纤维素乙醇技术创新风险对我国燃料乙醇产业的影响

中国科技论坛(2008年5月)第5期纤维素乙醇技术创新风险对我国燃料乙醇产业的影响常世彦,张希良,柴麒敏(清华大学能源环境经济研究所,北京10004)摘要:本文对第二代燃料乙醇中的关键技术—纤维素乙醇技术,在国际上的创新进展和面临的创新风险进行了归纳与分析探讨了技术创新风险对我国燃料乙醇产业发展可能产生的影响并就此提出了相应的风险防范措施和建议。关键词:纤维素乙醇;燃料乙醇;技术创新中图分类号:TK6文献标志码:A燃料乙醇是重要的石油替代产品,不仅具有较全和减缓温室气体排放的问题,纤维素乙醇又回到好的可再生性,而且在环境保护方面普遍具有优良了人们的视野。特性。我国燃料乙醇的生产已经过了5年多的系统(1)成为许多国家能源战略的重要内容。在寻试点产业迅速成长,产出量和产业投资规模都有大求更为可靠高效的生物质液体燃料的过程中,除了幅增长。为了更有效地发挥石油替代燃料的优势,同根据各自的自然禀赋开拓出不同替代燃料外,很多时贯彻“不与人争粮不与粮争地”的战略原则纤维国家都将更具有普遍性应用价值的纤维素乙醇技术素乙醇技术的开发和利用成为我国燃料乙醇发展的的开发与利用列入了自己的国家能源战略当中必然选择。纤维素乙醇技术是燃料乙醇的第二代核(2)已形成以工艺和酶制剂提供者为主要节点心技术,尽管许多国家都已进行相关研究,但是该项的创新网络。美国能源部和国家可再生能源实验室技术仍然处于研发阶段,技术创新过程都面临着较( National Renewable Energy Laboratory,NREL)在20多的不确定性因素。分析纤维素乙醇技术创新的现世纪70年代末就开始了纤维素乙醇的制备流程的状、创新不确定性,可能遇到的风险和解决途径,对系统性研究和开发。纤维素乙醇的生产方法主要是于燃料乙醇产业的发展和国家替代燃料战略规划的水解法,水解的工艺路线包括酸水解和酶水解两种,制订都具有重要意义工艺过程较为多样化,主要的工艺过程都需要一项1纤维素乙醇技术创新进展关键技术—生物酶,所以在产业界逐渐形成了以不同原材料生产的燃料乙醇产品功能相同,却工艺提供者和酶制剂提供者为主要节点的创新网络对应完全不同的工艺过程技术难度有本质区别使结构。主要的工艺提供者有加拿大的ogen和用小麦和玉米等粮食作物生产乙醇的技术早在20 SunOpta公司。 logen公司推广的酶水解工艺利用稀世纪80年代已经基本成熟:使用甜高粱、木薯红薯酸结合蒸汽气爆预处理半纤维素,然后在含木质素等非主粮生产乙醇的技术还处于从试验到商业阶段和木糖的环境下用纤维素酶水解纤维素。 SunOpta过渡的时期;纤维素乙醇虽然已经历了近100年的公司则在营销一套高压下连续气爆的技术,世界上发展但是受各种因素的影响许多技术难题并未解已有几个示范项目采用Sun0pa的工艺。决,成本居高不下。近来,由于各国日益关注能源安中国煤化工制剂研究的公司CNMHG基金项目:国家自然科学基金重大国际合作项目(50520140517)收稿日期:2008-02作者蔺介:常世彦(1979-)清华大学能源环境经济研究所博士后博士;研究方向:新能源和可再生能源技术评价与政策妍究第5期(2008年5月)中国科技论坛表1主要国家和地区能源战略中的纤维素乙醇技术国家或地区能源政策主要内容“改变我们为汽车提供燃料的方式”部分重点提到纤维素乙醇技术的开先进能源计划发,并提出总统的目标是使得纤维素乙醇能够在2012年与玉米基乙醇在成本上进行竞争使得此种替代性燃料能够在更大的领域内得到应用从而减少美国未来的能源消费。