学术研究----可再生能源
|
国外生物液体燃料的发展概况 | |||
轻化委 吴嘉武 尹克勤 | |||
| 一.概述 | |||
| 生物液体燃料是指从生物中获得的燃油，主要指能够直接使用或掺入汽油、柴油等液体燃料中，经混合后再用于发动机或直接燃烧的液体燃料。目前，主要指燃料乙醇和生物柴油。由含淀粉及纤维素的作物和植物，经发酵制得的乙醇为生物乙醇。乙醇替代10%的汽油，在汽车尾气中排放一氧化碳量能减少30%以上，烃类减少10%，特别是苯系列物质排放明显减少。大豆油、低芥酸菜籽油等各种植物油或餐饮废油等油脂， 在酸、碱或酶为催化剂的条件下，与甲醇（或乙醇）酯交换反应生成脂肪酸甲（或乙）酯即为生物柴油。在生物柴油生产过程中，可联产甘油（丙三醇）。当生物柴油掺入石油柴油中应用时，如以5%、10%及20%的比例混合，这种混配生物柴油可满足欧Ⅲ排放要求，且不易堵塞发动机喷嘴，保持油路畅通，减少NOx排放，并改善炼油厂催化裂化装置生产的低硫、低芳烃柴油的润滑性能。 | |||
| 生物液体燃料与化石石油燃料的最大不同，就是除了资源能够再生以外，燃烧产生的CO2将被植物通过光合作用重新吸收，所以生物液体燃料是一种CO2零排放燃料，从而有助于抑制全球气候的变暖。 | |||
| 鉴于化石资源的有限性和全球环境压力的增加，以及国际石油价格的不断上涨，许多国家都认识到包括生物燃料在内的新能源及可再生能源的重要性，并从政治、经济和技术上出台了一系列有利于加快新能源与再生能源产业化、商业化的政策、法规和措施，从而推动了全球生物燃料产业的快速发展。据统计，2000～2005年，全球生物燃料乙醇产量翻一番，生物柴油增加3倍，而同期世界石油的产量仅增加7％。目前，美国和巴西以发展燃料乙醇为主，也积极发展生物柴油；欧洲生物柴油的规模大于燃料乙醇；亚太及非洲一些国家，则因地制宜，根据本国资源及气候的情况，发展生物柴油或燃料乙醇。 | |||
| 二.国外生物液体燃料的简况 | |||
| 1.燃料乙醇 | |||
| 乙醇的用途有三种：工业酒精、食用酒精和燃料乙醇。其中，燃料乙醇为无水酒精（乙醇含量>99.3%）自1983年以来，全球燃料乙醇的产量超过了工业酒精和食用酒精之和，2005年全球燃料乙醇产量已达2520万吨，如表1。目前世界上已有近20个国家推广使用乙醇汽油，巴西和美国推广使用最好，2005年巴西和美国的燃料乙醇产量之和达全球总产量88%以上。 | |||
表1 2003～2005年世界燃料乙醇供需情况 单位:
万吨 （按10亿升=75万吨折算。） | |||
 | |||
| 全球生产燃料乙醇的原料中，目前谷物及淀粉类占33％，蔗糖及甜菜占60％，合成酒精占7％。但是，粮食是人类赖以生存的重要战略资源，面对世界人口急剧膨胀和总体上粮食短缺，用粮食生产乙醇的发展规模将受到限制。 近年来，直接生物转化植物纤维素，特别是秸秆纤维素合成乙醇的工艺因其原料来源广，不与人争粮，不与粮争地而引起人们的高度关注，认为是解决目前燃料乙醇原料成本高、原料有限的根本出路， 从而具有良好发展前景。因此继美国和巴西之后，欧盟、日本、加拿大、印度等国，都投入到这场竞赛中。现分述如下： | |||
| （1） 美国 | |||
| 美国从上世纪70年代发展燃料乙醇，利用其耕地多、玉米产量大的优势生产燃料乙醇。1990年后，乙醇作为汽油添加剂MTBE的替代品，需求迅速增加。表2为美国乙醇工业概况，表3为美国2006～2012年可再生燃料生产计划。 | |||
表2 1999～2006年美国乙醇燃料工业概况 万吨/年 | |||
 | |||
| 注：数据按1加仑=3.785升、乙醇密度0.7893克/毫升换算。资料来源：美国可再生燃料协会 | |||
| 由表2，2006年美国燃料乙醇产能达1295万吨/年，超过巴西，成为世界上最大的以谷物为原料生产燃料乙醇的国家，2007年达1817万吨/年，2008年将达2360万吨/年。 | |||
| |||
| （2）巴西 | |||
| 巴西幅员辽阔，地处热带，雨量充沛，盛产甘蔗。是目前世界上第二大燃料乙醇生产和消费国，是当今全球唯一不使用纯汽油作为汽车燃料的国家。从1929年以来至今，巴西持续不断地以甘蔗为原料推动燃料乙醇的发展。2006年巴西有300家燃料乙醇生产厂，燃料乙醇总产量达1275万吨，替代当年汽油消费的45%。生产的燃料乙醇中，国内消费84%，出口16%。2006年巴西已实现能源自给并成为能源输出国。 目前，巴西可再生能源占总能耗的44.7%，而全球可再生能源的平均水平只占总能耗的14%。巴西有超过250万辆汽车是由使用含水乙醇发动机驱动的，另1550万辆车使用含乙醇22％的E22乙醇汽油。预计到2011年巴西燃料乙醇的产量将达到2150万吨。 | |||
| （3）欧盟 | |||
