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后石油时代与生物质液体燃料

[ 2007-06-25 ] 来源于: 中国化工信息周刊

                             石油枯竭——生物质液体燃料取而代之

  20035月,美国总统前助理、银行家梅齐·西蒙斯在“世界油气开采高峰研讨会”上首次提出了“后石油时代”的完整概念。他认为,世界石油开采高峰已经临近,我们有充分理由要尽快探询“后石油时代”的能源,并为此寻找替代能源。目前,各国对世界究竟何时进入“后石油时代”尚有不同看法。有人认为要1525年,也有人认为还需半个多世纪,大多数学者和专家基本同意英国BP公司的看法,即还要40余年。

  为准备“后石油时代”的到来,美国、俄罗斯、欧洲、日本早就加强了对利用核能、氢能、生物质能及其他可再生能源的研究,并均将生物质液体燃料列入重要的替代能源之一。 欧洲是目前世界生物柴油的最大生产者。其中瑞典更走在大多数欧洲国家前面:“我们既要在精神方面,也要在技术方面,面对没有石油的世界”。目前,瑞典几乎全部由核和水力发电,其运输工具也主要利用生物燃料。瑞典政府提出,拟在15年内,成为西方发达国家第一个完全摆脱依赖石油的国家。日本政府提出,国家经济对石油的依赖,将从目前的50%降到40%2030年前20%的汽车将改用可再生能源燃料。巴西政府计划5年以后,国内80%的运输工具改用糖芦苇(芒草)制成的乙醚燃料。巴西已研制出新型汽车燃料—— H-生物柴油。这种汽车燃料与普通柴油性质一样,是用油品和植物油混合制造出来的。使用时由于有植物油添加剂,硫排放少,可减少对大气的污染,而且价格相对较低。从200612月起,巴西石油化工厂开始大规模生产这种燃料,经测算每年可减少15%的油品进口,节约1.45亿美元。

  中国政府高度重视“后石油时代”的到来,并将生物质液体燃料列入中长期发展规划。20051129日,国家发改委印发了《可再生能源产业发展指导目录》,燃料乙醇、生物柴油作为可再生能源被列入国家鼓励发展的产业目录。200611日,我国《可再生能源法》正式施行。目前,我国的可再生能源利用正以年均超过25%的速度发展。根据国家发改委编制提交的《可再生能源中长期发展规划》,未来15年,我国约投资1.5万亿元用于发展可再生能源,到2020年,以能源作物为主要原料的生物质液体燃料将达到年替代石油1000t的能力。

              燃料乙醇——不与民争粮,不与粮争地

  1.现阶段粮食是生产燃料乙醇的主要原料我国从2000年开始探索用玉米、小麦等陈化粮加工燃料乙醇。由于当时燃料乙醇价格高于汽油,因此发展缓慢,到2002年全国产量才3t。但2004年全球能源和石油价格上涨使燃料乙醇身价倍增。在国家一系列财税政策的扶持下,燃料乙醇从无市场变为有市场,生产企业也从当初的加工无利润变为有利润,国家还包销产品。燃料乙醇项目从以前的“包袱”变成了人人争抢的“财富”。

  2006年国家批准建设的4个生物燃料乙醇生产试点项目,已形成102t/a生产能力。其中黑龙江华润酒精有限公司10t/a、吉林燃料乙醇有限公司30t/a、河南天冠燃料乙醇有限公司30t/a和安徽丰原生化股份有限公司32t/a2004年燃料乙醇产量为68t2005年为81t2006年产量超过100t

    2002年来,中央财政支持燃料乙醇的试点及推广工作,主要措施包括:投入国债资金4.8亿元,用于河南、安徽、吉林3省燃料乙醇企业建设;实施税收优惠政策,对国家批准的4家试点单位,免征燃料乙醇5%的消费税;试点以来,共减免两税1.9亿元;中央财政共拨付亏损补贴20亿元。

    另据河南天冠集团透露,2004年和2005年,天冠集团享受的补贴分别是2070/t1721/t。丰原生化2005年和2006年所享受的补贴分别是1883/t1628/t。自2006年起,财政补贴全部统一为1373/t,执行时间则据企业达到设计产能时间而定。河南天冠集团已经开始执行新的补贴政策,安徽丰原2007年开始执行。