盟欧盟能源政策绿皮书提高对可再生能源的利用,制定《可再生能源路线图》,与生物能行动计划和欧盟生物燃料战略相结合稳定和逐步降低欧盟石油进口依存度日本新国家能源战略新一代运输用能计划”中提出要促进生物质乙醇的大规模工业试验及开发以木材等纤维素为原料的乙醇生产高效技术中国「可再生能源中长期发展规划」从长远考虑要积极发展以纤维素生物质为原料的生物液体燃料技术有丹麦的 Novozymes,美国的 Genencor, Dupont和减成本的缩减主要归功于纤维素酶成本的降低。据Dyadic等。这几家酶制剂公司都不同程度地获得了诺维信公司介绍作为工业化生产中的主要成本,生政府资助和支持,且与大型燃料乙醇生产商具有合物酶在过去7年中的价格下降了85%多。在美国能作关系。我国从“八五”时期起就陆续开展了纤维素源部的资助下, novozymes公司在2005年将纤维素制取乙醇及相关技术的研发课题,取得了一批技术酶的成本从5美元降至50美分,并且有计划降到每成果,同时也逐渐加入到了世界纤维素乙醇的创新加仑10美分的水平,他们最乐观的估计是在2008网络当中。我国中粮集团在肇东建立的纤维素乙醇年形成规模化生产。示范厂,与丹麦 Novozymes公司合作研制所需要的2纤维素乙醇技术创新风险分析酶制剂对于纤维素乙醇技术来讲,国际上基本达成了(3)已建或在建多个不同规模的生产装置。国两点共识:纤维素乙醇具有正的外部性,在能源安际上主要的燃料乙醇生产厂近几年产量规模都在快全,减缓排放和增加农村收入方面具有优势;应用纤速推进。2003年1月gen公司宣布建成世界上第维素乙醇技术意味着能使用几乎所有的植物作为原一个年生产量达到32万升示范规模的纤维素乙醇料,从而避免了粮食危机,是粮食安全和能源安全之生产装置后,各研发机构争相建立示范规模的装置,间的均衡选择。正在筹划当中的商业规模的纤维素乙醇厂也比比皆这些共识,都是对纤维素乙醇技术长远的方向是。美国能源部2007年计划资助的6个纤维素乙醇性的判断而对于实际的技术创新项目来讲,则要进项目中,有5个的规模超过千万加仑。据 Abengoa公行更为审慎的研究。纤维素乙醇在原料方面具有得司宣称,该公司在西班牙 Babilafuente建造的以小麦天独厚的成本优势和能源优势,但是从全生命周期秸秆为原料的纤维素乙醇精炼厂将于2007年底竣的其他环节来讲,仍然存在着较大的不确定性。表2工,如果按期建成它将是世界上第一个商业规模的是综合不同文献的研究结果给出的能源效率与温室纤维素乙醇精炼厂。我国的研发机构也建立了不同气体减排的统计范围,可以看到纤维素能源效率在规模的生产装置。中粮集团于2006年4月正式在黑1~1.90不等,减排效应也仍然存在较大幅度的变龙江启动建设年产500吨的纤维素乙醇试验装置。动上海华东理工大学依托863项目“纤维素废弃物制纤维素乙醇技术创新不确定性更集中地表现为取乙醇技术"课题,在国内建成了由纤维素废弃物年¨技术创新速度的不确定。美国能源部的《先进能源计产酒精600吨的示范工程。河南天冠企业集团于划》中提到要在2012年使纤维素乙醇的生产成本与2006年就开始建设国内最大的一条年产量3000吨玉米乙醇具备市场竞争力。科尔尼(上海)企业咨询的纤维乙醇生产线。公司估计,纤维素加工乙醇在美国实现完全商业化(4)生产成本逐渐降低。与玉米乙醇相比纤维至少V山中国煤化工EA(200的预素乙醇的成本在原料种植方面较少,主要集中于乙计,CNMHG年纤维素乙醇的醇的转换工艺与纤维素酶的制取。