燃料乙醇:沉默中的蜕变

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  与太阳能、风能产业相比,生物质能是一个相对“低调”的行业,没有“伪低碳”的争议,也远离“跑马圈地”的疯狂,甚至在全国最高级别的会议(全国两会)上,除了总理的政府工作报告中出现的寥寥话语外,人大代表和政协委员的提案中均对之鲜有涉及。
  而在生物质能这个“冷”行当中,燃料乙醇又算得上最默默无闻的一个。当生物质发电项目陆续上马,企业出现大面积亏损与政府出台补贴政策交相辉映之时,因商业化过程中存在技术性障碍、经济性风险以及原材料“与民争粮”的桎梏,燃料乙醇被迫沉寂了多年。
  如今,在跨越了技术性和经济性两道“鸿沟“之后,新一代燃料乙醇(纤维素乙醇)技术粉墨登场。与第一代燃料乙醇(粮食乙醇)相比,新一代燃料乙醇除了在减少对化石燃料的依赖和温室气体的排放方面更胜一筹之外,还解决了过去存在的原料来源难题,其低廉的生产成本也更具竞争力。
  
  燃料乙醇递变史
  
  作为燃料的一种,乙醇(俗称酒精)具有相当悠久的发展历史。也许没有多少人知道,早在1896年,亨利·福特已经制造出第一辆使用纯乙醇作为燃料的汽车“Quadricycle”。12年之后的1908年,亨利·福特又制造了著名的T型轿车,该车可使用乙醇、汽油以及用两者以任意比例混合而成的燃料,是名副其实的最早的灵活燃料汽车(FFC)。即使现在,美国的硬地赛车也是100%使用乙醇燃料。在中国,乙醇作为车用燃料的历史同样悠久:早在解放前那个汽油匮乏的时期,乙醇便已成为不可或缺的替代品。
  总体看来,世界的乙醇燃料行业经历了几个发展阶段:乙醇第一次被大规模使用是在第二次世界大战期间。二战结束以后,由于乙醇燃料的生产成本大大超出石油燃料,其应用大幅度下滑。到了上世纪70年代,OPEC(石油输出国组织欧佩克的英文简称)的石油禁运令引发了全球性的经济危机,以巴西、美国为首的燃料乙醇工业开始复苏,尤其是在巴西,乙醇开始被大规模地用作车用燃料,巴西甚至将发展燃料乙醇作为了一项基本国策。
  上世纪末本世纪初,由于在地表水中发现了MTBE(甲基叔丁基醚,作为汽油添加剂在全世界范围内普遍使用),而MTBE又被认为是一种长期存在于地表水中的潜在致癌物,因此,美国的一些州开始禁止使用MTBE。2003年,美国的加利福尼亚州、纽约州和康涅狄格州等开始使用乙醇替代MTBE作为抗爆剂,进一步促进了燃料乙醇的需求和生产。
  同时期,由于公众对空气质量对健康的影响越来越关注,世界上关于减少温室气体排放的呼声也日益高涨。尤其在美国,汽油和柴油消耗占其温室气体排放总量的41%,这使得燃料乙醇作为迄今为止唯一可大规模生产的替代交通燃料的可再生能源,再一次得到了美国政府和公众的关注。
  2004年,美国就业机会法案推出联邦营业税减免办法,乙醇的混配可得到乙醇营业税减免。2005年,美国总统布什签署了新的能源政策法案(EPACT05),制定了可再生燃料标准(RFS),要求使用乙醇和其他生物燃料,并且对E85(乙醇汽油,即85%的乙醇和15%的汽油混合作为燃料)加油的基础设施给予税收鼓励,从法律的高度激励可更新能源的开发利用。该法案规定,到2007年,美国总供给可再生燃料的供应量应达到47亿加仑/年(约1400万吨/年);到2012年应达到75亿加仑(2200万吨/年)。这几项政策的出台给美国的以玉米为原料的乙醇工业的发展带来了非常好的契机,同时也引发了以美国为首的世界燃料乙醇发展的又一次高潮。
  因为关系到国家的长期可持续发展,利用可再生能源不仅成为以美国、欧洲为代表的发达国家的基本国策,也成为我国的基本国策。尽管乙醇作为燃料的发展趋势是由美国带动的,但我国的表现也绝不落其后。随着我国经济的持续高速发展,对环境保护的关注以及对原油进口依赖的担心越来越深入人心,利用可再生能源于是上升为国家战略。
  基本与美国在同一时期,我国也已开始关注燃料乙醇产业,并且与西方国家有着相同的出发点:一方面希望减少对进口原油的依赖,另一方面希望探索低碳道路,减少环境污染。但我国在当时还有一个特殊情况:乙醇都是从粮食生产而来,我国通过使用燃料乙醇,可以增加农民收入,将农业与工业很好地衔接起来。
  2000年9月,根据国务院领导批示精神,由原国家计委为组长单位,牵头组建了原国家经贸委、中国石油天然气集团公司、中国石油化工集团公司为副组长单位以及有关部门和相关单位参加的推广使用车用乙醇汽油工作领导小组,建立了联席会议制度,遵循“定点生产、定向流通”的原则,按系统工程的形式推进燃料乙醇的生产和应用。
  “十五”期间,国家批准建设了4个生物燃料乙醇生产试点项目,形成生产能力102万吨/年,其中黑龙江华润酒精有限公司(现为中粮生化肇东有限公司)10万吨/年、吉林燃料乙醇有限公司30万吨/年、河南天冠燃料乙醇有限公司30万吨/年和安徽丰原生化股份有限公司32万吨/年。2004年2月,经国务院批准,在黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽5个省及河北、山东、江苏、湖北4个省的27个地市开展车用乙醇汽油扩大试点工作,此举被评价为“中国可再生能源发展的一个里程碑事件”,我国也由此一跃成为当时世界上继巴西、美国之后第三大生物燃料乙醇生产国。
  2006年1月,国家颁布实施《可再生能源法》。2007年6月,《中国应对气候变化国家方案》(以下简称《方案》)正式颁布,《方案》决定优先发展包括太阳能、风能以及生物质能在内的可再生能源。2007年9月,国家发改委又在《可再生能源中长期发展规划》中指出,要逐步提高优质清洁可再生能源在能源结构中的比例,力争到2010年使可再生能源消费量达到能源消费总量的10%左右,到2020年达到15%左右,这是各种可再生能源发展的一个量化目标。根据此规划,燃料乙醇的生产和使用到2020年将达到1000万吨/年。
  
