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生物能源:非粮液体燃料产业化破晓

2009-09-18 09:24:57 《中国投资》   作者: 冯志卿  

对比美、欧、日、韩等发达国家对待新能源的态度,国家发改委副主任、能源局局长张国宝曾警告说:“如果我们再不重视,不能从一个更高的视野审视新能源发展问题,预计再过10年,将会突然发现,我们又落到别人后面了。到时候,我们即使想追也追不上了”。

  警告并非危言耸听。国家能源局发布的《中国能源发展报告2009》预计,2009年中国原油产量1.93亿吨,增长2.1%;石油进口量2.07亿吨,增长2.1%。中国石油对外依存度已经超过50%。这意味着,我国每天需进口567万吨石油才能维持社会经济正常运转。

  因此,开发新能源成为应对能源危机的不二选择,而能以液态方式替代化石能源的,又非生物能源莫属。近年,生物能源在国内有一定发展,但是原料、技术已成为产业发展的瓶颈,在产业尚处幼年期,企业对国家的扶持尤为渴望。

  6月出台的《促进生物产业加快发展若干政策》(以下简称《政策》)让企业看到了希望。《政策》再次明确:对经批准生产的非粮燃料乙醇、生物柴油、生物质热电等重要生物能源产品,国家给予适当支持。

  针对《政策》的出台,本刊广泛采访了生物能源的领军企业中粮集团、河南天冠集团、山东生物柴油集团、国能生物发电集团有限公司、华北制药集团以及中科院研究员马延和、北京化工大学副校长谭天伟、国家发改委可再生能源发展中心主任王仲颖等生物能源专家。我们试图探寻:哪些生物能源最适合解决未来的能源危机?哪些应该得到重点支持?加快产业发展的最佳路径在哪里?

  纤维素乙醇展望

  20世纪70年代的石油危机掀起了对生物液体燃料替代石油的研究热潮。美国和巴西分别利用玉米和甘庶生产燃料乙醇获得成功,欧洲各国使用植物油生产生物柴油也达到规模化生产。

  与其他国家相比,中国燃料乙醇起步晚,2004年才开始大规模产业化生产,不过,中国燃料乙醇发展迅速,短短3年间,中国就成为继美国、巴西之后世界第三大燃料乙醇生产国。当下,燃料乙醇已在黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽、广西6省及湖北、山东、河北、江苏4省的27个市试点车用乙醇汽油,实现封闭运行。

  在目前国家核准的4套粮食乙醇和首套木薯乙醇生产装置中,有4家为中粮集团直接或间接投资。中粮集团生化能源事业部副总经理郝小明告诉《中国投资》,2008年全国燃料乙醇产量超过160万吨,中粮产量过半。经过系统有序试点,燃料乙醇在政策法规、市场销售及技术服务方面均取得宝贵经验,国内燃料乙醇市场销售良好。油价高企时,销售商希望销售更多的乙醇汽油。为保证燃料乙醇生产企业合理利润,除免征生产企业5%的消费税,企业增值税先征后返外,当粮价波动给生产商带来风险时,国家以弹性财政补贴予以支持。

  随着粮食燃料乙醇的快速发展,原料问题成为产业快速发展的瓶颈。2007年6月国务院常务会议专门提出,发展燃料乙醇“不得占用耕地,不得大量消耗粮食,不得破坏环境”,坚持发展非粮燃料乙醇。

  “根据中国的国情,未来燃料乙醇发展将因地制宜,重点发展纤维素、木薯、红薯、甜高粱等非粮原料乙醇”,中粮科学研究院生化研究中心武国庆博士说。

  郝小明认为发展非粮乙醇有两条路可行:近期可因地制宜,资源互补。因各地气候、环境差异大,原料生产周期和原料保存等问题,难以满足工业化连续生产的稳定供应,此时迫切需要国家采取灵活政策,在非粮原料欠缺情况下,用少量粮食补充,以保证生产线的正常运转,否则开数月,停数月,企业无经济效益,做不下去。

  远期可行之道,也是最重要的路径,就是突破纤维素乙醇的技术瓶颈。纤维素乙醇也称第二代生物液体燃料,利用先进技术从包括玉米秸秆、麦秆、干草、木材等农林业废弃物中获取燃料乙醇。因技术难度大,国际上已研究几十年,因成本过高,至今未实现大规模工业化生产。

