全球生物燃料发展概况

SPECIALFEATURE全球生物燃料发展概况宋源泉　许珍　刘德华（清华大学化学工程系，北京，100084）dio:10.3969/j.issn.1674-0319.2009.05.002生物燃料由于其各方面的优点近几年来发展迅速，本文从多个角度综述了生物燃料的发展概况和政策，着重介绍了燃料乙醇和生物柴油两种主要生物燃料产品的发展情况，并对生物燃料的发展前景进行了展望。目前，人类社会的发展面临着巨大的挑战，其中饥荒、能源短缺、环境污染等问题尤为突出。其中的任何一个问题都可能破坏我们现在的建设和发展成果，因此解决这三大问题迫在眉睫。而三者又是相互联系的，能源短缺作为其中之一已是迫在眉睫，“能源枯竭”、“能源危机”等话题近来频频出现在人们面前，公众及媒体也高度关注。虽然能源的高效利用和节约使用能在一定程度上缓解这个问题，但是并不能从根本上解决这个问题，寻找开发新的能源才是可行之道。生物燃料由于其可再生性和环境友好等特点已成为各个国家和地区解决能源问题的首选，其发展态势也异常迅猛，成为近几年来发展的重点。1　生物燃料生物燃料即由生物质原料制取的燃料，其中的生物质涵盖农林产品或其副产品、工业废弃物、生活垃圾等生物有机体及其新陈代谢排泄物等①②，农业和林业生产的碳水化合物是目前的主要生物质原料，当前所说的生物燃料主要是指生物液体燃料（燃料乙醇、生物柴油等）。1.1　生物燃料发展和使用的影响因素生物燃料的迅猛发展是由多方面因素所决定的。1.1.1　原油等化石燃料的使用和储备现状现在化石燃料在世界基础能源消耗中所占比列超过80%，其中57%左右用于运输③，而现在化石燃料储备日益减少，石油、煤炭、天然气等化石燃料所能维持的使用时间在20年到200年不等，并且区域分布差异很大，原油的差异最大，在已探明的原油资源中，中东地区的原油储量最大，约占全球探明储量的65%，其次是欧洲和中亚，而亚太地区仅占3.4%。我国的石油能源问题尤为突出，石油消耗量与日俱增，并且50%以上依赖进口，详见图1④。化石燃料的不可再生性和人们日益增长的能源需求构成了矛盾，而化石能源储量的有限性和地域分布不均更使得矛盾愈演愈烈，只有寻求新的能源才能从根本上解决这个矛盾。1.1.2　气候变化问题气候变化是国际社会公认的最主要的全球性环境问题之一。为保护全球气作者简介刘德华，教授，博士生导师，清华大学应用化学研究所所长。主要研究领域包括可再生资源利用、生物能源工程、发酵工程与技术、生物反应器等。参与并主持了多项国家攻关、“863”、“973”、“国家重点工业性试验”及“国家高技术产业化示范工程”项目。Tel：[phone]E-mail：[e-mail]宋源泉，博士研究生。E-mail：[e-mail]①参考文献HerreraS.Bonkersaboutbiofuels[J].NatureBiotechnology,2006,24(7):755-760.②参考文献PearceF.Fuelsgold:bigrisksofthebiofuelrevolution[J].NewScientist,2006,191(2570):36-41.③参考文献InternationalEnergyAgencyIEA.Keyworldenergystatistics:2006.Availablein:http::07/06/07.④参考文献中国国家统计局.中国统计年鉴-2008[M].北京：中国统计出版社，2008.关键词生物燃料；燃料乙醇；生物柴油34生物产业技术2009.05(9月).专题报道全球生物燃料发展概况候，自1992年6月联合国第二次环境与发展大会起，全世界150多个国家签署了气候变化框架公约，我国也是缔约方之一。在气候自然变化的同时，很可能由于人类活动改变了大气的化学成分，人类大量使用化石燃料，如石油、煤炭、天然气等，使得大气中二氧化碳的浓度在过去110多年里由270mL/m3上升到350mL/m3，预计到21世纪中期将达到600mL/m3。近几十年来，随着化石燃料的大量使用，大气中二氧化碳平均浓度的上升速率不断加快，自2000年起年均增长2mL/m3以上，而20世纪80年代年均增长率为1.5mL/m3，20世纪60年代年均增长率更是小于1mL/m3。据联合国海洋与大气委员会（NOAA）2008年4月底发布的报告称：2007年全球大气中二氧化碳的浓度增高了0.6%，总量达到190亿吨⑤。二氧化碳近百年来的浓度变化见图2⑥。据世界观察研究所的研究人员称，由于温室效应的影响，北极地区的冰盖已减少了42%。生物燃料作为低碳甚至是负碳能源，在生产和使用过程中不会产生温室气体，甚至能够使温室气体的量降低，这是因为生物燃料的重要来源（农林业生产的碳水化合物）能够利用太阳能固定大气中的二氧化碳。1.1.3　生物燃料独到的优点生物燃料之所以能够成为当前发展的重点，与其独到的优点是密不可分的。首先生物燃料具有可再生性，是可持续发展的能源，可以说是取之不尽、用之不竭的；其次，各国均可以发展使用，虽然不同地区的环境和气候条件存在一定差异，但是都能够生产各种不同的农林产品，其本质是相同的（碳水化合物），均能够作为生物燃料的原料用于生产；再者，生物燃料具有良好的兼容性，既可以单独使用，也可以在传统的加油站销售（现在多个国家和地区的加油站有燃料乙醇和生物柴油销售，巴西为典型代表），不用建立新的销售网络；更重要的是，生物燃料是环境友好的，既不会引起环境污染，也不会导致全球变暖。图1　1990～2008年中国石油消费量及净进口量图2　二氧化碳近百年来的浓度变化⑤参考文献钱伯章.