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1.石化和煤化工新机会 2.石油和天然气产业链 3.电力市场改革前瞻 4.未来能源技术天地（筹备中，侧重一切新的能源形式和想象）
能源情报正在筹办举行“天然气市场分析及改革 主题研讨会和酒会”，时间待定，报名者需缴一定费用覆盖基本支出。可以通过个人微信和eipress@qq.com渠道报名。详细议程我们稍后发布。 正文： 近年来，随着全球经济快速增长，尤其是新兴经济体的快速发展，世界能源消耗量大幅增加，面对煤炭、石油等能源资源日益枯竭，环境污染日益严重以及温室气体大量排放而导致的全球气候变暖，使得能源供应及经济、社会的可持续发展已成为世界各国需要面对的最主要问题之一。燃料乙醇一般是指体积浓度达到99.5%以上的无水乙醇，是良好的辛烷值调和组分和汽油增氧剂，燃烧乙醇汽油能够有效减少尾气中的PM2.5和CO[1]，其作为可再生液体燃料的代表之一，可补充化石燃料资源，降低石油资源对外依存度，减少温室气体和污染物排放，近年来受到世界各国的广泛关注。自巴西、美国率先于20世纪70年代中期大力推行燃料乙醇政策以来，加拿大、法国、西班牙、瑞典等国纷纷效仿，目前以甘蔗、玉米为原料第1代燃料乙醇产业已经形成规模，燃料乙醇已经成为世界消费量最大的生物燃料。 一、世界燃料乙醇发展概况 2011年世界生物燃料总产量为9095万吨，其中燃料乙醇产量为6680万吨。 1.1 美国 美国是目前世界上最大的燃料乙醇生产国，2011年总产能为4454万吨/年（149亿加仑/年），实际产量约为4153万吨（139亿加仑），较2010年（3944万吨）增加了5.3%，占世界燃料乙醇总产量的62.2%。美国共有燃料乙醇生产企业209家，绝大多数以玉米为原料。 美国通过法令的形式，强制规定了燃料乙醇的使用量。2005年通过的可再生燃料标准（RFS）能源政策法案（EPAct）规定到2012年生物燃料使用量要达到75亿加仑。2007年美国能源独立与安全法案（EISA）中对RFS进行了修订，建立了RFS2计划，对每年运输用的纤维素生物燃料、生物柴油和先进生物燃料的使用量进行了规定，要求到2022年生物燃料的总使用量要达到360亿加仑（235万桶/日），其中纤维素生物燃料的使用量要达到160亿加仑。目前美国市场上同时销售不含乙醇的汽油、E10和E15汽油。E10已经在美国得到广泛应用，使用比例达到95%，销售商将辛烷值为83.5～83.7的汽油与乙醇（体积分数占10%）调和得到辛烷值为87的乙醇汽油；E15则适用于2001年以后生产的车辆。从2000～2011年美国燃料乙醇的实际使用情况看，符合RFS2的要求。2012年美国受高温干旱的影响，玉米价格上涨影响了美国燃料乙醇的生产，燃料乙醇产量较2011年下降4.6%。 表2 美国非粮燃料乙醇生产企业
1.2 巴西 巴西是第二大燃料乙醇生产国，以甘蔗为主要原料，约有50%的甘蔗用于生产燃料乙醇，燃料乙醇供应了其国内轻型乘用车38%的燃料需求。2011年受甘蔗减产的影响，燃料乙醇减产，总产量为1665.2万吨，占世界总产量的25%，较2010年下降了19.5%。巴西销售燃料乙醇的方式有两种：含水乙醇和无水乙醇。含水乙醇用于纯乙醇燃料汽车，而无水乙醇则用于与汽油调和，巴西销售的汽油中均含有20%～25%的乙醇。