基蛋生物发展潜力研究 中国生物液体燃料的发展与潜力.docx

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1、基蛋生物发展潜力研究 中国生物液体燃料的发展与潜力 表1 一、生物液体燃料（生物燃油）是中国今后开发利用生物质能的一个主要方向 1.1 生物液体燃料产业的主要驱动因素是石油平安 生物质能资源包括农作物秸秆和农业加工剩余物、薪材及林业加工剩余物、禽畜粪便、工业有机废水和废渣、城市生活垃圾和能源植物，可转换为多种终端能源如电力、气体燃料、固体燃料和液体燃料，其中受到最多关注的是生物质液体燃料（生物燃油）。世界不少国家已经起先发展生物燃油产业（包括生物燃油加工业以及其相关产业，如能源农业和能源林业），其中共同的目的在于保障石油平安。 2004 年中国石油净进口量为1.2 亿吨，消费量为3.1 亿吨，

2、进口依存度达到了38.7；国际能源署（IEA）预料中国到2022 年、2022 年石油进口依存度将达到61.0和76.9。石油进口量和进口依存度的快速攀升给中国石油平安带来了日益严峻的影响；中国的石油平安问题也引起了一些国家的顾虑。国产的石油和石油替代燃料能否“养活中国”呢？与资源有限的煤炭液化和国内油气资源开发等手段相比，资源可再生而且潜力巨大的生物燃油技术也受到了越来越多的关注。巴西生物燃油产业利用蔗糖发酵制取生物乙醇，2002 年消费量达到了104 亿公升，替代率接近40。 美国和欧盟国家在生物燃油产业方面也有丰富的阅历。不过巴西的发展背景与中国更为接近。巴西生物燃油产业（以生物乙醇工程

3、为开端，后来又发展了生物柴油）源于11015 年，起因主要有二：一是出于国家能源平安和经济发展的考虑，在11013-11014 年第一次石油危机中，由于巴西80的燃料依靠进口，油价暴涨使巴西损失了40 亿美元，经济也受到沉重打击；其次是为了促进国内种植业的发展和爱护农夫的利益，因为巴西是全球最大的甘蔗种植区。 1.2 发展生物燃油产业将带来显著的环境效益 能源农林业的大规模发展可以有效地绿化荒山荒地、减轻土壤侵蚀和水土流失。大量运用生物燃油对中国大气环境的爱护和改善也有着突出的意义：与化石燃料相比，生物燃油的运用很少产生NOx 和SOx 等大气污染物；由于生物质CO2的汲取和排放在自然界形成碳

4、循环，其能源利用导致的CO2 排放远低于常规能源。到2050 年生物燃油开发量假如能达到1.05 亿吨（这一数据是基于能源探讨所2022 年“中国能源中长期开发利用前景分析”探讨项目的生物质能部分的情景分析；情景分析中能源林业以生产生物柴油原料为主，能源农业以生产生物乙醇原料为主；其中2022 年、2030 年、2050 年预料开发量为：生物乙醇0.039、0.079、0.16 亿吨，生物柴油0.15、0.33、0.89 亿吨），则可绿化约3000 万公顷荒山荒地，减排约3.1 亿吨 CO2。 1.3 发展生物燃油产业将为中国“三农”问题的解决做出相当的贡献 建设从能源农林业到生物燃油加工业的

5、生物燃油产业链可以成为中国解决“三农”问题的一个有力手段。 1.3.1 带动农业经济和林业经济 2022 年生物燃油开发量预料为1900 万吨左右，初步估算可给国家和地方创产值1010 亿元。到2050 年生物燃油开发量假如能达到1.05 亿吨，将创建5000亿元左右的年产值、吸纳1010 万个以上的劳动力（主要是能源农林业接纳的就业），并为带动农村经济发展起到极大的作用；形成这部分生物燃油产能的初始投资（主要是产业建设投资，荒地改造和树种等费用相对较低）预料可以限制在1.0 万亿元以内：年产值与产能投资的比值（大于1：2）大于某些常规能源产业的比值（例如，火电的年产值与产能投资的比值约为1：

