生物質燃料乙醇研究進展

胡　偉

摘要：本文分析了燃料乙醇發展經濟、能源、環境、社會效益，肯定了其能源戰略地位，提出幾條實現我國生物燃料規模化生產的可行性建議以資借鑒。

關鍵詞：燃料；乙醇

1 國內外燃料乙醇發展概況

目前，中國是繼巴西、美國之后全球第三大生物燃料乙醇生產和消費國。“十一五”期間將生產600萬噸生物液態燃料，其中燃料乙醇500萬噸。實踐證明我國過去以糧食為原料生產燃料乙醇，不符合國情，探索非糧能源資源是大勢所趨 。全國相關研究正如火如荼進行著，呈現一派“百花齊放，百家爭鳴”的景象。特別是籌建中的中國科學院青島生物能源與過程研究所，順應時代潮流而生，肩負歷史、國家使命，是集中力量辦大事的“國家隊”。

2 中國能源戰略

隨著全球變暖和化石能源消耗，人們對新型替代能源——乙醇的關注度日益上升，正成為許多國家新能源政策的重要組成部分。以此為契機，8年前中國上馬了燃料乙醇項目，也意在解決過剩陳化糧問題。經過1999-2005幾年間不懈努力，國家首批4家燃料乙醇定點生產企業完成了規劃建設的102萬噸產能，基本實現了“十五”提出的“拉動農業、保護環境、替代能源”三大戰略目標。然而我國人口眾多，人均耕地少，用大量糧食生產燃料乙醇必然要和人“爭食”、“爭土地”，造成人類生存空間越來越小，不符合我國國情。因此，2006年12月國家發改委和財政部聯合下發了《關于加強生物燃料乙醇項目建設管理、促進產業健康發展的通知》要求生物燃料乙醇項目建設需經國家投資主管部門核準，未經國家核準不得增加產能。

在規劃實施中，國家采取國際通行做法，對燃料乙醇生產給予財政補貼和產業政策扶持。財政補貼額逐年減少，2007年每生產一噸燃料乙醇國家給予1373元補貼，到2008年底將采取彈性補貼方式以盡可能避免企業虧損。未來工作依據是國家《生物燃料乙醇及車用乙醇汽油“十一五”發展專項規劃》，其總體思路是積極培育石油替代市場，促進產業發展；根據市場發育情況，擴大發展規模；確定合理布局，嚴格市場準入；依托主導力量，提高發展質量；穩定政策支持，加強市場監管。其基本原則有7條：因地制宜，非糧為主；能源替代，能化并舉；自主創新，節能降耗；清潔生產，循環經濟；合理布局，留有余地；統一規劃，業主招標；政策支持，市場推動。

3 燃料乙醇效益

燃料乙醇是通過對乙醇進一步脫水，再加上適量變性劑制成。目前，中國試點推廣的E10乙醇汽油是在汽油中摻入10％純度達99.9％以上的乙醇制成。簡而言之，燃料乙醇發展實現了“十五”規劃中提出的“拉動農業、保護環境、替代能源”三大戰略目標 ，不僅部分解決了汽油緊張，拉動了大宗農產品的消費，為農民增加了收入，也促進了國家可持續發展戰略。乙醇燃燒值僅為汽油2/3，但其分子中含氧，抗爆性能好，取代傳統MTBE為汽油抗爆、增氧添加劑，避免了其毒害性 (致癌，地下水污染)，具有優良能源、環保效益。如汽油中乙醇添加量≤l5％時，對汽車行駛性能無明顯影響而尾氣中溫室氣體含量降低30％-50％。添加10％，其辛烷值可提高2-3倍，還可清潔汽車引擎，減少機油替換使其動力性能增加。事非偶然，聯合國工業發展組織就在維也納乙醇專題討論會上提出：“乙醇應該被當作燃料和化工原料永久的和可供選擇的來源”。

4 燃料乙醇生產原料

一次能源必將耗竭，研究、開發可再生能源勢在必行。以混配乙醇汽油 (E10乙醇汽油) 為例，每用1000萬噸就可節省1O0萬噸汽油，而要提煉這些汽油至少需要300萬噸原油，足見乙醇的能源戰略地位 。

