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全球燃料乙醇产业发展的分析与思考

日期:2021-08-16    来源:能源研究俱乐部  作者:杨永明

国际新能源网

2021
08/16
10:12
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关键词: 燃料乙醇 生物质能 生物燃料乙醇

燃料乙醇一般指体积浓度达到99.5%以上的无水乙醇,是清洁的优质燃料和燃油品改善剂,广泛应用于车用燃料领域。生物质能资源丰富,以生物质为原料制取的燃料乙醇,作为替代交通运输燃料最具潜力和可行性的可再生能源,具有广阔的工业化生产前景。

目前,我国的燃料乙醇主要指生物燃料乙醇。燃料乙醇产业是国家重点推广的新型产业,自2020年9月我国提出“30?60”双碳目标以来,相关重大举措加速推进。在此背景下,作为我国战略性新兴产业的重要内容,发展生物燃料乙醇受到越来越多的关注。

本文在总结全球燃料乙醇产业近况基础上,梳理燃料乙醇技术发展现状,回顾各国发展燃料乙醇产业的政策机制,并分析燃料乙醇市场发展动向,为燃料乙醇行业未来发展提供借鉴。

一、全球燃料乙醇产业概况

燃料乙醇的发展始于上世纪初期,但由于各种原因并未得到广泛应用。在70年代两次石油危机的冲击下,全球油价暴涨,所有工业化国家经济增长放缓,为降低对石油的依赖程度,各国开始加大对替代性能源的重视程度,许多国家意识到燃料乙醇的战略意义并开始大力扶持该产业,尤其是生物质资源丰富的国家,进入本世纪后,环境保护等因素促使各国在政策和法规等方面对燃料乙醇予以倾斜。

美国可再生燃料协会(PEA)的统计数据显示,2015年以来,全球燃料乙醇产量一直维持小幅增长的状态,2020年,在新冠肺炎疫情的影响下,全球燃料乙醇产量降至260.59亿加仑(约合990亿升,见图1)。由于自然条件、基本国情、技术投入、资金支持等多重因素的影响,燃料乙醇在全球范围内的开发和利用呈现出明显的不对称性,美国、巴西是燃料乙醇产业规模最大的国家,占全球燃料乙醇产量的80%以上,除此之外,推广应用燃料乙醇的主要国家和地区还包括欧盟、中国、印度、加拿大等(见图2)。

数据来源:PEA

图1  2015~2020年全球燃料乙醇年产量变化情况

注:1加仑约合3.8升

数据来源:PEA

图2  2020年全球燃料乙醇产量情况

●美国

美国为解决能源安全及粮食产能过剩问题,于上世纪80年代开始大力发展燃料乙醇,在政府扶持和玉米产量大幅增加的推动下(大量种植转基因玉米),美国燃料乙醇产量一路攀升,自2006年起超越巴西成为全球第一大燃料乙醇生产国,并已连续数年成为燃料乙醇净出口国,生产的燃料乙醇出口到世界数十个国家和地区。2020年,美国燃料乙醇总产量达139.26亿加仑(约合529亿升),占到全球产量的53%,超过其他国家产量的总和。

●巴西

巴西是世界上最早推行燃料乙醇应用的国家。上世纪70年代,巴西燃料乙醇产业发展被提到了国家战略的层面。得益于完善的政策支持体制和庞大的甘蔗产业资源优势,目前巴西是全球第二大燃料乙醇生产国和第一大燃料乙醇出口国。巴西燃料乙醇产量中约90%用于国内替代石油燃料,其余出口到国外市场,燃料乙醇的推广使巴西从石油净进口国一跃成为出口国。2020年,巴西燃料乙醇总产量为79.3亿加仑(约合301亿升),占全球产量的30%。

●欧盟

燃料乙醇的使用几乎遍布欧盟所有成员国,可再生能源在保障欧盟能源安全上发挥了重要作用。根据欧盟2018年修订的《可再生能源指令》,2030年欧盟可再生能源使用占比目标为32%,其中交通领域可再生燃料使用占比目标为14%。2020年,欧盟燃料乙醇产量为12.5亿加仑(约合48亿升),占全球产量的5%。