6、2.5）。 1.3.2 创建大量就业特殊是农村地区的就业 可以吸纳1010 万个以上的劳动力，其中主要是农村劳动力，这有利于缓解农村大量劳动力闲置的局面。 1.3.3 为中国的城镇化建设供应有力支持 一方面，中国的城镇化建设提高了人均能源需求量，特殊是人均燃油需求量；另一方面，城镇化建设须要与之相伴的产业建设和就业机会的创建（肯定程度上还须要增加在农村的就业机会以缓冲农村向城镇的移民浪潮）：能源农林业（和生物燃油加工业）在这两方面都可以发挥重要作用。 二、中国生物燃油发呈现状与趋势 2.1 中国发展生物燃油产业已有肯定的技术基础 生物燃油产业的核心技术是生物燃油技术和能源作物的选育和种植技术。

7、自“八五安排”期间已经起先生物燃油资源与转换技术的探讨开发，采纳传统技术用粮食和油料作物生产醇类和油类产品，这只限于在食品与轻工产业；制取燃料作为交通能源产业建设则是在“九五安排”期间由原国家计委公布实施。能源作物的概念对中国来说是较新的，但其选育和种植技术的相关探讨事实上已有数年的基础。 2.1.1 “陈化粮”制生物燃油 目前生物燃油的主要原料为“陈化粮”。严格来说，以“陈化粮”制取生物乙醇并不能算在能源农业的范畴，因为就其主要用途而言粮食作物与能源植物有本质区分。但这也为发展生物乙醇技术积累了技术阅历和产业基础，待甜高梁等能源植物资源得到发展后，即可进行原料转移。 经国务院批准，原国家计委

8、2001 年4 月17 日发布中国实施车用汽油添加燃料乙醇的确定。同时国家质量技术监督局颁布了“变性燃料乙醇”和“车用乙醇汽油”两个国家标准。国家投资50 余亿元，批准全国建立4 个以消化“陈化粮”为主要目标的燃料乙醇企业，目前均已投产，总生产实力101 余万吨。粮食为燃料乙醇原料，每吨超过3000 元，含加工费后，燃料乙醇成本超过4000 元/吨。 国家规定2004 年10 月起黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽5 省及湖北、山东、河北及江苏的部分地区，强制封闭运用车用乙醇汽油。到2022 年，上述各省及其所辖市区，军队特需和国家特种储备除外，全部实现车用乙醇汽油替代其他汽油。 2.1.2 能源

9、农业作物甜高梁和甘蔗 科技部国家“863 安排”支持的“甜高粱茎秆制取燃料乙醇”项目供应的甜高粱品种，种植技术和燃料乙醇加工技术已经较为成熟。目前已经达到年产5000吨燃料乙醇的生产规模。国内已经在黑龙江省、内蒙古自治区、新疆维族自治区、辽宁省和山东省等地，建立了甜高粱种植、甜高粱茎秆制取燃料乙醇加工的基地。 甜高粱茎秆为燃料乙醇原料，每吨收购价2000 元，含加工费后，燃料乙醇成本低于3500 元/吨。16 吨甜高粱茎秆（中国北方平均4 亩耕地的产量）可以制取1吨燃料乙醇。废渣还可以制取500 公斤生物柴油。甜高粱制取乙醇仅用其茎秆，甜高梁籽粒仍旧作为粮食运用（不用于发酵制乙醇）。它的适应性

10、也很好：中国10以上年度有效积温2000以上的地区都可以种植；同样状况下，甜高粱比其他作物抗旱、抗涝和耐盐碱。 甘蔗是中国重要的糖料作物，近几年，广西、云南、贵州等省种蔗致富对脱贫起了肯定作用，但糖的消费量有限，并且由于合成甜味素的冲击，甘蔗种植面积有大幅波动；而燃料乙醇市场需求量大，所以甘蔗在中国南方地区是最有可能大量用于生产燃料乙醇的糖类原料。大致4 亩的甘蔗产量可制取1 吨乙醇，与甜高梁近似；蔗渣同样可制取生物柴油。 此外，亩产乙醇量高于一般甘蔗的“能源甘蔗”在澳大利亚等国已培育胜利；中国在能源甘蔗方面的探讨也已经起步并得到了较快的发展。 2.1.3 能源林业作物麻疯树和黄连木 中国开展

