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碳中和背景下全球生物能源战略概要
2021年23期 发行日期:2021-12-03
作者:■中国宏观经济研究院 窦克军

  当前,全球应对气候变化形势严峻,生物质能在能源绿色低碳转型中的重要性得到普遍认同,各国都在积极研究制定生物质能相关战略。生物柴油是生物质能的重要组成部分,生物炼制与生物柴油产业链紧密关联,在全球能源绿色低碳转型趋势下,围绕生物柴油产业的多元化低碳产品开发,将在交通、化工等领域发挥重要替代作用。欧洲生物柴油发展处于全球领先地位,对我国具有重要借鉴意义。

  生物质能的主要原料来自有机废弃物,能源化利用是农村和城市有机废弃物清洁化处理的重要途径。在应对气候变化和碳减排方面,生物质能是替代化石能源和化工产品的重要方式,是世界各国实施碳中和战略的重要组成。

全球生物能源战略

  生物基产品在碳中和战略中具有重要战略地位。各国都在力推生物基产业转型升级并制定远期碳中和战略目标。据美国《生物质技术路线图》规划,2030年生物基化学品将替代25%有机化学品和20%的石油燃料;据欧盟《工业生物技术远景规划》,2030年生物基原料替代6%~12%化工原料,30%~60%精细化学品由生物基制造;我国规划到2030年现代生物制造产业产值超1万亿元,生物基产品在全部化学品的占比将达25%。国际能源署(IEA)发布的《净零2050》提出,全球现代生物能源供应中,约10%的生物液体燃料用于公路运输。在2050净零情景下,生物液体燃料供应量将增加近4倍,生物气体燃料供应量将增加6倍。

  美欧持续加大对生物基专项计划的财政支持。美国和欧盟是生物基产业先行者,近年来均出台了系列专项计划,并通过庞大的财政支持加速生物替代战略落地。美国政府每年投入450亿美元用于专项采购生物基产品,给予生物基企业最高2.5亿美元的担保贷款和其他补贴;欧盟“地平线欧洲专项”计划在2021—2027年筹备近1000 亿欧元以推动生物质能产业发展。

  日本碳中和战略中多个领域涉及生物质能技术。2020年12月25日日本政府发布的《绿色增长战略》确定了2050年的碳中和目标。预计2050年该战略将为日本创造每年约2万亿美元的经济增长。该战略对14个产业提出了具体发展目标和重点发展任务,其中7个产业与生物质能相关,具体包括氨燃料产业、氢能产业、食品、农林和水产产业、航空产业、碳循环产业、资源循环产业。重点任务中涉及到生物质能技术应用的包括废弃塑料制备氢气、低排放生物喷气燃料、生物固碳、废物发电、生物沼气发电等,特别是在资源循环产业中,生物质能生产原料涵盖了大部分农村和城市的有机废弃物,是废物资源回收利用、实现绿色循环经济发展有效技术选择,体现了生物质能技术在碳中和战略中的重要作用。

  欧盟对温控目标和生物质能可持续发展的焦点讨论。欧盟是全球生物质能发展最成功的地区,欧盟统计局数据,生物质能约占欧盟可再生能源的60%,超过太阳能和风能的总和,但在发展过程中也受到资源环境条件的多重制约。欧盟法令明确生物质能具有碳中和属性,近年随着欧盟生物质能利用规模增长,除了利用本地废弃物资源外,还需依靠从北美等地进口大量的林木资源,以满足欧洲范围的碳减排需求。

  欧盟委员会主要是从实现《巴黎协定》温控目标的角度,对生物质能的可持续性发展提出更严格的要求,但生物质能的碳中和属性毋庸置疑。将生物质能用于风光难以解决、其他清洁能源难以替代的领域,如优先用于难以脱碳的工业生产、公路运输、水运、航运等,用生物燃料取代烃基化石燃料等,在颠覆性创新技术规模化应用前,这些领域利用生物质能是实现低碳能源转型的合理选择。

欧洲生物柴油进展

  欧洲是全球最大的生物柴油生产和消费地区,生物柴油推广主要得益于欧盟政策法令保障。《可再生能源法令》(以下简称《RED》)是欧盟推动生物燃料应用的强有力的法律措施。生物柴油得到了欧盟国家的广泛认同,欧盟各国严格按照《RED》目标实施,并制定了年度发展目标。

  2018年,欧盟的可再生能源指令Ⅱ(REDⅡ)设定了可再生能源总目标,即到2030年可再生能源占比达到32%,其中交通运输部门的目标为14%。REDⅡ将传统/基于作物的生物燃料的份额限制在欧盟成员国2020年消费水平的1%以上,最高不超过每个欧盟成员国公路和铁路运输最终消费的7%的总上限。REDⅡ设定2030年先进生物燃料的使用量达到3.5%。此外,欧盟在REDⅡ中引入了生物质的可持续性标准,并扩大了生物燃料的可持续性标准。

