽油或柴油已成为美国的国策。美国的目标是到2025年通过大量使用生物燃料，替代从中东进口的75%以上的石油。

　　美国汽车商的使用表明，E85汽油(含85%乙醇的汽油)是当今使用的含氧量最高的汽油，其环保效益好，燃烧比汽油更完全(更清洁)，可减少温室气体排放。美国环保局表示，高调合乙醇的燃料如E85，可减少有害的CO排放40%和烟尘污染物排放15%。包括通用汽车公司在内的一些美国汽车生产商，都生产灵活燃料型汽车(FFV)，可以使用汽油、也可以使用E85驱动。但E85的一个缺点是其能量密度低于汽油。这意味着发动机使用E85行驶的里程数要低于汽油发动机。E85在美国也尚未广泛使用。据美国可再生燃料协会(RFA)截至2007年7月中旬的统计，美国17万座加油站中有不到1200座的加油站可加注E85。但预计到2008年加注E85的加油站数将会翻一番。

　　据美国能源情报署(EIA)发布的2007年度能源展望报告，美国可再生燃料消费量将从2005年的6.5×10¹⁵ BTU(1英磅单位)增加到2030年的10.2×10¹⁵BTU。

　　许多公司都在寻求减少温室气体排放的途径。据称，运输这一重要领域的温室气体排放量约占全球的20%。在短期和中期内，增加生物组分的调合是在这一领域内取得温室气体减排进展的实用方案之一。

　　据英国运输部称，至2010年，英国所有汽车燃料销售量的5%将来自可再生能源，届时生物燃料的销售额将比现在高出20倍。英国召开的环境友好汽车会议己提出加快促进绿色汽车发展问题。这一要求将通过可再生的运输燃料责任(RTFO)来达到。据计算，预计到2010年可削减约100万吨的二氧化碳排放。据称，这相当于行驶在道路上的汽车将减少100万辆。未来几年内二氧化碳排放可望减少，这将有助于减小运输对气候变化的影响。

　　新西兰推进的CO₂排放交易可满足其承诺的京都议定书规定的减排目标。新西兰正在推进生物燃料以达到运输行业短期内的减排要求，政府要求到2012年使用3.4%的生物燃料。

　　美国化学学会(ACS)召开的第233届年会的主旨是：能源、食品和水的可持续性。生物燃料是研讨的主题，其中涉及农业生物质、生物基产品和生物燃料。讨论范围从新的生物能源到使生物质更高效地转化为燃料的新工艺。

　　美国柯罗拉多州立大学与美国农业部、农业研究服务院的研究人员对由各种作物生产的生物燃料，就其温室气体排放的竞争性的生命循环分析作出评论。研究结果表明，当与汽油和柴油的生命循环相比，从谷物和大豆循环生产的乙醇和生物柴油，可减少温室气体排放85%，而使用换季牧草和杂交杨木生产的生物燃料可减少温室气体排放约115%。杂交杨木和换季牧草可最大限度地弥补化石燃料的消耗，因而是可减少温室气体排放的作物研究重点，为此，开发纤维素乙醇等生物燃料仍是今后研发的方向。

　　专家分析指出，谷物乙醇对于抑制全球变暖还不是最好的生物燃料。大多数的观点认为，与汽油相比，谷物乙醇可减少温室气体排放18%～28%，而纤维素乙醇可减少温室气体排放近87%。

　　美国Novozymes公司在2007年3月召开的第四届世界工业生物技术与生物加工年会上，提出纤维素乙醇经济性生产的5种策略，具体包括：(1)继续资助研发(尤其在生物质转化和商业化工艺技术开发领域)；(2)建立灵活的试验和开发中心，按地域分布，应用多种类型生物质原料，并将各种工艺(预处理、水解和发酶)加以组合；(3)通过改进农业实践(生物质的选样和收获)及预处理方法，有利于降低成本；(4)改进生物技术(包括酶技术、新陈代谢工程和新的分离方法)；(5)通过国家政策机制持续支持生产实践(包括资金资助、鼓励政策和税收优惠减免)。