  跌跌撞撞的产业化
  
  实际上,我国发展燃料乙醇的道路绝非一帆风顺。
  2007年前后,因为气候变化等种种原因,粮食价格一度飞涨,尤其是东南亚出现的粮食危机更是引起世界的关注。粮价的上涨,造成了乙醇的价格飙升,很多人纷纷开始担心:用粮食生产燃料乙醇会不会出现问题?
  资料显示,除了巴西的乙醇使用甘蔗作为原料之外,美国、中国、加拿大以及世界上其他主要的燃料乙醇生产国,均使用粮食作为主要原料。美国90%以上的燃料乙醇装置都是使用玉米作为原料,加拿大主要使用玉米和小麦。中国的情况与加拿大相同,在第一批试点的4个燃料乙醇项目中,有3个(黑龙江华润、吉林燃料乙醇、安徽丰原生化)是用玉米生产燃料乙醇,而河南天冠则是用小麦作为主要原料。尽管按照国家当时的规划,考虑到利用部分陈化粮,因为陈化粮每年都需要轮转,但在粮食危机的重压之下,利好已被大大削弱。
  粮食乙醇被叫停,却使纤维素乙醇得到了空前的关注。实际上,利用纤维素来转化乙醇并不是一个新课题,早在1898年,德国便出现了世界上第一套纤维素乙醇生产装置,该装置以废木料为原料,稀酸水解纤维素生成葡萄糖,糖发酵生产乙醇。
  我国早期也进行过纤维素乙醇的生产,20世纪50年代,林业部门从苏联引进植物纤维水解技术及设备,开展了木材稀酸、浓硫酸水解以及机械化学法水解等多种工艺研究。本世纪初,美国带动的二次乙醇燃料建设掀起高潮后,纤维素乙醇技术的开发又重新被多国提上了紧迫的议事日程。
  以美国为首的发达国家清楚地认识到:燃料乙醇的未来将是纤维素乙醇唱主角。美国前总统小布什曾多次强调要大力开发纤维素乙醇技术,采用农业废弃物、林业废弃物以及能源作物生产纤维素乙醇,逐渐替代粮食乙醇。美国政府还制定了专门针对纤维素乙醇的政策,并大量投入资金支持该产业的发展。2007年美国国会通过《能源独立和安全法》,以立法形式规定了纤维素乙醇的使用目标,2022年可再生燃料的使用量要达到360亿加仑(1.1亿吨),其中纤维素乙醇160亿加仑(4800万吨)。
  欧盟则要求,到2020年生物燃料要占全欧洲的运输能源的10%。同时,作为哥本哈根大会的签约方,欧洲各成员国政府也有义务实现大会提出的新目标,即到2020年实现减排10%。欧洲在其促进可再生能源使用的指导书(RED)中虽然没有制定第二代生物燃料的使用目标,但也明确规定了,到2013年生物燃料在交通运输中相比于化石燃料温室气体减排35%,2017年减排50%,2018年减排60%,并且规定生物燃料原料不能来源于自然保护区、生物多样性地区等生态脆弱地区,同时要求生物燃料发展不能对环境产生新的影响。而要达到上述这些目标,仅仅依赖粮食基生物燃料显然远远不能满足要求,因此,以纤维素乙醇为代表的第二代生物燃料也成为了欧盟的必然选择。