●中国

我国燃料乙醇产业发展相对较晚一些,大约上世纪90年代开始酝酿,进入本世纪后才开始规模化发展。“十五”初期,为了解决大量陈化粮处理问题、改善大气及生态环境质量、调整能源结构,启动了生物燃料乙醇试点。从“十一五”起,根据形势变化暂停了粮食燃料乙醇发展,陆续在广西、内蒙古、山东、河南等地建成多个非粮燃料乙醇示范项目或产业化装置。2020年,我国燃料乙醇产量为8.8亿加仑(约合33亿升),位列美国、巴西和欧盟之后,占全球产量的3%。

表1  2015~2020年部分国家(地区)燃料乙醇年产量情况(单位:百万加仑)

数据来源:PEA

二、燃料乙醇技术发展现状

(一)生产技术

生物质法是目前制取燃料乙醇最主要的方法,以生物质为原料制取的燃料乙醇是目前世界上生产和使用最普遍的生物燃料。生物燃料乙醇技术正逐渐由第一代向第二代过渡,以木质纤维素为原料的第二代技术是未来燃料乙醇产业的发展方向。

根据生产原料的不同,燃料乙醇生产工艺可分为石油基乙烯水合法、煤基合成气法、生物质法,以及其他新型工艺路线,如城市垃圾合成气法制乙醇等。

在燃料乙醇的主要生产工艺中,乙烯水合法和煤基合成气法分别将石油和煤炭作为基础原料,而生物质法则是以生物质为基础原料,通过水解发酵等工艺将生物质原料转化成燃料乙醇,也就是生物燃料乙醇。目前,生物质法是制取燃料乙醇最主要的方法,所制取的燃料乙醇是世界上生产和使用最普遍的生物燃料。以生物燃料乙醇为代表的高级生物燃料,由于产生的能量更高、应用范围更广,被视为现阶段生物能源发展主体,生物燃料乙醇产业也相应成为近年来全球可再生能源领域新兴产业,具有循环经济、环境友好等优点。

生物燃料乙醇的生产工艺主要取决于所采用的生物质原料,并根据原料来源的不同分为以下几代技术路线,分别是以玉米、小麦、水稻等粮食作物为原料的第1代燃料乙醇技术,以木薯、甜高粱、甘蔗等非粮经济作物为原料的第1.5代燃料乙醇技术,以农、林废弃物(秸秆、干草、树叶等植物纤维材料)为原料的第2代燃料乙醇技术,以微藻为原料的第3代燃料乙醇技术。

现阶段,在上述技术路线中,第1代粮食乙醇技术成熟度高,是国内外燃料乙醇商业化生产的主要技术,在世界各国广泛应用,玉米是第1代技术最常用的原料。第1.5代的非粮乙醇技术,其原料为特殊土地和气候条件下生产的经济作物,被认为是生物燃料乙醇技术从第1代向第2代很好的过渡。第2代纤维素乙醇技术因其广泛的原料来源和优异的环境效益而受到关注,是未来燃料乙醇行业的发展方向,各国都在积极探索和推广纤维素乙醇的商业化应用,但由于纤维素结晶结构复杂、难以降解,给预处理和酶解带来很大挑战,其商业运行面临预处理效率低、纤维素酶成本高等瓶颈,一些示范项目由于经济目标无法达成而停产或出售,总体而言纤维素乙醇燃料工程基本仍处于小试或中试阶段。第3代微藻乙醇技术代表着更超前的研究方向,具有光合效率高、生产周期短、吸收大气中二氧化碳等显著优势,正处于研发起步阶段,还远未达到工业化生产水平。

表2  生物燃料乙醇生产技术路线

美国燃料乙醇主要以玉米为原料,全美约四成的玉米都用于生产燃料乙醇。美国玉米种植业规模化程度高、技术先进,为燃料乙醇的发展提供了原料保障,目前美国燃料乙醇生产成本已具备与汽油竞争的实力。同时美国也是世界领先的纤维素乙醇生产与使用国,对纤维素乙醇在研发方面的投入很大。从2013年开始,美国着手建立了3个大型纤维素乙醇厂,其生产规模均达到7万吨/年以上。美国ICM、Syngenta、D3MAX、FQTP和Edeniq等多家公司已将玉米纤维乙醇技术商业化。