　　美国能源部于2007年5月核准，将在今后5年内提供2亿美元资金，以支持在美国开发小规模纤维素生物炼油厂。这些项目预计将在3～4年内投入应用，以加速采用新技术利用纤维素原料生产乙醇和其他生物燃料。2007年3月，美国能源部提供3.85亿美元，在今后4年内，用于开发6座大规模的生物炼油厂。这些大规模的生物炼油厂致力于商业化工艺过程，而小规模纤维素生物炼油厂致力于新的原料和加工技术。这些小规模和大规模项目共接受投资5.85亿美元。

　　美国还将从可再生能源中生产可再生燃料，不仅高能效地生产可再生燃料而减少排放，而且将排放的二氧化碳加以利用。美国XL牛奶集团公司在亚历桑那州Vicksburg建设的生物炼油厂将投人生产，该生物炼油厂设计生产高级乙醇、生物柴油、牛奶制品和动物饲料，并提供该工厂运转所需的100%能源。投资为2.6亿美元的Vicksburg生物炼油厂采用专有技术生产能效比为10：1的乙醇，该比例意味着只需1BTU化石燃料能源就可生产10BTU的乙醇和生物柴油，其效率约是传统干磨法乙醇工厂的10倍。为达到这一效率，并使乙醇生产成本节约0.30～0.35美元/加仑和使55.36公斤牛奶成本节约0.50美分，该公司将7500头奶牛排出的废弃物，以及从分馏、生物柴油和乙醇生产过程中排出的废料，转化为能量，用于发电，将循环的可再生能量供给整个工厂。分馏将生产乙醇和生物柴油的主要原料谷物分成三部分：微生物、谷物淀粉和谷物麸糠。从环保上说，该工厂有很大优势，因为通过将废弃物转化为能源，并有高的能效比，可减少温室气体排放。Vicksburg生物炼油厂牛奶场第一阶段已经建成。第二阶段牛奶场已于2007年起建设，现正在建设生物燃料工厂，包括分馏厂。该厂每年将把57.6万吨谷物加工成5400万加仑乙醇、500万加仑生物柴油和1l万吨动物饲料。生产过程中产生的二氧化碳将被捕集，并在当地贮存，用于各种用途，包括啤酒碳酸化、冷却和生产干冰。二氧化碳可在当地进行“洗涤”处理，转化为氧气后再释放到大气中。XL牛奶集团公司也在开发专有的低成本海藻生产系统，该系统可组合入该公司的生物炼油厂，以降低生产成本，并拓展车用燃料和动物饲料的生产(见下图)。因为海藻含油量高于谷物，并且用较少的占地就可进行较大量的生产，该公司预计在今后5年内将使乙醇产量扩大到1亿加仑，生物柴油产量扩大到2500万～3000万加仑。从环境角度看，该项目有很大优势，可将废弃物转化为能量，并有高的能效比，从而可减少温室气体排放。

　　美国从事生物技术的多种天然产品公司与法国Agro 工业Recherche开发公司的合资企业BioAmber公司于2007年3月宣布，将在法国BazancourtPomacle建设生物炼油厂，以生产基于生物的燃料和化学品。该生物炼油厂将于2008年夏季投入生产，将生产5000吨/年琥珀酸(丁二酸)，琥珀酸可转化成宽范围的衍生物，包括丁二醇和四氢呋喃(其通过蔗糖或葡萄糖发酵生产)。新建的生物炼油厂也将用于生产生物乙醇和生物柴油。

　　根据已生效的《京都议定书》，欧盟在2008—2012年间，需要将二氧化碳等6种温室气体的排放量在1990年的基础上减少8%。为此，正在实施的“欧盟第六框架计划”提出了生物乙醇示范城市的子项目，意在验证使用乙醇燃料对环境、社会的益处，从而引导更多的人和组织加入到乙醇燃料的使用中。