巴西燃料乙醇产业的成功得益于其灵活燃料汽车（FFV）的推广，目前销售的汽车中90%为FFV，其燃料乙醇生产企业大多都与蔗糖生产相结合，共有350座燃料乙醇生产厂，约有80%位于巴西圣保罗州，另有20%位于巴西北部地区。其中273座工厂可同时生产糖和乙醇，生产燃料乙醇的工厂仅有77座。 1.3 德国 近年来，德国十分重视燃料乙醇的使用，2010年德国共有13家燃料乙醇生产企业，总产能100万吨/年，2010年总产量60万吨，但消费总量达到102万吨，因此需从荷兰、比利时、法国和波兰进口燃料乙醇。预计到2020年，德国燃料乙醇的消费量将达到156万吨。德国乙醇的销售方式有3种：直接与汽油调和销售，以乙基叔丁基醚（ETBE）与汽油调后销售，以E85销售。2010年这3种方式分别销售85.9万吨、14.9万吨和1.3万吨。 1.4 日本 日本交通部门的石油对外依存度接近于100%，日本经济产业省2006年发布了“国家新能源战略”，计划到2030年将石油的对外依存度降低80%，到2020年要实现可再生燃料替代3%的汽油消费量的目标。燃料乙醇是日本国内最主要的可再生燃料种类之一，根据日本“挥发油类质量标准”的要求，汽油中需要掺调3%的燃料乙醇，采用直接与汽油掺混或以ETBE与汽油掺混的方式使用，其燃料乙醇消费总量的97%从海外进口。目前日本国内燃料乙醇总产能约为3万吨/年，主要以粮食、甜菜为原料，也有一些纤维素乙醇示范装置。 2. 燃料乙醇生产技术进展 目前，燃料乙醇的生产方法主要分为化学合成法和生物法。化学合成法包括乙烯路线和合成气路线，生物法分为生物化学法和热化学法。
2.1 化学合成制乙醇 乙烯水合法分为间接水合法和直接水合法。间接水合法由美国联碳公司开发，反应分两步进行，先将乙烯在一定温度、压力条件下通入浓硫酸中，生成硫酸酯，再将硫酸酯在水解塔中加热水解而得乙醇，同时有副产物乙醚生成。间接水合法设备腐蚀严重，生产流程长，已被直接水合法取代。直接水合法由壳牌公司最先开发应用，该工艺是在一定条件下，乙烯通过固体酸催化剂直接与水反应生成乙醇，工业上采用负载于硅藻土上的磷酸催化剂。乙烯水合法缺乏经济性，已经很少应用。 合成气化学法合成乙醇已经具有很长的历史，1920年就已经出现了利用化学催化的方法利用CO（一氧化碳）和H2（氢气）合成乙醇的方法。制备合成气是该过程的重要步骤之一，合成气可来源于天然气转化、煤气化或生物质气化装置，也可以来自钢厂废气，城市生活垃圾也可以经气化制备合成气，城市垃圾中有机物占25%～30%，是可再生资源的一种，每燃烧5吨垃圾可获得相当1吨标煤的热量。 目前普遍研究的合成气化学法生产乙醇有2种方法，一种是甲醇羰基化，美国联碳公司利用Co(OAc)-12催化剂，甲醇与合成气反应制取乙醇，获得了较高的转化率和产品选择性；壳牌公司用甲醇和合成气在CoI2、CoBr2的催化作用下反应，甲醇转化率可达51.1%，乙醇选择性63.8%。另一种方法是合成气在催化剂的作用下直接合成乙醇，美国联碳公司开发的Rh系催化剂、德国Hoechst公司开发的Rh-Mg系催化剂和法国IFP开发的Co-Cu-Cr-碱系催化剂[26]，都取得了一定进展。虽然国内外已在该领域开展了大量研究工作，但在目标产物转化率和收率方面还有待进一步提高，因此该方法目前尚未得到工业应用。 美国塞拉尼斯公司基于其甲醇羰基合成乙酸工艺，开发了TCX乙醇生产技术，该技术使用合成气和氢气为原料，在合成乙酸后，乙酸和氢气在铂/锡催化剂的作用下发生加氢反应制备乙醇，具有生产成本低、占地面积小和装置规模大（110万吨/年）等特点，其全生命周期水耗比传统生物燃料水耗要低。