我国新型生物燃料产业化趋势及产业政策导向
□ 中国石油和化学工业联合会 庞广廉 化工对外经济合作中心 刘志远
在生物质能源产品结构中，液体及气体生物燃料可替代车用汽柴油，因而一直以来都是生物能源产品研发中的“重中之重”。生物燃料乙醇和生物柴油一直以较高的速度发展，2010年，全世界生物燃料产量为0.593×108吨标油，全部为第一代生物燃料，主要原料为甘蔗、玉米、少量油菜籽、葵花籽和其它农业、林业产品。生物燃料产业发展初期，主要原料使用谷物（在我国主要是粮食玉米）和食用油，唯有巴西等几个国家用甘蔗等植物作原料。此后，由用粮食作原料转向用非粮原料制造和生产生物燃料的产业发展方向则成为必然，其典型的产品就是纤维素乙醇（如木质纤维素乙醇）。目前，国际上包括中国都面临相同的问题，技术工艺的不成熟和原料选择的难度这两大问题仍然困扰产业的发展。在此背景下，美国能源署于2009年提出“先进生物燃料”概念。所谓先进生物燃料，是指玉米乙醇和植物油基生物柴油等“第一代生物能源”以外的一类新型生物燃料，其全生命周期（LCA）温室气体排放量至少要比化石燃料低50%。因此，在今后若干年，先进生物燃料产业的发展将加快，技术研发将不断突破。
我国新型生物燃料产业的原料利用
我国生物质资源种类众多，但资源分布不均，地区品种差异较大，优势品种尚少，生物燃料产业化发展尚缺乏充足的原料供给条件，这是制约生物燃料产业化发展的主要因素。解决这个关键问题，应从以下几个方面入手：
一是我国虽生物燃料原料种类众多，但培育优势原料品种是目前的主要措施。
近几年，我国的生物质能源坚持以非粮原料为主，且原料利用呈现多元化的态势，如利用薯类、甜高粱、小桐子等非粮作物/植物生产燃料乙醇和生物柴油的技术已进入示范阶段。在培育优势品种上也下了功夫，我国对木本油料生物质资源的开发利用最为引人注目，木本油料生物质资源，如光皮树、麻疯树、油茶、乌柏、油桐、黄连木、文冠果等都是用于生产生物柴油的良好生物质原料。如赤峰市阿鲁科尔沁旗年产50万吨的内蒙古首条纤维植物(农林剩余物)生物质油生产线项目，该项目利用赤峰地区的沙柳和秸秆剩余物等作为主要原料。一些筹建和在建的生物燃料项目也把培育优势原料品种作为解决原料的主要途径，如吉林燃料乙醇公司也把发展目光锁定在探索生产原料多元化上，以甜高粱茎秆为原料制乙醇，积累了大量数据和经验。只有培育一定量的生物原料优势品种，才能奠定生物燃料产业发展的基石。
二是通过技术研发，尽快实现多品种原料的综合利用。
生物质能的原料常见的主要有草本植物、木本植物、微藻和脂肪类生物质资源等，应将同类多品种的生物植物综合利用，如草本能源植物是重要的生物质资源。根据各种草本能源植物所含成分的不同，其应用领域也不尽相同。如富含糖类、淀粉的草本植物（甘蔗、甜高粱、木薯等）可以作为生产燃料乙醇的良好原料；油菜是重要的油料作物，可以用于制备生物柴油；富含纤维素的草本植物通过生物和化学的方法处理后，可以得到乙醇和沼气等高热值的能源。如果将同类多品种的原料能进入相同的工艺过程中，就能实现原料来源的多元化。再比如能源草是丛生草本植物，如荻、芦竹、杂交狼尾草、柳枝稷等，它们富含纤维素和半纤维素，是目前最具发展前途的生物质资源之一。如果能够实现综合利用，那么无论从原料来源的广泛性，还是地域性都能够增加原料的供给产量，因此，加快实现“一套工艺能够消化多种原料”的技术研发是当务之急。广西农垦明阳生化集团引进了“能源草”系列品种并在农业示范园试种成功。据介绍，能源草经过生物和化学方法转化后，不仅可以得到燃料乙醇、生物柴油、沼气、氢气，还可以通过固化工艺制作成草块、草颗粒、生物型煤等，还可以发电。
三是加快微藻原料在生物燃料领域的利用。
微藻种类众多，广泛分布于淡水、海水和陆地中，被认为是一种重要的生物质资源，在未来可成为一种取代传统的化石燃料的重要原料。与其他植物生物质能源相比，藻体油脂含量高，微藻生物质燃油热值高，且转化方式多样，如萃取转酯化、热解、气化等，可以生产生物柴油、汽油和航空燃料等多种生物质液体燃料。微藻作为生物柴油原料的新来源，格外受到全球科技界关注。我国虽然已经把能源微藻列入重点基础研究发展计划（973计划）；但是在微藻柴油的整体规划、科研投入、技术储备等方面与美国、欧洲尚有较大差距，需要更加重视以微藻柴油为代表的第三代生物燃料技术的研发投入。由天津大学承担的“海洋微藻能源规模化培养制取生物柴油研究与示范”项目进展顺利。两年内，天津市科学家将选育出具有自主知识产权的高油脂含量的海洋能源微藻，制造符合国家标准的生物柴油，为我国的能源安全提供科技保障。据悉，天津市科学家将基于环渤海近海岸海洋环境参数，构建产油微藻藻种库，开发一套海洋能源微藻高效转化制取生物柴油的技术工艺，建立海洋能源微藻培养、采收、油脂提取和生物柴油生产的系统与装置。
