生物质能源的研究与发展

兆520,2生物质能源的研究与发展孙智谋,周旭,刘丽萍(吉林省轻工业设计研究院,吉林长春130021)摘要:随着能源资源、粮食安全和环境悉化问题日益突出,全球能源的发展正步入一个新的阶段,全球能源结构正经历以矿物能源为主向可再生能源等多种能源并存的方向的变迁。第一代生物质能源——用粮食生产乙醇的发展规模必将受到限制,利用第二代生物质能源——纤维素类物质生产燃料乙醇已引起世界各国的高度重视。将纤维素生物质转化为燃料乙醇,可以降低对粮食安全的冲击,充分利用可再生资源可以减轻对石油的依赖、缓解环保的压力、促进农业的发展关键词:粮食;能源;生物质;纤维素;然料乙醇中图分类号:S5l;TK6文献标识码:A文章编号:1003-6202(2009)02-0001-03在能源需求持续增长和际原油价格屡创新高的背景200年仅为6%,美国农业部希在2007-2008年将比例提之下,发展可再生的生物质能源已经成为各国共识。燃料乙高到37%,这不仅加剧粮食的紧缺而且也分流了用于生醇作为汽油的第一代替代品,儿年之前便受到各国的普遍关产粮食的土地资源。注和推广。进入21世纪以后,世界油价大幅攀升为生物质世界银行的政策研究报告表明,第一代生物质燃料乙醇能源的发展提供了充足的动力与空间。目前全球生物质能的大规模发展导致粮食价格上涨70%-75%,研究还发现石源的主要生产者是美国巴西欣盟及加拿大,占全球生物质油价格的飙升以及美元的走弱导致粮食价格上涨25%-能源总产量的90%以上。但是,生物质能源的来源是农业,30%。近几年来逐月的经济分析表明,全球粮食消费的增加在寻找替代能源的过程中,粮食的能源化利用,已令全球粮和十旱程度的加深对物价的提高影响并不大而欧美对生物食贸易地理格局发生改变,局部地区粮食供求失衡状况逐步质能源的过度开发,应对粮食的需求及价格的提高承担主要加剧。的责任。其中欧美等国的补贴和进口关税政策也在某种程物质燃料使用的原料包括玉米、甜菜、油菜等农作物,度上提高了物价建议美国和欧洲取消进口关税,以便让巴畜牧业所饲料的成本也会涨从而造成肉类产品价格提场的需要中国家能将乙醇出口到美国和欧洲以满足市而生物质燃料产量增加将直接引起此类农产品价格上涨。西和其他发高。受农产品价格波动影响最大的是那些粮食净进凵网和从2007年初到2008年上半年,同际市场上一些最基本发展中国家。粮食的价格大幅飚升,200702-200802小麦的国际市场价格涨幅为100%,达到0.275美元/L(每蒲式尔10美元)1以粮食为原料生物质能源的发展对全球经济的影响的记录,大米的价格达到了10年以来的最高价格,一些国家粮食价格上涨的主要原因是用来生产第·代生物质能的牛奶和肉的价格翻番,同时大豆的价格在2007-12达到源所消耗的粮食,特别是玉米价格的大幅上涨。据佔计每年34年来的最高水平,玉米价格也大幅增长。2007年对发展大约1亿t的粮食被用来4产乙醇而2007年世界谷物总产中国家来说整个粮食进口的价格提高了25%。为了保证粮量才达到20亿t。用来加「乙醇的粮食比例增加,以及十地食供应的稳定以及防止国内物价的膨胀,许多大米出口园国和可以获得粮食产品资源的比例降低,直接导致人类粮食消如中国巴西印度、印度尼西亚越南哥伦比亚等国,都对费数量的降低,特别是对于发展中国家和缺粮的国家。大米的出口增加了限制;而其他一些国家,如阿根廷、乌克巴西是继美国之后的世界第二大燃料乙醇生产国,也兰俄罗斯以及塞尔维亚等国均提高关税或禁止小麦和其是当前生物质燃料业发展最为成功的典范。世界银行2008他粮食的出口。2007年年底联合国粮农组织公布的一项研07的研究报告表明,美国和欧洲大量增加第一代生物质燃料究表明,2007年非洲的粮食价格上涨49%,而2008年欧洲的乙醇的产量是全球粮食危机的主要原因2。