该工艺与生物质气化技术结合可低成本生产生物燃料乙醇。2012年4月，塞拉尼斯公司获准在南京建设27.5万吨/年工业乙醇项目，该公司同时计划在珠海、内蒙古、美国德克萨斯州和印度尼西亚建设乙醇生产装置。加拿大Enerkem公司开发了以城市垃圾为原料，经气化、合成气净化、甲醇羰基化生产乙醇的成套技术，该工艺每10吨垃圾可生产3吨乙醇。Enerkem公司在加拿大的魁北克已经建成一座130万加仑/年的工业示范装置，目前与GreenField乙醇公司合作在加拿大埃德蒙顿建设其10万加仑/年的商业生产装置，并计划在美国Pontotoc和加拿大Varennes另建2座10万加仑/年的生产装置。 2.2 生物发酵制燃料乙醇 生物发酵制燃料乙醇分为生化法和合成气发酵两种，生化法是目前制取燃料乙醇的最主要方法，近十年以粮食和甘蔗为原料的第1代燃料乙醇产业快速发展。玉米燃料乙醇的生产过程包括预处理、脱胚制浆、液化、糖化、发酵和乙醇蒸馏步骤。早期的粮食乙醇生产工艺存在能耗高、反应速度慢和原料利用率低的缺点，经过多年的技术改进，粮食乙醇的效率已经得到很大提高。目前美国大部分乙醇企业的淀粉转化率已经达到90%～95%，生产1亿加仑燃料乙醇，需要90万吨玉米，可同时副产30万吨动物饲料和8500吨玉米油。粮食乙醇的酶制剂的成本也经历了从高到低的下降过程，酶制剂在成本中所占比例从30%～40%下降到了5%～10%。诺维信公司（Novozymes）在2012年推出了Avantec液化酶，在相同的工艺条件下，可提高乙醇产率2.5%，每生产1亿加仑燃料乙醇可减少粮食消耗2.25万吨。以甜高粱茎秆和木薯等非粮作物为原料的1.5代燃料乙醇，主要是利用作物中的糖类物质，采用生化工艺，通过糖发酵生产燃料乙醇。 目前以纤维素和其它废弃物为原料的第2代燃料乙醇生产技术主要有生化法和热化学法。纤维素生物发酵制燃料乙醇的技术路线包括预处理、纤维素水解和单糖发酵3个关键步骤。预处理方法分为物理法、化学法、物理化学法和生物法，目的是分离纤维素、半纤维素和木质素，增加纤维素与酶的接触面积，提高酶解效率。物理方法包括机械粉碎、蒸汽爆碎、微波辐射和超声波预处理；化学法一般采用酸、碱、次氯酸钠、臭氧等试剂进行预处理，其中以NaOH和稀酸预处理研究较多；物理化学法包括蒸汽爆破和氨纤维爆破法；生物法是用白腐菌产生的酶类分解木质素。这些预处理方法各有其优缺点，今后的主要研究方向是继续探索反应条件温和、无有毒副产物和糖化效率高的预处理技术。 纤维素酶成本较高的问题长期以来一直是阻碍纤维素乙醇产业发展的障碍。20世纪90年代，每加仑纤维素乙醇的酶成本约为5美元。为了降低酶费用，美国能源局为Novozymes公司和Genencor公司提供资金研究纤维素糖化酶，2012年Novozymes推出酶制剂产品Cellic CTec3，比其推出的上一代商业酶CTec2转化效率提高了50%，并且提高了温度和酸碱度的适应范围，降低了纤维素乙醇的生产成本（由2.5美元/加仑降至2美元/加仑）。Genencor公司在2011年推出最新一代的纤维素复合酶Accellerase® TRIO[42]产品，该酶同时含有外切葡聚糖酶，在Accellerse DUET基础上，提高了处理高浓度底物的能力，酶用量可减少一半，最佳工作条件为pH值4.0～6.0，温度40～57℃，可于SSCF发酵工艺。丹麦DSM公司也推出了商业应用的纤维素水解酶，为Inbicon纤维素乙醇生产装置提供酶产品。 表3 Genencor公司发布的用于燃料乙醇生产的纤维素酶产品