11、能源林业作物的研发已有成果，南方已建有产业。如利用菜籽油、籽油、乌桕油、木油、茶油等原料小规模生产生物柴油的案例。近年来，为了不与食用油和工业用油争原料而开发了麻疯树果实、黄连木籽等作原料制取生物柴油技术，初步具备商业化发展的条件。 四川利用麻疯树果实为原料建成了设计实力10 万吨的柴油加工厂，现年产实力为2 万吨，并制定了企业标准。制约生物柴油发展的因素是原料价格。麻疯树果实购入1.4 元/公斤，每吨生物柴油需麻疯树果实3 吨多，每吨生物柴油的原料成本超过4000 元。种植麻疯树亩产生物柴油可接近200 公斤。 黄连木籽含油率在30左右。按每亩种植40 棵、每棵产果20 公斤计，则亩产生物柴

12、油约200 公斤，与麻疯树的产量接近。 麻疯树和黄连木在中国相当面积的地域都相宜栽种；随着相关科研工作的进行，完全有可能发觉或培育出其他拥有相近或更高生物燃油产量的、相宜更广泛的栽种地域的能源树种（包括麻疯树和黄连木的改良树种）。 2.1.4 生物燃油产业的经济效益 以种植生产乙醇的甜高梁为例，根据内蒙古的试点阅历，与种植一般玉米相比，每亩可增收140 元，见表1。 种植麻疯树的收益也较高：即便按较低的亩产量450 公斤计，每亩收益也达630 元。 目前生物燃油的成本比化石燃油要高一些，但技术革新对降低成本的潜力是巨大的。以巴西为例，每吨乙醇的成本从起先时的800 美元下降到目前的300 美元

13、。此外，由于资源有限、不行再生，化石燃油的价格始终会上涨，生物燃油相比之下将有更强的价格竞争力。 2.2 中国生物燃油加工业目前的规模和产品价格 中国生物柴油产业刚刚起步，目前的年产量不到3 万吨；但发展势头较好，参见表2、表3、表4（资料来源：刘德顺教授，清华高校化工系）。 2022 年4 月1 日，安徽成为继黑龙江、吉林、辽宁、河南之后的第五个推广试用乙醇汽油的省份，中国燃料乙醇生产实力达到82 万吨/年，如表5。安徽丰原集团正在建设20 万吨/年燃料乙醇装置，年内即可投产，届时中国的燃料乙醇产量将达到102 万吨/年。燃料乙醇价格按汽油出厂价格的0.911 与销售单位（石化厂或加油站）结

14、算，亏损部分由国家补贴。 2.3 中国生物燃油产业的发展潜力与前景 2.3.1 中国具有发展生物燃油产业的巨大空间 中国发展生物燃油的资源潜力主要取决于用作种植能源植物的土地资源面积和单位面积产量。 能源农业可利用的土地资源有：947 万公顷的宜耕土地后备资源，按60的垦殖率计入；2003 年有73.24 万公顷的高梁种植面积，按80的甜高梁推广率计入；在全国800 万公顷盐碱化耕地中，用中国已开发胜利的技术加以改造的面积约为167 万公顷，按80的利用率计入。总计759.6 万公顷土地可用于能源农业。按种植甜高梁计（种植一般甘蔗的生物燃油亩产量与之接近），则可生产生物乙醇约2850 万吨，生

15、物柴油1425 万吨。以上部分所利用的土地与规划中的农业用地并无多大冲突。比如说，根据粮食生产中长期预料，粮食部门所需的耕地面积并无增加，因为提高单产的潜力足以满意中国粮食需求的增加。 与上述能源农业用地无重复计算，能源林业可利用的土地资源有：林业用地中5700 万公顷的无林地面积（部分用于发展用材林等），按60计入；1470 万公顷的退耕还林地，按80计入（现有退耕还林地相当部分用作果园，但考虑到水果的市场需求有限，而且中国尚有212 万公顷的宜园土地后备资源，故考虑了较高的一百零一分比）；5393 万公顷的宜林荒山荒地，按40计入。总计6753 万公顷土地可用于能源林业。按种植黄连木计（种

