纤维素乙醇领域国际发展态势分析

中国科学院国家科学图书馆成都分馆地址：四川省成都市一环路南二段16号；邮编：610041电话：[phone]；E-mail：[e-mail]2010年1月纤维素乙醇领域国际发展态势分析中国科学院国家科学图书馆成都分馆（中国科学院成都文献情报中心）--2010年1月纤维素乙醇领域国际发展态势分析陈云伟王春明丁陈君陈方邓勇（中国科学院国家科学图书馆成都分馆成都610041）摘要：2009年，发展“低碳经济”成为全球共同关注的重点。以纤维素乙醇为代表的下一代先进生物燃料正在成为新世纪特别具有发展前景的新型能源。发展纤维素乙醇燃料对于解决全球能源危机，应对气候变化具有重要意义。美国、欧盟等国家和地区积极采取措施，大力推进纤维素乙醇燃料的研发和商业化。本报告分析了国际上各国发展纤维素乙醇的相关政策、规划与行动，总结了纤维素乙醇生物燃料的研发进展与关键技术，解析了美国政府的研发布局以及国际重要纤维素乙醇生产企业的现状与特点，展示了纤维素乙醇的发展前景以及存在的问题与争议。政策、规划与行动：（1）美国从政府层面积极推动纤维素乙醇发展。政府早在2006年专门制定了“纤维素乙醇研究路线图”，明确规划了纤维素乙醇的“三个五年”发展战略；2008年美国能源部和农业部联合推出《国家生物能源行动计划》，支持纤维素乙醇的基础研究和应用研究；2009年奥巴马政府出台《美国复兴与再投资计划》，强调大力发展先进生物燃料；《美国清洁能源安全法案》要求美国温室气体排放量到2020年时，在2005年的基础上减少17%，到2050年时减少80%以上；美国能源部和农业部通过复兴计划、农业法案、能源法案等，为纤维素乙醇项目提供或追加经费资助，支持建设和发展生物燃料生产示范厂，以尽快实现纤维素乙醇的商业化。（2）加拿大政府先后出台了《气候变化行动计划》、《加拿大可再生燃料战略》、《生物燃料生态能源计划》等计划，推进纤维素乙醇的原料种植、生产示范和商业化，以发展纤维素乙醇燃料。（3）2009年欧盟在《投资开发低碳能源技术》建议中呼吁发展必要的技术以应对气候变化，包括促使最有前途的下一代生物燃料技术商业化。未来10年欧盟将在生物能源和生物燃料方面投资约90亿欧元，致力于建立适当规模的示范工厂、前商业化示范或完整的产业化生产。（4）2009年英国生物科学与技术理事会投资兴建了6个纤维素乙醇生物燃料研究中心，将为英国的可持续生物能源行业利用非粮植物燃料替代石油提供科学支撑。（5）日本、澳大利亚和印度也采取积极措施，发展纤维素乙醇生物燃料。如，日本成立了纤维素乙醇联盟，共同研究和开发纤维素乙醇生产技术。研发进展与关键技术：（1）在纤维素原料的开发方面，各国认识到生物质原料的应用潜力，并且开始关注生物燃料对土地利用和生态系统的影响，以及可能引发的各种社会和环境问题。纤维素生物质原料的生产与供应面临着生物质资源生长习性、地理分布、收集、运输和存贮、以及生物多样性、气候变化和生态环境影响的挑战。该领域需要开展生物质资源的评价、优选、规模化种植研究与技术分析。（2）在纤维素原料预处理方面，主要技术难点包括如何减少糖的降解和控制抑制剂的生成，如何控制化学品、能源和水的消耗，减少废弃物。其中氨气爆破法将是一个颇具前景的技术。（3）在纤维素的酶水解方面，对酶的过度依赖以及酶成本过高已被认为是纤维素乙醇商业化生产的最大瓶颈，改进性研究包括提高酶的产量、增加混合酶的效率和实现高温水解等。（4）在纤维素水解物发酵方面，关键是解决纤维素水解过程中产生的抑制物对发酵的抑制作用以及高效利用混合糖类物质进行发酵。统合生物工艺（CBP）等整合技术研究需要得到重视。（5）通过对纤维素乙醇的水解生产技术的专利文献分析发现，近两年的专利申请数迅猛增长，这印证了对纤维素乙醇不断提升的国际关注度。分析还发现，该领域专利更倾向于集中在个别国家（地区）寻求保护。中国和美国已经成为纤维素乙醇水解生产技术的主要专利申请受理国家。中国机构的专利申请数也在显著增长，中国科学院、中粮集团和首都师范大学进入全球前十。专利主题中国科学院国家科学图书馆成都分馆（中国科学院成都文献情报中心）--2010年1月图分析发现，原料的预处理以及对发酵过程所需酶及其表达体系（如利用木糖生产乙醇）的研究已经得到越来越多的重视。研发布局：（1）美国能源部和农业部是美国政府制定实施发展纤维素乙醇等下一代先进生物燃料战略的重要管理机构。为推进下一代先进生物燃料的研发，美国政府还设立了生物质研发委员会和生物质研发技术咨询委员会，并成立了由农业部、能源部、环保部共同领导的生物燃料跨机构工作小组，负责制定全美生物燃料市场开发计划、运输政策及进行原材料生产的可持续性评价。美国能源部主要通过能源效率与可再生能源办公室统一协调开展生物燃料的相关研发项目，负责部署联邦政府在能源效率与可再生能源方面研发及投资，提高能源效率与生产率，向市场提供清洁能源技术。能源部下属17个国家实验室，还先后成立了4个国家生物质能中心，以开发新型高效的植物纤维素乙醇生产技术以及其他生物燃料新技术。美国农业部主要通过农业研究服务局（ARS）协调管理生物能源的原料资源开发及原料加工与转化技术。ARS下设4个应用研究中心和100多个实验室，主要在生物能源与替代能源国家项目下开展生物能源领域的研发工作。为便于协调和推动生物能源的研发转化与市场化，农业部还牵头成立了生物基产品与生物能源协调委员会，实现信息共享和统一规划，提供政策咨询建议。在这一管理框架下，美国能源部和农业部相继推动开展了大量纤维素乙醇的研发项目。（2）报告还分析了全球重要的纤维素乙醇生产企业的研发状况及特点。其中加拿大Lignol公司已经启动了一套以林业废弃物木屑为原料的纤维素乙醇中试装置，采用其特有的专利技术，实现了纤维素乙醇生物精炼生产的全过程。加拿大Iogen能源公司拥有世界上首座农业残余物生产纤维素乙醇的示范工厂，成为第一个在加油站零售纤维素乙醇混合燃料的生产商。