巴西燃料乙醇主要以甘蔗为原料,由于甘蔗价格在其国内十分低廉,燃料乙醇生产具有成本优势,早在2001年巴西就完全实现了商业化的燃料乙醇生产。巴西在第2代燃料乙醇的研究上倾向于以本地特产甘蔗渣和叶为原料,已具规模的纤维素乙醇企业有巴西Petrobras公司,阿拉戈斯州GranBio公司、产量6.5万吨/年,圣保罗州Raizen公司、产量3万吨/年等。

欧盟中德国和意大利发展纤维素乙醇成效显著。意大利是欧洲第一个使用纤维素乙醇的国家,主要以秸秆和芦竹为原料,意大利油气公司Eni集团的Versalis公司在第2代燃料乙醇生产中发展迅速。德国Clariant公司植物废渣千吨级中试工厂运行顺利,并于2017年在斯洛伐克建立5万吨级纤维素乙醇示范工厂、2018年在罗马尼亚建立产能5万吨/年的工厂。

在我国,生物质法是当前生产燃料乙醇的主流工艺,目前国内几代生物燃料乙醇技术共存。本世纪初,为解决陈化粮去库存的问题,政府牵头推进粮食乙醇技术发展,现已具备稳定成熟的工艺,粮食乙醇占据我国燃料乙醇绝大部分市场。随着国内储备陈粮减少,且存在与人争粮、与粮争地的争议,粮食乙醇遭遇产能瓶颈,我国开始大力支持非粮乙醇技术的发展,但非粮乙醇主要生产原料木薯需从国外进口,容易受到气候和国际关系等不可抗力因素影响。从长远看,纤维素乙醇生产,不仅原料丰富、来源广泛,还具有不与人争粮、不与粮争地等优点,符合我国农业大国的国情,是我国燃料乙醇产业化的主要方向,只是其技术成熟度和经济性还有较大不确定性,仍需时间证明。如今我国第2代乙醇生产技术的年生产能力处在1万~10万吨的中试规模区间,而国内在建或筹建的生物燃料乙醇项目仍以第1代和第1.5代技术为主。

表3  我国主要的生物燃料乙醇生产企业

(二)应用技术

基于燃料乙醇的能源解决方案备受关注。已经有越来越多的国家明令要求在汽油中添加一定量乙醇作为运输燃料,以缓解石油消费压力,同时减少大气污染物的释放。目前使用乙醇汽油最多的主要是美国和巴西等国。

燃料乙醇目前市场上的应用方式主要有3种,即掺烧、纯烧和变性燃料乙醇。其中,与汽油掺烧为燃料乙醇利用的主要方式;纯烧,即单烧乙醇,尚处于试行阶段;变性燃料乙醇指乙醇脱水后,再添加变性剂而生成的燃料,现在也处于试验应用阶段。将汽油和燃料乙醇以一定比例混合而成的车用乙醇汽油不含甲基叔丁基醚等含氧添加剂,是一种环保汽车燃料,按照添加的乙醇体积比例分为E10、E15、E85等种类。乙醇混合燃料可以改进发动机的燃烧效果,减少一氧化碳、二氧化硫、未燃碳氢化合物和烟尘等致癌物质的排放。已经有越来越多的国家明令要求在汽油中添加一定量乙醇作为运输燃料,以缓解石油消费压力,同时减少大气污染物的释放。

目前世界上有超过60个国家和地区推广车用乙醇汽油,年消费乙醇汽油约6亿吨,占全球汽油消费总量的60%左右。其中使用乙醇汽油最多的主要是美国和巴西,基于燃料乙醇的能源解决方案备受关注。