16、植麻疯树的生物柴油亩产量略低一些），则可生产生物柴油20260 万吨。依据中国林业发展的中长期规划，以上划归能源林业用地的土地与规划中的林业用地的冲突性较小。 能源植物资源能有这样的潜力，一方面是要适当利用中国现有农林业用地和宜耕土地后备资源（0.552 亿公顷，约占耕地和林业用地总面积的14），一方面是合理开发中国的宜林荒山荒地（0.216 亿公顷，占宜林荒山荒地面积的40），再者是利用肯定的易改造的盐碱化耕地（0.013 亿公顷，约占盐碱化耕地面积的17）：三部分面积合0.78 亿公顷（与之相比，中国现有耕地1.3 亿公顷，林业用地2.6 亿公顷）。这些土地资源可为中国将来的本土替代燃油开

17、发供应坚实的原料来源。 此外，技术研发还将开拓新的资源空间。工程藻类的生物量巨大，一旦高产油藻开发胜利并实现产业化，由藻类制生物柴油的规模可以达到数千万吨，因为中国有5000 万亩可开垦的海岸滩涂和和大量的内陆水域。美国可再生能源国家试验室运用基因工程等现代生物技术，已经开发出含油超过60的工程微藻，每亩可生产2 吨以上生物柴油。青岛海洋高校十几年来担当了30 多项国家及省部级海藻育苗育种生物技术探讨，拥有一批淡水和海水藻类种质资源，积累了丰富的海洋藻类探讨开发阅历。假如能将现代生物技术和传统育种技术相结合、优化育种条件，就有可能实现大规模养殖高产油藻。 2.3.2 中国生物燃油实际开发量的预

18、料 上文从资源潜力的角度分析了生物燃油的潜力，但它的实际开发利用率依靠于多种困难因素，主要如下： （1）需求。中国将来的燃油供应是相当惊慌的，本国生产、国际进口和煤炭液化所能供应的燃油都是有限的，这就为生物燃油的发展供应了良机。 （2）经济性。生物燃油的经济性主要取决于自身的技术成熟度、规模化发展所导致的成本下降、石油价格（目前还较少考虑环境成本的内部化）。石油价格在短期内的波动性和不确定性较大，但长期看来，上升趋势相当明显，与之相比，随着技术的成熟和规模的提高，生物燃油的成本将不断降低，因此竞争力会不断提高。 （3）综合性。生物燃油工程一方面其核心技术的研发相当部分是在能源技术探讨部分，一方

19、面从特点上看也是典型的能源工程，它具有规模性，也具有时间性（所以须要能源规划）：假如是利用盐碱地、荒地改造，则存在改造期的问题，特殊是能源林业还存在一个能源林从栽种到成林的生长期的问题。而从生物燃油的原料来源来看，则属于农林业范畴。中国能否顺当、协调发展生物燃油，有赖于能否把能源机构、部门和农林业部门的力气胜利地整合起来。以美国为例，它在能源部和农业部下都设有能源农业项目，并且彼此之间建立了很好的沟通和协作。 （4）政策性。一方面，生物燃油产业具有显著的能源、环境和社会效益，应当得到政策支持；另一方面，国家对土地运用的规划性特别强，须要在土地规划中为能源农林业的发展供应空间。 基于对以上四方面

20、的分析，2022 年、2022 年生物燃油开发量的一种情景是：2022 年，年生产生物燃油600 万吨，创年产值240 亿元，其中生物乙醇（车用酒精）500 万吨、生物柴油101 万吨；2022 年，年生产生物燃油1900 万吨，其中生物乙醇1010 万吨、生物柴油900 万吨，创年产值近1010 亿元。 三、中国生物燃油发展战略的探讨 3.1“以国家先期投入为主导，以企业、科研机构为主力”的技术研发战略 技术的成熟性和经济性对新兴的可再生能源产业来说是至关重要的，不少国家在可再生能源技术研发方面都有丰富的阅历，特殊是美国。美国可再生能源技术发展的核心战略是一贯的、明确的：以国家先期投入为引导

21、，吸引产业界参加研制和开发长期（20 年乃至50 年后）可以发挥重大作用的关键技术，加速其商业化并形成相应的装备制造体系。美国政府始终重视企业占据可再生能源技术制高点的战略眼光和决心，先后制定了太阳光伏电池、风力发电装备和氢能技术发展的路途图，已经出台和即将出台一系列激励生物质能技术发展和商业化进程的政策法规，如“生物质探讨和发展法案2000”。 为确保生物质能研发及推广工作的开展，美国能源部安排在4 年内投入500万美元探讨经费，吸引相关单位对其拟定的项目进行申请。目前在美国已掀起新一轮的生物质能研发利用高潮，有大量的机构参加到该项目中。为进一步拓展科研经费来源，美国政府还推出了购买可再生能