美国杰能科公司推出了专为生产第二代生物燃料而研制的商业化纤维素酶，并与杜邦公司共同建设了纤维素乙醇中试工厂，验证以非粮原料生产纤维素乙醇的高效方法。2009年该公司获得美国化学工程学会颁发的国家可持续能源奖。发展前景与争议：纤维素乙醇的商业化潜力取决于原料成本及降解性、转化成本和效率以及产品收益。应加强对包括联合生物加工、快速高温裂解、综合乙醇精炼厂、纤维素生物质的替代应用在内的新兴技术的研发。得益于国家政策和项目的支撑，我国的纤维素乙醇研发工作已经取得了较好的成绩，我国机构近年的专利申请数处于世界领先地位，在产业研究上也取得了可喜的成果。已有研究表明，美国的纤维素乙醇目标是可以实现的。然而，目前对发展纤维素乙醇也存在一些值得关注的问题与争议。例如，对纤维素乙醇实际碳减排效果与节能环保的质疑，对森林破坏、环境破坏、土地利用与资源竞争等问题的担忧。此外，纤维素乙醇工业的发展还可能遇到原料供应与产业技术的阻碍、供求关系的影响、以及其他替代能源的竞争。关键词：纤维素乙醇生物质纤维素酶发酵水解热化学转化专利分析中国科学院国家科学图书馆成都分馆（中国科学院成都文献情报中心）--2010年1月目录1引言.............................................................................................................................................................12国际纤维素乙醇研究的政策、规划与行动.............................................................................................12.1美国................................................................................................................................................22.1.1纤维素乙醇路线图...............................................................................................................32.1.2国家生物能源行动计划.......................................................................................................42.1.3美国复兴与再投资计划.......................................................................................................52.1.4美国清洁能源与安全法案...................................................................................................72.1.52009年美国政府对纤维素乙醇生物燃料研发进行的其他资助计划...............................72.1.6美国在建的纤维素乙醇项目...............................................................................................72.2加拿大............................................................................................................................................82.2.1加拿大政府发展纤维素乙醇燃料的政策举措...................................................................82.2.22009年加拿大政府出台实施的部分激励措施...................................................................92.3欧盟..............................................................................................................................................102.3.1欧盟资助第二代生物燃料研究计划.................................................................................102.3.2欧盟委员会投资90亿欧元发展生物能源.......................................................................112.4英国...............................................................................................................................................112.5其他国家..............................................................................................