  对于掌握纤维素乙醇生产技术,美国志在必得。小布什时期,2007年美国能源部(DOE)宣布对生物燃料研发投入10亿美元,同年斥资3.85亿美元计划在未来3-4年支持6个商业生物炼制示范工厂发展纤维乙醇商业化技术。2008年美国国会通过了对纤维素生产燃料乙醇的生产商实施税收优惠的新政策,确定每加仑燃料乙醇免税1.01美元。这意味着未来纤维素乙醇补贴为目前粮食乙醇补贴的2.24倍。奥巴马上台后签署了一项发展先进生物燃料总统指令:对于已成熟或基本成熟的技术和工艺,政府大力支持,尽快实现产业化的突破。同时在2007年的基础上,DOE计划再度出资4.8亿美元资助10—20个中试示范规模的项目。

  美国政府对纤维素乙醇研发企业的鼎力支持,让郝小明他们极为羡慕。他说,目前高昂的生产成本迫使纤维素乙醇的生产多处于中试阶段,许多关键技术有待突破。尤其原料预处理技术和高效纤维素酶低成本的生产技术是核心难题。

  为突破技术难关,中粮与中国石化、世界著名的酶制剂公司诺维信进行战略合作。2006年4月,中粮在黑龙江肇东正式启动建设500t纤维素乙醇中试装置。截至目前,中粮、诺维信等已投入1亿多研发资金。据郝小明估计,纤维素达到工业化生产,至少还需要4-5年时间,这期间研发投入的总数还不可预测。

  在短期技术无法突破情况下,中粮管理层已倍感压力。据郝小明透露,研发资金上目前中粮仅得到财政部贴息补助近千万资金,其余全为企业投入。国资委鼓励企业研发,但每年对管理层的业绩考核是刚性的,在未取得技术突破前,研发投入不算成绩。所以,作为国企高管,即使想为企业长远谋划,通过研发作重大战略技术储备,在当前管理体制下也有难度。看到国外企业在政府支持下,跑得快,郝小明内心焦急,但也很无奈。

  河南天冠集团总工程师杜风光也有类似心声。他告诉《中国投资》,希望国家发改委、财政部设立纤维素乙醇产业发展专项基金,支持纤维素乙醇产业化攻关。同时希望科技部在“十二五”重大项目安排上能优先设立推动纤维乙醇产业化项目,争取在2012-2015年初步实现纤维乙醇的产业化。

  据杜风光介绍,天冠集团计划今年年底完成万吨级工艺、设备的定型工作,为纤维素乙醇规模化复制做好前期工作。

  对纤维素乙醇这种影响国家能源未来发展的重大技术,中科院研究员马延和认为,决策者要借鉴国外经验并结合本国实情,以市场为主,提高宏观调控水平,建立财税政策保障体系和弹性亏损补贴机制,同时加大研发投入力度,把培养引进人才作为突破口,提高创新能力及科技成果转化率。否则,过去失败的教训会重新上演。

  寻找生物柴油新原料

  发展生物柴油,技术不是问题,占成本70%-80%的原料才是制约产业发展的关键。欧美生物柴油主要以大豆、菜籽毛油为原料,成本高昂。中国食用油短缺,不允许使用大豆、菜籽油作原料,2008年中国进口3700万吨大豆和814万吨食用植物油。目前中国生物柴油的原料以废弃油脂为主,虽然原料来源相对广泛,但是来源地分散,收集成本高,并不适合工业化大规模生产,所以许多投资者正在考虑以木本油料作物作替代。

  本次《政策》也指出,“生物能源领域要加快培育速生、高含油、高热值、高产专用能源植物品种”,“积极开展以甜高粱、薯类、小桐子、黄连木、光皮树、文冠果以及植物纤维等非粮食作物为原料的液体燃料生产试点”。

  目前中国有数十家生物柴油企业,产能超过200万吨/年,由于原料价格暴涨导致企业微利甚至亏本,实际开工项目较少,年产量仅10-20万吨。另外,产量少,质量也参差不齐。中国尚未制定促进生物柴油销售和使用的相关政策。虽然2007年5月正式实施了国家生物柴油质量标准(BD100),但生物柴油和化石柴油的混和国标(BD5)还未出台,生物柴油销售至今未能进入公共加油站系统,产业发展缓慢。

  由于农业生产、城市公交主要消耗柴油,中国自然是柴油消费大国。国产柴油量不足,无法满足国内柴油消费需求。为适应中国特殊的燃料消费结构,特别是春耕和秋收之时,国家要求炼化企业必须提高柴汽比。2007年柴汽比已从1997年的1.41提高到2.06,柴汽比不断上升给炼化企业带来巨大经营压力,因为生产柴油企业不赢利,柴汽比提高,企业收益下降。