　　欧洲议会发布生物燃料指令(2003/30/EC)，要求：2005年生物燃料占运输燃料比例为2%，2010年此比例要提高到5.75%(基于能源含量)。生物柴油将有很大需求，乙醇使用也将大大增多。欧洲使用生物燃料乙醇主要是通过乙基叔丁基醚(ETBE)，少量乙醇直接用于调合。欧洲乙醇使用量的增长有望来自于增加ETBE的使用量，已有好几套MTBE装置转换为生产ETBE，其他的装置转换和少量新建的ETBE装置有望在2010年前完成，ETBE用量有望增加到215万～257万吨/年。今后10年内，乙醇消费量(ETBE和乙醇直接调合)将超过10亿加仑/年。鉴于东欧国家加入欧盟，为实现生物燃料目标的一致性，欧洲使用乙醇量将进一步增加。

　　ETBE由乙醇和异丁烯生产，可避免由单独使用乙醇所带来的许多问题，如使汽油挥发性增大。ETBE可在炼油厂调入汽油，不像乙醇要在销售点调合。ETBE作为含氧化合物调入汽油可使汽油更清洁地燃烧。与乙醇相比，ETBE有以下优点：水混入时不发生相分离，对汽车部件无腐蚀作用，不会增加排气光化学烟雾。

　　法国于1994年将ETBE用作汽油调合组分，西班牙和德国使用ETBE分别始于2000年和2004年。

　　德国生物柴油工业是世界最大的生物柴油工业。德国生物柴油销售量2006年提高到280万吨，约占德国运输燃料总销售量的5%。2006年德国在常规柴油燃料中调入生物燃料150万吨，还有l30万吨纯生物柴油投放市场。2007年1月1日起，所有燃料公司在所销售的常规柴油中调入5%生物柴油。2006年，德国使用运输燃料用柴油2820万吨、汽油2180万吨、生物柴油250万吨、植物油108万吨和生物乙醇48万吨。据估算，生物燃料使德国2006年减少CO₂排放1270万吨。

　　根据京都议定书，日本推行乙醇和ETBE的使用将使其2008-2012年间的温室气体排放比1990年减少6%。日本也将在2010年使用50千万公升原油当量的生物燃料，以执行京都议定书要求。日本从法国进口200～300万公升ETBE，将其调合人日本最大的炼油厂的汽油中。并将调合ETBE的汽油用于日本东部关东地区(包括大东京地区)的50个加油站。日本已认定，ETBE与汽油调合作为含氧化合物燃料可使汽油更清洁燃烧。

2　生物燃料发展趋势

　　据统计，2006年世界生物燃料生产量增长了28%，达到440亿升。燃料乙醇增长22%，而生物柴油增长80%。虽然生物燃料占全球液体燃料供应量的比例小于1%，但2006年生物燃料生产量的骤增，达到了世界所有液体燃料供应量增加的17%。

　　利用富含淀粉和糖类的作物如甘蔗和谷物生产的生物乙醇，虽然能量密度低于汽油，但已确认它甚至可用作赛车燃料。利用上述作物生产生物乙醇在美国和巴西已确立工业化地位。利用油料作物如向日葵生产生物柴油在欧洲发展最快。

　　作为主要的替代燃料，世界乙醇生产量现已超过120亿加仑/年。全球燃料乙醇生产量2000-2005年间翻了两番，生物柴油增长了近4倍。

　　巴西和美国的燃料乙醇生产量合计占世界燃料乙醇生产量的90%，两国政府自1970年起就大力支持乙醇生产。表1列出世界前5位乙醇生产国(地区)。

　　在“十五”期间，我国批准河南天冠、黑龙江华润、吉林燃料乙醇和安徽丰原四家企业加工燃料乙醇，设计产能为122万吨/年，到2005年年底总产能己超过设计产能。到2006年我国燃料乙醇生产能力已达到132万吨/年(见表2)。