而巴西以廿蔗粮食价格上涨53%。200804世界银行和国际货币基金为原料生产燃料乙醇对粮食价格的上涨几乎没有推动作用。组织宣布·系列旨在减轻危机的措施例如增加对非洲农民2008-06,一项由Oxam发布的报告中批评富国的生物质燃料的贷款以及对危机严重地区提供紧急货币援助。乙醇政策,建议限制第一代生物质燃料乙醇的市场”。巴西欧美采用玉米、油菜、棕榈油等粮食和农作物大力发的蔗乙醇虽然不完美但在生产成本以及保持环境平衡方生物质能源使原本紧张的臼然资源雪上加霜影响了粮食面却颇受推崇。生产,破坏∫生态环境。能源危机造成农业生产资料价格上美国政府对乙醇产品的补贴促使许多农民放弃原来种涨给植的庄稼,大量种楨玉米。玉米是乙醇产品的初级原料,而中国煤化工料乙醇的成本约为美国是世界最大的玉米乙醇生产国。2006-2007年美国玉0.56CNMHG到0.8美元/L。与米总产量的23%被用来生产乙醇,而这个比例在205--高昂的油价相比,燃料乙醇越米越受到青眯。美国的玉米产收稿日期:200808-22作者简介:孙智谋(1965-),男研究员,从事能源研究孙智谋等:生物质能源的研究与发展2009年2用量占世界的40%,出口的玉米占世界玉米出口总量的70%。薯类燃料乙醇生产能力,并在200年建成投产1万t以秸秆大量玉米用于生产乙醇已使美国玉米出口减少。其出冂量为原料生产乙醇产业化示范项日。吉林乙醇2007年年底在的减少不仅对全球玉米行情乃至粮食和食品价格产生重大江苏省投资6500万元建成投产300t以甜高粱茎秆为原影响,而且,以玉米等为原料的饲料价格上涨,还直接助推全料的非粮燃料乙醇示范项目。此外,黑龙江华润乙醇有限公球肉、蛋制品价格全面抬高。司年产20万t木薯燃料乙醇的广西新建项目,生产装置也已经济合作与发展组织和联合国粮农组织20080704发由调试期转入正常负荷。布《10年农业展望报告》时称,制造生物质燃料所引发的农产品市场的结构性变化将使末来10年内农产品价格持3第二代生物质原料的开发以及各个国家的利用续走高。生物质燃料需求不断增大将导致农产品价格普遍日前的工业化生产的燃料乙醇绝大多数是以粮食作物上涨。报告预计,到2016年,美国、欧盟、巴西等网的生物质为原料的,从长远来看具有规模限制和不可持续性。以木质燃料产量均将翻番。与此同时,牛肉、猪肉、奶粉及植物油的纤维素为原料的第二代生物质燃料乙醇是决定未来能否大世界贸易量在今后10年将出现大幅增长规模梣代石油的关键。根据乙醇统计预告,全世界纤维素质有关专家认为生物质燃料热潮将使全球农业发生一系乙醇的产量到200年至少达到624亿L。如果这个目标能列巨大变化,玉米价格上涨是一种不可逆转的趋势。2007年够实现那么美国、巴西、中国、欧盟、日本将分别占63.9%美国的玉米价格达到176美元/,较2006年翻了一番而这12.9%、21.5%0.4%、1.3%仅仪是巨变的开端。2008年美国计划投入4200万t玉米用2007-12-18,美国众议院高票通过了能源法案修正案。于乙醇生产,按照全球平均食品消费水平,同等数量的玉米新能源法案大力鼓励生物质燃料乙醇的发展,要求其使用量可以满足1.35亿人凵1年的食品消耗。此外,欧盟利用菜在2020年达到1360.8亿L,其中793.8亿L为纤维素乙籽油、大豆油等原料大量生产和消费生物质柴油仪去年一醇以。尽管纤维素乙醇工业化生产现在技术上还存在障年就消耗了690万t生物柴油。而根据统计,2007年全球用碍但大部分人仍相信利用纤维素生产燃料乙醇代表了未于生产燃料的粮食已超过∫1亿t。由于粮价高涨,农民大来生物质燃料发展的方向。量砍伐原始森林改种玉米,这也与生物质燃料借楨物光合作美国和欧洲的些企业已加快了对第代生物质燃料用平衡燃烧排放二氧化碳的计划相悖乙醇技术的研究步伐。