我国生物燃料产业发展的技术研发及转化途经
一是纤维素乙醇工艺技术及原料利用仍是生物燃料研发的主攻方向。
目前，在我国，加入10%变性燃料乙醇汽油已在10个省和27个地市使用。非粮纤维素生物能源乙醇将成为主要生物质能源。据预测，到2020年，全球生物乙醇需求量将超过1250×108L。各国的实践证明，乙醇作为车用燃料，在燃料乙醇的生产、调和、储运和销售等方面都已具备成熟的技术和经验，并且已形成了一套操作规范、技术规程和管理办法。但是，纤维素乙醇的产业化仍存在两大障碍，物料预处理成本和酶成本过高，在技术工艺中还存在着其他不确定性。而基于热化学平台和糖平台的新型液体生物燃料正在走上世界能源舞台。今后若干年，纤维素乙醇仍然是生物燃料产业发展的主攻方向。随着整体生产技术的研发创新，纤维素乙醇的商业化生产有望实现。
二是新的生物燃料产品也是重要的研发方向。
我国生物燃料产业经过十几年的发展，已经形成十几条技术转化路线，最终的能源产品大致可分为醇类、烃类等。生物质气化-合成油、生物质裂解提质油、EL类生物燃油、生物MTG油、CBGTL油、藻类油∕燃气、生物质气化-合成天然气等各种新型的生物燃料不断涌现，而且研发和产业化速度很快，若干品种的研发已处于产业化的前夜，有望在今后几年内实现商业化。用生物质原料制合成气，目前已开发出多系列达到示范工厂和商业应用规模的气化炉，如气流床气化炉、鼓泡流化床、等离子体气化炉等。采用气化-合成工艺生产生物天然气，能突破微生物发酵法对生物质原料特性的严格限制，使用资源量大得多的木质类和干秸秆类原料，而且产能规模一般也要大出5～15倍。它们符合“先进生物燃料”关于碳减排的要求，即能以任何比例与常规汽柴油调和，或完全单独用于现有的发动机，无需像生物燃料乙醇那样必须有专用的储运设施。液态和气态生物能源正在迎接研发和产业化的的第二波浪潮，中国在其中也占有了一席之地。
三是生物燃料在重要领域的应用研发也将加快。
第一代生物柴油是目前处于主导地位的柴油替代品，今后的增长潜力有限。今后几年，在一些重要的应用领域可能实现突破。如在应用领域方面，我国对航空燃料的需求快速增长，目前产品性能还不能应用于航空领域。为减少二氧化碳排放，使用可再生喷气燃料的比例会不断增加，可再生喷气燃料的生产技术可能首先商业应用。我国已成为全球第二大航空燃料消费国，2011年10月28日，中国国际航空公司一架波音大型客机试飞小桐子生物燃料获得成功。航空生物燃料属于我国确定的战略性新兴产业范畴，必将加快发展。
四是烃类生物燃料换代值得期待。
烃类生物燃料加工技术主要包括油脂加氢法（HEFT）、合成气F-T合成（BTL），热解生物油提质、微藻油加氢法等，一些技术突破可能加快产业化进程。专家预测，以烃类为主要成分的第二代生物柴油取代以脂肪酸甲酯为主要成分的第一代生物柴油是大势所趋。以生物质为原料生产的烃类燃料可以与传统燃料任意比例调配，有多条技术路线存在。油脂加氢异构生产可再生柴油和喷气燃料将首先实现商业化，气化、热解转化木质生物质生产可再生柴油的技术已接近商用或者处于示范装置阶段，热解油加氢制烃燃料和CBGTL将成为主要的生物燃料生产路线。
我国生物燃料产业的综合利用项目
