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国内外燃料乙醇产业现状+深度解析

国际新能源网  来源:高科技与产业化  作者:毛开云、范月蕾等  日期:2019-01-04
  燃料乙醇是指体积浓度达到99.5%以上的无水乙醇,它不仅是优良的燃料,也是燃油的增氧剂。与汽油相比,燃料乙醇最突出的优点表现在清洁和可再生两方面。近年来,随着煤炭、石油能源危机和空气污染、全球变暖等环境问题日趋严重,燃料乙醇受到极大关注。
 
  燃料乙醇的代际演变
 
  按照技术和工艺的发展进程,目前业界一般将燃料乙醇分为以下几类:以玉米、小麦等粮食作物为原料的第1代粮食乙醇;以木薯、甘蔗、甜高粱茎秆等经济作物为原料的第1.5代非粮乙醇;以玉米芯、玉米秸秆等纤维素物质为原料的第2代纤维素乙醇以及以微藻中碳水化合物为原料的第3代微藻乙醇。
 
  第1代和第1.5代燃料乙醇均属于淀粉基乙醇。
 
  第2代纤维素乙醇使用纤维素物质为原料,经预处理后通过高转化率的纤维素酶,将原料中的纤维素转化为可发酵的糖类物质,然后经特殊的发酵法制造燃料乙醇,在技术上同粮食乙醇和非粮乙醇存在较大的差别;在原料上也脱离了农作物的范畴,而利用玉米芯、玉米秸秆等农林废弃物,充分发掘生物质资源的价值,目前是燃料乙醇的新兴研究方向,并且已有国内企业规模化量产。
 
  第3代燃料乙醇以微藻中含有的淀粉、纤维素、半纤维素等大量碳水化合物为原料。微藻具有远高于陆生植物的光合效率,生长周期短,原料生产方面较传统作物有巨大优势;同时微藻生长过程中以大气中的CO2为主要碳源,对减少温室气体排放具备极大的价值。微藻乙醇目前还处于研发阶段,各项技术瓶颈逐步攻克中,还未达到工业化生产水平。
 
  全球燃料乙醇产业发展情况
 
  燃料乙醇开始于上世纪初期。上世纪30年代,燃料乙醇作为汽油添加剂在美国出现,但当时由于各种原因并未得到广泛应用。七十年代时,两次石油危机的冲击使全球油价暴涨,也使得所有工业化国家的经济增长放缓,各国开始加大对可降低石油依赖度的替代性能源的重视程度。1973年第一次石油危机发生时,许多国家意识到燃料乙醇的战略意义并开始大力扶植该产业,尤其是一些石油资源匮乏但生物质资源丰富的国家。环境保护的因素也在很大程度上促进了各国在政策和法规等方面对燃料乙醇予以倾斜。
 
  目前全球燃料乙醇产量近270亿加仑,其中生产和消费量最大的国家是美国,2017年产量近158亿加仑,占到全球产量的58%,超过其他国家产量的总和;其次是巴西,全年产量约70.1亿加仑,占全球产量的26%。这两个燃料乙醇的生产大国形成了绝大部分市场,其余国家贡献的总量仅16%。虽然我国现在已经成为世界上燃料乙醇的第三大生产和消费国家,但2017年的产量占比仅有3%,距离发展完善的市场还有极大的提升空间。
 
  美国

  美国燃料乙醇产能情况
 
  美国是目前世界上最大的车用乙醇汽油生产和消费国,目前美国已经有50个州都在使用车用乙醇汽油,大部分地区使用的是10%比例的乙醇汽油(E10),部分地区使用的是更高比例的E15乙醇汽油。当前美国燃料乙醇的生产量和消费量逐年上升,2017年,美国在产的玉米燃料乙醇生物炼制厂共211家,在建6家,分布在28个州,生产能力达到162亿加仑。
 