美国能源部投入2.5亿美元成立了美国地球政策研究所所长、末来学家莱斯特·布朗先生两个生物能源研究中心,负责研究纤维素L醇。欧盟在其第预言全球8亿机动车主和20亿贫困人口之间对粮食的竞争七个研究与发展框架计划中为纤维素乙醇研究专门预留出时代即将到来。“把全世界的粮食全部用来制造生物质能源,1亿欧元的经费。BP公司也宣布将在未来10年内用5亿美也仅仅能够满足11%的能源需求。”印度农业部长沙拉德帕瓦元资助4物质能源研究尔( Sharad Pawar)认为,全球必须重新审视生物质能源政策,美国乙醇行业普遍认为目前生产纤维素乙醇的成本为即使需要继续发展,也要建立在利用荒地,消耗非粮食作物或0.8~-1.0美元/。在纤维素燃料乙醇实现商业化生产之后,农产品废弃物的基础°。莫斯科市长卢日科夫警告说,生预计其生产成本为0.53美元/L左右稍低于目前的玉米乙醇物质燃料目前在國际燃料市场的份额只占1.5%,便已经导致价格。如果玉米等粮食作物的价格继续上涨纤维素L醇实粮食价格颡升几乎1倍的恶果如果西方国家生产生物质燃现量产之后的价格极具竞争力。但生产纤维素乙醇的前期投料的战略得以最大限度的实现则玉米价格到2020年至少还资较大根据关国一些研究机构的测算,生产规模相同的条件将上涨70%,这虽然可令全球石油等燃料危机得到减轻但却下,纤维素燃料L醇需要的投资是米燃料乙醇的7~8倍给世界粮食市场带来严重恐慌和灾难。非洲国家粮荒已经延美国第一个示范性的纤维素乙醇厂是由马萨诸塞州的续∫10多年,继续下去将演变成现实的食物之战Verenium公司在路易斯安那州建设的以甘蔗渣作为原料,年产530万L纤维素乙醇的生物精炼厂。 Verenium公司期望2中国的生物质能源政策与措施把它的生产成本控制在0.53美元/L,这将对其他类型的乙我国4物质能源直坚持“不与民争粮、不与粮争地”的醇和汽油产生·定的竞争力。公司计划200年开始商业化发展路线。作为“十五”十大重点工程之一燃料醇产业已规模的建设将达到7560~11340万L年生产能力。Vere历经5年发展。2005年,国家批准建设的吉林燃料乙醇黑mium公司不仅是开发第二代生物质能源的先锋,同时也是龙江华润匕醇河南天冠燃料乙醇和安徽丰原燃料L醇4家研究高效酶制剂的先锋。200807-17, Verenium公司和定点生产厂取得成功,2008年全国燃料乙醇产量达到 Marubeni公司合作,在泰国 Saraburi建设一个以甘蔗渣作为130万t,居世界第三{原料,年产300万L的纤维素乙醇。中国最初推广燃料乙醇的目的主要是消化陈化玉米和美国杜邦公司与丹尼斯克公司共同组建杜邦丹尼斯克小麦等粮食。但随着陈化粮食逐步消耗殆尽和玉米价格节纤维素乙醇合资公司,将投资14亿美元结合杜邦公司的节攀升,考虑到玉米乙醇的发展对网家粮食安全的威胁,国预处理等技术和杰能科公司的先进酶技术的优势,首先开发家2006年起停止新批玉米燃料乙醇企业,并大力鼓励发展以玉中国煤化工醇生产技术。此后以非粮食作物为原料开发燃料乙醇。200606诺维信与中国粮油食品(集团)有限公司共同物质CNMHG能源作物和其他生开发利用玉米秸秆生产乙醇,正式进入了中国“第代燃料2012年商业化生产纤维素乙醇。该合资企业计划于乙醇—纤维素乙醇”生产工艺的新纪元。河南天冠集团改美能源部2007年资助建设6套纤维素乙醇装置6造了原来以玉米为原料的燃料醇生产线形成了20万t木其中 Abengoa生物能源公司得到美国能源部7600万美元的孙智谋等:生物质能源的研究与发展2009骤2用资助,在堪萨斯州建设座年产4309万L的纤维素乙醇工渐减小以粮食为原料加工乙醇的总量,加大第代非粮原料厂,工J每大消耗大约7001玉米秸秆、麦秆、高粱茬、柳枝稷生产生物质燃料的研究力度,尽快产业化。目前,我国与美以及其他的原料。