燃料乙醇生產原料主要有玉米 (美國)、甘蔗(巴西)、薯類、谷類等。不同原料全生命周期的能量效益也不同，由高到低依次是甜甘蔗、甜高梁 > 木薯 > 玉米、小麥。如巴西甘蔗能量比達到1：8以上，玉米、小麥等糧食作物及木薯、甘薯大約是1：1.3～1.4，產生正效益。然而以糧食為原料，勢必與人“爭糧”、“爭地”，利用非糧資源是大勢所趨。非糧資源包括木薯、甘薯、甜高梁，還有大量糧食作物秸稈，農業、工業、生活廢料等纖維素、半纖維素、木素及其它可用生物有機質資源。其中，纖維素是地球上貯量最豐富的有機物，其能量來自太陽，通過植物光合作用固定下來。每年地球上由光合作用生成的植物體總量達1.5×l011kg，40％是纖維素。按全球人口平均，每人每天可分攤到56kg。

5 燃料乙醇生產路線

對于生物質衍生合成氣制乙醇有并存、競爭的化學法、生物法兩種轉化技術：

生物法：纖維素、半纖維素，酸解或酶解或發酵→單糖 (五碳、六碳糖)，化學、酶催化及微生物發酵→乙醇

化學法：纖維素、半纖維素、木素及其它生物體有機物，熱解→合成氣 (H2, CO)，化學或酶催化或微生物發酵→乙醇

在某些方面，化學法好比西藥，強烈、見效快，生物法好比中藥，溫和、見效慢。兩種方法“各有千秋”，其制約因素是成本和高效、廉價催化劑、酶和合適微生物的開發等關鍵技術。總而言之，生物法具有選擇性、活性好、反應條件溫和等優點，但原料利用率低、反應時間長、產物濃度低及酶、微生物活性易受影響且纖維素降解和單糖轉化所需酶、微生物適于不同反應條件，不能很好耦合。相比，化學法具有原料利用率高、反應時間短、催化劑構成簡單、沒有嚴格反應條件限制等優點，但為高溫、高壓過程，對設備要求高。

6 能效分析

生物質直接燃燒熱效率很低，只有10％左右，而將它們轉化成氣體或液體燃料 (甲烷、氫氣、乙醇、丁醇、柴油等) 熱效率可達30％以上，緩解了人類面臨的資源、能源、環境等一系列問題 。其次，乙醇燃燒值僅為汽油2/3，但分子中含氧，用作汽油添加劑抗暴性能好、低排放，可提高其辛烷值2-3倍，還能使汽車動力性能增加等。

7 經濟分析

目前中國試點推廣的E10乙醇汽油價格按國家同期公布的90號汽油出廠價乘以價格系數0.911。90號汽油目前出廠價不到5000元/噸。由于玉米價格上漲導致生產成本增加，每銷售1噸燃料乙醇要虧損數百元且在汽油多次提價之前，每噸虧損一度達到了1000多元 。此外，燃料乙醇定價機制不合理，有兩個“倒掛”，不能充分體現其價值：一是油價倒掛，我國原油價格和國際市場接軌，但成品油沒有實現接軌；二是燃料乙醇產品價格倒掛。原本成品油價格就低，再乘以0.911所形成的價格對燃料乙醇經濟性就很差。另外，以燃料乙醇取代高價MTBE，而燃料乙醇各項指標接近或優于MTBE，價格更高才合理，但并非如此，從技術上也沒有充分體現其經濟性。就目前生產工藝而言，燃料乙醇生產成本本來就很高再加上定價機制不合理，導致生產企業嚴重依賴于國家財政補貼。

建議

要實現我國生物燃料規模化生產，關鍵要解決好資源、技術、市場、國家投資、價格和稅收政策四個環節問題；在盡量不與糧食作物爭地的情況下，積極開發非糧原料種植基地；努力開發自主知識產權，爭取生產技術、設備國產化；延長產業鏈，除燃料乙醇外生產如乙酸乙酯、乙烯、環氧乙烷等化工產品。這樣，實現了對資源綜合利用，“吃干榨盡”，大大提高了農產品附加值，也在一定程度上減少了企業虧損。