文章闡述了發(fā)展生物燃料可實現(xiàn)緩解石油供需矛盾和減排溫室氣體的雙贏目的，介紹了世界各主要消費大國發(fā)展、應用生物燃料的情況及生物燃料的發(fā)展趨勢。

　　1　生物燃料減排效益

　　據(jù)世界瞭望學會發(fā)布的報告，生物燃料如乙醇和生物柴油對減少全球對石油的依賴擁有巨大潛力。生物燃料市場的擴大和新技術進步的協(xié)同作用有望緩解油價上漲的壓力，并可振興農業(yè)經濟和減少全球溫室氣體的排放。發(fā)展生物燃料可實現(xiàn)緩解石油供需矛盾和減排溫室氣體的雙贏目的，因此，越來越受到能源消費大國的重視。

　　美國明尼蘇達大學研究人員的研究認為，乙醇和生物柴油這兩種生物燃料都屬清潔能源，且生物柴油的環(huán)境效益更明顯。生物柴油較普通柴油的溫室氣體排放量低41%，生物乙醇較汽油的溫室氣體排放量低12%。研究指出，生產乙醇和生物柴油的谷物和大豆目前是生產生物燃料的主要作物，但麥秸草、雜交楊木和換季牧草等將是未來的能源作物。

　　生物燃料在減少溫室氣體排放方面具有很大潛力，尤其是開發(fā)使用以農業(yè)廢物和纖維素作物如換季牧草為原料的先進生物質技術。

　　將生物燃料與石油燃料調合使用，可減少汽車的硫、顆粒物和CO的排放。在發(fā)展中國家，乙醇和生物柴油在改進城市空氣質量方面可起到很大作用，并有助于禁鉛和禁用其他有毒性的燃料添加劑。

　　截至2005年，世界生物燃料生產量已超過67萬桶/天，雖僅相當于全球運輸燃料市場的1%，但是，比2001年產量已翻了一番。隨著燃料價格的上揚和各國政府政策的支撐，生物燃料產業(yè)強勁增長，生物燃料市場正在快速發(fā)展之中。

　　經合組織(OECD)于2007年9月中旬對生物燃料的可持續(xù)發(fā)展作出了展望述評。報告指出，全球2005年生物燃料生產達到0.8EJ，即占道路運輸燃料消費約1%。從技術層面看，用常規(guī)乙醇和生物柴油技術將來可生產高達20EJ，即占運輸行業(yè)對液體燃料總需求量的11%，到2050年，采用第二代生物燃料技術可望再增產12%。從理論上講，生物燃料到2050年占液體燃料市場的份額可達近1/4(11%來自常規(guī)技術，12%來自先進技術)。然而，這一潛在市場不太可能實現(xiàn)，因為第一代技術會引起食品價格和環(huán)境問題，常規(guī)技術的潛力只能接近現(xiàn)在的生產水平。而且，第二代技術的商業(yè)化前景仍有待觀望，目前僅建設了幾套中型和驗證裝置。國際能源局的報告中所作的預測計算表明，到2050年生物燃料的市場份額有望達到近1/4。如果目標達到，生物燃料的增長將可使CO2排放減少近1.8Gt，占常規(guī)情況下與能源相關的CO2排放的3%。

　　美國環(huán)保局于2006年9月7月提出了可再生燃料標準(RFS)，按照該標準，將使乙醇、生物柴油和其他可再生燃料的用量增加1倍，從而使可再生燃料在美國所占的市場份額從2006年的2.78%提高到2007年的3.71%。美國環(huán)保局表示，根據(jù)美國2005年能源政策法實施的結果，到2012年有望使美國石油需求減少39億加侖/年，并使溫室氣體排放減少14億t/a。提出的可再生燃料標準(RFS)旨在使美國使用的可再生汽車燃料數(shù)量從2006年約45億加侖增加到2012年至少75億加侖。所用的可再生燃料將具有良好的經濟性，并具有能為汽車產業(yè)提供燃料的靈活性。