  2005年前后,全世界掀起了纤维素乙醇开发的高潮。一时间,仅在美国就有20多家高科技公司同时进行纤维素质生物材料转化的研究。2007年,美国政府投资3.75亿美元用于建立3个生物能源研究中心,吸引了不少一流大学和研究机构参与相关的基础研究,另外,3.85亿美元也吸引了很多企业参与到此项产业发展中,建立起6个万吨级以上的纤维素生物炼制厂,包括Shell、BP等在内的世界上主要的石油公司也纷纷直接或间接地参与该项目,并投入了大量的资金。
  2008年,美国出台粮食、资源、能源法案,该法案规定将提供10亿美元资助生物燃料和生物能源项目,其中专门设有针对第二代生物燃料的条款,包括对纤维素生物燃料提供0.27美元/升的税务补贴,为生物燃料项目提供贷款等优惠政策。2009年以来,尽管美国面临严重的经济危机,但新任能源部长朱棣文仍宣布从经济复苏计划中追加近8000万美元用于先进生物燃料的研发和产业化。
  西方的其他发达国家也不甘落美国之后。加拿大提供4.3亿美元建立Next Gen Biofuel基金,以促进新技术的开发;澳大利亚拿出1200万美元资助第二代生物燃料开发;欧盟建立了25亿美元的专项资金以资助包括纤维素乙醇在内的10个第二代生物燃料项目。
  
  福岛“核震”后的机遇
  
  如今,我国的燃料乙醇生产企业及科研院所等,也先后开始了对纤维素乙醇生产技术的开发。产业界看到的首先是纤维素乙醇的广阔前景。
  根据我国《可再生能源中长期发展规划》,到2010年年底,燃料乙醇的生产和利用要达到200万吨,2020年要达到1000万吨。这就意味着,未来10年中我国还需要生产800万吨燃料乙醇。结合2007年的乙醇产业新政,这800万吨的纤维素乙醇都必须用非粮作物生产,而我国又恰恰具有非常丰富的农业废弃物资源。行业数据显示:到2020年,我国可用来转化成燃料乙醇的农业废弃物可达到2亿吨,可以支持5000万吨燃料乙醇的生产。如此一来,纤维素乙醇的出现不仅对于我国的能源安全和环境保护非常有利,同时也对农民增收大有裨益。
  然而目前,我国在生化法制备纤维素乙醇技术方面,尚存在瓶颈,比如缺乏高效的预处理技术与手段。此外,利用生物质合成气微生物转化制备乙醇,存在着投资大、转化率低、反应体系传质难等问题。这些因素都造成了纤维素乙醇生产成本过高的问题。尽管一些国家制定的温室气体减排政策有利于纤维素乙醇技术的开发和发展,但大多数投资者担心,如果仅依靠碳排放费用,与石化能源乃至第一代生物乙醇相比,纤维素乙醇的生产成本仍缺乏经济竞争力,实现纤维素乙醇的商业化目标很可能因此大大延迟。
  现在,世界能源形势和环保压力都已经进入了最严峻的时刻,尤其是由于日本福岛核电站在震后发生核泄漏,导致核电的安全性再一次饱受大众质疑,可再生能源技术的发展和商业化,由此成为很多国家迫在眉睫的问题。燃料乙醇作为迄今为止唯一一种可大规模生产的替代交通燃料的可再生能源,将在未来时期发挥出巨大作用,而能否尽快使用纤维素质的原材料进行燃料乙醇的大规模生产,对每个国家无疑都具有空前的意义。
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