关注巴西经验  推动生燃料发展
□中国化工信息中心教授级高级工程师  朱曾惠
    能源紧张和可再生资源的利用是全球普遍关注的问题，其中生物燃料的开发和利用是一个热点。早在三十
多年前，巴西一些有识之士就预见到从甘蔗制生物乙烯的巨大潜力，并且制定了全国性规划推动生物乙烯在运
输燃料中的应用。现在他们又看到生物乙醇和生物柴油联合的潜力，计划将糖、油脂转化成乙醇、柴油、增值
化学品和其他材料，下一步还将开发纤维素燃料和化学品，预计将在未来30年内完成，这将扩充矿物燃料供应，
改变全球经济。巴西是南美大国，其生物燃料的发展令世人瞩目。2007年美国和巴西总统签订了谅解备忘录，
联合推动南北美的生物乙醇和生物柴油的应用。其后，美国派出了专家考察团去巴西访问，全面了解其生物燃
料的发展，并于6月25日在美刊《化学和工程新闻》（Vol.85，No.28，pp11～24）以《生物燃料的宝库》（Biofuel
Bonanza）为题发表了考察报告，不仅较全面地介绍了巴西生物燃料发展的历史、现状和未来规划，还生动地描
述了他们的思路和方法，以及对未来的一些设想。了解和学习巴西经验，对推动我国生物燃料的发展具有很高
的参考价值。
    考察报告开篇指出：“巴西已经成为一个推动生物乙醇、生物柴油和生物电力可持续发展的楷模和优秀的合
作者。”巴西生物燃料的发展激发了科学家、企业家和投资者的兴趣，但是若生物燃料技术零星发展，不考虑地
区性和全球可持续性，将会引发食品危机、环境退化、贸易失衡和社会经济问题，这一定要引起各国的注意。
因此，生物燃料的发展需要国际性的合作来共同推动，让所有国家平等地加入到全球能源市场——这是一种新
的设想。
　　考察之前，美国和巴西两国生物燃料领域的科学家和政策制定者共同召开了一个历史性会议（5月30～31
日， Aguas de Lindeia），起草文件向两国投资机构、决策者提出了生物燃料未来研发建议，并明确表示，巴
西可以向美国提供更多有关生物乙醇、生物柴油的生产经验，美国则承诺开发纤维素原料制燃料和化学品技术
并对巴西进行援助。两国的合作主体是巴西化学会（SBQ）、美国化学会（ACS）和巴西农业研究公司（Embrapa）。
该合作将使美巴两国在生物质领域的专业技术和知识转化为替代性燃料和其他产品资源。因为两国都有关于提
高生物基燃料和化学品的多年计划，SBQ-ACS的合作重点是找出双方知识上的差距和需要互相完善的方面，制订
共同的路线图，并明确合作的重点和方法。此外，巴西还与其他国家如智利、牙买加和印尼签署了有关可再生
燃料的协议；今年2月，巴西和美国又参加了印度、中国、南非和欧盟组织的国际生物燃料论坛，其目的就是
为生物乙醇和生物柴油成为全球性的通用商品创造条件。
　　该考察团认为巴西在生物燃料领域有借鉴价值的经验，归纳起来有以下几方面：
    1. 巴西生物燃料的首席科学家也是农业科学家，十分重视化学在推动农业变革模式中的重要性，认为化学
肥料、机械化、农药和生物技术对社会有全面持久的影响，以生物为基础的产品模式将会对全世界人民的生活
带来戏剧性的变化。
    2. 巴西生物燃料工业最出色的成就是对未来发展采取综合集成途径（integrated approach），由科学家、
政府官员、工商业领导、法律工作者和教育工作者共同参与。例如，生物学家用基因工程等方法培育新物种，
得到高含糖量和含油量的植物，并设法扩大有利用价值的农作物（如甘蔗和黄豆）的种植范围，使巴西一些本
土植物品种可以生产生物燃料。土壤学家致力研究在不破坏脆弱的土壤生态的前提下提高农业生产，如巴西南
部的红色土壤非常适宜农作物生长，采用甘蔗与豆科植物（如花生）轮作的方法，既可提高土壤中的氮含量满
足甘蔗生长中对氮的需求，又可增加生物柴油原料的产量。农业科学家则对气候变暖对生产的影响进行先期研
究。
    3. 巴西已经认识到没有哪一种生物燃料或是单一农作物可以单独支持未来的经济增长，现在已开始建设可
同时生产增值化学品的生物乙醇-生物柴油联合炼厂，机械制造、化学反应器、精馏塔发电机组等生产制造公司
也将参与生物燃料的计划。
    4. 圣保罗大学的“清洁技术开发试验室”专门研究精炼操作（refinery operation），开发绿色石油和生