　　美國環(huán)保局于2007年4月推出了美國第一個綜合性可再生燃料標準(RFS)方案，該標準方案將使替代燃料的使用量增加，并使汽車的整體平均燃料經濟性(CAFE)標準更加現(xiàn)代化。RFS方案需確定美國主要煉制商、調合商和進口商在2007—2012年間使用可再生燃料的最少數(shù)量。最低量標準由生產商或進口商總的可再生燃料所占百分數(shù)來決定，并每年有所增長。2007年，確定所有銷售燃料的4.02%應來自可再生來源，約為47億加侖。按照2005年能源政策法，RFS方案要求美國需在2012年在銷售的車用燃料中至少調入75億加侖的可再生燃料。該方案估計到2012年可減少石油使用量高達39億加侖，并可每年減少溫室氣體排放高達13l0萬噸，相當于230萬輛汽車的溫室氣體排放量。為實現(xiàn)美國布什總統(tǒng)提出的在10年內減少汽油用量20%的要求，RFS方案將促進使用諸如乙醇和生物柴油在內的生物燃料。該方案也將為農業(yè)產品建立新的市場，提高能源安全性和推進開發(fā)新技術，生產與常規(guī)汽油成本可競爭的可再生燃料。特別是RFS方案為從纖維素生物質如換季牧草和木屑生產可再生燃料提供了更大的吸引力。

　　用生物燃料如生物柴油、乙醇和生物丁醇替代部分石油基汽油或柴油已成為美國的國策。美國的目標是到2025年通過大量使用生物燃料，替代從中東進口的75%以上的石油。

　　美國汽車商的使用表明，E85汽油(含85%乙醇的汽油)是當今使用的含氧量最高的汽油，其環(huán)保效益好，燃燒比汽油更完全(更清潔)，可減少溫室氣體排放。美國環(huán)保局表示，高調合乙醇的燃料如E85，可減少有害的CO排放40%和煙塵污染物排放15%。包括通用汽車公司在內的一些美國汽車生產商，都生產靈活燃料型汽車(FFV)，可以使用汽油、也可以使用E85驅動。但E85的一個缺點是其能量密度低于汽油。這意味著發(fā)動機使用E85行駛的里程數(shù)要低于汽油發(fā)動機。E85在美國也尚未廣泛使用。據(jù)美國可再生燃料協(xié)會(RFA)截至2007年7月中旬的統(tǒng)計，美國17萬座加油站中有不到1200座的加油站可加注E85。但預計到2008年加注E85的加油站數(shù)將會翻一番。

　　據(jù)美國能源情報署(EIA)發(fā)布的2007年度能源展望報告，美國可再生燃料消費量將從2005年的6.5×1015 BTU(1英磅單位)增加到2030年的10.2×1015BTU。

　　許多公司都在尋求減少溫室氣體排放的途徑。據(jù)稱，運輸這一重要領域的溫室氣體排放量約占全球的20%。在短期和中期內，增加生物組分的調合是在這一領域內取得溫室氣體減排進展的實用方案之一。

　　據(jù)英國運輸部稱，至2010年，英國所有汽車燃料銷售量的5%將來自可再生能源，屆時生物燃料的銷售額將比現(xiàn)在高出20倍。英國召開的環(huán)境友好汽車會議己提出加快促進綠色汽車發(fā)展問題。這一要求將通過可再生的運輸燃料責任(RTFO)來達到。據(jù)計算，預計到2010年可削減約100萬噸的二氧化碳排放。據(jù)稱，這相當于行駛在道路上的汽車將減少100萬輛。未來幾年內二氧化碳排放可望減少，這將有助于減小運輸對氣候變化的影響。

　　新西蘭推進的CO2排放交易可滿足其承諾的京都議定書規(guī)定的減排目標。新西蘭正在推進生物燃料以達到運輸行業(yè)短期內的減排要求，政府要求到2012年使用3.4%的生物燃料。

　　美國化學學會(ACS)召開的第233屆年會的主旨是：能源、食品和水的可持續(xù)性。生物燃料是研討的主題，其中涉及農業(yè)生物質、生物基產品和生物燃料。討論范圍從新的生物能源到使生物質更高效地轉化為燃料的新工藝。

　　美國柯羅拉多州立大學與美國農業(yè)部、農業(yè)研究服務院的研究人員對由各種作物生產的生物燃料，就其溫室氣體排放的競爭性的生命循環(huán)分析作出評論。研究結果表明，當與汽油和柴油的生命循環(huán)相比，從谷物和大豆循環(huán)生產的乙醇和生物柴油，可減少溫室氣體排放85%，而使用換季牧草和雜交楊木生產的生物燃料可減少溫室氣體排放約115%。雜交楊木和換季牧草可最大限度地彌補化石燃料的消耗，因而是可減少溫室氣體排放的作物研究重點，為此，開發(fā)纖維素乙醇等生物燃料仍是今后研發(fā)的方向。

　　專家分析指出，谷物乙醇對于抑制全球變暖還不是最好的生物燃料。大多數(shù)的觀點認為，與汽油相比，谷物乙醇可減少溫室氣體排放18%～28%，而纖維素乙醇可減少溫室氣體排放近87%。

