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生物能源:非糧液體燃料產業化破曉

2009-09-18 09:24:57 《中國投資》   作者: 馮志卿  

對比美、歐、日、韓等發達國家對待新能源的態度,國家發改委副主任、能源局局長張國寶曾警告說:“如果我們再不重視,不能從一個更高的視野審視新能源發展問題,預計再過10年,將會突然發現,我們又落到別人后面了。到時候,我們即使想追也追不上了”。

  警告并非危言聳聽。國家能源局發布的《中國能源發展報告2009》預計,2009年中國原油產量1.93億噸,增長2.1%;石油進口量2.07億噸,增長2.1%。中國石油對外依存度已經超過50%。這意味著,我國每天需進口567萬噸石油才能維持社會經濟正常運轉。

  因此,開發新能源成為應對能源危機的不二選擇,而能以液態方式替代化石能源的,又非生物能源莫屬。近年,生物能源在國內有一定發展,但是原料、技術已成為產業發展的瓶頸,在產業尚處幼年期,企業對國家的扶持尤為渴望。

  6月出臺的《促進生物產業加快發展若干政策》(以下簡稱《政策》)讓企業看到了希望。《政策》再次明確:對經批準生產的非糧燃料乙醇、生物柴油、生物質熱電等重要生物能源產品,國家給予適當支持。

  針對《政策》的出臺,本刊廣泛采訪了生物能源的領軍企業中糧集團、河南天冠集團、山東生物柴油集團、國能生物發電集團有限公司、華北制藥集團以及中科院研究員馬延和、北京化工大學副校長譚天偉、國家發改委可再生能源發展中心主任王仲穎等生物能源專家。我們試圖探尋:哪些生物能源最適合解決未來的能源危機?哪些應該得到重點支持?加快產業發展的最佳路徑在哪里?

  纖維素乙醇展望

  20世紀70年代的石油危機掀起了對生物液體燃料替代石油的研究熱潮。美國和巴西分別利用玉米和甘庶生產燃料乙醇獲得成功,歐洲各國使用植物油生產生物柴油也達到規模化生產。

  與其他國家相比,中國燃料乙醇起步晚,2004年才開始大規模產業化生產,不過,中國燃料乙醇發展迅速,短短3年間,中國就成為繼美國、巴西之后世界第三大燃料乙醇生產國。當下,燃料乙醇已在黑龍江、吉林、遼寧、河南、安徽、廣西6省及湖北、山東、河北、江蘇4省的27個市試點車用乙醇汽油,實現封閉運行。

  在目前國家核準的4套糧食乙醇和首套木薯乙醇生產裝置中,有4家為中糧集團直接或間接投資。中糧集團生化能源事業部副總經理郝小明告訴《中國投資》,2008年全國燃料乙醇產量超過160萬噸,中糧產量過半。經過系統有序試點,燃料乙醇在政策法規、市場銷售及技術服務方面均取得寶貴經驗,國內燃料乙醇市場銷售良好。油價高企時,銷售商希望銷售更多的乙醇汽油。為保證燃料乙醇生產企業合理利潤,除免征生產企業5%的消費稅,企業增值稅先征后返外,當糧價波動給生產商帶來風險時,國家以彈性財政補貼予以支持。

  隨著糧食燃料乙醇的快速發展,原料問題成為產業快速發展的瓶頸。2007年6月國務院常務會議專門提出,發展燃料乙醇“不得占用耕地,不得大量消耗糧食,不得破壞環境”,堅持發展非糧燃料乙醇。

  “根據中國的國情,未來燃料乙醇發展將因地制宜,重點發展纖維素、木薯、紅薯、甜高粱等非糧原料乙醇”,中糧科學研究院生化研究中心武國慶博士說。

  郝小明認為發展非糧乙醇有兩條路可行:近期可因地制宜,資源互補。因各地氣候、環境差異大,原料生產周期和原料保存等問題,難以滿足工業化連續生產的穩定供應,此時迫切需要國家采取靈活政策,在非糧原料欠缺情況下,用少量糧食補充,以保證生產線的正常運轉,否則開數月,停數月,企業無經濟效益,做不下去。

  遠期可行之道,也是最重要的路徑,就是突破纖維素乙醇的技術瓶頸。纖維素乙醇也稱第二代生物液體燃料,利用先進技術從包括玉米秸稈、麥稈、干草、木材等農林業廢棄物中獲取燃料乙醇。因技術難度大,國際上已研究幾十年,因成本過高,至今未實現大規模工業化生產。