　　“十一五”期间，乙醇汽油在中国的使用仍在进一步推广之中，乙醇生产企业也在进一步启动。据预测，中国2007年燃料乙醇生产量将比2006年的132万吨增长12%，将达到145万吨。国家发改委已制定5年计划，目标是到2010年生产燃料乙醇522万吨。但非粮为主方向已经明确。计划在不适于耕种的土地上生产甜高梁、甘薯、木薯以增加乙醇原料。根据《生物燃料乙醇以及车用乙醇汽油“十一五”发展专项规划》，到2010年，我国将以薯类、甜高梁等非粮原料为主生产522万吨燃料乙醇，届时乙醇汽油使用量将占全国汽油用量的75%。到2020年，我国燃料乙醇年产量可达1000万吨。

　　据预测，到2025年世界可望使用生物乙醇替代汽油需求量的10%。

　　世界生物柴油生产量在2000-2005年间增长了4倍，仅2005年，生物柴油生产就增长了60%。

　　欧盟尤其是德国，主导了世界生物柴油的生产和使用。表3列出世界前5位生物柴油生产国。

 

　　亚太地区也正在兴起生物柴油产业。到2010年，亚洲将超过北美，以及中/东欧，成为仅次于西欧的第二大生物柴油生产地。表4列出亚太地区各国棕榈油基生物柴油生产量及预测值。

　　美国威斯康星大学Nelson环境研究学院2007年10月发布对世界226个国家生物柴油生产潜力的报告。报告认为，世界生物柴油生产潜力的上限将从现在119个国家的470亿升提高到510亿升(135亿加仑)。这一数量可望满足世界上现在对石油柴油需求量的4%～5%。根据农业生产率，可以估算总的生物柴油产量将有望达到6050亿升/年，将分布在106个以上的国家。这12倍的增长将来自于许多作物，但主要还是将来自于热带作物油种籽：棕榈和椰子，尽管它们现在的生产率还很低。分析认为，在用于食品目的的植物油年需求量继续增长的情况下，到2015年，其他植物油有望用于生产4170亿升的生物柴油。

　　我国生物柴油产业正蓄势待发。据估计，2010年后生物柴油在我国将成长为有一定规模的产业。

　　据美国SRI咨询公司预测，全球生物柴油需求量预计将从2006年的690万吨提高到2010年的4480万吨。

　　2006年可再生资源占美国总能源的比例刚好超过6%，预计今后将快速增长。美国可再生车用燃料将从2006年的45亿加仑增加到2012年的至少75亿加仑。

　　生物柴油和生物乙醇称之为第一代生物燃料。使用生物柴油和生物乙醇仅是解决世界能源问题的第一步。尽管投资在继续增长，但仅依赖基于植物种子和果实的生物柴油和生物乙醇燃料不能完全解决CO₂排放问题和满足日益增长的能源需求。为此，需开发第二代生物燃料，它们应由基于植物和生物质整体为原料制取。据分析，生物质有望满足世界能源需求的l/3。

　　第二代生物燃料技术正在开发之中，一条可供选择的路线是，使生物质热解，生成生物合成原油，然后经气化、甲醇合成和甲醇制合成燃料(MTS)过程，生产生物柴油和汽油。

　　在今后10年内，传统的乙醇生产将面临前所未有的发展新机遇：一些国家乙醇的进口将增长，非粮作物用作乙醇生产原料，纤维素乙醇作为竞争的乙醇燃料也将走向前台。

　　William Thurmond所作的“乙醇2020年：全球市场调查”报告中指出：如果竞争前景看好，大规模纤维素乙醇生产将付诸实施；如果生物燃料进/出口的国家政策进一步放宽，则美国、中国和印度到2020年汽油消费的20%可望采用乙醇来替代。今后10年内，全球乙醇市场面临发展机遇，也面临转型挑战。