巴西是世界上第一个发展乙醇汽油的国家,最早实现车用乙醇汽油全覆盖,燃料乙醇已替代其国内约一半以上的汽油。2013年巴西就研制出可任意选择乙醇、汽油或乙醇与汽油任意比例的混合燃料汽车,即灵活燃料汽车,目前巴西灵活燃料汽车整体技术已非常成熟,汽车在动力、加速性能、续航里程等方面基本达到同类汽油车水平。巴西国内销售的汽车85%以上都是灵活燃料汽车,车主可以自由选择添加纯乙醇或掺混一定比例的乙醇汽油。巴西燃料乙醇一般有两种提供方式:一种是纯度为85%~100%的乙醇;另一种是在汽油中掺入5%~25%的乙醇,2015年巴西政府将乙醇掺混比例由25%提高至27%(全国平均)。目前,巴西是汽油中燃料乙醇添加比例最高的国家,同时也是全球唯一不使用纯汽油燃料的国家。

美国车用乙醇汽油也已实现全覆盖,90%以上的地区使用E10乙醇汽油,并逐步开始使用E15乙醇汽油,部分地区引进了灵活燃料汽车,E10~E85之间混配的乙醇汽油正处于探索中,将成为未来发展的方向。

欧盟早在1985年就开始使用乙醇含量5%的车用乙醇汽油。欧盟计划,到2030年,将交通用燃料中可再生燃料的占比提升至25%。根据欧盟委员会估算,在可再生燃料之中,作物制得的生物燃料占比预计将达到5.1%左右。

我国2002年开始在黑龙江、河南部分地区试点使用车用乙醇汽油,截至2019年底,已有13个省(区、市)试点推广E10乙醇汽油,包括天津、黑龙江、河南、吉林、辽宁、安徽、广西、山西全境和河北、山东、江苏、内蒙古、湖北5省(区)31地市,乙醇汽油消费量约占同期全国汽油消费总量的五分之一。

三、燃料乙醇产业政策机制

纵观全球燃料乙醇产业发展历程,无论是已成体系的美国、巴西,还是发展中的欧盟等,从立法推广到国家战略,从财政政策到税收政策,从金融手段到行政手段,燃料乙醇产业发展离不开立法和各类政策组合强有力的支持与推动。

(一)国外燃料乙醇产业政策经验

1.立法与发展规划

健全的法律法规体系是保证燃料乙醇行业发展的前提和基础。多个国家已发布推广应用燃料乙醇的相关法律或发展计划,其中巴西、美国的立法和行业规划较为完善、成熟,贯穿燃料乙醇行业发展的整个过程。

巴西政府早在20世纪30年代就通过立法强制推广乙醇汽油,是世界上最早立法支持生物能源的国家。立法是巴西推广生物燃料尤其是燃料乙醇产业最强有力的手段(见表4),其中最著名的是1975年巴西国会通过第76593号法案,推出世界上最大的化石能源替代方案——《国家乙醇燃料计划》,该计划制定燃料乙醇掺混比例,强制要求在汽油中加入20%的燃料乙醇,并采取一系列政策组合来刺激国内燃料乙醇的生产和消费。《国家乙醇燃料计划》的实施保障了巴西燃料乙醇产业的发展,使之跃居全球领先地位。根据巴西政府的能源规划,到2024年巴西燃料乙醇年产量计划将提高到439亿升。

表4  巴西燃料乙醇相关的法律法规/行业规划

美国从开始推广使用燃料乙醇以来,多次颁布、修订与燃料乙醇相关的法律及发展规划、产业标准,这些法规和制度为美国燃料乙醇全面推广奠定了坚实基础(见表5)。美国生物质能源政策系统出台是在2005年后,《2005年能源政策法案》授权美国环境保护署全面实施可再生燃料标准(RFS),在美国销售的汽油中强制添加可再生燃料,并具体规定了燃料乙醇的使用量。2007年颁布的《美国能源独立和安全法案》再次明确到2022年每年必须将360亿加仑的可再生燃料掺混到交通燃料中。为保障可再生燃料标准的实施,美国环境保护署每年都要发布与之配套的可再生燃料义务利用量(RVO)和可再生燃料识别码(RIN),并强制要求所有燃料乙醇混配商必须在售卖的汽油中掺入规定比例的乙醇。

表5  美国燃料乙醇相关的法律法规/行业标准

2.经济激励手段

税收减免和税收保护政策。巴西对燃料乙醇汽车减征5%的工业产品税,对使用乙醇燃料的残疾人交通工具和出租车免征工业产品税,部分州政府对乙醇燃料汽车减征1%的增值税,在乙醇燃料汽车销售不景气时全免增值税。美国减少燃料乙醇等新型能源用户的个人所得税,对燃料乙醇生产商给予45美分/加仑的税收返还。