  美国燃料乙醇产量情况
 
  美国自20世纪80年代初推行使用燃料乙醇以来,生产量和消费量逐年稳步上升,2017年创下158亿加仑燃料乙醇、4140万吨动物饲料和36亿磅的蒸馏油的产量记录。
 
  美国燃料乙醇进出口情况
 
  2017年美国出口将近14亿加仑燃料乙醇,超过了2011年创造的12亿加仑的记录。美国在2017年进口乙醇相较2016年有所增加,但是相对量较少(7700万加仑),美国也连续8年成为乙醇净出口国。由于玉米生产和乙醇产能已经超越了国内乙醇消费,美国在燃料出口方面超过8年保持增长。在2017年,美国燃料乙醇出口至35个国家,超过半数出口至巴西和加拿大。
 
  美国向巴西出口的燃料乙醇保持连续4年增长,2017年达到了4.5亿加仑,并且在美国燃料乙醇中的占比达到近1/3。加拿大保持了美国燃料乙醇出口的第二大目标市场,在2017年进口了将近3300万加仑,同比增长5%。2016年,中国是美国燃料乙醇的第三大进口国,然而2017年同比回落了88%。这主要是由于从2017年起中国向美国燃料乙醇增加了5~30%不等的关税。关税的增长反转了2016年关税下降5%的情况,反映了政府对生物燃料的倡导。
 
  美国燃料乙醇生产技术情况
 
  美国燃料乙醇主要以玉米为原料,现在全美四成的玉米都用于生产燃料乙醇。由于美国玉米种植业规模化程度高、技术先进,使得美国玉米种植成本较中国低近40%,具有极大的发展优势。在美国,燃料乙醇的价格与石油相比,也已经具有一定的竞争力。同时中国与美国汽油存在价差,美国乙醇汽油的生产商还可享受政府补贴,种种原因使得美国燃料乙醇产业具有先天的发展优势。另外美国、巴西等国的燃料乙醇产业已发展近40年,技术水平和市场已经成熟,而我国燃料乙醇产业从本世纪初开始仅发展十余年,尚有研发和应用等问题亟待解决。
 
  巴西
 
  巴西燃料乙醇产业发展情况
 
  巴西是最早开始建设燃料乙醇项目的国家,1975年推出全国燃料乙醇计划(PROALCOOL),80年代初便已开始全面使用乙醇汽油。巴西是全球第二大燃料乙醇生产国,是全球最早立法支持生物能源的国家,其主要是发展以甘蔗为原料的燃料乙醇。2015年2月15日起,巴西政府将乙醇掺混比例由25%提高至27%。2017年,巴西燃料乙醇产量达到70.6亿加仑。
 
  中国

  中国燃料乙醇产业发展情况
 
  中国是世界上第三大生物燃料乙醇生产国和应用国,仅次于美国和巴西。近年来,国际原油价格持续走低,在国家财税政策调节的引导下,中国燃料乙醇行业逐渐向非粮经济作物和纤维素原料综合利用方向转变,积极开展工艺和示范项目建设。
 
  中国燃料乙醇产量情况
 
  相比之下,作为世界燃料乙醇第三大生产和消费国家,我国燃料乙醇的发展远远滞后于美国和巴西,2017年中国的产量只有87.5亿加仑,仅占全世界产量的3%,年消耗玉米量占我国玉米总产量的3.27%左右。我国汽油年产超1.04亿吨,燃料乙醇产量仅占汽油产量2%左右,若未来在全国范围内推广使用E10乙醇汽油,则所需燃料乙醇还有很大的增长空间,若全部利用玉米进行生产,年消耗玉米量将达到我国玉米总产量的15.64%。
 
  中国燃料乙醇生产技术情况
 
  目前我国燃料乙醇的主要生产方式有玉米乙醇、纤维质乙醇以及煤制乙醇三类路线,而其中玉米乙醇和纤维质乙醇属于生物质发酵制燃料乙醇不同发展阶段的工艺,可归为生物质乙醇大类。
 
