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【關鍵詞】 燃料 研究現狀 發展前景 生物質固體
我國是農業生產大國,農村發展隨著新格局的改變,做出了政策性的調整,農村農作物廢棄物回收利用,依靠生物質能得到一定經濟效益,且緩解環境污染,減少浪費。國家重視新能源的開發和利用,在這樣的情況之下,生物質能必然會成為重要的研發對象。
1 生物質固體成型燃料研究現狀
1.1 國內外生物質固體成型燃料研究的現狀
國內現狀:生物質燃料具有它固有的特性,比如說它屬于一種可再生資源,重復利用度高,完全符合國家可再生資源的條件,在掌握好其優勢的情況下,運用到實際中,使得資源合理利用,這是發展的趨勢所在。那么,在國內,隨處可見農民利用生物質能實現農村收割后留下的秸稈,將其成型的批量生產,達到實現農村經濟利益化的結果。我國在技術上存在著一些缺陷,這些缺陷導致在生產量上不能達到一定規模,還有運輸不便的問題等,這些是需要解決的,而且高新的技術是國內需要學習和借鑒的。
國外現狀:在國外,生物質能的研究和開發項目已經趨向成熟,比如說美國、英國、澳大利亞等發達國家,在技術上的鉆研已經有了很大的突破,而且技術基本已經成型。在面對全世界的關注和重視,國家已經大范圍的提高對生物質能的高度認識,對于生物質能的開發已經成為重中之重。對于能源的轉化,這是資源再利用后的創新結果。國外很多生產者,已經大量的對這塊領域投入精力,在資金和技術上都得到了相應的投資。目前,很多國內生產企業者,引用國外先進的技術,學以致用,將生物質固體成型燃料得到有效的利用和加工,在得到技術上的指引之下,正在積極提高自身能力和作為。
1.2 了解生物質能的應用情況,客觀理解研發的意義
十二五規劃建設中不斷的提出要規劃農村城鎮建設,縮進農村與城市的距離。這一大的發展方向,是需要農村和城鎮共同努力創造的。生物質能源為農村城市建設提供了良好的契機,也為生產者提供了回報社會的機會。
那么,對于可再生資源的合理配置優化問題上,不能理解,目前農村在農作物上的廢棄物的利用,是推動農村發展的動力和指向。生物質能的利用在農村已經很普遍。結合工廠的加工利用,解決了農村不少供熱供暖的問題。生物質固體成型燃料的研究,在新的領域中發揮其作用,比如城鎮的修建中,我們可以看到解決了不少城市采暖問題。
不論在農村還是城市,生物質能的應用,遍布在工業園、社區等地方。在化工和農業發展上,得到良好的資源配置,將其轉化為新能源新動力,這是國家在農業規劃中取得的一大進步。在長遠的發展目標下,我國會不斷將生物質能的研發作為首要任務,不斷突破技術和大規模生產的目標,變廢為寶轉為實在生產力。
1.3 分析生物質能的優勢與劣勢,進一步規避風險
第一,在優勢上,優勝略汰,創新發展是根本。我國是農業大國,資源十分的豐富,在許多廢棄利用的例子上顯而易見,不僅能達到經濟上的效益,而且有效的解決了一些就業難的問題。企業想要立足社會,需要不斷的競爭中獲得地位,那么在生物能源研究發展這塊領域,有很大潛力和競爭力。很多企業學習國外先進的技術,將生物質固體燃燒能源技術應用純熟。優勝略汰,適者生存的法則,使生物質能的研發與利用成為燙手山芋。
第二,國家的重視,企業的技術發展,帶來可觀收益。在規劃農村建設問題,以及農業發展問題上,國家的政策支持,給予很大的鼓勵。這使得大批的生產企業者,大膽創新,不斷突破新的技術,研發出可行性技術,及時與農村農業廢棄利用相互接應。這樣推動了企業與農村建設。給農民和企業者以及國家帶來了良好效益。
第三,在現代社會中,生產線上存在著不能大規模生產的缺點,如能將這缺點得以解決,在生產效益方面會得到很大的提高。這是在技術上應不斷突破的重要一點,日本、美國等國家,應用生物質能研究的技術比較先進,這需要生產中不斷學習和豐富經驗,也是一個重要的發展目標和方向。
2 發展前景可觀,生物質能源仍舊是未來趨勢導向
2.1 媒體雜志報道,新觀點推波助瀾
在各種雜志和媒體報道上,已經足夠引起社會關注度。重視程度的輕重也決定其走向,我國是農業生產大國,最近由《農經》雜志社主辦的一期研討會上,與會專家也發表了觀點。在未來發展趨勢上,作為秸稈生產大國,面對生物質固體成型燃料研究上,需要不斷的學習新的技能和經驗,補充自身不足,達到優質的標準。這些可以通過與國外進行學習和交流,一來可以促進中外合作,二來可以推進秸稈新技術,給整體行業鏈接做扎實的基礎。促進行業產業的全面發展。
