今年7月23日，中國國家能源局正式批準中糧集團設立國家能源生物液體燃料研發(試驗)中心。就在今年9月10日剛剛結束的中美可再生能源產業論壇和中美先進生物燃料論壇第四次工作組會議上，該中心第一次代表中國政府與美國政府代表團談判，共商合作大計。這一系列事件表明，中國的能源產業格局面臨著一次重大調整。

第一代生物質能

從某種意義上說，整個人類發展史就是一部能源利用方式的進步史。

人類第一個熟練掌握的能源載體就是生物質(Biomass)。自從人類學會了鉆木取火，木頭就成了人類最主要的能量來源。木柴熱值高，易于運輸和儲存，所含能量也很容易釋放，是早期人類最喜歡的能源載體。可是，隨著人口的增長，木材的需求量飛速上漲。17世紀末期，英國為了冶煉金屬，將國內的森林幾乎砍伐殆盡。最終拯救英國森林的，恰恰是如今談之色變的煤炭。事實上，第一次工業革命之所以發生在英國，與英國豐富的煤炭資源有密不可分的關系。

因為照明的特殊需要，人類還使用過一段時間的鯨油。如果不是因為19世紀中期一名加拿大人發明了從煤炭中提取煤油的技術，鯨很可能早就滅絕了。

煤炭的熱值比木頭更高，開采和運輸也很容易，很快就代替了日漸稀少的木材，成為人們的最愛。1859年，第一口現代化油井在美國的賓夕法尼亞州噴出了原油，又一種化石能源登上了歷史舞臺。伴隨石油而來的是天然氣，現代人燒飯取暖已經離不開它了。從木頭到煤炭再到石油和天然氣，人類使用的能源載體的質量越來越好。無論從能量密度、釋放方式還是儲量多少來衡量，煤炭、石油和天然氣這三種化石能源載體都遠好于木材和鯨油等生物質能。但即使如此，化石能源仍然用了將近100年才徹底打敗了生物質能源，主宰了人類的能源市場。由此可見，能源的使用習慣具有很強的慣性，很難被改變。

就拿汽車工業來說，從石油里提煉出的汽油直接促成了汽車工業的興起，但早期的汽油非常昂貴，發明家們不得不四處尋找替代品。1900年巴黎世博會上展出的一臺迪塞爾發動機(發明人為著名的德國汽車工程師魯道夫·迪塞爾〔Rudolf Diesel〕)居然以花生油為動力！而美國汽車大王亨利·福特也曾經預言，從植物中提取的乙醇將取代汽油，成為未來汽車的動力來源。事實上，那時的美國汽車都是能燒乙醇的，直到19世紀30年代美國開始禁酒，乙醇燃料才終于被汽油打敗。自那之后，化石能源享受了半個多世紀的好時光，直到科學家發現了全球變暖的潛在威脅后，生物質能源才被重新請了回來。

當然，這些年來生物質能源也并沒有消失，世界上還有不少人靠燒柴取暖做飯。但這些都屬于“第零代”生物質能源，我們通常所說的第一代生物質能源指那些意在代替化石能源的新的能量利用方式。其中，焚燒發電是能源效率最低的做法，但卻因為技術簡便、成本較低而最先被商業化了。尤其在那些森林資源比較豐富的國家，木材加工后剩下的碎木片很容易被混入煤炭當中，燃燒發電。

但是，大多數能源專家都會告訴你，風能、太陽能、潮汐能、核能和水電才是最有前途的低碳發電方式。相比之下，生物質能最好的利用方式是做成液體燃料，代替汽油。不過，英國可再生能源專家克里斯·古德爾(Chris Goodall)通過計算發現，同樣一噸糧食，如果做成乙醇加到汽車油箱里，和先燃燒發電，再驅動一輛同等噸位的電動車相比，行駛的路程是差不多的。