纤维素乙醇生产工艺主要分为4种，包括分步水解与发酵工艺（SHF）、同步糖化发酵工艺（SSF）、同步糖化共发酵（SSCF）和直接微生物转化工艺（DMC）[17，46]。其中SHF工艺是最先开发和应用最广的纤维素乙醇技术，即纤维质原料首先利用纤维素酶水解后，再进行C5、C6糖发酵，可分别发酵，也可利用C5、C6共发酵菌株生产乙醇，该方法的缺点是随着酶水解产物的积累，会抑制水解反应完全。目前绝大多数商业装置都采用SHF工艺，如加拿大Iogen、杜邦DDCE等。同步糖化发酵工艺（SSF）是将纤维素酶解与葡萄糖乙醇发酵整合在同一个反应器内进行，酶解过程中产生的葡萄糖被微生物迅速利用，消除了糖对纤维素酶的反馈抑制作用。Abengoa Bioenergy在其330吨/年的中试装置上采用了SSF技术。同步糖化和共发酵工艺（SSCF）利用C5糖和C6糖共发酵菌株进行酶解同步发酵，提高了底物转化率，增加了乙醇产量。直接微生物转化工艺（DMC）也称为统合生物工艺（CBP），将木质纤维素的生产、酶水解和同步糖化发酵过程集合为一步进行，要求此微生物/微生物群即能产生纤维素酶，又能利用可发酵糖类生产乙醇。目前Mascoma公司在其500吨/年的中试装置上使用该技术，该公司利用酵母和细菌共同完成纤维素酶的生产和乙醇发酵过程，由于减少了酶生产单元，大大降低了生产费用，Mascoma公司和瓦莱罗公司合资建设的2000万加仑/年商业规模纤维素乙醇工厂将使用CBP技术。法国Deinove公司与Tereos合作开发出一种称作“奇球菌”的菌株，利用CBP技术，可直接将生物原料纤维素分解成单糖并转化成乙醇，生物燃料生产成本有望降低20％～30％。 合成气生物转化乙醇主要由原料气化、合成气预处理和合成气发酵单元构成。生物转化所需的合成气原料与化学转化过程相同，利用能够以CO和H2为底物生长的微生物，通过厌氧发酵将合成气转化为燃料和化学品，合成气生物转化的反应条件温和、反应副产物少、合成气原料要求低、对原料气中的硫化物耐受性强，目前已经从自然界分离出了多株适合合成气发酵的菌株。Coskata公司开发了利用合成气发酵制乙醇的技术，2009该公司在美国宾西法尼亚州建成4万加仑/年的工业示范装置，截至目前，该装置已经运转2年，其气化1吨生物质原料可生产0.3吨燃料乙醇。LanzaTech公司开发了利用钢厂废气（CO）发酵生产乙醇的技术，在新西兰建立了1立方米的中试装置，并与宝钢合资建成了300吨/年示范装置。英力士公司则开发了垃圾气化制合成气，合成气生物发酵生产燃料乙醇的技术，并已经在美国佛罗里达建成2.4万吨/年燃料乙醇生产装置，该装置以当地的蔬菜废弃物为原料，采用两级气化工艺制备合成气，合成气经净化、微生物发酵和精馏得到燃料乙醇产品。该装置无需使用化石燃料，不但能够生产800万加仑/年燃料乙醇，而且能够产生6MW的电能，在装置自给的情况下还能外送1～2MW电能。英力士公司目前正在英国的Seal Sands建设其15万吨/年的商业装置，该装置将副产43MW的电能，预计可外送电能24MW。 合成气发酵制燃料乙醇相比于生物化学法，原料来源广泛，既可以利用单一生物质原料，也可使用多种原料的混合物，如生物质、石油焦、城市垃圾和煤炭等原料，无需复杂的预处理单元和使用昂贵的生物酶；原料利用率高，纤维素、半纤维素和木质素都可以气化，达到了利用全部木质纤维素原料的目的。