2.2 規模化應用是發展關鍵
順應國家文明建設和城鎮規劃的要求,我國電力供應不足、農村生活改善方面,都需要實現生物質能源規模化應用的策略。目前,高溫的天氣,導致地方提起進入電力供應不足的高峰。我國目前應用較多的是農作物秸稈以及農產品余物上,加上廢棄物以及家禽廢物等,這些殘余物每年達到十多億噸。因此,為實現生物質能規模化應用勢在必行。
2.3 政策利好助推產業發展
生物質能在政府推行的政策下,使產業得到迅猛發展。生物質能源是世界四大能源之一,在農業資源領域、城市中、林業資源、工廠廢水還有畜禽糞便上應用廣泛。在實現生物質能的合理利用中,面臨著很多考驗,面對系列的問題,在政策上得到應允,是項目開展的首要條件。企業給國家帶來良好效益的同時,國家也為中小企業發展難提供良好的平臺。
2.4 解決環保問題,緩解能源短缺
生物質能源轉化為優質資源,在以往,農村經常可見的現象,如在收割完農作物后,將其剩下的部分燃燒,這使得空氣污染加重,在其合理資源利用下,減少了廢棄物對空氣的污染。在工廠、學校、城市、醫院方面,在采暖以及電力、燃料方面解決了能源短缺的問題。
3 生物質固體成型燃料研究的發展目標
對于生物質能的研究,我國樹立了長遠的目標。在國家的重視之下,生物質能發展越來越快,經過不斷的創新和學習新的技術,給國家和社會做出了貢獻。十二五規劃一直都非常重視農村發展建設問題,也對生物質資源的發展給予大幅度支持。尤其針對生物質成型燃料,在其發現具可再生利用資源之初,就注定其發展會隨著經濟騰飛,實現其價值。國家政策支持,對生物基礎質成型燃料在今后的應用廣泛奠定了基礎,并且樹立了長遠的發展目標。
4 結語
目前,國家能源局和農業部正在進行生物質固體成型燃料行業標準出臺工作,包括固體成型燃料的分級標準、燃燒器技術和成型設備關鍵部件等規范。根據前文所述,在國內外新的發展格局下,擁有國家政策對生物質固體成型燃料研究的大力支持,通國不斷努力學習,突破技術上和大規模生產的問題,我國有充足的資本和信心將生物質能推向更高更遠的發展。
參考文獻:
1.生物燃料的概念
生物燃料是指通過生物資源生產的燃料乙醇和生物柴油,用于替代由石油制取的汽油和柴油,是可再生能源開發利用的重要方向。受世界石油資源、價格、環保和全球氣候變化的影響,20世紀70年代以來,許多國家日益重視生物燃料的發展,并取得了顯著的成效。中國的生物燃料發展也取得了很大的成績,特別是以糧食為原料的燃料乙醇生產,已初具規模。
2.生物燃料的發展現狀
盡管如此,我國的生物燃料產業仍處于初級發展階段,還有很長的路要走。而美國、巴西等國的生物燃料產業發展已經相對成熟,在美國,用生物燃料如生物柴油、乙醇和生物丁醇替代部分石油基汽油或柴油已成為較普遍的現象。美國提出的目標是到2025年通過大量使用生物燃料,替代從中東進口石油的75%以上。
巴西是世界領先的生物燃料生產國,其50%的甘蔗作物用于生產該國非柴油運輸燃料的40%以上。在美國,谷類作物的15%用于生產非柴油運輸燃料的約2%,乙醇生產以更快的速度在增長。據估算,巴西和美國生產的乙醇成本低于汽油。2007~2011年間巴西石油公司在可再生燃料方面投資將超過3億美元。
生物燃料是清潔能源,發展生物燃料對促進經濟可持續發展、推進能源替代、控制城市大氣污染具有重要的戰略意義。對許多石油公司而言,墨西哥灣漏油事故對環境造成的負面影響進一步促使他們將目光投向生物燃料。
可以看出,世界各國對于生物燃料的重視程度越來越高。但由于世界糧食危機日益嚴重,因此,生物燃料長期的發展潛力在于使用非食用原料,包括農業、城市和林業廢棄物以及高速增長的富含纖維素的能源作物,如換季的牧草等,以此緩解生物燃料與糧食的競爭。
3.生物燃料的發展前景
進入21世紀后,隨著全球環境問題的日益突出和石油價格的持續上漲以及其他一些因素的影響,生物燃料得到了進一步的重視,成為了可再生能源開發利用的重要方向。它不是一個新鮮事物,早在上世紀70年代,一些國家就已經開始嘗試利用生物燃料,以減少對石油的依賴。國外在生物燃料的開發和應用上起步較早,目前已實現規模化生產和應用。