但是，即使古德爾的算法是正確的，液體燃料也不會很快被淘汰，因為電動汽車的發展遇到了很多困難。除了電池的技術瓶頸外，電動汽車還會對整個汽車工業體系帶來顛覆性的沖擊，會面臨很多政治壓力。相比之下，生物乙醇替代石油的做法很容易融入現在的體系當中，遇到的阻力會小很多。

糧食乙醇項目就是在這樣的背景下上馬的。

簡單說，糧食乙醇就是先把糧食中的淀粉轉變成糖，然后通過酵母發酵的方式將糖變成乙醇。最先開始進行大規模工業化生產的是美國和巴西，這兩個國家都是農業大國，都有著廣闊的土地資源。巴西因為氣候原因盛產甘蔗，避免了水解淀粉這一步，成本降到了最低，不靠補貼也能盈利。美國則主要用玉米來生產糧食乙醇，成本較高，目前還需要國家補貼才能確保盈利。

去年美國一共生產了121億加侖(1加侖約等于3.8升)的糧食乙醇，每加侖大約補貼45美分。目前美國的汽油標準是E10，也就是乙醇含量占汽油總量的10%。去年美國一共消耗了大約1400億加侖的汽油，這樣算下來美國的糧食乙醇產量已經接近極限。不過奧巴馬政府正在考慮把標準提高到E15，這個配比對汽車發動機的工作狀態影響不大，無須另行改裝。從理論上講，汽車發動機可以承受的最高配比是E85，即使這么高的配比也只需對發動機做些小改動就行了。

乙醇的熱值比汽油差一點，但乙醇中含有氧原子，可以替代汽油中的增氧劑，因此加了少量乙醇的汽油加速性能還要更好一些。另外，乙醇可以代替汽油中的一些有毒添加劑，對環境更友好。

既然糧食乙醇有這么多好處，為什么沒有在世界范圍內普及開來呢？一個原因就是這種辦法對于減排二氧化碳的作用并不大。種玉米需要消耗大量的化肥，收割和運輸也需要能量，淀粉水解的過程還要加熱，算下來糧食乙醇只比汽油節省了大約30%的二氧化碳排放。如果再把毀林開荒造成的損失算進去，糧食乙醇并不合算。

更重要的是，目前全世界糧食供應并不富裕，用糧食造乙醇難免有與民爭糧的嫌疑。這一條正是許多環保組織批評糧食乙醇的主要罪狀，中國的糧食乙醇產業也正是在這里被卡住了。

中國的糧食乙醇起步稍晚。大約在2004年前后，中國糧食大豐收，出現了農民賣糧難的情況。為了維持糧價，保障農民利益，政府批準上馬了一批玉米乙醇加工廠。誰知2006年糧食減產，全世界的糧價也都開始瘋長，不少人便把矛頭對準了糧食乙醇工業。中國政府順應民意，迅速出臺了新政策，對燃料乙醇實行配額制管理，只允許黑龍江華潤、吉林燃料乙醇、安徽豐原、河南天冠這4家企業生產糧食乙醇，并把接受國家補貼的糧食乙醇總量限制在144萬噸的水平，這就等于為中國的糧食乙醇產量設定了上限。

“中國目前每年生產燃料乙醇172萬噸，其中以玉米為原料的大約是110萬噸，其余的用小麥和木薯(屬于‘非糧’)。生產110萬噸乙醇大約需要340萬噸玉米，相比之下，中國的玉米年產量約為1.6億噸，這點量對玉米價格影響很小。”中糧集團(以下簡稱“中糧”)生化能源事業部總經理岳國君對本刊記者說，“更重要的是，生產玉米乙醇用的都是陳化糧，有的連做飼料都不合適，拿來生產乙醇恰好是一種很好的廢物利用方式。”