    在国家扶植政策、市场需求旺盛、巨额财政补贴的推动下,上述4省的国家定点企业纷纷扩大产能,2006年底总能力达到163t/a。各地建设燃料乙醇项目的热情也空前高涨,纷纷将发展燃料乙醇列入“十一五”发展规划,向国家发改委申报的生物燃料乙醇意向建设生产能力已超过1000t/a,产业过热倾向和盲目发展势头明显。在生物燃料乙醇产业发展的关键时刻,20065月底财政部制定施行的《可再生能源发展专项资金管理暂行办法》中,将生物乙醇燃料定位为用甘蔗、木薯、甜高粱等制取的燃料乙醇,而没有包括用玉米、小麦、水稻及其陈化粮制取的燃料乙醇。这表明,国家有关部门对新上粮食基燃料乙醇项目不再鼓励,并进行严格控制。200612月,国家发改委等部门连续下发了《关于加强生物燃料乙醇项目建设管理,促进产业健康发展》和《关于加强玉米加工项目建设管理》的紧急通知,开始为急剧升温的燃料乙醇项目降温。通知要求从战略上统一筹划并正确引导生物燃料乙醇产业发展,避免盲目发展,要求根据市场发育情况,扩大发展规模;确定合理布局,严格市场准入;依托主导力量,提高发展质量;稳定政策支持,加强市场监管。

    “十一五”期间,国家会继续实行生物燃料乙醇项目核准制,其建设项目必须经国家投资主管部门核准。凡违规审批和擅自开工建设的,不会享受燃料乙醇财政税收优惠政策,燃料乙醇定点企业未经国家批准擅自扩大生产规模,一律不给予财政补贴。

    2.发展非粮作物乙醇仍要与粮争地    现阶段燃料乙醇使用还只限于黑龙江等9个省市,如果后期在全国推广,以2006年我国汽油消费量5591t计算,需要添加燃料乙醇60t。以生产1t燃料乙醇消耗3.3t玉米计,需消费玉米1848t,占我国粮食总产量的3.8%,足以对我国的粮食安全构成威胁。2006年我国粮食产量48401t,人均占有粮食370kg左右,远低于国际粮农组织测算的人均500kg粮食安全线。一些专家担心,若“粮食能源化”任其发展,不加控制,将会使我国粮食市场波动由原来常见的“生产减少”、“流通不畅”两个因素,增加一个“加工过量”因素,成为粮食安全问题新的“导火线”。中国农科院院长翟虎渠在接受媒体采访时表示,中国粮食不能承受“能源化”之重,为了解决13亿人口的吃饭问题,我们的土地已经筋疲力尽。用粮食替代能源,可以研究,但产业化不能推开。如果大量靠粮食解决能源问题,将会是一场灾难。我们“不能饿着肚皮开汽车”,“中国国情和美国、巴西不一样,不能照搬他们的模式”。国家有关部门对用粮食发展能源已经基本取得共识,发展替代能源的战略已由当初单一的用粮食加工燃料乙醇转变为生物质能源的综合开发,坚持发展燃料乙醇“不与人争粮,不与粮争地”原则。一些专家提倡大量种植木薯和甜高梁来发展燃料乙醇生产,用木薯和甜高梁代替玉米虽然可以做到不与人争粮,但却做不到不与粮争地。

    3. 研发秸杆乙醇技术是根本出路

  利用农作物废弃物——秸杆代替粮食生产燃料乙醇是解决乙醇原料的根本出路。虽然目前尚未实现生物质制乙醇的大规模产业化,但有许多公司正在探索这一工业化进程。BCICollin Pine公司一起开发林产生物质生产乙醇的技术,装置建在加州Chester的生物质燃料发电厂,乙醇产能为2000万加仑/a(1加仑=3.785L)BCI也在进行从农业废物生产乙醇装置的设计,装置建在加州Oroville;加拿大Iogen公司以生物质为原料生产乙醇的40t/d示范装置在渥太华运行,目前该公司已提出在美国、加拿大和德国建设3座新工厂,预计年产酒精2亿L。据Iogen公司行政副总裁帕斯莫尔介绍:“这3座工厂由壳牌石油公司和加拿大石油公司共同投资5400万美元兴建,将于2007年投入运营。”如果Iogen公司获得成功,将为利用农作物废弃物大批量生产酒精开辟出一条既经济又实用的新途径。