根据美国能源部成本才可能会出现大幅降低。值得关注的是,到目前宣布的结果,纤维素乙醇的成本近几年都在持续递为止,美国还没有示范规模和商业规模的纤维素乙中国科技论坛2008年5月)第5期醇生产设施,即使美国能够沿着预期的成本目标前设备的购置,可能会面临最新工艺的迅速替代和技进,该项技术会以怎样的速度在其他国家扩散仍然术装置的迅速贬值和闲置。是一个有待探讨的问题。美国国会研究服务部3技术创新风险对我国燃料乙醇产业( Congressional Research service, CRS)的一份报告认的影响为技术发展方面的障碍将使纤维素乙醇面临很不确我国的燃料乙醇产业在“十五”期间快速发展,定的未来。以陈化粮为原料的燃料乙醇的产量从2003年的7纤维素乙醇的技术研发需要大量投入,考虑到万吨一路飙升,2004年达到20万吨在扩大试点后技术持有者和政府以及大的投资机构之间存在较为的200年达到75万吨,至200年达到132万吨明显的信息不对称,容易引发两类不同趋势的风险:成为仅次于巴西和美国的全球第三大燃料乙醇生产一是投资方对融资方技术的产出价值预期偏低,即国。截至200年,以生物燃料乙醇或非粮生物液体逆向选择;二是投资方对融资方的技术价值预期偏燃料等名目提出的建设生产能力已超过千万吨。考高,即投资泡沫。虑到粮食乙醇技术大量消耗粮食的“先天不足”,(1)逆向选择风险。逆向选择至少包含了三层206年12月,国家明确表示不再批准以粮食为原含义,一是投资方和融资方之间存在信息不对称,二料的燃料乙醇生产项目。这一政策的颁布在很大程是融资方有夸大自己技术价值的倾向且难以通过相度上遏制了燃料乙醇产业的急速扩张势头,也促使关机制加以评估,三是投资方判断融资方有夸大技燃料乙醇产业成长的动力机制必须进行相应调整术价值的可能更愿意以较为谨慎的态度来面对。在粮食安全、能源安全和温室气体减排三重约束之下,第二代燃料乙醇技术的研发必将表2不同原料燃料乙醇的生产效率能源效率与温室气体减排效果成为该时期产业成长的重要支柱。原料生产效率源效率温室气体减排(每公里行程与术本身的不确定性,以及政府(升吨原料)(能源投入输出)汽油相比减少百分比)与企业之间信息的不对称,使得纤维玉米364-4700.5-1.65-30%-38%小麦346.5-38540.81-1.03素乙醇的创新时间表仍然是个悬而19%-49%甜菜0.56-0.8435%-56%未决的问题。到目前为止,政府对纤纤维素51%-107%维素乙醇的支持多停留在技术研发数据来源: Intemational Energy agency,2006阶段,没有明确支持项目示范阶段的研究,几个主要的纤维素乙醇试验装从目前纤维素乙醇的国际创新进展来看,负责置中,只有国家863项目“农林废弃物制取燃料乙醇研发的企业和机构对自己的核心研究成果讳莫如技术”研究获得1700万元拨款专用于工业性试验。深,潜在的投资者并不能准确判断技术的真实价值,这使得国内第二代燃料乙醇技术市场在一定程度上这就使得部分投资者对纤维素乙醇技术持有相对保呈现出逆向选择的特征。守的态度,认为技术创新企业为了获得更多的研发尽管多数技术创新都面临着在更快的创新速度投入,有夸大自已研发进度的倾向。和更低的生产成本之间的抉择,纤维素乙醇产业大(2)投资泡沫风险。另外一种可能的风险情况体还是沿着基于时间的竞争路径前行。