“十二五”规划强调：我国将推进先进生物质能综合利用产业化示范。近几年，我国新上马的项目也体现了综合利用的产业特征。如纤维素原料生物燃料多联产示范，在河南、吉林、黑龙江、山东等地建设示范工程。以农作物秸秆为主要原料，通过纤维素水解制备乙醇、丁醇等液体燃料，剩余物制取沼气或燃烧发电。如河南天冠红泥湾秸秆乙醇及生物质综合利用项目，对秸秆进行综合开发、在生产乙醇的同时，还可联产沼气、生物质发电。黑龙江浩源生物科技有限公司投资建设的生物质综合利用项目，用玉米秸秆、玉米芯、稻草等农业废弃物生产木糖和生物丁醇系列产品，木糖废渣将用于加工环保型瓦椤纸。胜利油田长安集团投资的生物质能源项目，以农作物秸秆为主要原料，主要生产生物乙醇、生物气、有机肥料、二氧化碳等产品。武汉凯迪控股投资有限公司投资的生物质能源项目，利用农作物秸秆、稻壳、林业加工剩余物等废弃物发电，并从草炭中提取汽油、柴油，进而把剩余物还田。一批综合利用项目的投资建设，为生物质综合利用做了有益的探索。云南神宇在云南双柏建成年产6万吨小桐子原料油的加工厂，建成年产3000吨生物柴油和3000多吨脱毒饲料蛋白的生产线，产业化加工已初步形成规模。山东大学等开发的玉米芯废渣制备纤维素乙醇技术，使纤维素乙醇生产成本接近了粮食乙醇。在该技术基础上，山东龙力公司率先在国际上建成了3000吨玉米芯纤维素乙醇的中试装置和万吨级示范装置，5万吨纤维燃料乙醇项目，采用生物炼制新技术，以玉米芯为原料，转化高附加值的低聚木糖、木糖、木糖醇，利用加工废渣生产纤维素酶和燃料乙醇，从而形成产品多元化的产品结构。还有吉林松原来禾化学有限公司拥有一套年产“30万吨秸秆炼制生产线。”是国家“973”计划秸秆资源高值化关键过程的基础研究工业产业化示范项目。该项目在利用秸秆半纤维素生产丁醇的同时，生产出具有优良特性的高纯度木质素和纤维素，并作为造纸或生产生物质基聚醚多元醇、酚醛树脂的很好原料。
我国生物燃料产业政策取向
1.扶持生物燃料原料资源的开发和培育优势品种。
一是广泛培育生物燃料原料优势品种。目前，以玉米和薯类为原料的燃料乙醇和以植物油脂为原料的生物柴油已实现了较大规模的应用。秸秆等纤维素乙醇的技术进步，为生物能源发展扩宽了空间。生物质能及相关资源化利用的资源将继续增加，油脂类、淀粉类、糖类、纤维素类和微藻，以及能源作物（植物）等各种生物质都是生物质能利用的潜在资源。二是支持原料产业化。我国在相关植物生物质生物利用关键技术难题方面有独到的技术优势，但要想真正实现产业化发展还须攻克另一道难题——技术产业化。三是针对各地原料资源不同，确定培育重点。要坚持“非粮路线”，促进原料和产品多元化。针对我国非粮生物质原料地域差异大、分布散、规模化程度低的问题。四是研究给农作物秸秆收购和收集环节给与补贴。我国的农作物秸秆，农产品加工过程中的稻壳、玉米芯，森林采伐和造林过程中的剩余物等资源量约16×108吨未被综合利用，资源量大，应在收购环节给予补贴。
2.重点支持微藻制生物燃料的项目。
由政府支持，组成多个跨学科、跨领域的科研团队，加快微藻生物燃料商业化应用的攻关。进行大规模微藻养殖前所未有。近年来，我国虽然已经把能源微藻列入重点基础研究发展计划（973计划），但是在微藻柴油的整体规划、科研投入、技术储备等方面，需要更加重视以微藻柴油为代表的第三代生物燃料技术的研发投入。
3.要加强科技创新，攻克关键技术。
加强大型企业、高校和科研机构密切协作，创建以企业为主体，研究机构、高等院校、科技中介、金融组织共同参与的创新体系，合力攻克关键核心技术，生产拥有自主知识产权和较强竞争力的创新产品。完善技术研发与应用体系，提高国内企业和研究机构在生物燃料核心技术的创新能力，开发具有独立知识产权的重大关键技术；加强产业技术集成创新，提高关键技术和核心环节自主创新能力；建立有利于创新的企业人才队伍，建立制度环境和激励机制，早日突破技术瓶颈。提高产业装备的技术水平，不断用先进装备武装企业，特别是研发和制造先进的生物燃料的生产线。
4.支持生物燃料项目综合利用开发。
完善生物燃料产业政策体系，大力支持新型生物燃料产业采用新技术的中间试验和示范性工厂的建设，支持生物燃料项目实施综合性利用，不断开发新的先进的非粮原料综合利用工艺路线。要积极开展新型生物液体燃料和气体燃料的综合利用方面的技术研发和新技术应用示范，发展以农作物秸秆、能源植物为原料的新型生物燃料产业，争取实现生物燃料产业等关键原料、生产装备和工艺技术的突破。
5.加快建立和完善我国生物燃料产业发展的标准体系
逐步构建生物能源与生物化工产业的技术标准体系，为产业发展提供坚实有力的技术支撑。制定生物燃料的生产过程、工艺控制、设备、技术的标准规范等，完善我国生物燃料产业标准体系，建立相关的质量、生产、工艺、设备、安全等企业规范及省、部和国家标准，为企业生产提供标准支持，为质量技术监督提供执法依据。争取在2020年前，基本完成我国生物燃料产业标准体系的建设。