在岳國君看來，中國糧食儲存能力有限，糧食乙醇正好可以用來消化部分陳糧，有利于解決豐收年農民賣糧難的問題，比國家托市收購更能有效地保護農民利益。

“美國政府就是這么做的。”山東大學生命科學院院長、生物酶專家曲音波教授對本刊記者說，“美國的糧食產能過剩，即使生產了這么多乙醇還是能保證正常的糧食出口。以前美國農民只能靠大量休耕來維持糧價，糧食乙醇工業的興起解決了美國農民的就業問題，符合美國的國家利益，所以美國政府在稅收上給予糧食乙醇很多優惠政策，極大地促進了這個行業的發展。”

據岳國君介紹，目前中國糧食乙醇的成本與工廠所在的位置有關系，比如東北是玉米的主產區，玉米價格相對較低，玉米乙醇的成本大約為每噸6000元左右，而中國目前的汽油價格是每噸5000元左右，比糧食乙醇低。但是玉米乙醇在生產過程中會產生一些具有高附加值的副產品，這樣算下來，糧食乙醇的成本已經基本上可以和汽油價格持平了。

“中國對燃料乙醇的補貼方式不利于促進企業競爭。”岳國君補充說，“美國政府對玉米乙醇企業采用招標制，并在國內實行燃料乙醇交易配額系統，把燃料乙醇的配額商品化，這兩招鼓勵了企業之間的競爭，提高了企業降低生產成本的積極性。”

據估算，中國汽車行業每年消耗的汽油總量大約為6000萬噸，如果采用類似E10的標準，未來幾年內大約需要500萬～1000萬噸燃料乙醇。目前中國只有5個省和27個城市供應加了乙醇的汽油，采用的是E10標準，燃料乙醇的年消耗量只有100多萬噸，看似發展空間很大。但岳國君和曲音波都承認，中國的糧食乙醇產業面臨諸多難以克服的障礙，實際上已無多少潛力可挖。燃料乙醇行業必須走非糧的道路，開發第二代生物質能。

第二代生物質能

自然界中年生成量最高的有機碳分子是什么？答案不是淀粉，而是纖維素。雖然兩者都是葡萄糖分子鏈接而成的長鏈，但纖維素的糖鏈更長，糖與糖之間的化學鍵更牢固，因此也就更適合被用來作為植物的結構分子。

“纖維素很像鋼筋，負責支撐植物的身體。鋼筋外面通常會包著一層起保護作用的水泥，這個角色在植物里是由半纖維素和木質素來承擔的。”曲音波教授解釋說，“問題在于，纖維素的這種功能決定了它一定很難被降解，這是多年進化出來的必然結果。”[page]所謂第二代生物質能，主要指纖維素的分解和利用。纖維素和半纖維素占全世界植物總量的一半以上，草、碎木片和農業廢棄物(比如棉花和玉米的秸稈)都是又好又廉價的纖維素來源。中國農村歷來有燒秸稈還田的傳統，每年秋收時節都會造成嚴重的空氣污染，但直到現在全世界都還沒有一家以秸稈為原料的商業化纖維素乙醇工廠，原因就在于這件事存在很多障礙。

首先，分解纖維素的技術一直是該行業的短板。物理化學法和生物酶法都說自己的效率最高，成本最低。美國政府的做法是一視同仁，選出6家采用不同工藝的企業，每家補貼3300萬～8000萬美元不等，并要求企業以兩倍的力度匹配。也就是說，這6種技術路線分別獲得了1億～2億美元的研發資金。

相比之下，中國政府在這方面的投資相對保守。中國的纖維素乙醇項目通常只能從政府拿到幾百萬人民幣的研發經費，和美國相比少得可憐。“由于經費和研發力量投入不足，盡管這幾年不斷有人宣稱自己做出了纖維素乙醇，成本低于汽油，但他們的技術都還不夠完善，無法真正實現產業化。”曲音波教授對本刊記者說，“直到近幾年政府才終于開始重視，加大了撥款力度。中科院還自己拿出了3000萬元的科研經費，組織力量攻關，力爭盡快取得突破。”