我國從上世紀末開始發展自己的生物燃料技術,主要是利用相對過剩的糧食,開發應用生物燃料乙醇。經過5年的試點和推廣使用,我國生物乙醇汽油在生產、混配、儲運及銷售等方面已擁有較成熟的技術。我國生物燃料發展潛力巨大,前景廣闊。盡管如此,由于我國生物燃料仍處于起步階段,未來發展受到眾多因素的制約。首先是原料的問題。我國以陳化糧為原料開展生物乙醇汽油的試點,然而我國陳化糧數量有限,不具備再擴大規模生產的條件,而利用新糧則成本過高。燃料乙醇的新原料包括甜高粱、木薯、甘蔗及生產生物柴油的原料如麻風樹、黃連木等油料植物,這些原料能否落實成為制約生物燃料規模化發展的重要因素;其次是技術問題。據發改委的報告稱,有些技術雖較為成熟,但發展潛力有限。而另一些技術尚處于技術試驗或研究階段,距離工業化生產還有較大差距。因此,生物燃料技術產業化基礎薄弱也制約著生物燃料規模化發展;此外,產品價格和國家政策等問題也是影響發展的重要因素。總的來說,我國生物燃料的發展雖然受到一些因素的制約,但未來前景廣闊,我國生物燃料技術將會得到較快發展。
自20世紀中期以來,石油成為世界上最重要的能源物資。石油危機給世界經濟發展投下了濃重的陰影,可再生能源發展成為大趨勢。此外,汽車尾氣對環境的污染也日益嚴重,成為人類共同面對的一大難題。生物質能源原料來源廣、可大規模開發、廉價和清潔的屬性,使之成為世界各國新能源競相發展的戰略首選。我國是世界生物質資源大國,加快先進生物燃料技術產業化及高值化綜合利用,是加快新能源發展、緩解化石能源危機、減少PM2.5和溫室氣體排放、提高農業資源綜合利用率的核心與關鍵。
世界許多國家都成立了專門的生物能源開發管理機構,制定了相應的開發研究計劃,美國的國家生物質能管理辦公室及其“能源農場計劃”、“乙醇發展計劃”,巴西的國家生物質能委員會及“燃料乙醇和生物柴油計劃”,印度的國家生物燃料發展委員會及“綠色能源”工程,以及法國政府的“生物質發展計劃”,日本政府的“新陽光計劃”等等,這一系列大量積極務實的戰略舉措與激勵政策,加快了世界生物質能源產業技術的發展,并產生了重大社會效益和經濟效益。據國際能源署(IEA)的最新統計,目前,全球開發利用的生物質能源已占新能源的77%以上,其中,生物質液態與氣態能源占生物質能源利用總量的60%以上,而且這一比例還在加速攀升。
作為生物能源的主力軍,燃料乙醇具有無可替代的優勢――使用方便,不需要改造現有汽車。添加10%的燃料乙醇到汽油中,可以減少汽車尾氣CO排放量的30%,烴類排放量的40%,同時減少CO2和氮氧化合物的排放。因此,燃料乙醇在許多國家得到了大力發展。
燃料乙醇生產推廣歷程
巴西、美國走在了世界燃料乙醇生產推廣的前列,全球大部分的燃料乙醇是這兩國生產的。中國、歐盟、加拿大、澳大利亞、中南美洲等國家和地區緊隨其后開始了燃料乙醇的生產和推廣。全球燃料乙醇年產量從1970年代的數十萬噸急速增長到了近7 000萬噸(2013年,見表1),推廣區域從巴西、美國發展到美、歐、亞、非、大洋各大洲。
表1 2013年燃料乙醇產量(美國農業部) 單位:萬噸
1.中南美洲
巴西早在20世紀70年代就開始生產、推廣燃料乙醇,是目前世界上唯一不供應純汽油的國家,也是世界上最早推廣使用燃料乙醇的國家。1977年巴西開始使用E20汽油(含乙醇20%),1980年研制出使用含水乙醇的汽車發動機,所用燃料乙醇含水量達7.8%,目前,巴西全國有超過250萬輛汽車是由使用含水乙醇發動機驅動的,另有1 550萬輛車使用含乙醇22%~100%的E22乙醇汽油。
目前,巴西車用燃油的主要國家標準除柴油外僅有兩項,一是Gasolina-E22,即22%燃料乙醇+78%汽油;另一是Ethanol-E100,即93%燃料乙醇+7%水。靈活燃料車主可以自由選擇E22和E100的混配比例。政府主要職責是根據甘蔗收成和市場需求確定當年酒精與汽油的混配比例,即在糖價走高時,適當降低乙醇混配比例,反之,則提高比例。這也是政府自1998年開始規定,酒精汽油混配比例從按22%強制性混配調整為可根據酒精的供給情況在22%~25%進行混配的重要原因。2013年,巴西生產燃料乙醇1 872萬噸,占全球產量的26.75%。
秘魯2013年產乙醇約18.9萬噸,消費6.7萬噸。立法規定自2010年起,汽油中必須混配7.8%的生物乙醇。墨西哥、哥倫比亞等國計劃推廣E10乙醇汽油,阿根廷計劃使用E15乙醇汽油。
2.北美洲
美國是第一大燃料乙醇生產國,2013年產量達3 972萬噸,占全球產量的56.77%。在糧食主產區的幾個州強制推廣E15,其他地區強制推廣E10/E85供消費者自由選擇。