美国为防止进口燃料乙醇对国内市场造成冲击,对进口燃料乙醇征收54美分/加仑的进口关税。巴西从2015年6月开始,将自美国进口的乙醇关税从9.25%上调至11.75%。欧盟自2013年2月起,开始对进口自美国的生物乙醇征收9.5%的反倾销税,按照62.3欧元/吨的固定费用征收(2016年6月9日废止)。

金融和补贴政策。巴西政府支持银行等金融机构向生产企业提供融资计划,并且通过加强“家庭农业计划”对种植甘蔗等相关原料的农户提供融资贷款,在燃料乙醇产业的发展过程中,巴西政府通过金融支持、直接补贴、奖励甘蔗种植、支持乙醇企业建设等金融经济政策支持燃料乙醇行业发展。

美国为生物质燃料企业提供设备折旧特别补贴;通过“生物燃料(蔗糖)生产企业灵活原料计划”,授权农产品信贷公司购买过剩白糖,以生物质原料形式销售给企业作原料;生物炼油动力援助计划对可再生生物质炼油厂提供资助;美国农业部的生物质农产品援助项目(BCAP)为生产企业进货提供年度融资援助与补贴购买、收获、储存与运输生物质。

3.行政干预手段

美国政府加强生物燃料基础设施建设,在多个州的多家加油站增设乙醇混配泵,包括E15和E85乙醇汽油混配泵。巴西政府积极推广灵活燃料汽车,并明确规定,联邦一级单位采购或换购轻型公用车时,必须选择可再生燃料汽车(可使用乙醇等燃料),还下令在人口超过1500人的城镇中,加油站都必须安装乙醇加油泵,确定汽油中添加乙醇的比例后,对不执行者进行相应的处罚。

(二)我国燃料乙醇产业政策

我国燃料乙醇产业自2001年开始试点运行至今,得到了政策的大力支持。2001年,国家五部门颁布《陈化粮处理若干规定》,规定陈化粮的用途主要为生产酒精、饲料等,并批准4家生物燃料乙醇试点企业生产陈化粮燃料乙醇,随后对4家定点企业制定价格补贴、税收减免等一系列鼓励措施。随着陈化粮消耗殆尽,政策转而全面限制玉米乙醇的大规模推广,补贴也不断下调。2006年12月,《国家发展改革委关于加强玉米加工项目建设管理的紧急通知》首次提出“坚持非粮为主,积极稳妥推动生物燃料乙醇产业发展”。2007年底,经国家发展改革委批准,第一个以木薯为原料的非粮燃料乙醇项目在广西北海成立。2010年,国家能源局正式批准中粮集团设立国家能源生物液体燃料研发中心,这是我国生物燃料乙醇产业发展的一个转折点,主要是推动纤维素乙醇发展。

2012年,中国《可再生能源“十二五”发展规划》专门附有《生物质能源专项发展规划》,其中明确提出“十二五”期间生物质能源发展目标,其中,到2015年年底生物质乙醇利用量达到350万到400万吨。从财政补贴上看,2013~2015年,中央财政对已核准项目以粮食为原料的燃料乙醇继续给予补贴,但补贴标准逐年下降,至2016年不再补贴;二代燃料乙醇的补贴标准连带下滑。从增值税上来看,以粮食为原料生产用于调配车用乙醇汽油的变性燃料乙醇,原来实行增值税全额返还政策,自2011年10月起退税比例逐年降低;自2015年1月1日起,取消增值税先征后退政策。从消费税上来看,自2011年10月1日起,以粮食为原料生产用于调配车用乙醇汽油的变性燃料乙醇逐渐恢复征收消费税;自2015年1月1日起,按5%全额征收。