  大力发展生物柴油将在一定程度增加柴油供应,提升柴汽比,减少“柴油荒”发作的次数。山东生物柴油集团(简称山柴)生产规模位居国内前列,年产能10万吨。山柴董事长方才臣告诉《中国投资》,生物柴油最大瓶颈是原料。为破解原料难题,他近年多次出国,遍寻产油高的良木,最终决定在巴西投资种植含油量高的棕榈树。另外,山柴还在山东聊城黄河古道的沙荒地上大面积种植黄连木和文冠果。此举不占耕地,还可带动农民就业和增加收入,得到了地方政府支持。

  方才臣还透露了他的苦恼:从成品油价格改革后,过去鼓励生物柴油发展,国家未征收消费税,而现在开始征收,每吨920元。“太重,企业受不了!”据他了解,这项新政策,让许多企业停产或转行。他另一个迫切愿望是,希望国家尽快出台BD5国家标准,让产品进入主流销售渠道。

  对于生物柴油原料问题,北京化工大学副校长谭天伟教授找到另一条道路:把发展生物柴油与环保、循环经济联系起来。他告诉《中国投资》,生物柴油原料不能局限于能源植物上,工业废水也可以成为原料。目前,谭天伟与山东一家淀粉企业合作,通过先进技术提取废水中的油脂作生物柴油原料。原来淀粉厂处理废水每吨需花4.8元,废水化身原料后,不仅污染解决了,每吨废水还倒赚3元钱。

  据谭天伟透露,该项目已得到科技部支持,下一步将建设60万吨的工业化示范装置,争取能得到国家发改委产业化示范资金支持。

  其实,生物柴油另一个原料突破路径已被美国能源部长朱棣文间接指明。谭天伟说,此次朱棣文访华,专程去河北廊坊参观访问民营清洁能源企业新奥集团,对新奥集团通过培育油藻,为生物柴油提取原料高度评价。“油藻吸收大量的二氧化碳,生长快,含油量又高,若掌握技术,这将又是一个巨大的技术突破”,谭说。

  非粮生物丁醇:

  下一个生物液体燃料?

  丁醇本是重要化工原料,过去主要作溶剂,也是涂料、塑料和橡胶等产品的主要原料。近年,美国科学家研究发现,丁醇还是一种极具潜力的新型生物燃料,与乙醇相比,丁醇燃值更高,性能上与汽油更接近。

  华北制药集团(以下简称华药)首席科学家王正品告诉《中国投资》,丁醇可由化学合成法和发酵法生产。化学合成法以石油基为原料,发酵法以粮食为原料。发酵法生产的生物丁醇已有40多年历史,过去因化石工业迅猛发展,生物丁醇生产原料糖蜜成本上升,导致国内外生物丁醇纷纷停产,1996年,华药成为国内最后一家停产的丁醇生产企业。

  近年石油价格不断上涨,让生物丁醇迎来复兴的机遇。2006年6月,美国杜邦公司宣布,将与英国BP公司合作开发燃料生物丁醇项目。拥有亚洲最大发酵基地的华药,在国内也率先启动生物丁醇燃料项目。

  王正品称,因为丁醇作燃料添加剂或替代剂优于乙醇,2009年,英国政府专门发文,生物丁醇可作为燃料添加剂供机动车使用。过去,生物丁醇主要用玉米作原料,生产工艺成熟,但玉米是粮食作物,所以,在中国发展生物丁醇只能走非粮路线。王正品坦承,因为原料、菌种和环保等技术难题没有革命性突破,非粮生物丁醇的生产成本目前太高,还不能产业化生产和应用。

  据王正品透露,2008年,华药成功申报国家发改委生物基材料高技术产业化专项,得到600万资金支持。该项目将依托华药现有1.2万吨生物丁醇生产装置,开展非粮发酵制造生物丁醇的技术研发和产业化研究,通过技术研发和改造,将建成年产10万吨生物丁醇的高技术产业化示范工程。

  王正品说,华药与长城汽车研究院合作对丁醇进行了汽车燃料替代试验,初步试验结果表明,丁醇可作为生物液体燃料,具备更优异的性能指标;下一步将按现行燃料标准对生物丁醇做更为完善和全面的性能测试,为制定燃料丁醇标准奠定基础。