  對于掌握纖維素乙醇生產技術,美國志在必得。小布什時期,2007年美國能源部(DOE)宣布對生物燃料研發投入10億美元,同年斥資3.85億美元計劃在未來3-4年支持6個商業生物煉制示范工廠發展纖維乙醇商業化技術。2008年美國國會通過了對纖維素生產燃料乙醇的生產商實施稅收優惠的新政策,確定每加侖燃料乙醇免稅1.01美元。這意味著未來纖維素乙醇補貼為目前糧食乙醇補貼的2.24倍。奧巴馬上臺后簽署了一項發展先進生物燃料總統指令:對于已成熟或基本成熟的技術和工藝,政府大力支持,盡快實現產業化的突破。同時在2007年的基礎上,DOE計劃再度出資4.8億美元資助10—20個中試示范規模的項目。

  美國政府對纖維素乙醇研發企業的鼎力支持,讓郝小明他們極為羨慕。他說,目前高昂的生產成本迫使纖維素乙醇的生產多處于中試階段,許多關鍵技術有待突破。尤其原料預處理技術和高效纖維素酶低成本的生產技術是核心難題。

  為突破技術難關,中糧與中國石化、世界著名的酶制劑公司諾維信進行戰略合作。2006年4月,中糧在黑龍江肇東正式啟動建設500t纖維素乙醇中試裝置。截至目前,中糧、諾維信等已投入1億多研發資金。據郝小明估計,纖維素達到工業化生產,至少還需要4-5年時間,這期間研發投入的總數還不可預測。

  在短期技術無法突破情況下,中糧管理層已倍感壓力。據郝小明透露,研發資金上目前中糧僅得到財政部貼息補助近千萬資金,其余全為企業投入。國資委鼓勵企業研發,但每年對管理層的業績考核是剛性的,在未取得技術突破前,研發投入不算成績。所以,作為國企高管,即使想為企業長遠謀劃,通過研發作重大戰略技術儲備,在當前管理體制下也有難度。看到國外企業在政府支持下,跑得快,郝小明內心焦急,但也很無奈。

  河南天冠集團總工程師杜風光也有類似心聲。他告訴《中國投資》,希望國家發改委、財政部設立纖維素乙醇產業發展專項基金,支持纖維素乙醇產業化攻關。同時希望科技部在“十二五”重大項目安排上能優先設立推動纖維乙醇產業化項目,爭取在2012-2015年初步實現纖維乙醇的產業化。

  據杜風光介紹,天冠集團計劃今年年底完成萬噸級工藝、設備的定型工作,為纖維素乙醇規模化復制做好前期工作。

  對纖維素乙醇這種影響國家能源未來發展的重大技術,中科院研究員馬延和認為,決策者要借鑒國外經驗并結合本國實情,以市場為主,提高宏觀調控水平,建立財稅政策保障體系和彈性虧損補貼機制,同時加大研發投入力度,把培養引進人才作為突破口,提高創新能力及科技成果轉化率。否則,過去失敗的教訓會重新上演。

  尋找生物柴油新原料

  發展生物柴油,技術不是問題,占成本70%-80%的原料才是制約產業發展的關鍵。歐美生物柴油主要以大豆、菜籽毛油為原料,成本高昂。中國食用油短缺,不允許使用大豆、菜籽油作原料,2008年中國進口3700萬噸大豆和814萬噸食用植物油。目前中國生物柴油的原料以廢棄油脂為主,雖然原料來源相對廣泛,但是來源地分散,收集成本高,并不適合工業化大規模生產,所以許多投資者正在考慮以木本油料作物作替代。

  本次《政策》也指出,“生物能源領域要加快培育速生、高含油、高熱值、高產專用能源植物品種”,“積極開展以甜高粱、薯類、小桐子、黃連木、光皮樹、文冠果以及植物纖維等非糧食作物為原料的液體燃料生產試點”。

  目前中國有數十家生物柴油企業,產能超過200萬噸/年,由于原料價格暴漲導致企業微利甚至虧本,實際開工項目較少,年產量僅10-20萬噸。另外,產量少,質量也參差不齊。中國尚未制定促進生物柴油銷售和使用的相關政策。雖然2007年5月正式實施了國家生物柴油質量標準(BD100),但生物柴油和化石柴油的混和國標(BD5)還未出臺,生物柴油銷售至今未能進入公共加油站系統,產業發展緩慢。

  由于農業生產、城市公交主要消耗柴油,中國自然是柴油消費大國。國產柴油量不足,無法滿足國內柴油消費需求。為適應中國特殊的燃料消費結構,特別是春耕和秋收之時,國家要求煉化企業必須提高柴汽比。2007年柴汽比已從1997年的1.41提高到2.06,柴汽比不斷上升給煉化企業帶來巨大經營壓力,因為生產柴油企業不贏利,柴汽比提高,企業收益下降。