  现阶段生物质发酵制燃料乙醇仍是我国燃料乙醇产量的主要来源,生物发酵法制乙醇在我国主要有三个发展阶段阶段,分别对应三代燃料乙醇产品,即G1,G1.5和G2。
 
  G1代产品以玉米、小麦等陈粮为原料,通过生物酶的发酵,由淀粉转化为乙醇,再加以提纯分离,最终得到可以与汽油掺混的无水燃料乙醇。目前该方法成本在4500-5000元/吨之间。
 
  G1.5代产品则以国家提倡的非粮(木薯)农作物为原料,也是通过发酵将淀粉转化为乙醇。该工艺路线避免了消耗大量可做人畜粮食的玉米,但目前该方法原料主要依赖于进口,因此带来了成本不稳定的隐患。以年产30万吨木薯乙醇项目为例(总投资21.6亿元,木薯价格1400元/吨),经测算其成本在5300元/吨左右。
 
  G2代产品主要是指纤维素制乙醇,更受国家和企业的青睐。纤维素制乙醇在美国属于应用最为普遍的工艺,其最大的优势在于原料易得便宜,但其对生物催化酶的要求较高。而目前我国酶生产水平较为落后,故成本仍相对偏高,根据石化缘测算,我国使用秸秆生产的燃料乙醇成本约在5600元/吨左右。目前我国燃料乙醇整体生产水平处于从G1到G1.5代过渡的阶段,现阶段生产燃料乙醇的主力仍为玉米等粮食制乙醇,但G2代的纤维素将会是未来生产燃料乙醇的主流。
 
  中国燃料乙醇主要企业产能情况
 
  虽然我国是世界上第三大生物燃料乙醇生产国和消费国,但产能和产量仍然偏小。截至2017年12月底,国内共有八家燃料乙醇定点生产企业,十多个获批燃料乙醇项目。我国燃料乙醇属于政策驱动型行业,国家相关能源与农产品政策的变化对于燃料乙醇行业影响较大。目前我国燃料乙醇为国家指令性计划产品,其生产及销售按国家专项产业规划发展要求,国家实施的产业政策核心可以概括为“核准生产、定向流通、封闭运行、有序发展”。所谓核准生产是指燃料乙醇生产企业需要国家批准,但2017年变成燃料乙醇由省政府投资主管部门核准。自2001年国家批准四家企业以来,陆续批准了中粮广西、中兴能源、山东龙力等企业;定向流通则是指生产出来的燃料乙醇需要定向销售给中石油和中石化等生产企业,销售价格为93号汽油的91.1%;而封闭运行则是指燃料乙醇推广区域限制,目前限于河南、安徽、黑龙江、吉林、辽宁、广西、湖北、内蒙古、山东、河北、江苏等省份。
 
  小结
 
  燃料乙醇产业所属的生物能源行业,是我国重要的战略性新兴产业,对替代石油等不可再生能源以及对大气雾霾污染、水土资源污染控制都有十分积极的战略意义。
 
  从长远看,发展生物燃料乙醇将会更好地促进粮食供需平衡,带动农村经济发展。国际经验表明,发展生物燃料乙醇可以为大宗农产品建立长期、稳定、可控的加工转化渠道,提高国家对粮食市场的调控能力。比如,美国用玉米总产量的37%生产燃料乙醇,维持了玉米价格;巴西通过甘蔗--糖--乙醇联产,保障了国内甘蔗和糖价稳定,维护了农民利益。我国生物燃料乙醇产业经过十多年发展,以玉米、木薯等为原料的1代和1.5代生产技术工艺成熟稳定,以秸秆等农林废弃物为原料的2代先进生物燃料技术已具备产业化示范条件。2017年,国家发展改革委、国家能源局等十五部委联合印发了《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的实施方案》,明确了扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油工作的重要意义、指导思想、基本原则、主要目标和重点任务,燃料乙醇产业迎来了新的发展机遇和更广阔的发展空间。
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