  在非粮原料替代、菌种改造、发酵工艺、环保改造等核心技术攻关上,华药选择与世界各专业研究机构和大学开展合作开发。目前已和中科院微生物所、美国华盛顿州立大学、俄亥俄州立大学、美国杜邦、英国BP公司等国内外各大生物化工公司进行了合作。

  王正品表示,通过该项目的顺利实施,华药有望将丁醇生产成本降低,使燃料丁醇成为第二代替代燃料成为可能,为我国的能源安全和经济可持续发展提供有力保障。

  生物质发电完善之路

  自2006年12月1日国能生物发电集团有限公司(以下简称国能生物)单县生物发电项目正式并网发电以来,我国5大发电集团以及一些民营企业和外资企业纷纷涉水生物质发电行业。

  生物质发电对解决三农问题颇有帮助。国能生物经理吕承友告诉《中国投资》,单县装机容量3万千瓦,建成投产后,一年消耗秸杆约30万吨,生产“绿色电力”超过2亿度。一亩棉田能产生400公斤秸杆,卖给电厂,能收入100元,单县项目一年可为当地农民增收6000—8000万元。围绕秸秆的收加储运,能够吸纳1000多人的农业劳动。

  秸秆集中发电,也能解决许多环境问题。吕承友说,在秸秆发电的地方,过去秸秆焚烧公害基本被终结。另外,秸秆发电基本不增加温室气体,所燃烧的是植物当年或前一年转化的空气中的碳,而煤炭、石油、天然气则是几亿年前存储的碳。一台标准的生物质发电机组,与同功率火电机组相比,每年可减少二氧化碳15万吨以上。而且秸秆含硫量极低,且能被植物循环吸收,对自然界基本不增加硫的排放。传统火电厂燃煤后大约有30%的废渣产生;而生物质直燃发电产灰率仅为2%左右,灰粉中富含钾等矿物质元素,适当加工可制成高效肥料。

  国能生物目前仍是国内生物质发电的龙头老大。截至目前,国能生物国内投产项目18个,装机容量39.6万千万。另外,在全国10余省中已获核准项目40余个。2008年国能投产项目消耗农林废弃物200多万吨,为当地农民增收约6亿元,替代标煤100万吨,减排二氧化碳170万吨以上。

  据吕承友透露,目前国家对生物质发电采取鼓励支持政策。生物质发电不受电网调峰约束,电网公司按当地2005年脱硫标杆电价全额收购。此外,发电公司每度电获财政补贴0.25元。

  不过,尽管国家给予了电价优惠政策,但生物质发电的盈利水平仍然不如常规火电。一方面是单位造价高,单位千瓦的投资额为常规火电投资的2倍以上。另外由于中国特殊的农业种植模式,农机设备也不配套,秸秆收购成本降不下来。所以,前期投资的生物质发电项目全国大面积亏损。为支持这个新兴清洁能源产业的发展,国家经过调研,现在又对生物质发电增加了每度0.1元的临时电价补贴,缓解了当前困难。

  吕承友认为,目前生物质发电还属起步阶段,行业发展还需要国家更完善的政策支持。例如,经过两年多运营,国能生物发现一个怪现象:越是落后不发达的地区,电价越低。而秸杆收购价全国几乎相同,原料成本占生产成本大部分,若按照当地脱硫标杆电价售电,即使加上政府补贴,企业也会亏损,所以,这直接影响投资商对落后地区的投资积极性。按惠农本意,这些地区的农民最需要生物质发电项目的支持。所以,国能生物希望国家在生物质电价机制上采取全国或区域统一的模式,与不久前发布的风电价格政策类似,这样可以更好地兼顾落后地区农民的利益。

  对于生物能源发展问题,国家发改委能源研究所可再生能源发展中心主任王仲颖以更宏观的视角告诉《中国投资》:“全球经济危机,其实为中国提供了一个建设基础产业的良好机遇。我国未来最缺乏的是油、气资源,所以,国家应加快重点扶持第二代生物液体能源的发展。另外,各种生物能源要齐头并进,加快发展,在重大技术攻关和储备上,中国应发挥集中力量办大事的优势,组织产学研联合攻关,国家给资金支持。另一方面,中国应该建设国家级节能中心。对各类能源资源,包括生物资源进行详查摸底,了解家底有多大,提前规划好哪些地方更适合哪种能源开发,这是国家当下需紧急办的大事”。




责任编辑: 张磊

标签: 生物能源

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