1979年,第二次石油危機爆發,美國國會為保障國家能源安全考慮,出邦政府燃料乙醇發展計劃,大力推廣含10%乙醇的混合汽油。美國燃料乙醇產量因此從1979年的3萬噸快速增長至1990年的260萬噸。1990年,美國國會通過《清潔空氣法修正案》規定,1992年開始39個一氧化碳超標地區強制采用10%的乙醇混合汽油。1995年開始9個臭氧超標地區強制使用5.7%的乙醇混合汽油。環保要求的提高為陷入低油價泥潭的美國燃料乙醇行業注入了活力。2007年,美國《能源獨立及安全法案》獲得通過,其中具體規定了未來15年中燃料乙醇的強制使用標準,到2015年美國一半以上的新車將使用含85%乙醇的混合汽油。美國燃料乙醇再次迎來了一輪高速增長,2010年燃料乙醇產量達3 500萬噸。根據美國能源部公布的資料可以看出,近年來美國燃料乙醇的生產與使用獲得迅猛發展:1993年年產量突破38億升,2002年突破76億升也用了10年時間,2004年則超過了114億升。根據美國能源部的計劃,到2025年可再生物質生產的生物燃料將代替從中東進口的石油的75%,到2030年將用生物燃料代替現在汽油使用量的30%,屆時將需要燃料乙醇2 280億升(1.8億噸左右)。
加拿大已形成規模生產,并正逐步推廣使用乙醇汽油。其各省對燃料乙醇的使用要求不同,其中安大略省已立法,要求汽油中必須含有10%的燃料乙醇,溫尼泊省也是10%,而薩斯喀則溫省要求為7.5%。
3.歐盟
近十年來,歐盟燃料乙醇產業發展極為迅速,消費量從2002年的0升/天驟增至2011年的1 300萬升/天(見表2、3)。已成為重要的燃料乙醇生產區和消費區,2013年產量達409萬噸,占全球產量的5.85%。各國推廣E5~E8乙醇汽油。
4.亞洲
我國是第三大燃料乙醇生產國,2013年產量達208萬噸,占全球產量的2.97%,在部分省市封閉推廣E10。2000年以來,我國原油對外依存度由30%上升至國際公認警戒線(50%)以上,達到58%,高于美國的53%。我國能源安全已成為不可忽視的問題(如圖1)。
在能源安全受到威脅,并且國內存在存糧需要消化的背景下,我國在2002年前后開始推廣用存糧做燃料乙醇(見表5)。
2006年以前,玉米乙醇受政策扶持率先發展,但因“與人爭糧”矛盾突出,2006年后政策轉而全面限制玉米乙醇的大規模推廣,補貼也被不斷下調,玉米乙醇產量增速因此大幅下滑。國家批準建設燃料乙醇定點的其中4家企業采用的是1代技術,由于糧食占成本的主要部分,達到70%以上,隨著糧食價格的上漲,成本進一步上升。以中糧生化為例,2011年,公司燃料乙醇生產成本為8 182元/噸,而銷售價格僅為5 657元/噸,公司完全依賴政府補貼才能維系生存。根據國家政策規劃,黑龍江等10個省區已開始燃料乙醇汽油的試點工作。從數據看,國內燃料乙醇供需仍存在一定缺口(見表4)。在玉米乙醇成本高企,政府全面限制國內糧食乙醇產能規模進一步擴張的情況下,以纖維素乙醇為代表的非糧乙醇將逐漸成為國內燃料乙醇的主要組成部分,未來市場空間較大。由于現有燃料乙醇定點資質的多為玉米乙醇企業,其產能擴張受到政策與高成本的雙重限制,實際產量增長緩慢。目前,現有試點地區內燃料乙醇需求無法被完全滿足,玉米乙醇已無法滿足《可再生能源中長期規劃》、《可再生能源“十二五”規劃》對未來我國燃料乙醇利用量大幅提升的要求。出于國家能源安全、糧食安全與企業發展的戰略考慮,燃料乙醇勢必走向大規模發展“非糧”的時代。目前,國內以糧食秸稈、玉米芯為原料的2代纖維素乙醇生產已經具備基本技術條件,山東龍力生物、中糧肇東、河南天冠和安徽豐原都已完成纖維素乙醇中試,并開始運行或建設工業化規模的生產線。同時,企業也在積極申報定點供應資質。纖維素乙醇已經燃起星星之火。
我國燃料乙醇的發展還存在很多制約因素亟待解決:
一是燃料乙醇產業的戰略定位與政策扶持力度不匹配,國家缺少統一的生物能源管理機構。本世紀初,我國已把發展可再生能源定格為國家戰略。先后出臺了《可再生能源法》《可再生能源中長期發展規劃》等鼓勵生物燃料發展的政策法規。但是我國對生物燃料規模化發展對減少PM2.5和溫室氣體排放上的作用認識和重視不夠,特別是隨著能源與環境問題的日益突出,美國、歐盟甚至東南亞都在持續加大對生物質燃料生產推廣的政策支持,而我國所出臺的鼓勵政策不配套,實施細則不完善,沒有發揮出應有的政策導向作用。特別是對1.5代生物燃料的推廣使用、2代生物燃料的技術創新、研究開發缺乏系統、連續和穩定的政策支持,從而導致生物燃料的推廣應用積極性受到影響,技術創新投入也步履維艱。