但目前生物质气化技术尚不成熟，气化效率较低，直接制约了生物质热化学技术的应用，合成气转化过程还需要继续改进提高生产稳定性，也是目前需要解决的主要问题。 美国ZeaChem公司开发的乙醇生产技术是将木质纤维素水解得到葡萄糖和木糖，利用乙酸发酵菌将糖转化为乙酸，乙酸酯化得到乙酸乙酯，加氢后得到乙醇产品，氢气由酸水解得到的木质素气化生产。该技术的优点在于可以利用整个木质纤维素，提高了原料利用率，每吨干物质的乙醇产量可达160加仑，相比于其它工艺，乙醇产率提高了50%。该公司2012年底完成了其25万加仑/年纤维素乙醇生产装置的设备施工。此外合成生物学也是目前研究的热点，如美国LS9公司通过对微生物的基因改造，可将底物直接转化为多种化学品。 除了以上燃料乙醇生产技术外，还可直接将太阳能转化为燃料乙醇。美国Joule公司开发的Liquid Solar Energy技术在微生物的作用下能够直接将阳光和CO2转化为乙醇和其它燃料产品，目标成本为1.28美元/加仑，预计2014年将实现商业应用。美国Algenol公司开发了光合制乙醇技术，利用蓝藻在封闭光生物反应器（PBRS）中的光合作用直接生产乙醇，乙醇从藻类培养液中蒸发，冷凝收集后，提纯至燃料级乙醇，该工艺不但能够产生乙醇，还能产生纯净水，目前该公司与陶氏化学合作在佛罗里达州建设10万加仑/年燃料乙醇生产装置。
三、 国外燃料乙醇产业发展现状 3.1 以粮食为原料的第1代燃料乙醇产业发展乏力，各国积极发展第2代燃料乙醇 以粮食为原料的第1代燃料乙醇由于存在成本过高、对土地和粮食安全造成威胁等问题而备受争议。乐施会（Oxfam）的研究表明，以粮食为原料的生物燃料推高了粮食价格，并大量占用土地资源，过去十年中亚洲、非洲和拉美有60%的新开发土地被用于生产生物燃料。传统生物燃料“与粮争地，与人争粮”。欧盟为了减少因使用以粮食为原料的生物燃料对社会和环境带来的负面影响，2012年10月公布了新生物燃料法令限制使用粮食生产生物燃料，到2020年，以粮食为原料的生物燃料的使用比例不得超过5%。目前第1代生物燃料占欧盟交通运输领域能源消耗总量的4.5%[55]。 美国2011年燃料乙醇消耗的玉米达50.5亿蒲式耳（1.28亿吨），相当于美国当年玉米总产量的40%左右，全球玉米产量的25%（图8）[3]。2011年美国国会取消了持续多年的乙醇调和税收减免 政策（减免45美分/加仑）和进口关税（54美分/加仑）[56]。2012年夏天，美国发生了56年来最严重的干旱，玉米产量下降了20%，降至2010年来最低水平，导致玉米价格上涨48%。由于美国的玉米乙醇产量下降，巴西乙醇32年来首次直接进入美国市场。巴西2010/2011和2011/2012榨季也曾面临因蔗糖产量下降而导致的燃料乙醇产量下降，并且在2011年将乙醇汽油中乙醇的调和比例从25%降低至20%[57]。
图8 2011年美国玉米消费情况 由于粮食乙醇存在“与粮争地，与人争粮”问题，因此世界许多国家和地区均加快了非粮燃料乙醇的产业发展步伐。欧洲目前正鼓励新能源企业利用垃圾、麦秆和藻类等非粮食原料开发新1代生物燃料，而不改变其2009年制定的到2020年境内交通运输领域能耗的10%为可再生能源的目标。新法令规定只有以非粮原料制备的第2代生物燃料才可能在未来获得补贴。2011年8月，美国政府推出了一项总额为5.1亿美元的补贴计划，由农业部、能源部和海军共同投资推动美国第2代生物燃料的生产开发进程。