作為中國纖維素乙醇領域的領頭羊，中糧選擇了一個相對簡便的做法。2006年，中糧和丹麥的諾維信(Novozymes)公司結成合作伙伴關系，共同開發中國的纖維素乙醇市場。諾維信是全世界最大的酶制劑生產企業，2009年的銷售額高達84億丹麥克朗(約合人民幣100億元)，做出這個成績的居然只是一個5000多人的團隊。諾維信承諾每年拿出銷售額的14%用于研發，近兩年更是把大部分研發經費都投在了纖維素乙醇項目上。“我們還從美國能源部拿到了1450萬美元研發經費，在美國的中試廠已經將每加侖纖維素乙醇所需酶的成本降到了50美分左右。”諾維信公司總裁兼首席執行官李斯閣(Steen Riisgaard)對本刊記者說。

“諾維信今年2月剛剛在中國市場投放了新一代纖維素酶‘諾賽力二代’(Cellic CTec 2)，酶用量比過去下降了很多。”諾維信(北京)研發中心高級總監吳文平博士對本刊記者說，“不過這個產品還是有點貴，我們正在積極研發‘諾賽力三代’，爭取在2～3年內能夠達到商業化水平。”

中糧把酶的問題交給諾維信，自己則把精力放在了工藝方面。“前兩年大家都把研究重點放在了酶上，但我認為這個問題已經基本得到了解決。”岳國君對本刊記者說，“中糧的研究重點是纖維素原料的預處理技術，從秸稈切割到發酵罐的加熱，從控制發酵黏度到提高固液分離效率，甚至最后的廢水處理，每一步都面臨著諸多技術困難，被攻克的難度一點也不亞于纖維素酶。這些技術涉及工程技術領域的方方面面，直接關系到產品成本。”

2006年，中糧在黑龍江的肇東建設了一個年產1000噸纖維素乙醇的中試裝置，通過不斷的技術改進，4年來成本下降了2/3。就在去年，美國的普渡大學對全世界20多家纖維素中試工廠送來的預處理物料進行了一次評選，中糧送交的樣品在質量上位列第4名。

2009年，中糧又和中石化結成了合作伙伴關系，進一步鞏固了其在中國纖維素乙醇行業領頭羊的地位。三方計劃下一步成立合資公司，爭取在明年開始動工建設中國第一座年產1萬噸的示范裝置，這將是纖維素乙醇產業全面開花前的最后一步。

但是，這個產業在中國還需解決一個重要問題，那就是原料的采集。秸稈是農業廢棄物，不是每天都有；中國又是以小農經濟為主，秸稈收集有一定的困難；中國的公路條件較差，運輸成本較高。這些因素必將影響到原料供應的穩定性和成本。但是，岳國君對此很樂觀。“中國在秸稈商業化收集這塊已經有經驗了，國家電網下屬的國能生物質燃燒發電項目已經運行了很多年，目前有20多家電廠，遍布全國。所以我認為，一旦下游的問題解決，上游有現成的案例可供借鑒。”

作為纖維素乙醇項目開展得最好的國家，美國也一直對中國的情況很感興趣。早在2006年，中糧就代表中國企業和美方簽署了合作備忘錄，雙方約定互相交流經驗，分享成果。今年7月23日，國家能源局正式批準中糧集團設立國家能源生物液體燃料研發(試驗)中心，這就等于給中糧穿上了“纖維素乙醇產業國家隊”的隊服。今年9月10日剛結束的中美可再生能源產業論壇和中美先進生物燃料論壇第四次工作組會議，是中糧第一次代表國家與美國政府代表團談判，中糧、中石化和諾維信的專家與美國能源部、農業部、橡樹嶺國家實驗室和愛達荷實驗室的同行們共同商定，立即開始對中國的上游原料收集和供應體系做一個案例研究，希望能在原料種植、收購和物流體系方面找出最佳方案，盡快確定1～2個原料品種，選出最合理的廠址。