2007年以糧食為原料的燃料乙醇停止審批,直到2012年又核準了2家分別以木糖渣和甜高粱為原料的共10萬噸產能,2013年核準了4家以木薯為原料的共65萬噸產能。目前,我國燃料乙醇產業發展緩慢,2015年前400萬噸規劃目標很可能落空。政策因素無疑在制約著我國生物燃料的規模化發展。缺乏統一的生物能源管理機構,具體運行中的一些細小問題解決困難。由于國家部門工作程序不一致,使燃料乙醇實際市場需求和指令性計劃的矛盾一直得不到及時解決。根據國家發改委推廣燃料乙醇的政策要求,為了確保封閉推廣區域的市場供應,燃料乙醇生產企業要根據市場的實際需求保證供給,也就是說市場需要多少燃料乙醇生產企業必須生產多少。而國家補助則是按每年年初制定的燃料乙醇計劃數執行。另外,為鼓勵和引導企業發展非糧燃料乙醇,國家出臺了一些扶持政策。由于沒有明確的認定程序,雖然天冠集團和安徽豐原分別改造了30萬和17萬噸木薯乙醇產能并通過了驗收,但是近年來兩家生產企業銷售的木薯燃料乙醇至今沒有得到應有的扶持。
二是生物燃料乙醇的功能定位和宣傳不夠,沒有體現出乙醇作為汽油品質改良劑的實質功能,使社會層面對乙醇汽油認識不足。生物燃料乙醇按一定比例加入汽油中,不是簡單替代油品使用,它是優良的油品質量改良劑,它既是增氧劑,又是汽油的高辛烷值調和組分(一般汽油的辛烷值最高為97,乙醇的辛烷值為112。辛烷值為我國汽油的標號值,10%的乙醇加入量可提高汽油近3個標號)。當前我國正面臨著油品質量升級(國三到國四、國五)、降低PM2.5排放等問題,但煉油行業普遍采取的限錳、降硫,降烯烴等工藝會導致汽油辛烷值損失較大,而我國高辛烷值組分油資源本身就缺乏。乙醇中既不含硫、烯烴、芳烴,辛烷值又高,同時可以降低50%左右的PM2.5排放,是最綠色環保、安全有效、可再生的汽油辛烷值添加劑。美國、歐盟、加拿大、澳大利亞等國的實踐已經充分證明:乙醇作為高品質汽油中不可或缺的重要組分,是對MTBE為代表的傳統石化基汽油調和劑的最佳替代品(由于污染地下水問題,美國、澳大利亞等國已禁用MTBE。其中美國走了30年使用MTBE的彎路之后,又回過頭來再走乙醇代替MTBE的路子,其經驗教訓可幫助我們更正確的認識燃料乙醇)。使用乙醇作為汽油的改良劑,是對國家、環境、農民、石化企業、生物能源產業諸方有利、多家共贏的最佳選擇。
三是政策扶持力度偏低。生物能源作為具有特殊戰略性意義的新興產業,因其使用的對象是龐大的傳統能源產業,世界各國都在定價機制、財政稅收、投資金融等方面給予優惠和扶持。我國生物燃料的規模化發展正處于關鍵階段,無論是生物質資源的收儲運體系構建、產品供應鏈和市場成熟度都無法與現有的化石能源相比,但在產業政策中又得不到應有的合理的鼓勵和扶持。例如,美國給予纖維乙醇等第2代先進生物燃料以高額補助(噸纖維乙醇約2 150元RMB),我國已出臺木糖渣生產的纖維乙醇補貼政策為每噸纖維乙醇800元RMB。由于與美國政策力度差距較大,將制約我國在這一新領域長期處于競爭優勢的后續發展能力。
日本目前尚未大規模使用燃料乙醇,由于資源缺乏,目前只有含3%乙醇的汽油供應。政府計劃2020年前,50%以上汽車使用乙醇汽油,2030年所有汽車使用乙醇汽油。
印度作為發展中大國對能源問題也十分重視,其乙醇年產量在17~30億公升之間,生產原料主要是糖蜜,目前正在推廣使用含乙醇5%的乙醇汽油,每年需從巴西進口乙醇,但印度政府的目標是做到燃料乙醇自給自足,因此巴西方面預計這種進口狀況不會持續太久。
泰國政府對燃料乙醇的生產使用十分重視,擬建立年產100萬噸燃料乙醇生產能力,在全國推廣使用E10乙醇汽油。2013年6月27日,廣東中科天元新能源科技有限公司為泰國Ubon Bio Ethanol有限公司設計、建造的以干鮮木薯、糖蜜為原料日產40萬升燃料乙醇廠順利通過驗收。為了減少對石油的依賴,泰國能源部正采取多種措施,積極推廣乙醇汽油。措施包括:與知名品牌汽車廠合作,在各類現有汽車及摩托車上加裝轉換裝置;從價格等方面實行優惠,推動E85乙醇汽油(85%乙醇)的廣泛應用;與郵政部門進行試點合作,對首批200輛至300輛長途運輸汽車進行E85乙醇汽油改裝試驗;加強對民眾的宣傳,消除老百姓對使用乙醇汽油的誤解。
菲律賓2009年2月頒布新的法律:《生物燃料法案》,要求汽車燃料用汽油至少含有5%的乙醇,到2011年達10%。關于生物乙醇使用,法律明文規定本地生產的生物乙醇要高于進口生物乙醇。然而,本地生產的數量遠遠供不應求。