2012年8月美国政府宣布，对纤维素燃料产品提供每加仑1.01美元，对生物柴油每加仑1美元的联邦税收减免。对于纤维素燃料的减免政策还将延伸至利用藻类、蓝细菌或浮萍（多种浮萍）炼制的燃料。而巴西目前正在开发蔗渣制燃料乙醇和新一代的含糖木薯制燃料乙醇技术。 3.2 纤维素燃料乙醇目前发展速度偏缓，但前景看好 美国从2010年开始利用纤维素生物燃料最终取代玉米乙醇。2022年纤维素乙醇要占生物燃料总消费量的44.4%。但目前纤维素生物燃料产业发展明显比预期慢得多。根据美国能源独立和安全法案（EISA）的规定，2010、2011和2012年纤维素乙醇的使用量要分别达到1亿、2.5亿和5亿加仑，但是由于无相应的纤维素乙醇产能，EPA将规定使用量分别调低为650万、600万和865万加仑。2012年美国纤维素燃料乙醇总产量为20069加仑，而且预计2013年也无新建纤维素乙醇产能投产[60]。目前除英力士的2.4万吨/年垃圾制乙醇项目属于商业规模，其余装置均为示范规模。而之前曾经规划建设的商业装置，大多延期建设或取消，如美国Range fuel公司已经倒闭，Coskata公司5500万加仑/年项目和SunOpta公司1000万加仑/年项目已延期，BP公司3600万加仑/年项目已宣布取消。即便是目前商业规模生产装置全部投产，到2014年产量也只能达到1亿加仑/年（6500桶/日）。美国目前通过进口巴西乙醇和认证其他种类的燃料乙醇来弥补市场供应短缺。EPA通过认证新的可再生燃料，推动第2代燃料乙醇产业发展。2012年美国将甜高粱乙醇视为先进燃料乙醇，并将英力士的垃圾制燃料乙醇认证为先进生物燃料。虽然目前的情况不容乐观，但目前依旧有多项第2代燃料乙醇项目在建，预计2013～2014年将是第2代燃料乙醇产能集中释放的时间，说明此项技术已经具备了商业运行条件，并且通过这些装置的成功投产运行，进一步增加市场信心。据EPA估计，到2022年前美国国内将有350～400座新型生物炼厂投产，完全可满足160亿加仑纤维素乙醇使用目标。 四 我国燃料乙醇产业发展现状 “十一五”期间，我国燃料乙醇产业在《可再生能源法》的推动下发展较快，燃料乙醇使用量从2005年的102万吨增加到2010年的180万吨。根据我国《可再生能源发展“十二五”规划》，到2015年生物燃料乙醇利用量要达到400万吨。2012年前我国共有5家燃料乙醇企业，除广西木薯制乙醇外，其它4家均采用粮食为生产原料。2012年国家批复了山东龙力5.15万吨/年纤维素燃料乙醇项目和中兴能源10万吨/年甜高粱茎秆燃料乙醇项目。
表4 世界商业规模第2代燃料乙醇生产装置
在技术研发方面，我国启动了“十二五”国家科技支撑计划项目——非粮燃料乙醇关键技术开发与示范课题，并在进行国家科技支撑计划项目“生物液体燃料科技工程”中“千吨级生物质气化合成液体燃料关键技术与示范”的研究工作；北京化工大学通过基因重组技术研发出一种新型重组酿酒酵母，可利用CBP工艺生产纤维素乙醇；中科院过程工程研究所进行了葛根、红薯直接固态发酵生产燃料乙醇技术的研究，中科院山西煤炭化学研究所在“合成气制低碳混合醇新型催化剂及配套工艺技术”研究方面都取得了较好的效果。很多企业如河南天冠企业集团有限公司、中粮生化能源（肇东）和山东龙力生物科技股份有限公司等企业都积极开展纤维素乙醇的工业示范；新西兰Lanzatech公司与宝钢集团有限公司合资建设上海宝钢朗泽新能源有限公司，并建成了300吨/年的合成气发酵制乙醇中试装置。