　　美國Novozymes公司在2007年3月召開的第四屆世界工業(yè)生物技術與生物加工年會上，提出纖維素乙醇經濟性生產的5種策略，具體包括：(1)繼續(xù)資助研發(fā)(尤其在生物質轉化和商業(yè)化工藝技術開發(fā)領域)；(2)建立靈活的試驗和開發(fā)中心，按地域分布，應用多種類型生物質原料，并將各種工藝(預處理、水解和發(fā)酶)加以組合；(3)通過改進農業(yè)實踐(生物質的選樣和收獲)及預處理方法，有利于降低成本；(4)改進生物技術(包括酶技術、新陳代謝工程和新的分離方法)；(5)通過國家政策機制持續(xù)支持生產實踐(包括資金資助、鼓勵政策和稅收優(yōu)惠減免)。

　　美國能源部于2007年5月核準，將在今后5年內提供2億美元資金，以支持在美國開發(fā)小規(guī)模纖維素生物煉油廠。這些項目預計將在3～4年內投入應用，以加速采用新技術利用纖維素原料生產乙醇和其他生物燃料。2007年3月，美國能源部提供3.85億美元，在今后4年內，用于開發(fā)6座大規(guī)模的生物煉油廠。這些大規(guī)模的生物煉油廠致力于商業(yè)化工藝過程，而小規(guī)模纖維素生物煉油廠致力于新的原料和加工技術。這些小規(guī)模和大規(guī)模項目共接受投資5.85億美元。

　　美國還將從可再生能源中生產可再生燃料，不僅高能效地生產可再生燃料而減少排放，而且將排放的二氧化碳加以利用。美國XL牛奶集團公司在亞歷桑那州Vicksburg建設的生物煉油廠將投人生產，該生物煉油廠設計生產高級乙醇、生物柴油、牛奶制品和動物飼料，并提供該工廠運轉所需的100%能源。投資為2.6億美元的Vicksburg生物煉油廠采用專有技術生產能效比為10：1的乙醇，該比例意味著只需1BTU化石燃料能源就可生產10BTU的乙醇和生物柴油，其效率約是傳統(tǒng)干磨法乙醇工廠的10倍。為達到這一效率，并使乙醇生產成本節(jié)約0.30～0.35美元/加侖和使55.36公斤牛奶成本節(jié)約0.50美分，該公司將7500頭奶牛排出的廢棄物，以及從分餾、生物柴油和乙醇生產過程中排出的廢料，轉化為能量，用于發(fā)電，將循環(huán)的可再生能量供給整個工廠。分餾將生產乙醇和生物柴油的主要原料谷物分成三部分：微生物、谷物淀粉和谷物麩糠。從環(huán)保上說，該工廠有很大優(yōu)勢，因為通過將廢棄物轉化為能源，并有高的能效比，可減少溫室氣體排放。Vicksburg生物煉油廠牛奶場第一階段已經建成。第二階段牛奶場已于2007年起建設，現(xiàn)正在建設生物燃料工廠，包括分餾廠。該廠每年將把57.6萬噸谷物加工成5400萬加侖乙醇、500萬加侖生物柴油和1l萬噸動物飼料。生產過程中產生的二氧化碳將被捕集，并在當?shù)刭A存，用于各種用途，包括啤酒碳酸化、冷卻和生產干冰。二氧化碳可在當?shù)剡M行“洗滌”處理，轉化為氧氣后再釋放到大氣中。XL牛奶集團公司也在開發(fā)專有的低成本海藻生產系統(tǒng)，該系統(tǒng)可組合入該公司的生物煉油廠，以降低生產成本，并拓展車用燃料和動物飼料的生產(見下圖)。因為海藻含油量高于谷物，并且用較少的占地就可進行較大量的生產，該公司預計在今后5年內將使乙醇產量擴大到1億加侖，生物柴油產量擴大到2500萬～3000萬加侖。從環(huán)境角度看，該項目有很大優(yōu)勢，可將廢棄物轉化為能量，并有高的能效比，從而可減少溫室氣體排放。

　　美國從事生物技術的多種天然產品公司與法國Agro 工業(yè)Recherche開發(fā)公司的合資企業(yè)BioAmber公司于2007年3月宣布，將在法國BazancourtPomacle建設生物煉油廠，以生產基于生物的燃料和化學品。該生物煉油廠將于2008年夏季投入生產，將生產5000噸/年琥珀酸(丁二酸)，琥珀酸可轉化成寬范圍的衍生物，包括丁二醇和四氫呋喃(其通過蔗糖或葡萄糖發(fā)酵生產)。新建的生物煉油廠也將用于生產生物乙醇和生物柴油。