5.非洲
肯尼亞、烏干達、南非都在積極發展以甘蔗、甜菜為原料的燃料乙醇的生產。
6.大洋洲
澳大利亞絕大多數新的和許多較老式的汽車及輕量化商用汽車可使用E10,E10已在澳大利亞NSW、ACT和Queensland省的400個加德士加油站出售。加德士澳大利亞公司推出的Bio E-Flex燃料(E85)在一百多個大城市和地區使用,僅適用于靈活燃料汽車。
未來展望
燃料乙醇作為汽油的改良劑和可再生替代品,在石油資源日漸匱乏、環保問題日益嚴峻的形勢下成為世界性發展方向,隨著車輛保有量的快速增加,其生產、推廣規模迅速擴大的趨勢不可逆轉,1代燃料乙醇因消耗糧食而飽受爭議,未來以木薯、甜高粱、木質纖維素類生物質為原料的非糧燃料乙醇將是主要發展方向。
生物能源是什么
生物能源又稱綠色能源,可再生,原材料遍布各地,蘊藏量極大。生物能源離我們并不遙遠,它就在身邊。垃圾、秸稈、沼氣甚至包括 “地溝油”,這些看似無用的家伙經過加工處理都能變成可利用能源。通常包括:一是木材及森林工業廢棄物;二是農業廢棄物;三是水生植物;四是油料植物;五是城市和工業有機廢棄物;六是動物糞便。
生物能源主要有沼氣、生物制氫、生物柴油和燃料乙醇。沼氣由微生物發酵秸稈、禽畜糞便等有機物產生,主要成分是甲烷;生物氫通過微生物發酵得到,由于燃燒生成水,是最潔凈的能源;生物柴油是利用生物酶將植物油或其他油脂分解后得到的液體燃料,作為柴油替代品;燃料乙醇是植物發酵時產生的酒精,以一定比例摻入汽油,使排放的尾氣更清潔。
生物能源的現狀
新型原料培育、產品綜合利用、技術高效低成本轉化,是“十二五”生物能源技術三大趨勢。原料從以廢棄物為主向新型資源選育和規模化培育發展;高效、低成本轉化技術與生物燃料產品高值利用是技術發展核心;生物質全鏈條實現綠色、高效利用。
我國現有生物質資源相當于4.5億噸標準煤,利用技術被列為重點科技攻關項目,如戶用沼氣池、節柴炕灶、薪炭林、大中型沼氣工程、生物質壓塊成型、氣化與氣化發電、生物質液體燃料等。
生物能源科技重點包括:微藻、油脂類、淀粉類、糖類、纖維類等能源植物的選育與種植,生物燃氣高值化制備及綜合利用,農業廢棄物制備車用生物燃氣示范,生物質液體燃料高效制備與生物煉制,規模化生物質熱轉化生產液體燃料及多聯產技術,纖維素基液體燃料高效制備,生物柴油產業化關鍵技術研究,萬噸級的成型燃料生產工藝及國產化裝備,生物基材料及化學品的制備煉制技術等。已經開發出多種固定床和流化床氣化爐,以秸稈、木屑、稻殼、樹枝為原料生產燃氣。
利用方式
1.氣體燃料。包括沼氣、生物質氣化制氣等。利用有機垃圾、生物質廢料、殘留物、廢棄物等進行發酵等工藝,生產出沼氣等可燃氣體。這種利用方式受原材料供應限制,大中型沼氣工程發展較慢。可燃氣通常用于家庭,以及專用燃氣交通工具,使用范圍較窄。可燃氣體發電同樣受到原料供應的限制。
2.液體生物質燃料。包括燃料乙醇和生物柴油,是可再生能源開發利用的重要方向。
生物柴油的原料來源廣泛:回收動植物油;含油量高的植物,如麻風樹(學名小桐子)、黃連木、文冠果、續隨子等。構建大規模生物柴油能源林是解決原料供應的根本。
燃料乙醇在經歷了以糧食為原料生產的初級階段后,逐漸向以木質纖維素等非糧食原料轉向。目前已有若干實驗試點企業運行投產。
3.固體生物質燃料。分為生物質直接燃燒、壓縮成型燃料、生物質與煤混合燃燒為原料的燃料。熱效率利用率較低,通過新型爐灶、鍋爐提高熱效率利用率,或者把生物質固化成型后采用略加改進后的傳統設備燃用,但成型燃料的壓縮成本較高。此外,生物質燃料發電也成為當前生物質能開發利用的重要方向。
美國、英國、瑞典等國家均有生物質能源發電站建設投產,我國在這方面也具有了一定的規模,南方地區的許多糖廠利用甘蔗渣發電。廣東和廣西兩省共有小型發電機組300余臺,云南也有一些甘蔗渣電廠。
在諸多的生物質利用技術中,生物質發電技術是最具發展潛力的利用技術之一。因為電的利用范圍較廣,而且可以充分利用現存電網。高效直燃發電是最簡便可行的高效利用生物質資源的方式之一。
發展生物能源的8大優勢
生物能源對環境污染小,屬于可再生能源,其普遍、易取,便于運輸,且具有以下優勢:
1.生物燃料是唯一能大規模替代石油燃料的能源產品,而水能、風能、太陽能、核能及其他新能源只適用于發電和供熱。