物燃料生产工艺，一些学生正在研究非均相过渡金属催化剂和固定化水解酶，开发更有效、更迅速和更廉价地
将油和乙醇转化为生物柴油的工艺。另外还开发和试验新的生物柴油混合配方，提高燃料的环境性能。该试验
室还与当地和全国的企业家、学者和官员们保持联系，让他们了解生物柴油的价值以及对巴西、南美甚至全世
界的重要性。
　　5. 巴西认为，生物燃料的研发十分重要，但同时还要研究解决有关战略、经济、社会和政治等问题。所以
应当建立一种理念：创建吸引各种事业参与的机制。事业创造需求，而需求将创建市场，因此生物燃料要发展，
最重要的是各种事业的共同“参与”。
    6. 要实现生物柴油在车辆上的应用并不简单，科学家们首先要了解燃烧生物柴油产生的污染与石油基燃料
不同，然后再将排放降到最低程度。经测试（20000km），与使用石油基柴油或汽油相比，在不影响车辆性能的
情况下生物柴油可降低CO2、CO颗粒物和多环芳烃排放，而NOx排放相当。巴西正在使用的B30牌号油是70%
石油基柴油和30%生物柴油的混合燃料，此生物柴油是以75%黄豆油和25%蓖麻油为原料生产的。
    7. Santa Elisa公司的糖厂和乙醇厂位于圣保罗市200英里的Ribeirao Preto，在世界最大的乙醇生产地
区中心（圣保罗州有128座乙醇装置，产量占全国的70%，其中26座在Ribeirao Preto）。该厂生产规模属巴
西标准规模，年可加工甘蔗600万t，生产乙醇6600万加仑(1加仑=3.785L)，生产工艺如下：甘蔗从卡车卸下
后去皮，清洗去掉残留土壤（收集后返回甘蔗田），处理用水含有一些有价值的养分，被用作本土甘蔗田的灌溉；
用由5台蒸汽驱动的破碎机组挤压出甘蔗汁；再用泵送入储罐，过滤和冷却，准备制糖；糖浆进行结晶，离心
分离去水后成为白色粒状纯糖，用1t装麻袋包装出厂。如果是进行乙醇制造，要将从破碎机出来的甘蔗汁稀释
成20%糖溶液，泵送入大型发酵釜，经过8小时，酵母将糖发酵成6%～10%乙醇料浆；将酵母回收利用或进行干
燥作为动物饲料出售；再对乙醇料浆进行精馏，脱水达到纯度99%进行变性，装入糟车出售给燃料分销商。目前
巴西生物乙醇年产量为45亿加仑，2006年美国生物乙醇预计达到49亿加仑，2007年可达60亿加仑。
    8. 美国和巴西生产的生物乙醇总产量约占全世界的70%，但是两国的生产和应用情况有所不同。例如，美
国生物乙醇是以玉米淀粉为原料，工艺过程较为复杂，需要用酶将淀粉转化为葡萄糖，再进行发酵；巴西以甘
蔗为原料，生产工艺效率较高，成本较低。美国的生物乙醇主要用于掺兑汽油，一般E10（10%乙醇）需要抑制
发烟，汽车发动机不需要改动，但混掺85%乙醇（E85）时，车辆需要传感器调整点火和燃油注入发动机才能平
稳运动。在巴西，乙醇可与汽油以不同比例掺混，用于灵活燃料车辆，乙醇含量可达25%（E25）。巴西还生产一
种燃料水合生物乙醇（hydrated bioethanol），它是纯生物乙醇（E100），只含有少量的水。
　　9. 乙醇是亲水物质，易从空气中吸收水分。在美国，这是一个较大的问题，因为这些水分会造成燃料管道、
储罐和发动机的腐蚀，因此美国生物乙醇是单独运输到当地分销商，再与汽油掺混，这增加了成本；而在巴西
水合生物乙醇质量稳定，不存在这类问题。目前巴西约有28%汽车使用生物乙醇，生物乙醇用量已占巴西运输燃
料的12.8%，而美国只占3.5%。
　　10. Santa Elisa工厂的甘蔗渣是一种纤维状的蓬松物，从甘蔗破碎压榨机中出来后，被送上运输带去焚烧
炉产生蒸汽，用它驱动破碎压榨机和其他设备，还可送去发电。焚烧炉的残灰用作甘蔗田的肥料，基本能满足
蔗田的需要。而在美国，玉米生产乙醇过程中残留的生物质被称为干馏产物，一般当作饲料出售。今后，这些
蔗渣和干馏物通过酶或气化、裂解等工艺过程，可进一步加工成燃料或化学品。美国生物乙醇厂一般都要外购
电力，而巴西Santa Elisa工厂可产生60MW电力，本厂仅用19MW，剩余电力外售或输入电网，他们说：“我们
要从每根甘蔗榨出每一滴潜在的能源。”
    11. 巴西科学家强调，增加生物燃料生产不仅是可能的和必需的，而且可以不必破坏国家宝贵的雨林资源。