一部分燃料乙醇被用于工厂的发电,另一欧等国在第二代燃料L醇开发上的技术差距并不大,应抓住部分将被供给周边的玉米干磨加工厂。蓝火乙醇公司得到机遇,努力抢占未来生物质燃料乙醇T业的技术制高点。美闪能源部4000万美元的资助,将纤维素乙醇工厂建在加利福尼亚南部的垃圾处理厂旁边,年产7182万L的乙醇,每[参考文献]天消耗00t分离好的环保废弃物以及木材废弃物。蓝火乙[1]尹承德粮食危机,天灾还是人祸?[N].中网经济时报208醇公司计划在未来5年内在美国建设10家纤维素乙醇工0609厂,每家L厂的年生产能力至少为2亿L,其原料将是农业废2] Donald Mitchell.“ A note on Rising Food Crisis"[EB/OL].The料、废木料和非粮食作物,比如柳枝稷。Poet能源公司是美World Bank. 2008-07-29.国第二大乙醇生产商纤维素L醇工厂设在爱荷华州得到3]Oxm.“ Another Inconvenient Truth;: Biofuels are not the answer美国能源部8000万美元的资助,在原有工厂的基础上扩建to climate or fuel crisis"L EB/OL ] Oxfam web site, 2008-07-30而成年产大约473亿L的L醇,占纤维素乙醇总产量的[4] Katarina Wahlberg. Are We Approaching a Clobal Food Crisis?25%,每天消耗842t纤维素原料,要为玉米芯、玉米秆、玉Between Soaring Food Prices and Food Aid Shortage[ EB/OL]forld Economy Development in Brief米纤维等。 logen Biorefinery Partners公司在爱荷华州建!,20080303得到美国能源部800美元的资助年产6804万L的乙[5] Lesley Wroughton. Biofuels Major Driver of Food Price Rise-World醇每天消耗700t农业废弃物,包括麦秆、燕麦秆、玉米秆Bank"[ EB/OL]//www.alertnet,org/thenews/newsdesk柳枝稷、稻草等。N28615016.hm,20080728日本16家公司于2007-19宣布联手开发低成本纤维[6]Ann, Wheat Breaks Through80 A Bushel,BBC, I7 December素乙醇技术,这些公司包括丰田汽车公司、日本石油公司和三2007[Eb/Ol.http://news.bbeco.uk/2/hi/businesw/菱重工公司将致力于用谷物秸杆/壳皮和使用过的建筑材料7148374.sm,2007-12-17低成本生产纤维素乙醇。目标是使纤维索L醇生产成本达[7]Anom. Cereal Prices Hit Poor Countries[ EB/OL].hpy/ ews. bbc.40日元/L开始商业化规模牛产的日期尚未确定couk/2/hi/business/m244382 stm. BBC, February 14, 2008.n西班牙能源公司年产158001的L醇,是西班83陈晓进,从热烈追棒到遇质和限制[soh/m牙最大的生化乙醇厂图,因麦秆原料上涨以及国内需求放[9]张环宇全球粮食忧患-经济全局[EB/OL].hp:/ magazine缓而停产数月,2008年6月下旬将重新开工。公司希望酉班ajng, com. cn/20080607/68118. shtml,20080607牙政府能通过立法强制在汽油中混合一定比例的乙醇以促[10]藏文茜俄罗斯上张只用非粮原料生产生物燃料[EB/oL]M进国内市场的需求。