  大力發展生物柴油將在一定程度增加柴油供應,提升柴汽比,減少“柴油荒”發作的次數。山東生物柴油集團(簡稱山柴)生產規模位居國內前列,年產能10萬噸。山柴董事長方才臣告訴《中國投資》,生物柴油最大瓶頸是原料。為破解原料難題,他近年多次出國,遍尋產油高的良木,最終決定在巴西投資種植含油量高的棕櫚樹。另外,山柴還在山東聊城黃河古道的沙荒地上大面積種植黃連木和文冠果。此舉不占耕地,還可帶動農民就業和增加收入,得到了地方政府支持。

  方才臣還透露了他的苦惱:從成品油價格改革后,過去鼓勵生物柴油發展,國家未征收消費稅,而現在開始征收,每噸920元。“太重,企業受不了!”據他了解,這項新政策,讓許多企業停產或轉行。他另一個迫切愿望是,希望國家盡快出臺BD5國家標準,讓產品進入主流銷售渠道。

  對于生物柴油原料問題,北京化工大學副校長譚天偉教授找到另一條道路:把發展生物柴油與環保、循環經濟聯系起來。他告訴《中國投資》,生物柴油原料不能局限于能源植物上,工業廢水也可以成為原料。目前,譚天偉與山東一家淀粉企業合作,通過先進技術提取廢水中的油脂作生物柴油原料。原來淀粉廠處理廢水每噸需花4.8元,廢水化身原料后,不僅污染解決了,每噸廢水還倒賺3元錢。

  據譚天偉透露,該項目已得到科技部支持,下一步將建設60萬噸的工業化示范裝置,爭取能得到國家發改委產業化示范資金支持。

  其實,生物柴油另一個原料突破路徑已被美國能源部長朱棣文間接指明。譚天偉說,此次朱棣文訪華,專程去河北廊坊參觀訪問民營清潔能源企業新奧集團,對新奧集團通過培育油藻,為生物柴油提取原料高度評價。“油藻吸收大量的二氧化碳,生長快,含油量又高,若掌握技術,這將又是一個巨大的技術突破”,譚說。

  非糧生物丁醇:

  下一個生物液體燃料?

  丁醇本是重要化工原料,過去主要作溶劑,也是涂料、塑料和橡膠等產品的主要原料。近年,美國科學家研究發現,丁醇還是一種極具潛力的新型生物燃料,與乙醇相比,丁醇燃值更高,性能上與汽油更接近。

  華北制藥集團(以下簡稱華藥)首席科學家王正品告訴《中國投資》,丁醇可由化學合成法和發酵法生產。化學合成法以石油基為原料,發酵法以糧食為原料。發酵法生產的生物丁醇已有40多年歷史,過去因化石工業迅猛發展,生物丁醇生產原料糖蜜成本上升,導致國內外生物丁醇紛紛停產,1996年,華藥成為國內最后一家停產的丁醇生產企業。

  近年石油價格不斷上漲,讓生物丁醇迎來復興的機遇。2006年6月,美國杜邦公司宣布,將與英國BP公司合作開發燃料生物丁醇項目。擁有亞洲最大發酵基地的華藥,在國內也率先啟動生物丁醇燃料項目。

  王正品稱,因為丁醇作燃料添加劑或替代劑優于乙醇,2009年,英國政府專門發文,生物丁醇可作為燃料添加劑供機動車使用。過去,生物丁醇主要用玉米作原料,生產工藝成熟,但玉米是糧食作物,所以,在中國發展生物丁醇只能走非糧路線。王正品坦承,因為原料、菌種和環保等技術難題沒有革命性突破,非糧生物丁醇的生產成本目前太高,還不能產業化生產和應用。

  據王正品透露,2008年,華藥成功申報國家發改委生物基材料高技術產業化專項,得到600萬資金支持。該項目將依托華藥現有1.2萬噸生物丁醇生產裝置,開展非糧發酵制造生物丁醇的技術研發和產業化研究,通過技術研發和改造,將建成年產10萬噸生物丁醇的高技術產業化示范工程。

  王正品說,華藥與長城汽車研究院合作對丁醇進行了汽車燃料替代試驗,初步試驗結果表明,丁醇可作為生物液體燃料,具備更優異的性能指標;下一步將按現行燃料標準對生物丁醇做更為完善和全面的性能測試,為制定燃料丁醇標準奠定基礎。