| 欧盟成员国的人均耕地面积少，地处温带，不具备使用粮食或甘蔗生产燃料乙醇的条件。因此，欧盟生物燃料主要发展生物柴油。2005年，欧盟燃料乙醇产量为112.5万吨，2006年达125万吨，2008年将增加到340万吨。 法国是欧盟酒精产量最大的国家，主要以甜菜为原料生产。德国年产酒精31.2万吨，其中合成法生产占总产量的2/3，发酵法生产仅10～14万吨，以谷物或马铃薯为原料。英国、西班牙、 意大利和瑞典也是欧盟燃料乙醇生产较多的国家。 | |||
| （4）日本 | |||
| 日本计划在2008～2012年间，国内汽油需求量的50%更换成E3乙醇汽油（汽油中乙醇含量3%），到2030年所有车用汽油都将更换成E10燃料。2007年1月，日本已在大阪建成一套1120吨/年以废木为原料的燃料乙醇装置，2008年产能将扩大到3200吨/年。 | |||
| （5）印度及其他国家 | |||
| 印度的乙醇年产量在128～225万吨之间，2003年印度启动燃料乙醇计划，要求北部9个邦和4个地区出售E5乙醇汽油，并计划把汽油中乙醇比例提高到 10%。目前，印度每年从巴西进口乙醇。此外加拿大、泰国、津巴布韦、南非和尼日利亚都在大力推广汽油中掺烧燃料乙醇。 | |||
| 2，生物柴油 | |||
| 1973年和1977年两次石油危机的爆发，使国际石油价格从上世纪50～60年代的2～3美元/桶，暴涨到1981年10月的34美元/桶，从而刺激了以植物油为燃料的研究开发。1982年前，德国和奥地利在柴油发动机中使用了菜籽油甲酯，1990年建立了以菜籽油为原料生产生物柴油的装置。随后生物柴油在柴油车和拖拉机中广泛应用。从那时以来，生物柴油这一产业在全球得到迅速发展。2005年，全球生物柴油的产能达652.8万吨，2007年底大于1510万吨，到2010年将超过3670万吨，如表4。欧盟、美国、巴西、中国、亚太地区及非洲国家，目前都在大力发展生物柴油这一产业。 | |||
| 注: SRI咨询公司预计，全球生物柴油需求量将从2006年690万吨增加到2010年4480万吨。 | |||
| |||
| |||
| 注：数据来源：Statistics of the EUBiodiesel Industry。产能为2006年1月1日统计数据 | |||
 | |||
| 2）美国 | |||
| 美国发展生物柴油的特点：在政府的推动下，产量迅速增长和广泛推广应用B20（柴油中含生物柴油20％），并已形成生物柴油产业群。据美国《生物柴油杂志》2006年6月报道，美国现有生物柴油生产厂家73家，总生产能力180万吨/年，其中5万吨/年以上的12家。在建工厂35家，总生产能力超过260万吨/年，其中5万吨/年以上的有19家。美国计划2011年生物柴油产量达115万吨，2016年达330万吨。表7为1999～2005年美国生物柴油的产量。 | |||
 | |||
| 美国生产生物柴油的原料主要采用转基因大豆油，同时也积极探索其他途径生产生物柴油。美国可再生能源国家实验室（NREL），采用分子生物学和基因工程技术，改变微藻细胞的生理结构，在加州、夏威夷州和新墨西哥州进行了中试。将有微藻、水和营养物在池塘内循环，CO2通过池塘底部鼓泡管进入池塘，中试装置运行1年，平均每平方米每天可获得50克的工程微藻，微藻含油量高达40～60%，预计每英亩“工程微藻”可年产6400～16000升生物柴油，这为生物柴油的生产开辟了一条新的原料途径。 | |||
| （3）巴西 | |||
| 2005年3月，巴西第一个生物柴油厂投产，产能9000吨/年，目前，巴西共有11个生物柴油厂，总产能约50.5万吨/年，另总产能为7亿升的13个工厂正在建设， 2007年底，巴西生物柴油总产能达13亿升（约105万吨）。2005年生物柴油在石油柴油中掺混比为5%，计划2020年达20%。 | |||
| （4）印度 | |||
| 印度的能源供需形势十分严重，国内石油产量约为3700万吨，而需求将近1.2亿吨，并以6％的比率增加。据预测到2025年印度的石油需求将达3亿吨，对外依存度可能达到85~90％。其中柴油消费又占原油总消费的40％，而汽油仅占约8％；印度的大气污染的70％主要为石油柴油引起。印度人口众多，受食用油短缺限制，难以发展生物柴油。印度40％以上的食用油依靠进口，因此印度发展生物柴油必须靠非食用的树果油类，其中麻疯树和水黄皮树作为生物柴油的主要原料来源。2007~2012年将实现大规模种植麻疯树，种植范围将扩大到全国，从而有足够的植物油来生产生物柴油，计划建设达330万吨/年的生产规模。如表8。 | |||
| ⑸其他国家 | |||
| 日本利用废弃食用油生产生物柴油，2006年已达40万吨。韩国引进德国技术，2002年建成以菜籽油为原料的10万吨/年生产装置，而第二套10万吨/年装置正在建设。其他亚、非、拉、澳地区各国，则根据自身资源情况，于2012年前计划、建设或投产的生物柴油装置，总产能将大于881.2万吨/年，如表8。 | |||
 | |||
| 全文完 | |||
| 作者：原上海石油化工研究院 | |||