2.產品多樣。液態:生物乙醇和柴油;固態:原型和成型燃料;氣態:沼氣等。既可以替代石油、煤炭和天然氣,也可供熱和發電。
3.原料多樣。秸稈、林業加工剩余物、畜禽糞便、食品加工業的有機廢水廢渣、城市垃圾,還可利用低質土地種植各種能源植物。
4.生物燃料可以像石油和煤炭那樣生產塑料、纖維等產品,形成生產體系。其他可再生能源和新能源不可能做到。
5.可循環性和環保性。生物燃料是在農林和城鄉有機廢棄物的無害化和資源化過程中生產出來的產品;生物燃料的全部物質均能進入生物循環。物質上永續,資源上可循環。
6.生物燃料的“帶動性”。生物燃料可以拓展農業生產領域,帶動農村經濟發展,增加農民收入;還能促進制造業、建筑業、汽車業等行業發展。
7.生物燃料具有對原油價格的“抑制性”。生物燃料將使“原油”生產國從目前的20個增加到200個,通過自主生產燃料,抑制進口石油價格,并減少進口石油花費,使更多的資金能用于改善人民生活,從根本上解決糧食危機。
8.生物燃料可以創造就業機會和建立內需市場。聯合國環境計劃署的“綠色職業”報告中指出,“到2030年可再生能源產業將創造2040萬個就業機會,其中生物燃料1200萬個”。
相關政策
近幾年,中國生物能源產業發展迅速,產品產出持續擴張,國家產業政策鼓勵生物能源產業向高技術產品方向發展,中國企業新增生物能源投資項目逐漸增多。投資者對生物能源產業的關注越來越密切,生物能源已成“十二五”規劃扶持重點。《可再生能源中長期發展規劃》提出,未來15年內投資約1.5萬億用于發展可再生能源,到2020年發展燃料乙醇至1500萬噸、生物柴油500萬噸。2011年1月5日,總理主持召開國務院常務會議,決定實施新一輪農村電網改造升級工程。在“十二五”期間,使全國農村電網普遍得到改造,基本建成安全可靠、節能環保、技術先進、管理規范的新型農村電網。
存在問題
1.原料資源短缺。廣西木薯燃料乙醇項目,被利用為燃料乙醇原材料的木薯的前后價格差別很大,這對供應體系是個挑戰。考慮到與人畜食物相爭,很多國家都限制玉米乙醇生產,生物柴油原料不足。同樣的問題在生物質發電、成型燃料和生物柴油領域也普遍存在。制備生物柴油主要原材料――“地溝油”回收方面表現尤為突出。相比于“地溝油”制備食用油技術,生物柴油的成本高售價低,再加上相關部門監管力度不夠,造成“地溝油”回流餐桌現象普遍,也直接導致生物柴油原料供應不足。
2.技術基礎薄弱。以能源作物為原料生產燃料處于試驗階段,以廢棄動植物油生產生物柴油的技術較為成熟,但潛力有限。后備資源潛力大的纖維素生物質燃料乙醇和生物合成柴油的生產技術還處于研究階段,產業化程度低。
3.生物燃油產品市場競爭力弱。受原料來源、生產技術和產業組織等多方面因素的影響,燃料乙醇的生產成本較高。目前,國家每年對102萬噸燃料乙醇的財政補貼約為15億元,在目前的技術和市場條件下,擴大燃料乙醇生產需要大量的資金補貼。
4.銷售市場建設滯后,下游企業對接缺失。主要體現在生物液體燃料方面。以生物柴油為例,國內企業幾乎都沒有自己的加油站,很難進入中石油、中石化的成品油零售市場,銷售渠道更是匱乏單一。在生物柴油發展的黃金期,國內涉足企業數量一度達到了300多家,目前數量縮水三分之一。
中小投資者的機遇
原料加工:如綠野科技從菊芋塊莖中提取菊粉;甜高粱產量高,稈渣是造紙的好原料,作為大規模的能源作物具備有利的特性,很有前途。
油料作物種植:如北京草業與環境研究發展中心的柳枝稷、蘆竹和荻,已試種了3000畝;赤峰市翁牛特旗經濟林場,文冠果基地全國最大;湖南林業科學院能源植物與生物燃料油研究中心,選育出大果、矮化、高產、高含油的光皮樹無性系良種6個,營造光皮樹油料林30萬畝。
關鍵詞:中國生物質能源;發展現狀;問題;對策
伴隨著國家相關生物質能源生產行業標準規范的逐步完善,目前我國生物質能源生產開發已初具規模,在一系列法律法規的保障和財稅政策的推動下獲得了良好的發展。然而,中國生物質能源產業在實際發展過程當中,仍然存在著工業體系不完善、原料資源不足、產業化基礎不夠牢固、市場競爭力較低和研究能力滯后等諸多問題。因此,如何準確把握生物質能源產業的影響因素,制定合理有效的應對策略,是當下的生物質能源發展中迫切關注的重要課題。
1 世界能源結構的現狀與問題
1.1 節能減排舉措影響世界能源結構