中国首钢集团、台湾“中钢”公司和李长荣化学工业股份有限公司也将与Lanzatech合作建立中试装置。 我国在建和计划建设的非粮燃料乙醇项目也很多。中国石油、华立集团计划联合在浙江省舟山市建设以进口木薯干为原料的30万吨/年燃料乙醇项目。中国石油吉林燃料乙醇公司引进芬兰科伯利公司的技术，拟建设玉米秸秆制乙醇工业化项目。中国石化拟与中粮集团及诺维信公司（Novozymes）于近期开始在中国合作建设12万吨/年纤维素乙醇项目，项目正在审批中。美国杜邦公司和大唐新能源有限公司也有意向在吉林建设第2代生物燃料乙醇项目。同时国内有多个葛根制乙醇项目也在计划中。
表5 我国纤维素乙醇示范项目
五、我国发展燃料乙醇的对策建议 燃料乙醇的开发和应用为我国应对石油资源短缺、解决未来车用替代燃料供应和减少温室气体排放问题提供了一条现实解决途径。我国燃料乙醇产业方兴未艾，市场前景十分巨大，但目前无论是玉米乙醇、薯类乙醇还是纤维素乙醇，原料供应还存在问题，其生产成本均高于传统汽油燃料，煤、天然气制乙醇不能实现减排目标，实现燃料乙醇的大规模应用还应从原料供应保障、技术研发和提高经济性着手。 5.1 重视原料供应体系建设，为燃料乙醇发展提供物质基础 从国外做法和我国自身的资源情况看，我国发展粮食燃料乙醇不现实，而发展以煤、天然气为原料燃料乙醇，国际上没有先例。由于其原料为不可再生资源，不能达到减少温室气体减排的目的，因此未来我国的燃料乙醇只能走“不与人争粮、不与粮争地”的多元化非粮可再生原料生产燃料乙醇的路线。非粮可再生原料包括1.5代的甜高粱、木薯等原料，也包括农业废弃秸秆和林业剩余物，以及城市垃圾等原料。 甜高粱适生范围广、耐贫瘠、茎秆富含糖分，是生产燃料乙醇的优质非粮原料。木薯是世界公认具有很大发展潜力的乙醇生产原料，是我国发展燃料乙醇的非粮作物原料之一。这两种非粮原料生产乙醇目前尚处于发展初期，尽管转化技术已经取得突破，但关键还是要利用现有的边际土地实现规模化种植、提高产量，为燃料乙醇生产提供充足的原料保障。首先应制定相应的种植补贴政策，鼓励利用边际土地种植甜高粱，解决原料来源问题，尤其是对利用盐碱地等不宜农荒地种植甜高粱应给予政策倾斜，例如进行政策性补贴或税收优惠等。其次，应积极引导农民种植这些作物，通过媒体宣传等手段帮助农民树立新观念，适当改变传统作业习惯，并通过与农民签署高价收购协议充分调动农民种植积极性。再次，应针对我国宜农荒地开展良种培育研究，着重开发适宜在不同地区种植的高产植株，为1.5代燃料乙醇发展提供原料保障。中国目前有宜农后备地2787万公顷（1公顷=10000平方米），主要分布在东北的松嫩流域、西辽河流域、渤海湾滩涂、黄河流域、长江上游地区。此外，黄淮海平原有盐碱地300多万公顷，均是发展能源作物种植的可能区域。如果将其中的35%用于种植甜高粱，每年可生产3000万吨甜高粱茎杆燃料乙醇。 而对于木质纤维素原料而言，其特点是分布广、单位面积和单位体积能量密度低，原料的收集供应是最为突出的问题。为此，一方面应加强制定制度和政策，对焚烧秸秆等违规行为进行管理，将秸秆纳入农产品市场管理范围，规范价格机制，建立农户与燃料乙醇共赢的秸秆供应机制，为秸秆资源的稳定供应创造前提；另一方面，应建立完善的原料收集体制，对于不同的原料来源应采取不同的原料收集供应方式，对分散来源的原料和能够大量集中供应的原料采取相应的收购策略，确保木质纤维素乙醇产业发展的原料供应。