　　根據(jù)已生效的《京都議定書》，歐盟在2008—2012年間，需要將二氧化碳等6種溫室氣體的排放量在1990年的基礎上減少8%。為此，正在實施的“歐盟第六框架計劃”提出了生物乙醇示范城市的子項目，意在驗證使用乙醇燃料對環(huán)境、社會的益處，從而引導更多的人和組織加入到乙醇燃料的使用中。

　　歐洲議會發(fā)布生物燃料指令(2003/30/EC)，要求：2005年生物燃料占運輸燃料比例為2%，2010年此比例要提高到5.75%(基于能源含量)。生物柴油將有很大需求，乙醇使用也將大大增多。歐洲使用生物燃料乙醇主要是通過乙基叔丁基醚(ETBE)，少量乙醇直接用于調合。歐洲乙醇使用量的增長有望來自于增加ETBE的使用量，已有好幾套MTBE裝置轉換為生產ETBE，其他的裝置轉換和少量新建的ETBE裝置有望在2010年前完成，ETBE用量有望增加到215萬～257萬噸/年。今后10年內，乙醇消費量(ETBE和乙醇直接調合)將超過10億加侖/年。鑒于東歐國家加入歐盟，為實現(xiàn)生物燃料目標的一致性，歐洲使用乙醇量將進一步增加。

　　ETBE由乙醇和異丁烯生產，可避免由單獨使用乙醇所帶來的許多問題，如使汽油揮發(fā)性增大。ETBE可在煉油廠調入汽油，不像乙醇要在銷售點調合。ETBE作為含氧化合物調入汽油可使汽油更清潔地燃燒。與乙醇相比，ETBE有以下優(yōu)點：水混入時不發(fā)生相分離，對汽車部件無腐蝕作用，不會增加排氣光化學煙霧。

　　法國于1994年將ETBE用作汽油調合組分，西班牙和德國使用ETBE分別始于2000年和2004年。

　　德國生物柴油工業(yè)是世界最大的生物柴油工業(yè)。德國生物柴油銷售量2006年提高到280萬噸，約占德國運輸燃料總銷售量的5%。2006年德國在常規(guī)柴油燃料中調入生物燃料150萬噸，還有l(wèi)30萬噸純生物柴油投放市場。2007年1月1日起，所有燃料公司在所銷售的常規(guī)柴油中調入5%生物柴油。2006年，德國使用運輸燃料用柴油2820萬噸、汽油2180萬噸、生物柴油250萬噸、植物油108萬噸和生物乙醇48萬噸。據(jù)估算，生物燃料使德國2006年減少CO2排放1270萬噸。

　　根據(jù)京都議定書，日本推行乙醇和ETBE的使用將使其2008-2012年間的溫室氣體排放比1990年減少6%。日本也將在2010年使用50千萬公升原油當量的生物燃料，以執(zhí)行京都議定書要求。日本從法國進口200～300萬公升ETBE，將其調合人日本最大的煉油廠的汽油中。并將調合ETBE的汽油用于日本東部關東地區(qū)(包括大東京地區(qū))的50個加油站。日本已認定，ETBE與汽油調合作為含氧化合物燃料可使汽油更清潔燃燒。

　　2　生物燃料發(fā)展趨勢

　　據(jù)統(tǒng)計，2006年世界生物燃料生產量增長了28%，達到440億升。燃料乙醇增長22%，而生物柴油增長80%。雖然生物燃料占全球液體燃料供應量的比例小于1%，但2006年生物燃料生產量的驟增，達到了世界所有液體燃料供應量增加的17%。

　　利用富含淀粉和糖類的作物如甘蔗和谷物生產的生物乙醇，雖然能量密度低于汽油，但已確認它甚至可用作賽車燃料。利用上述作物生產生物乙醇在美國和巴西已確立工業(yè)化地位。利用油料作物如向日葵生產生物柴油在歐洲發(fā)展最快。

　　作為主要的替代燃料，世界乙醇生產量現(xiàn)已超過120億加侖/年。全球燃料乙醇生產量2000-2005年間翻了兩番，生物柴油增長了近4倍。

　　巴西和美國的燃料乙醇生產量合計占世界燃料乙醇生產量的90%，兩國政府自1970年起就大力支持乙醇生產。表1列出世界前5位乙醇生產國(地區(qū))。

　　在“十五”期間，我國批準河南天冠、黑龍江華潤、吉林燃料乙醇和安徽豐原四家企業(yè)加工燃料乙醇，設計產能為122萬噸/年，到2005年年底總產能己超過設計產能。到2006年我國燃料乙醇生產能力已達到132萬噸/年(見表2)。