22、源信用卡的措施。 美国还实行了干脆作用于消费者和科研人员的激励措施。例如，2003 年7月美国农业部（USDA）拨款77 万美元托付美国生物柴油部（NBB）启动了生物柴油教化安排（Biodiesel Education Program），又拨出19 万美元用于嘉奖在生物柴油研发中作出了突出贡献的爱达荷高校的科研人员。 中国借鉴美国阅历、强化国家先期投入的引导作用是非常重要的（特殊是考虑到中国政府对能源部门、农业部门的高度限制）：关键技术的发展可以得到足够的资金；各种相互支持或相互竞争的技术可以在一个系统性的框架中得到公允的筛选和发展。 3.2 “以政策扶植为必要协助，以市场机制为根本基础”的产

23、业发展战略能源农林业和生物燃油加工业是有显著的能源、社会、环境效益的产业，应当得到肯定的政策支持，比如税收实惠、贴息贷款等。这对于起步中的新兴产业尤为重要。中国已出台可再生能源法，但和之前的大气污染防止法、节约能源法、清洁生产促进法等相关法律一样，在对生物质能等可再生、清洁能源的支持上基本上都属于原则性而非操作性的法律；尚待详细、明确的规章出台。此外，中国常规燃油行业尚存在相当程度的垄断，制约了生物质液体燃料产业尽快进入市场。这类问题的解决也有赖于国家政策。 美国的生物柴油产业之所以落后于欧盟，主要缘由就在于它相关激励政策的滞后。2004 年底，美国总统布什签署的联邦公司税收法案中包含了对生物

24、柴油的实惠政策，生物柴油的预期产量随之大增。 从长远来看，市场竞争机制是成本下降、竞争力提升的根本保证。参见图1（略）。 事实上，经济效益是对发展能源农业的最大激励。例如，2022 年6 月17 日，广西省一百零一色市右江区人民政府与广西万嘉糖业公司签约，投资5 亿元建设日榨甘蔗5000 吨的新糖厂和年产30 万吨燃料乙醇厂的项目。激励甘蔗生产乙醇的因素有：1、由于大型糖厂都有附属的酒精车间，增加酒精产量所需的投资远远小于一般乙醇项目（4000 元/吨乙醇产能），仅在1010 多元/吨乙醇产能；2、含加工费后，乙醇生产成本低于3000 元/吨，特殊是再考虑到因规模效应而导致的成本下降，则利润更

25、加可观；3、种植能源甘蔗与种植现有品种的甘蔗相比，亩产增收至少为400 元，蔗农也有主动性；4、酒精生产的废水污染原来是一个难题，但随着治污工艺的进步，“变废为宝”，反而可以产生效益，CODcr在4 万mg/L 以上时，四到五年内即可收回治污投资成本，之后可以盈利。 3.3 “少占、不占粮食耕地，充分利用林地、荒地”的土地利用战略 虽然中国耕地生产力还有较大提高空间，但大规模的能源农林业还是更依靠于中国面积巨大的无林地（属于林业用地）和宜林荒山荒地。事实上，中国大量的可造林地处在交通较便利并且也有足够劳动力的地区。专家认为，制约这些地区造林速度的很大缘由在于制度因素（而非仅仅由于经济因素），如

26、林木的全部权界定等。 把林业生产和能源供应结合起来的思路对带动林业发展和增加燃油供应有着重要意义。值得一提的是，印度在发展能源林业上显示了巨大的决心。印度总理称：“假如我们能启动从植物中生产生物柴油的麻疯果安排，那么就可能为3600万人供应就业，3300 万公顷贫瘠干旱的土地就可以开垦成油田。” 为了切实地发展中国的能源农林业，须要更进一步的基础性的调研工作（如土地资源、能源植物的地域相宜性等）并在此基础上对土地资源的利用进行合理的规划。目前，国家林业局已经起先重视能源林业的发展可能，并组织了能源林业相关的一些基础调研工作。 作者单位：清华高校核能与新能源探讨院/清华高校公共管理学院 表2、表3、表4 表5 第18页 共18页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页