  美国爱达荷州种植者协会正在研究以小麦和大麦秸秆生产燃料乙醇的可行性。杜邦公司将开发生物质液体燃料列入公司可持续发展战略的重要组成部分,并从美国能源部获得3800万美元的资助,与美国的科研机构合作共同开展这方面的研究。根据美国生物质能源规划,能源部将在2010年建成第一座基于农业废弃物的大规模综合性生物炼厂。经过各国科学家的不懈努力,生物质(如玉米秸杆)转化为乙醇的成本已大幅降低,90年代后期,生产每加仑乙醇所用纤维素分解酶的费用为5美元。

  我国在探索以农作物秸秆为原料生产燃料乙醇技术方面也取得了可喜的进展,河南天冠集团经过近几年的研究,已拥有了多项用秸杆生产乙醇的关键技术,在300t/a纤维素乙醇中试生产线上,能用6t秸杆生产1t乙醇。20068月,河南天冠集团开始建设3000t/a的纤维素乙醇项目;安徽丰原集团开发的秸杆制燃料乙醇关键技术也取得了重大突破;中粮集团拟投资4500万元,建设以玉米秸秆为原料的5000t/a燃料酒精的中间试验厂;2007411日在欧洲议会大厦举行的全球能源奖颁奖仪式上,山东省科学院能源研究所的“秸杆能源”项目获得了2006年度全球能源奖的“空气”奖提名和国别奖。

    秸杆制燃料乙醇技术是世界性的重大科研课题,我国是能源需求大国,应加强秸杆制燃料乙醇的研发力度,加大投入,加强国际间的学术交流与合作,为实现秸杆制燃料乙醇技术的产业化作出应有的贡献。在此项技术实现产业化之前,我国的燃料乙醇产业要从人多地少的实际国情出发,科学规划、合理布局。以粮食为原料的燃料乙醇规模以保持目前的100t/a为宜。安徽丰源集团公司的总工程师薛培俭说,深加工是粮食市场的“蓄水池”、粮食安全的“平衡器”。有了加工,我们可以更好地调控市场余缺,保证粮食市场的“紧平衡”。保持适度的粮食法乙醇规模,有利于及时消化陈化粮,保护农民的种粮积极性,维护国家的粮食安全。除粮食外,我国其他可用于生物质能源生产的植物和原料还有很多,如木薯和甜高梁,要根据能源作物的生产条件,因地制宜,尽量利用农荒地种植能源作物,做到不与粮争地。

                           标准系列化——生物柴油产业做大的关键

  1.生物柴油产业进入快速发展期

    目前我国已有数十家生物柴油企业,年产量超过10t,主要包括海南正和生物能源有限公司、四川古杉油脂化学有限公司、福建卓越新能源有限公司等。近两年,生物柴油在上海、福建、江苏、安徽、重庆、新疆、贵州等地骤然升温,民企、国企乃至外企快速步入该行业。与前两年以1t/a以下的小规模投入不同,如今各地开始呈现大规模投入趋势。如安徽国风生物能源有限公司耗资5亿元的60t/a生物柴油(一期5t/a生产线已于200611月投产)、南京清江生物能源科技有限公司的75t/a生物柴油项目等。仅江苏省,就有南京、张家港、无锡3个以民企投入为主的20t/a的生物柴油项目。最近一段时间全国各地大大小小的生物柴油项目已近百个,在建、拟建项目总能力超过300t/a,大型生物柴油项目的生产原料多以菜籽油、进口棕榈油为主。

    2.生物柴油标准呼之欲出

    目前我国生物柴油生产还在起步阶段,从产业政策、技术标准、技术选型、销售模式、环境评估等各方面还不配套、不健全,也没有规范的销售渠道。对于新兴的生物柴油产业国家目前还没有出台相应的宏观调控政策进行规范,但今年5月颁布实施的《柴油机燃料调合用生物柴油(BD100)国家标准》对产业的发展将产生深远的影响。