　　“十一五”期間，乙醇汽油在中國的使用仍在進一步推廣之中，乙醇生產企業(yè)也在進一步啟動。據(jù)預測，中國2007年燃料乙醇生產量將比2006年的132萬噸增長12%，將達到145萬噸。國家發(fā)改委已制定5年計劃，目標是到2010年生產燃料乙醇522萬噸。但非糧為主方向已經明確。計劃在不適于耕種的土地上生產甜高梁、甘薯、木薯以增加乙醇原料。根據(jù)《生物燃料乙醇以及車用乙醇汽油“十一五”發(fā)展專項規(guī)劃》，到2010年，我國將以薯類、甜高梁等非糧原料為主生產522萬噸燃料乙醇，屆時乙醇汽油使用量將占全國汽油用量的75%。到2020年，我國燃料乙醇年產量可達1000萬噸。

　　據(jù)預測，到2025年世界可望使用生物乙醇替代汽油需求量的10%。

　　世界生物柴油生產量在2000-2005年間增長了4倍，僅2005年，生物柴油生產就增長了60%。

　　歐盟尤其是德國，主導了世界生物柴油的生產和使用。表3列出世界前5位生物柴油生產國。

　　亞太地區(qū)也正在興起生物柴油產業(yè)。到2010年，亞洲將超過北美，以及中/東歐，成為僅次于西歐的第二大生物柴油生產地。表4列出亞太地區(qū)各國棕櫚油基生物柴油生產量及預測值。

　　美國威斯康星大學Nelson環(huán)境研究學院2007年10月發(fā)布對世界226個國家生物柴油生產潛力的報告。報告認為，世界生物柴油生產潛力的上限將從現(xiàn)在119個國家的470億升提高到510億升(135億加侖)。這一數(shù)量可望滿足世界上現(xiàn)在對石油柴油需求量的4%～5%。根據(jù)農業(yè)生產率，可以估算總的生物柴油產量將有望達到6050億升/年，將分布在106個以上的國家。這12倍的增長將來自于許多作物，但主要還是將來自于熱帶作物油種籽：棕櫚和椰子，盡管它們現(xiàn)在的生產率還很低。分析認為，在用于食品目的的植物油年需求量繼續(xù)增長的情況下，到2015年，其他植物油有望用于生產4170億升的生物柴油。

　　我國生物柴油產業(yè)正蓄勢待發(fā)。據(jù)估計，2010年后生物柴油在我國將成長為有一定規(guī)模的產業(yè)。

　　據(jù)美國SRI咨詢公司預測，全球生物柴油需求量預計將從2006年的690萬噸提高到2010年的4480萬噸。

　　2006年可再生資源占美國總能源的比例剛好超過6%，預計今后將快速增長。美國可再生車用燃料將從2006年的45億加侖增加到2012年的至少75億加侖。

　　生物柴油和生物乙醇稱之為第一代生物燃料。使用生物柴油和生物乙醇僅是解決世界能源問題的第一步。盡管投資在繼續(xù)增長，但僅依賴基于植物種子和果實的生物柴油和生物乙醇燃料不能完全解決CO2排放問題和滿足日益增長的能源需求。為此，需開發(fā)第二代生物燃料，它們應由基于植物和生物質整體為原料制取。據(jù)分析，生物質有望滿足世界能源需求的l/3。

　　第二代生物燃料技術正在開發(fā)之中，一條可供選擇的路線是，使生物質熱解，生成生物合成原油，然后經氣化、甲醇合成和甲醇制合成燃料(MTS)過程，生產生物柴油和汽油。

　　在今后10年內，傳統(tǒng)的乙醇生產將面臨前所未有的發(fā)展新機遇：一些國家乙醇的進口將增長，非糧作物用作乙醇生產原料，纖維素乙醇作為競爭的乙醇燃料也將走向前臺。

　　William Thurmond所作的“乙醇2020年：全球市場調查”報告中指出：如果競爭前景看好，大規(guī)模纖維素乙醇生產將付諸實施；如果生物燃料進/出口的國家政策進一步放寬，則美國、中國和印度到2020年汽油消費的20%可望采用乙醇來替代。今后10年內，全球乙醇市場面臨發(fā)展機遇，也面臨轉型挑戰(zhàn)。