2016年,我国在《生物质能发展“十三五”规划》中明确提出了2020年的生物燃料乙醇发展目标为400万吨/年,同时提出了明确的发展布局。2017年,国家发展改革委、国家能源局等十五部门联合印发《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》,提出到2020年在全国范围内推广使用车用乙醇汽油,基本实现全覆盖的方案。2018年8月,国务院常务会议确定了生物燃料乙醇产业总体布局,会议决定有序扩大车用乙醇汽油的推广使用,除黑龙江、吉林、辽宁等11个试点省份外,进一步在北京、天津、河北等15个省份推广。

表6  我国燃料乙醇相关政策文件

四、燃料乙醇市场发展动向

近年世界乙醇贸易的增长主要由燃料乙醇拉动,燃料乙醇市场发展和贸易扩大,对产业原料供应、各国支持政策的变化尤为敏感。大型石油公司积极探索燃料乙醇等生物液体燃料,油气下游炼化业关停老旧炼油产能的同时转向生物燃料这一新兴领域。生物乙醇多联产高值化利用是改善其技术经济性的重要研究方向,在今后的工程设计、系统集成中将更受重视。

(一)近期市场对原料、政策等因素变化较为敏感

乙醇是一个依赖全球贸易发展的产业。随着各国能源消费需求的增长,燃料乙醇作为替代能源的推广应用力度也在加大。2020年,新冠肺炎疫情全球蔓延,各国纷纷进入封锁状态,交通运输燃料需求急剧下降,燃料乙醇的需求也随之受到打击。除了疫情在一定程度上影响燃料乙醇市场进程外,各国政策是影响燃料乙醇市场发展动向的主要因素。如前所述,不少国家政府采用强制性法规推动燃料乙醇市场发展。据不完全统计,在过去两三年间,有10余个国家和地区明确表示将大幅提升现有乙醇汽油配比,但由于各种原因,这些计划陆续被推迟。加拿大计划在2025年之前将汽油中乙醇的添加比例提高至15%,该计划原本于2021年春季开始实施,但目前已被推迟至2021年秋季。此外,菲律宾、越南、玻利维亚等国也计划推迟原定的乙醇汽油政策执行日期。有专家指出,由于这些支持政策的推延,疫情后燃料乙醇市场的低迷态势或将加重。

从2021年4月开始,巴西长期干旱引发的甘蔗、玉米减产担忧加剧,以甘蔗、玉米为原料生产的巴西乙醇价格水涨船高,创近二十年以来新高。5月,燃料分销商称乙醇价格高且供应紧张,难以从工厂获得足够的乙醇以满足强制性混合要求,导致汽油分销延误,巴西全国燃料商业联合会甚至向能源和矿业部发出文件,要求降低汽油中的乙醇混合比例,由当前的27%降至18%。近日,巴西政府发出干旱警告,称该国正面临91年来最严重干旱期,严重影响了水力发电和农业。干旱已影响巴西甘蔗、玉米等农作物产量,并开始对产业链造成价格冲击。

摩根士丹利(Morgan Stanley)曾表示,生物燃料的风险包括产能过剩、获取可持续原料的能力,以及当局政策的变化等。从全球范围来看,乙醇行业尚未真正实现商业化和规模化发展,现阶段的燃料乙醇市场对产业原料供应、各国支持政策的变化尤为敏感。

(二)油气行业加快探索生物燃料业务

由于生物炼制与石油炼制的相似性,如果将生物炼制企业与大型石化企业的生产过程结合起来,对公用工程、副产品综合利用及控制管理流程进行优化配置,可产生显著的协同效应,创造良好的经济、社会和环境效益。

发展可再生能源和低碳业务已经是当前许多大型石油公司的重要发展战略,作为油气行业下游的炼化业也随之进行调整,一方面关停设备老旧的传统炼油厂,另一方面转向生物燃料这一新兴领域。受燃料需求停滞不前、环保法规收紧以及竞争加剧等因素影响,近期已曝出多条关于国际石油公司和大型炼油商关闭旗下炼油产能的消息。转向生物燃料生产既符合低碳环保的发展要求,也符合生物燃料不断增长的市场需求,是炼油产能能源转型过程中的替代发展方案之一。

道达尔集团宣布,将投资超过5亿欧元把其法国格兰普伊特炼油厂改造为一个生物燃料炼厂。菲利普斯66计划将其位于加利福尼亚州的旧金山炼油厂改造成全球最大可再生燃料厂。该公司称,预计未来每年生产6.8亿加仑可再生柴油、汽油和航空燃料,加上现有项目生产的,其可再生燃料产能或超过8亿加仑/年。