    我国生物柴油标准是参照美国和欧盟标准制订的。美国和欧盟生物柴油原料品种单一,生产工艺规范。而我国多以废餐饮油和动植物油下脚料等劣质油为原料,生产工艺多种多样,生产设备繁简不一,生产出的生物柴油很难达到严格的国家标准。在建、拟建的以优质植物油为原料的大型生物柴油生产装置,可以生产出达到国家标准的生物柴油,但将面临原料不足和价格过高的瓶颈。我国食用油短缺,每年需进口约1000t的植物油才能满足国内需要。目前菜籽油的市场价格是7000/t,生物柴油的生产成本在8000/t左右,生物柴油的销售价格在5000/t左右,如果没有财政补贴企业每生产1t生物柴油要亏损3000元。

    虽然我国有大量荒山、荒坡可以种植麻疯树和黄连木等油料植物,有可能为生物柴油产业提供丰富的原料,但油料植物的种植规模、产量和价格等都尚不清楚。且从种植到收获需很长的周期,远水解不了近渴,因此原料资源不落实是制约生物柴油规模化发展的重要因素。

  目前,废餐饮油是我国生物柴油的主要原料,因原料价格低廉,即使没有财政补贴企业也可获利。以废餐饮油生产的生物柴油虽然达不到国家标准,但作为燃料油和农机用油还是可以利用的。建议国家有关部门从环境保护、食品卫生安全、废弃资源再利用等构建和谐社会的理念出发,配套制订生物燃料油国家标准,为废餐饮油找一个好的归宿,避免废餐饮油污染环境,流回餐桌。

  本次颁布实施的标准还只是个推荐标准,不是强制标准,而且只颁布了BD100标准,最终能够使生物柴油走进加油站还需要B5B10标准的颁布实施。从中石化科学院了解到,生物柴油B5B10标准已开始起草编制,预计2008年以后方可进入实施阶段。

  3.标准系列化是我国生物柴油产业做大的关键

    因石油柴油适用的外界温度不同,对不同的石油牌号制定了一系列的标准,而生物柴油目前确只有一个标准。东南亚各国利用本国丰富的棕榈油资源,纷纷制定了庞大的生物柴油发展规划,马来西亚2007年生物柴油产能将达到115t/a2007年将达到500t/a,另有多个在建项目,全部投产后总能力将达到860t/a2007年中期新加坡将在裕廊岛建成首座生物柴油装置,产能10t/a。新加坡Wilmar国际公司投资2000万美元在苏门答腊兴建25t/a的生物柴油装置,预计2007年投产。2006118日,澳大利亚天然油料公司宣布投资1.3亿美元,在新加坡裕廊岛上兴建180t/a生物柴油生产装置。因棕榈油的主要成分是16碳饱和脂肪酸,冷滤点偏高,但东南亚气温较高,冷滤点偏高对发动机的工作没有影响。如果采用美国生物柴油标准,此项指标就达不到要求。

  我国不可能做到采用单一原料发展生物柴油,建议政府有关部门应根据国情(油料品种多样性和气候多样性)制定出生物柴油系列标准,并研究低比率掺烧时(如BD2BD5BD10)对生物柴油的质量要求。以推动而不是用标准来制约我国生物柴油产业的健康发展。

  在生物柴油系列标准出台之前,我国的生物柴油生产企业可考虑利用达不到标准的生物柴油生产油脂化工产品。生物柴油的主要成分是脂肪酸甲酯,其可以代替动植物油脂生产各种油脂化工产品,如肥皂、脂肪酸、脂肪醇、脂肪胺等。也可用来生产附加值更高的工业表面活性剂,如脂肪酸甲酯用SO3磺化后用碱中和可得到脂肪酸甲酯磺酸盐(MES),我国已开展多年的研究开发,因质量不尽如人意,产业化进展缓慢。美国、日本、德国生产的MES质量较好,最大装置规模达到14t/a。用脂肪酸甲酯与环氧乙烷进行加成反应,可以生产出洗涤性能、环保性能具佳的脂肪酸甲酯乙氧基化物(MEE),中国日用化学研究院研究开发的这一技术已具备产业化条件,在抚顺洗化厂建设的3000t/a工业化示范装置已成功运行近2年,目前正在筹建万吨级工业生产装置。用生物柴油生产各类表面活性剂,除了能为企业带来高额的经济效益外,还消除了用石化原料生产的表面活性剂所带来的环境污染,用可再生的生物质原料代替石化原料生产表面活性剂可减少对石油的消费,一举三得,企业何乐而不为。

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