土地使用在巴西是一个敏感问题。巴西土地面积约8.51亿公顷，其中5亿公顷土地被指定为保护土地，包括大
部分亚马逊河谷，约占全国北方面积一半以上，剩余的土地才能用来养牛和种植。巴西种植农作物随着各个时
期经济环境的变化而变化，例如，20世纪50年代以前的殖民地时期，咖啡和牛肉是主要的农产品，60年代黄
豆价涨刺激农户多种黄豆。70年代以后，巴西实施乙醇规划，甘蔗成了主要产物，与当前美国种植玉米的情况
类似。
　　12. 在一次研讨会上，巴西科学家向美国考察团介绍了一份可行性研究报告。报告称，巴西有1亿公顷土
地可用来进行农业生产，这是未来生物燃料供应的关键。到2025年巴西的生物乙醇可以替代全球汽油需求量的
10%。预计2025年全球需要615家生物乙醇厂，2007年末可望达到400家。根据报告，每建设和运营一家新型
炼厂约需1.4亿美元，但总体效益很大，每年可为巴西产生310亿美元外汇，创造530个工作岗位。2006年巴
西出口20%生物乙醇，大多流向美国。研讨会上，巴西提出美国当前的税收和补贴制度影响巴西向美国出口，他
们说：“巴西可以建立一个世界能源市场，但是如果美国市场封闭，我们就难以运作。”
　　13. Chargneada生物柴油厂原来生产香精油，转产生产柴油仅几个月，他们认为：“当前改造化工装置转产
生物柴油是一种全球性的趋势”。其目前的原料是牛油脂，这是当前制造生物柴油最便宜的三甘油酯原料，今后
将根据经济原则选用不同的原料。其生产过程中以2% NaOCH3为催化剂，甲醇作溶剂，反应时间30分钟，粗制
生物柴油经真空精馏提纯得到最终产品（利用原生产香精油的精馏塔可得到超纯生物柴油），甲醇进行回收再利
用。因为生物柴油过去几年产量增长很快，副产甘油充斥市场，而其化学利用行动迟缓，建议大力开发以甘油
为原料的丙二醇、环氧氯丙烷等高附加值产品。该厂现有生产能力为6万t/a，今后可能扩产至25.2万t/a。
该厂计划建设成为一个集成型的综合生物燃料公司，生产生物柴油和生物乙醇。因为巴西运输燃料的58%是柴油，
这一数字比美国和欧洲高一倍。现在其15%柴油靠进口，巴西规定2008年柴油中必须有2%生物柴油，即要求每
年使用2.1亿加仑生物柴油；2013年要增加到5%，相当于每年6.35亿加仑生物柴油。美国2006年生物柴油产
量为2.5亿加仑，2015年将达到6.5亿加仑。
　　14. 巴西有丰富的含油种子可用来制造生物柴油，如棉籽、向日葵籽、油菜籽、蓖麻籽、澳洲坚果树籽、
花生和芝麻，这些原料平均每年每公顷可生产0.5t油，巴西计划在10年内达到2t，在30年内提高到5t，一
种方法就是通过改进植物物种提高其油含量，另一种比较现实可行的方法是选用含油量较高的作物。当前，巴
西96%的植物油来自花生，3%是棕榈油，其他占1%。所以除了改良花生外，棕榈油和其他种子油有巨大的潜力，
特别是棕榈油，从非洲引进的棕榈树果实和核仁油含量比花生高12倍。巴西北方为热带气候，适于棕榈树生长，
因此棕榈油可望成为仅次于黄豆油的第二大油原料。当然，发展中还面临许多技术性挑战，例如该树种植5年
后才能收获果实，高产期约20年。此外，由棕榈油制造的生物柴油的熔点较高，使其应用受到限制，但它可以
在气温较高的地区使用，同时可以少量掺混由花生油或其他油料生产的生物柴油。
    15. 巴西生物能源工业的集成化使考察团印象深刻：将甘蔗的生产、加工、设备制造、残渣制肥和蔗渣发
电综合集成一体，而且整个系统不需要任何政府补贴。应用非均相催化剂将甘油三酯转化为生物柴油是一个非
常有潜力的领域，但是在与生物技术的结合方面进展较慢，生物质的热化学加工研究甚少，而纤维素乙醇生产
的研究基本没有进行，两国很容易在这方面建立研究合作。巴西的经验证明，甘蔗是乙醇和发电的原料而且其
工艺过程是可持续性的，也是有效益的，将糖萃取出来，蔗渣焚烧发电，残灰返田，整个工艺过程废料极少。
美国玉米发酵路线生产乙醇效益低于甘蔗发酵，因此美国应当在中西部种植甘蔗，发展甘蔗乙醇。另外，在增
产生物质燃料的背后，还有如何投资新型车辆、高效装置和全球市场等问题需要综合考虑。
    该考察报告最后说，本次考察犹如催化剂，将对生物质衍生生物燃料和化学品的开发研究以及巴西和美国
的合作产生积极的推动作用。