  在非糧原料替代、菌種改造、發酵工藝、環保改造等核心技術攻關上,華藥選擇與世界各專業研究機構和大學開展合作開發。目前已和中科院微生物所、美國華盛頓州立大學、俄亥俄州立大學、美國杜邦、英國BP公司等國內外各大生物化工公司進行了合作。

  王正品表示,通過該項目的順利實施,華藥有望將丁醇生產成本降低,使燃料丁醇成為第二代替代燃料成為可能,為我國的能源安全和經濟可持續發展提供有力保障。

  生物質發電完善之路

  自2006年12月1日國能生物發電集團有限公司(以下簡稱國能生物)單縣生物發電項目正式并網發電以來,我國5大發電集團以及一些民營企業和外資企業紛紛涉水生物質發電行業。

  生物質發電對解決三農問題頗有幫助。國能生物經理呂承友告訴《中國投資》,單縣裝機容量3萬千瓦,建成投產后,一年消耗秸桿約30萬噸,生產“綠色電力”超過2億度。一畝棉田能產生400公斤秸桿,賣給電廠,能收入100元,單縣項目一年可為當地農民增收6000—8000萬元。圍繞秸稈的收加儲運,能夠吸納1000多人的農業勞動。

  秸稈集中發電,也能解決許多環境問題。呂承友說,在秸稈發電的地方,過去秸稈焚燒公害基本被終結。另外,秸稈發電基本不增加溫室氣體,所燃燒的是植物當年或前一年轉化的空氣中的碳,而煤炭、石油、天然氣則是幾億年前存儲的碳。一臺標準的生物質發電機組,與同功率火電機組相比,每年可減少二氧化碳15萬噸以上。而且秸稈含硫量極低,且能被植物循環吸收,對自然界基本不增加硫的排放。傳統火電廠燃煤后大約有30%的廢渣產生;而生物質直燃發電產灰率僅為2%左右,灰粉中富含鉀等礦物質元素,適當加工可制成高效肥料。

  國能生物目前仍是國內生物質發電的龍頭老大。截至目前,國能生物國內投產項目18個,裝機容量39.6萬千萬。另外,在全國10余省中已獲核準項目40余個。2008年國能投產項目消耗農林廢棄物200多萬噸,為當地農民增收約6億元,替代標煤100萬噸,減排二氧化碳170萬噸以上。

  據呂承友透露,目前國家對生物質發電采取鼓勵支持政策。生物質發電不受電網調峰約束,電網公司按當地2005年脫硫標桿電價全額收購。此外,發電公司每度電獲財政補貼0.25元。

  不過,盡管國家給予了電價優惠政策,但生物質發電的盈利水平仍然不如常規火電。一方面是單位造價高,單位千瓦的投資額為常規火電投資的2倍以上。另外由于中國特殊的農業種植模式,農機設備也不配套,秸稈收購成本降不下來。所以,前期投資的生物質發電項目全國大面積虧損。為支持這個新興清潔能源產業的發展,國家經過調研,現在又對生物質發電增加了每度0.1元的臨時電價補貼,緩解了當前困難。

  呂承友認為,目前生物質發電還屬起步階段,行業發展還需要國家更完善的政策支持。例如,經過兩年多運營,國能生物發現一個怪現象:越是落后不發達的地區,電價越低。而秸桿收購價全國幾乎相同,原料成本占生產成本大部分,若按照當地脫硫標桿電價售電,即使加上政府補貼,企業也會虧損,所以,這直接影響投資商對落后地區的投資積極性。按惠農本意,這些地區的農民最需要生物質發電項目的支持。所以,國能生物希望國家在生物質電價機制上采取全國或區域統一的模式,與不久前發布的風電價格政策類似,這樣可以更好地兼顧落后地區農民的利益。

  對于生物能源發展問題,國家發改委能源研究所可再生能源發展中心主任王仲穎以更宏觀的視角告訴《中國投資》:“全球經濟危機,其實為中國提供了一個建設基礎產業的良好機遇。我國未來最缺乏的是油、氣資源,所以,國家應加快重點扶持第二代生物液體能源的發展。另外,各種生物能源要齊頭并進,加快發展,在重大技術攻關和儲備上,中國應發揮集中力量辦大事的優勢,組織產學研聯合攻關,國家給資金支持。另一方面,中國應該建設國家級節能中心。對各類能源資源,包括生物資源進行詳查摸底,了解家底有多大,提前規劃好哪些地方更適合哪種能源開發,這是國家當下需緊急辦的大事”。




責任編輯: 張磊

標簽:生物能源