其实国外多家大型能源公司较早已进入生物质能领域,探索燃料乙醇等生物液体燃料业务。如壳牌2011年与巴西Raizen公司合作利用甘蔗生产燃料乙醇,开始大规模生物燃料生产。同时壳牌致力于开发应用第二代纤维素乙醇技术,在美国休斯敦建造2座纤维素乙醇生产厂,在印度班加罗尔建设1座纤维素乙醇生产厂。BP十分看好生物质能在能源领域的应用前景,多年前已开展微藻、纤维素等生物质能利用的前瞻技术研究。2019年,BP将其巴西生物燃料和生物能源业务与Bunge公司合并,创建的BP?Bunge是全球第二大生物燃料公司,生产燃料乙醇并将甘蔗残渣用于热电联产,甘蔗乙醇产能为3200万吨/年。

在我国国内,生物燃料也已成为中国石油、中国石化等大型能源公司新能源领域重点发展的业务。石油化工企业控股或参股建成燃料乙醇产能占我国燃料乙醇总产能的60%以上,如中国石油控股建设吉林燃料乙醇项目,中国石化参股建设河南天冠、中粮生化(安徽)、广西中粮的燃料乙醇项目等。

(三)多联产高值化利用愈发受到重视

经济性是燃料乙醇产业发展无法回避的关键问题,副产品和联产产物都是燃料乙醇具有商业价值的重要组成部分。以纤维素乙醇为例。由于木质纤维素的特殊性,纤维素乙醇生产过程中会有大量的固体残余物,废水处理过程也会产生可燃烧的生物质气体和淤泥,这些生物质燃烧释放出大量的热,如果利用发电机转化成蒸汽和电力,大量盈余电量可向电网出售,实现醇电联产。目前木质纤维素类生物质的综合利用表现在生产燃料、基料等方面,突破原料生物质单一组分转化的固有模式,有助于实现规模化、经济化的纤维素乙醇多联产高值化利用的产业新模式。

现阶段我国已存在多个万吨级纤维素乙醇的示范工程,单一化产品生产严重降低经济效益,且不利于燃料乙醇产业化长久发展。安徽国祯集团股份有限公司与康泰斯(上海)化学工程有限公司等联合成立合资公司,旨在利用引进德国Sunliquid技术,投资约10亿元在安徽省阜阳市建设一套农业废弃物生产纤维素—醇—电—热的装置,产能为50000吨/年。该项目为酶就地生产系统,建成后将进一步延伸安徽国祯生态科技有限公司生物质“热—电—土壤修复剂”三联产产业链,共同形成国内首家“生物质资源综合利用产业园资源循环利用”的示范产业园。

处于市场经济环境,面对激烈的产业竞争,实现产品高值化是燃料乙醇产业的发展趋势,未来生物乙醇多联产功能将在工程设计、系统集成中更受重视。

五、燃料乙醇发展的几点思考

(一)发展生物燃料乙醇战略意义重大

从全球燃料乙醇发展的经验看,推广燃料乙醇可以缓解对石油燃料的过度依赖,为国家能源安全战略服务。我国是全球第一大油气进口国。2020年,我国石油表观消费量约7.02亿吨,同比增长6.6%;原油进口量为5.4亿吨,同比增长7.3%。原油进口增速继续高于国内原油产量增速,对外依存度仍在持续增高,已升至73.5%。与此同时,为应对气候变化、减少温室气体排放,世界各国相继确立碳中和目标,引导经济绿色低碳发展。与其他新能源相比,生物质能在全生命周期内呈碳中性,能有效改善传统化石能源使用过程中所带来的碳排放问题,且更适合转化成液体运输燃料,因此,生物燃料乙醇是交通领域极具潜力的替代燃料,发展生物燃料乙醇,契合双碳目标下我国能源转型的现实需求,具有特殊的战略意义。