如果逆向选是,在对新技术预期高涨和对国家支持过于乐观的择特征持续下去的话由于没有明确的支持对象投估计下,投资者更多的只看到了新能源概念的优势,资者放弃技术投入,创新企业退出技术市场,从而减而往往忽视了它与实际的可以大规模生产的技术之缓我国纤维素乙醇技术的创新进度间的区别。对于纤维素乙醇技术来讲考虑到其长期4风险防范措施方向性优势,它的技术投资泡沫状态并不是意味着V凵中国煤化工号传递,对于创新技术本身没有价值,而是其价值需要经过一段时间企业CNMH资不足是其面对才能更好的加以体现在此之前,它的价值有可能被的主要风险。突出表现为产业界和政府对于纤维素高估了。如果投资者盲目投入大量资金用于工艺和乙醇技术研发的不信任。信号传递是防范逆向选择第5期(2008年5月)中国科技论坛风险的一个重要手段。创新企业或研发机构常常会相比,政府和实力雄厚的投资者对纤维素乙醇技术画过多种途径来传递关于自己研发能力的信息,以信息的掌握更具优势。所以,政府要致力于新能源技期通过这种方式增强投资者的信心。国际上不同研术企业技术创新能力的培育,有重点地推进纤维素发企业都在争先恐后地建立示范到商业规模的生产乙醇的技术研发和项目示范,同时增强信息甄别能装置,这些装置的搭建不仅是研发阶段必不可少的力,建立合理的评估框架对企业技术创新能力进行环节,也是企业技术创新能力的重要表征。考核,争取实现激励政策的分离均衡。(2)政府层面的防范措施对于政府来讲既要5结论保证国家在替代能源技术方面的竞争力,又要有效纤维类燃料乙醇工业技术的开发和应用,是解规避由技术泡沫所导致的资源浪费,需要同时防范决燃料乙醇原料成本高、原料有限的根本出路,属于逆向选择和技术泡沫风险政府有两重身份,一是直方向性替代燃料。技术创新是需要一定周期而一个接投资者,二是有效信息的传播者。从纤维素乙醇技较为持续的投入是保证技术创新成功的条件之一。术所具有的外部性来讲,政府要对创新企业进行资无论对于技术创新企业还是政府来讲,都应对可能金支持建立与创新企业的成本与风险分担机制,对影响我国创新进展的主要风险因素进行分析,采取技术的创新进行全程干预另外与其他市场投资者必要措施适时推进纤维素乙醇技术的研发和示范。参考文献[1陈伟红闫德冉杜风光末安东.纤维质原料生产燃料乙醇的研究进展Jl农业与技术,2006,264):29-322]科尔尼(上海)企业咨询有限公司.中国燃料乙醇产业现状与展望一—产业研究白皮书R],2003]曲音波.纤维素乙醇产业化[.化学进展,2007(19):1098-11084]王启现,李志强.世界燃料乙醇产业发展的若干技术问题探讨[J.世界农业,2007,10:54-575]张晓阳.论匡内发展燃料乙醇的优势及前景[J中外能源,2006,11(1):106-110.书讯·《中国能源发展报告2008》定价:96.00含邮费)本报告共分为四篇。第一篇即综合篇为总报告,第二篇为行业运行篇,第三篇为热点专题篇,第四篇为中国能源企业绿色指数篇。整个报告着眼于资源环境约束,紧扣节能减排、可持续发展的主题努力构建一套科学合理的能源资源利用体系,在定意义上,为中国能源乃至整个人类的可持续发展指明了道路联系电话:010-5884596;58884643传真:010-5884592联系人:刘荣芳。(1)邮局汇款。邮编:100083地址;北京3814信箱;收款人:中国科技论坛杂志杜。(2)银行转账。开户名:中国科学技术发展战略研究院;开户行:中国工商银行北京公主坟支行;账号:0200060900803380(附言注明“图书购买”)。中国煤化工CNMHG