燃料的使用效率與能源結構直接決定了二氧化碳的排放量,因而能源開發利用同自然環境之間的聯系緊密。近年來,煤、石油和天然氣這三大化石燃料的使用使得全球二氧化碳排放量急劇增加,引起了氣候的異常及失衡。有研究指出,生物質燃料所排放的二氧化碳量要比化石原料少95%左右,若每年生產一億噸生物質燃料,則能達成5.5%二氧化碳的減排,故生物質能源產業的推進對世界能源結構的優化具有重要意義。
1.2 世界化石燃料危機嚴重
據統計,在全球能源的總用量中,化石能源所占比例高達85%,每年石油、煤炭和天然氣的儲量都在不斷下降。作為不可再生資源,人們賴以生存的石化能源正在日趨枯竭,使得人類面臨愈發嚴峻的能源危機。
1.3 可持續發展理念促進生物質能源產業發展
如今,可持續發展思想已深入人心。作為一種可再生能源,生物質能源在給人們提供生產原料與能量的同時實現了環境友好的目標,能夠在很大程度上緩解人們對石化資源的依賴。
2 生物質能源技術開發的進展
2.1 生物液體燃料
包括生物柴油、燃料乙醇和其他液體燃料。當前采用液體催化劑的化學酯交換法是生產生物柴油的關鍵技術,利用對原料油當中水分、游離酸的嚴格脫除來防止催化劑失活。液體酸催化方法雖然能夠避免水分、游離酸對產率的影響,但設備易被酸腐蝕、甲醇與丙三醇難以分離,且環境友好性較差。燃料乙醇的生產目前還在探索過程中,我國的燃料乙醇發展快,以吉林燃料乙醇公司、河南天冠集團等為代表的企業都在燃料乙醇的研究上取得了較大的進展。此外,生物質快速熱裂解液化等技術也是國際上的研究熱點。
2.2 生物燃氣
瑞典、丹麥和德國的生物燃氣技術發達,已經實現了規模化、自動化與專業化,多使用高濃度糞草原料進行中溫發酵,其應用逐漸延伸到車用燃氣與天然氣管網領域。至2008年,我國的沼氣工程初步實現全面發展,厭氧擋板反應器、上流式厭氧污泥床等發酵工藝都有了示范應用。但受未熱電聯產和環境、溫度條件影響,大多沼氣工程穩定性不足且高濃度發酵等工藝應用少。
2.3 固體成型燃料
歐美地區的生物質固體成型燃料已走向規模化和產業化,瑞典、泰國等地區對固體成型燃料也給予了很高的重視。20世紀80年代,我國開始研究固體成型燃料并逐步建立了以蘇州恒輝生物能源開發有限公司等企業為代表的燃料工廠。
2.4 微藻能源
微藻生物柴油技術的研發主要集中在含油量高且環境適應性強的微藻的選育、規模化產油光生物系統的研發以及收集微藻、提取油脂這幾個方面,所面臨的最大難題是油脂含量、細胞密度高的微藻細胞的培養。使用微藻對石油形成進行模擬是我國研究微藻的開端,此后微藻異養發酵技術、微藻光合發酵模型等的創新都推動了我國微藻能源的研究開發。
3 影響生物質能源產業發展的因素
3.1產業模式局限
我國的生物質能源開發利用管理模式還有待健全,原料評價體系、技術規范等還不完善。項目模式也存在缺陷,例如,小型項目配套政策的缺失使得立項復雜且操作成本較高。
3.2 生產技術滯后
我國的沼氣工程大多應用的是濕發酵工藝,裝備與技術水平都比較滯后,不利于沼氣的高值化利用。非糧乙醇技術還存在障礙,受工藝復雜、酸濃度需求高、副產物多、設備要求高和成本高等因素制約,乙醇濃度不高、原料綜合利用率低和發酵效率低、時間長等問題還有待解決。此外,五碳糖菌種的缺乏、生物酶法制備技術的落后和生物柴油使用性能低、經濟性低等也是目前需要解決的難點。
3.3 資源供應不足
原料供應不足是我國生物質能源產業發展的一大瓶頸,單一的原料來源制約了沼氣工程規模化發展,非糧原料供應的間斷不利于其全年均衡生產,陳化糧等原料的缺乏影響了乙醇燃料工業發展進程,生物柴油技術也面臨著原料不足的狀況。
4 對策與建議
4.1 創新生物能源技術
生物質能源是實現我國可持續發展是重要能源保障,必須借助自主知識產權核心技術的創新來保證生物質能源產業化的持久。各級政府需積極推廣國產化計數,通過補助力度的加大來調動各單位研發應用自主技術的積極性,可通過專項資金的設立來支持生物質能技術創新,逐步形成分散式的產業體系。
4.2 合理利用邊際土地
針對原料不足這一瓶頸,應當充分利用邊際土地來發展非糧生物質能,逐步建設以能源草、甘薯、木薯等作為原料的生物質液體與氣體燃料生產基地。
4.3 加強國家政策支持
生物質能源的開發利用對于我國資源、能源供應都具有重要意義,必須將其納入安全戰略的考慮范疇并給予相應的政策支持。國家可結合生物質能源發展需求完善相關激勵體系,推行納入能源生產社會成本、環境成本的全成本定價方案,科學制定產品價格補貼、液體燃料消費鼓勵和液體燃料強制收購等方面的政策,給生物質能源發展提供強有力的體系支撐。
參考文獻