我国辽宁、吉林、黑龙江等13个粮食主产省的农作物秸秆理论资源量约为6亿吨，而现有林木资源中能够收集的林业废弃物约3亿吨，其中全国每年森林采伐产生的林业废弃物约1亿吨，如果将这些木质纤维素原料全部转化为生物燃料，每年可生产3000～4000万吨燃料乙醇。 城市垃圾作为原料的最主要优势在于原料集中、成本低，对于这部分资源主要是加强垃圾分类工作和合理利用，最大限度转化为燃料乙醇。北京年垃圾清运量约438万吨，日焚烧量总和达到6520吨（238万吨/年），如果将焚烧的这部分垃圾采用合成气路线转化为燃料乙醇，按1吨垃圾制200kg乙醇[29]，则每年可生产47.6万吨乙醇。利用现有的基础设施（垃圾收集、储运和分类预处理），可替代北京市13%的汽油消耗。 5.2 进一步加大投资，进行燃料乙醇技术研发和工业示范 加大燃料乙醇技术研发，重点关注以纤维素、垃圾等可再生资源为原料的燃料乙醇生产技术，积极推进化学合成制乙醇技术研究，同时，进一步加大非粮原料乙醇技术开发以及规模化燃料乙醇技术的示范和推广应用。纤维素燃料乙醇技术虽然取得了长足的进步，并已经出现了商业运行装置，但其经济性有待进一步提高。目前，生化法制备纤维素乙醇技术主要存在三方面的瓶颈：缺乏高效的预处理技术与手段，纤维素水解酶成本偏高和有效利用C5单糖的基因工程菌的构建。而利用合成气微生物转化制备乙醇，则存在着转化率低、反应体系传质难等问题。这些因素造成了燃料乙醇生产成本过高，市场竞争力差。要实现纤维素乙醇产业发展，必须改进现有的工艺水平，生化法工艺应重点发展原料转化率高、低耗能、低污染的纤维素预处理技术；开发高效生物酶，降低生产成本，优化酶水解工艺，从而降低纤维素乙醇成本；开发高效C5/C6共发酵菌株，提高糖转化率和酒精耐受度，提高酒度，降低乙醇分离单元能耗；积极开展新工艺开发，减少中间步骤，提高底物转化率，从根本上解决生化法纤维素乙醇工艺复杂的缺点。而合成气路线热转化工艺应重点开发高效气化技术，提高碳转化率和气化炉稳定性，保证合成气品质稳定，为燃料合成单元提供稳定原料；开发高效催化剂，提高转化率和产品选择性，提高整体工艺的经济性。在合成气催化合成乙醇以及醋酸加氢合成乙醇工艺研究方面，国外公司开展了大量的工作，我国也应在此方面加大研发。同时应大力发展副产物深加工，提高副产物利用水平，增加附加值，提高燃料乙醇企业盈利能力。 5.3 关注ETBE发展，优化燃料乙醇使用环节 2001年我国颁布《变性燃料乙醇》和《车用乙醇汽油》标准，我国的乙醇均采取直接与汽油调和得到E10的燃料乙醇进行销售，而欧洲、日本已经开始使用乙基叔丁基醚（ETBE），法国于1994年将ETBE用作汽油调和组分，西班牙和德国使用ETBE分别始于2000年和2004年。且法国、西班牙和葡萄牙针对可再生乙醇ETBE制定了相应的财税补贴。日本2007年开始进口ETBE，将其调和到汽油中使用。把ETBE调入汽油中，相当于在汽油中调入了乙醇，在增加油品同等含氧量的情况下，乙醇可调和10%，MTBE可调和15%，而ETBE可以调和17%（均为体积分数），ETBE不但在提高汽油辛烷值的效果方面好，而且与乙醇相比，具有挥发性低、不易吸水和腐蚀性小的优点，可在炼厂直接进行调和，并且ETBE可生物降解，环境相容性好。因此，我国可考虑对现有乙醇汽油的相关标准进行修订，允许在乙醇汽油销售区域并行销售以ETBE调和的汽油。 |
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