(二)重点关注纤维素乙醇技术研发和示范应用

限于我国土地、水等资源的发展现状,叠加可利用的后备土地资源紧缺,未来无论是以粮食为原料的燃料乙醇,还是以木薯、甘薯和甜高粱茎秆等为原料的非粮燃料乙醇发展空间都很有限。同时,我国农作物秸秆、农产品初加工剩余物、林业剩余物等资源总量丰富,是未来开发利用的重点。但是,农作物秸秆分散、体积蓬松、收获季节性强,存在运输难、堆存难、经济性差等问题,且农忙时劳动力缺乏、储存场地少,收集、运输等环节经济实用的技术装备不足;林业抚育和采伐剩余物大多分布在山地和沙丘,相对分散,主要以人工收集、运输为主,存在效率低、成本高等问题。这些收集、储运方面的客观条件在一定程度上影响了农林废弃物资源作为纤维素乙醇原料的应用。此外,纤维素乙醇关键技术及工程化尚未实现突破。

2020年12月,国务院新闻办公室发布的《新时代的中国能源发展》白皮书提出,“坚持不与人争粮、不与粮争地的原则,严格控制燃料乙醇加工产能扩张,重点提升生物柴油产品品质,推进非粮生物液体燃料技术产业化发展”。未来生物燃料乙醇技术研发过程中,仍需重点关注以纤维素等可再生资源为原料的乙醇生产技术,进一步加大其技术开发以及规模化的示范和推广应用。加大政策扶持和资金支持力度,可考虑以法律的形式规定长效的动态补贴机制,保持政策的连续性和稳定性,以确保燃料乙醇行业健康发展。

(三)燃料乙醇交通领域替代效应更直接、更紧迫

近年来,以电动汽车为代表的新能源汽车逐渐崛起,多国已宣布禁售燃油车时间,在新一轮行业趋势变化中,传统燃油汽车及汽油供应商受到的冲击无疑最大。尽管与车用液体燃料相竞争的多种新能源形式相继出现并快速发展,但生物液体燃料依然具有优势。有专家表示,就交通减排而言,虽然电动汽车和混合动力车通常被视为主要解决方案,但即使从现在起将所有新车都改为电动汽车,整个汽车行业的更新仍需几十年,具有极高的时间成本和机会成本,而生物燃料乙醇则被许多国家视为更加直接的解决方案。美国计划到2025年,生物质燃料替代中东进口原油的75%,2030年生物质燃料替代车用燃料的30%。日本计划将车用燃料中乙醇掺混比例达到50%以上。预计到2035年,生物质燃料将替代世界约一半以上的汽柴油,经济环境效益将十分显著。

换言之,乙醇汽油和交通电气化,会在不同时间尺度内逐渐吞噬燃油汽车制造商及油气供应商的市场空间。短期来看,在汽油中添加乙醇对汽油消费量的替代效应是立竿见影的,毕竟当前电动汽车保有量仍很有限,尚未对燃油车形成绝对存量替代,也未对汽油消费产生根本性冲击,但长期来看,未来交通系统的全面电气化几乎已经成为各国政府的共识。

(四)我国石油化工企业应高度重视、积极应对

我国石油化工企业在发展燃料乙醇及推广车用乙醇汽油过程中扮演着重要的角色。除了前面提到的控股或参股燃料乙醇项目外,石油化工企业还拥有完善的成品油销售体系,是我国车用乙醇汽油配送中心建设和经营、销售的主力。燃料乙醇及车用乙醇汽油对石油化工企业的炼油能力和加工方案、油品销售、企业可持续发展等均有较大影响,为此我国石油化工企业要高度重视燃料乙醇发展和车用乙醇汽油推广。如布局乙醇汽油调配中心的建设和运营,参与油品供应责任范围内的燃料乙醇项目建设和运营管理,以获得足够的燃料乙醇资源,尤其抢先开展万吨级纤维素乙醇联产高附加值化学品、纤维素乙醇联产电力工业示范,为我国纤维素乙醇大规模商业化运行提供技术支持,继续保持燃料乙醇主要生产者和车用乙醇汽油主要供应者的地位。还应顺应能源供应趋势的转变,在做好提供高质量清洁油品本职工作的同时,积极布局转型,以便在清洁、高效、智能的未来能源供应体系中占有一席之地。

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