全球大气二氧化碳浓度激增[N].中国化工报，2008,5,13.Availablein:=38754.⑥参考文献JosepGC,CorinneLQ,MichaelRR,etal.ContributionstoacceleratingatmosphericCO2growthfromeconomicactivity,carbonintenstity,andefficiencyofnaturalsinks.Availablein:年份2006200520042003200220012000199919981997199619951994199319921991－23754500025000200672113918000126821990097007183648769794381291333541395100529093356211486123841335414721149561606517936196921981821073224392294824242276003120029562320003657038600消费量净进口量50001500025000350004500055000Atmospheric[CO2]/(mL/m3)400380360340320300280[CO2]2mL/m3/年185018701890191019301950197019902010年份2020年预测200820071990万吨－5000－143835生物产业技术2009.05(9月).　生物燃料的发展概况近几年来生物燃料的相关产业已得到了世界各国的重视，各国争相发展生物燃料相关产业。各国在燃料种类、燃料作物的选择、种植方式、转化技术及生产成本等方面具有很大的差异。基于不同国情，为促进生物燃料发展和鼓励消费，各国政府采取了多种支持政策，主要体现在补贴支持、税收支持、金融支持、边境措施、技术标准五个方面⑦。1.2.1　欧盟生物燃料的发展和政策为应对气候变暖，欧盟提出了在2020年之前区域内可再生能源占能源消费总量20%和生物燃料占运输燃料10%的目标。关于前一个目标，瑞典、拉脱维亚、芬兰、奥地利、葡萄牙五国在2005年就已实现，其余的22个国家处于不同的水平，也有国家无论怎样努力也难以实现。关于后一个目标，还提出在2010年末生物燃料占运输燃料5.75%的中期目标，但根据目前情况，估计到2010年只能达到4.2%。区域内生物燃料的生产，主要是以菜籽油为原料生产生物柴油和以甜菜为原料生产生物柴油，尽管其产量在增长，但仍没有把握实现既定目标。1.2.2　美国生物燃料的发展和政策在环境保护主义者大力支持以及国家法律保护之下，美国生物燃料产业近年来迅速增长。但是，由于很多国家和国际组织指责生物燃料生产导致全球粮食价格迅速上涨，从而导致饥荒愈加严重。目前美国生物燃料产量正在逐步下滑，美国“可再生燃料标准法案”和生物乙醇进口关税也正受到人们越来越多的指责。包括玉米和大豆在内的原料价格迅猛上涨，已经导致美国推迟新建生物燃料生产设施⑧。但是其生物燃料尤其是生物乙醇生产量仍然很大，在国际上占有很大的份额。目前，美国是世界上利用玉米生产生物乙醇规模最大的国家，联合国粮农组织（FAO）2008年2月发表的《作物前景和粮食形势》报告预测，2007～2008年度，全球约有9500万吨玉米用于生产生物乙醇，其中美国使用8100万吨，美国现阶段生物能源政策的主要目标为：减少对石油进口的依赖；促进环境可持续发展和经济发展；为农村创造新的就业机会；开发新产业和新技术；形成多样化的能源供给⑨。1.2.3　巴西生物燃料的发展和政策为促进巴西生物燃料产业发展，巴西政府对生物乙醇及生物柴油产业的发展制定了非常详细的政策法规。巴西使用乙醇作为汽油添加剂的历史较早，可以追溯到20世纪20年代。然而，巴西制定《国家乙醇计划》较晚，具体是在1975年。该计划为巴西本国糖及乙醇产业在30年后成为世界上的领先者创造了必要的条件。在过去的30年里，用乙醇替代的石油，为巴西节约的石油数量大约为10亿桶⑨。目前，巴西消耗的所有汽油均掺有20%及以上的乙醇，同时还出口部分乙醇，产量居世界第二位⑩。巴西生物柴油起步较晚、规模较小，但也备受重视，巴西能源矿产部在生物柴油的生产使用方面出台了《生物柴油法》。该法律分别制定了生物柴油与柴油混合比例的目标：到2008年生物柴油占混合燃料的最小比例为2%，SPECIALFEATURE⑦参考文献马有详，钱钰.世界生物燃料政策现状及未来走向[J].世界农业，2008，3：39-40,43.⑧参考文献朱行.美国生物燃料生产、政策及影响[J].国外粮农，2009，1：49-51.⑨参考文献李先德，罗鸣，马晓春.世界主要国家生物燃料发展动态与政策法规[J].世界农业，2008，9：29-32.⑩参考文献白颐.美国和巴西生物燃料发展的几点启迪[J].化学工业，2007，25(2-3):8-12.36生物产业技术2009.05(9月).⑨。1.2.4　我国生物燃料的发展和政策我国发展生物燃料起步较晚，20世纪末发展迅速，目前已经在河南、安徽、黑龙江、吉林、广西五省建立了生物乙醇生产厂，并在全国部分城市进行混有10%燃料乙醇的汽油供应试点，现已形成较为成熟的技术，生物乙醇产量居世界第三位；生物柴油生产能力也十分突出，河北、四川、福建、湖南等地先后建立生物柴油生产厂，其中湖南海纳百川生物技术有限公司建成了全球第一套生物酶法生产生物柴油的装置。但是，我国人口众多，土地资源也十分有限，利用粮食生产生物燃料是很不可取的，我国农业部副部长危朝安2008年6月19日表示，我国坚持