西班牙议会2007年也通过一项议案tp://www.39kf.con/yyjy/biotechnology/03/2008-47-08-502589议案中要求境内所有售油公司必须混合少量的燃料L醇,这shml.20080708.项议案将在200101开始实行。 Abengoa在港冂城市la[]鹿建光中国生物燃料乙醇产业现状及发展政策研究[HBCoruna and Cartagena还有两家生物质乙醇厂,年总产为Olj.Http://www.caitec.orgcn_/e/cn/news/2008-07/03/news257000t,主要用于出口。 abengoa在巴西有一家生物质乙l166.html,200807403醇厂,目前计划在法国、荷兰、美国继续建设纤维素乙醇厂[12]徐玢美国新能源法将彰响生物能源市场[EB/OL].hp:/abengoa能源工程集团(ABG.MC)计划在英国港口城市lmwww.in-en.com/newenergy/htmlnewenergy-08550ks525147870.ingham建设一座年产400000t燃料乙醇厂,年加工110万thtm,200-12-20.小麦秸秆。 Immingham是主要的谷物种植区,拥有两家大的13李艳君高油价时期世界燃料乙醇发展新特点FB/om,.htp://www.askci.com/freereports/2008-05/2008598398.html炼油厂,2000年投产。200845409据国际生物燃料杂志最近报道康泰斯母公司意大利[14] Carlos A. Verenium and Marubeni Build Cellulosic Ethanol PlantM&G(Mosi& Ghisolfi)化集团在2007年投入1.2亿inasiA[eb/ol].http://www.thebioenergysite.com/news/欧元,研究用除玉米外的各种纤维素材料作为生物质乙醇的1103, The BioenergySite. com, 2008-07-17.产原材料,其日的是用高粱秆或类似茎秆植物来替代玉[15]赞恩.杜邦与杰能科合力打造世界领先的纤维素乙醉公司米,在2012年建设一座用这类茎秆植物作为原料,年产量为[eb/Ol].http://dupont.opress.cn/_d268893003.htm20082万t生物乙醇的示范厂我国在纤维素酶牛产技术戊糖发酵菌株构建等方面还[16]求实第一套商业化热解法纤维素乙醇装置在美国建设没有取得根本性突破,目前各单位中试研究的生产1t纤维[Eb/oL].http://energy.worldenergy.com.cn/2007/1022/cor素乙醇的原料消耗都在6t以上,生产成本给估算为5000tent_26717.hm,2007-10-226500元/(t乙醇)以上,还不适合于L业化生产。理性估算[17]求实.口416家公司联手开发低成本纤维乙醇技术生物Oli.httd,//Www.86ne.com/biomasw/200712/bio-我国纤维素乙醇形成规模化生产至少还要3~4年的研究。中国煤化工河南天冠安徽丰原等公司的纤维素燃料乙醇的研发和示范[18]走在全国前列。CNMH GAL hMm20840-15[19] Tortona. "Second Generation Ethanol-A realistic challenge"[EB/4结语Ol.].http://biopact.com/2008/02/m-invests-100-million-in未来全球经济的发展必须在保证粮食安全的基础上逐europes. htm, 2008-02-05(责任编辑:黄文雄)