那么，從宏觀角度看，中國究竟有多少原料可以用來生產纖維素乙醇呢？為了回答這個問題，諾維信于2008年和國際著名的咨詢公司麥肯錫合作，對中國的纖維素乙醇市場做調研。據麥肯錫計算，中國每年產生大約6億噸農業廢棄物(主要是秸稈)，除了用于飼料和還田之外，還應該有2億噸可以被用來生產5500萬噸纖維素乙醇，這幾乎等于目前中國的汽油總消耗量。麥肯錫估計，到2020年時，中國生產的纖維素乙醇將可以替代3100萬噸汽油，每年為中國帶來320億元人民幣的收入，創造600萬個就業機會。而且這些機會主要是在農村地區創造的，所以它給中國帶來的收益既是能源安全和GDP的增值，更可以為城鄉的均衡發展提供新的可能性。

纖維素乙醇項目還需解決兩個小問題，第一是與秸稈還田的矛盾。從表面上看，纖維素乙醇工廠剩下的殘渣含有全部的金屬和微量元素，和燒秸稈剩下的灰沒有區別，只要把工廠殘渣還田就可以了。但是秸稈中含有的有機物也不能忽視，它們是土壤微生物的養料。換句話說，如果想完全恢復土壤肥力，正確的做法也許是秸稈切碎后不燒，直接還田。不過，兩種方式到底對土壤有何影響，目前尚缺乏研究。

第二，纖維素乙醇的生產過程需要消耗大量能量，是否真能降低溫室氣體排放呢？曲音波教授認為，這一點恰好是纖維素乙醇比糧食乙醇好的地方。原來，秸稈中含有的纖維素和半纖維素理論上都能被轉化成乙醇，但木質素則不可以。但是木質素的熱值幾乎和煤炭一樣高，非常適合用來焚燒發電。事實上，纖維素乙醇工廠的旁邊都會另建一座發電廠，燃燒木質素殘渣就足以提供本廠所需的全部電力和蒸汽。

那么，這么好的產業，為什么還沒有迅速推廣呢？問題就在成本上。根據曲音波的估算，目前中國纖維素乙醇的生產成本多半都還在每噸8000元以上，高于汽油目前的價格。如果石油價格在未來的幾年內沒有大幅度增長，纖維素乙醇就必須大幅度降低成本，否則只能依靠國家補貼才能維持下去。

美國政府為本國纖維素乙醇產業預定的補貼力度為每加侖1.01美元，大約折合為每升2元人民幣。岳國君告訴本刊記者，按照中糧的估算，如果中國政府采用和美國同等的補貼力度，中國的纖維素乙醇產業是可以盈利的。

“很多人覺得生物燃料產業需要大量的國家補貼才能生存，這是有偏見的。”岳國君對本刊記者解釋說，“國家為了鼓勵石油行業收購生物燃料，規定他們在收購乙醇時在價格上乘以0.911的系數，但他們賣汽油時則按原價賣出，這個差價讓石油行業賺走了。如果沒有這個系數，我們的補貼力度完全可以再降低很多。”

曲音波則從另一個角度解釋了纖維素產業的巨大潛力：“評價這個行業的價值，不能光看它能產生多少燃料乙醇。要知道，石油不光可以制造汽油，還可以同時生產很多其他化工產品。纖維素和半纖維素變成糖后，同樣可以同時生產多種多樣的化工產品，這就可以用來替代石油的這部分功能，并通過分擔原料和加工成本，使得生物煉制產業變為盈利的產業。”

曲音波正在和一家工廠合作，利用玉米芯中的半纖維素部分生產木寡糖和木糖醇，而剩余的大量纖維素殘渣也可以很容易地轉化為燃料乙醇，木質素也可轉化為化工產品。目前這項先進技術正在進行中試研究，已經可能盈利了。諾維信也和東北大成集團簽約，幫助他們從秸稈中提取丙二醇。丙二醇是化纖工業的基礎原料，既可以做衣服，也可以做成各種化纖制品。這項技術已經成熟，預計在幾年內就可以開始運營了。