  在全球冠状病毒爆发之前,欧盟的生物柴油(包括氢化衍生可再生柴油即HDRD,6.4%)消费量小幅增长。自2013年以来,生物柴油的消费量显著增加主要由于生物柴油双倍计算和HDRD的供应增加。HDRD原名为氢化植物油(HVO),是一种完全可以替代化石柴油的燃料,改性后可用作航空燃料。自2012年起,HDRD开始在欧盟生产。2019年,HDRD产量约为29亿升,随着法国和意大利新工厂的建成,2020年HDRD产量约增加到34亿升。

  碳中和为生物基材料替代化石基材料提供了广阔创新空间。生物柴油不仅可以用于交通领域的化石燃料替代,生物柴油产业链还可以延伸到传统化工品替代,如在纸浆、溶剂、醋酸酯、树脂、层压板、粘合剂、活性炭等过程产品处理中的应用;在化肥、药品、杀虫剂、塑料、润滑油和油类等终端产品中的应用。

  欧盟国家在生物炼制领域开展了积极探索。在芬兰和荷兰, Neste石油公司开发了氢化工艺生产HDRD,该产品作为灵活加注燃料在道路和海洋运输领域出售。芬兰、瑞典、爱沙尼亚、拉脱维亚、立陶宛、荷兰和美国(加利福尼亚州和俄勒冈州)的消费者可以灵活选择使用可再生燃料。除了灵活加注生物燃料,Neste工厂还生产可再生石脑油、丙烷和烷烃。Neste公司在芬兰拥有两条2.15亿升的HDRD生产线。2010年,Neste公司在新加坡的HDRD年产能为9.1亿升,2011年鹿特丹工厂产能为12.8亿升。Neste计划在欧洲新建一座产能约20亿升的工厂。2018年和2019年,Neste公司三家工厂使用的原料中约80%来自废弃油脂。废弃物和剩余物包括餐饮废油、棕榈脂肪酸馏分(PFAD)、漂白粘土油、玉米油和动物脂肪。Neste的目标是到2025年100%使用废弃物和剩余物原料。

  芬兰的UPM(林产品公司)于2015年在拉彭兰塔开设了HDRD工厂,该工厂每年产能约为1.15亿升先进生物燃料,并且该工厂使用纸浆生产中的废油作为原料。UPM公司计划在科特卡开设一座产能约为5.5亿升先进生物燃料和生物材料的工厂,设计原料主要来自森林的副产品,如锯末和树枝,以及南美种植的芸香菜油,该工厂将能够为公路、海洋和航空运输部门提供生物燃料。2020年Green Fuel Nordic Oy与荷兰BTG公司在Lieksa 建成可生产2500万升裂解油的工厂。此外,芬兰的Nordfuel、BioEnergo和Fintoil三家公司均设立了先进生物燃料工厂。

  西班牙的CEPSA和REPSOL公司分别从2011年7月和2013年开始生产HDRD。在2019年,西班牙的HDRD产量从2018年的4.82亿升增加到5.49亿升。埃尼集团于2014年在意大利威尼斯开设的工厂每年约生产3.25亿升HDRD。该工厂升级改造后,2021年产量将增加到5.4亿升,原料主要包括废油、动物脂肪和棕榈油生产的副产品。按照威尼斯工厂的模式,埃尼集团将西西里岛的格拉炼油厂改造为可再生柴油生产设施(每年生产7.7亿升HDRD)。

     在瑞典哥德堡,Preem公司每年从塔尔油中生产约1.6亿升HDRD。该公司将产能扩大到2.2亿升,并计划在2023年进一步扩大到13亿升。Preem公司计划在2022年生产3亿升的生物航空燃料。芬兰的St1公司计划从2022年开始在瑞典哥德堡生产2.5亿升HDRD和航空燃料。Preem和St1公司的生产原料将主要来自塔尔油制成的生物原油。

对我国生物柴油产业发展的启示

     生物柴油是生物质能的重要组成部分,生物炼制与生物柴油产业链紧密关联。生物柴油产业属于典型绿色生态循环经济产业,涵盖上游原料储备培养(包括能源作物种植、有机废弃物收集等)、转化技术创新(生化、热化学)、终端产品低碳在交通运输领域应用。从原料生产到生物液体燃料产品应用全生命周期内的降碳减排效益显著。生物炼制是化工行业低碳转型的重要手段,化工企业在炼化技术层面具备将生物质原料高效转化为生物基化工品的天然优势,生物炼制产品与传统化工品之间可以形成有机互补,在化工产品和基础材料的低碳替代方面极具潜力。

  欧洲实践经验表明,在立法保护产业发展的基础上,研究制定产业发展战略,在综合评估市场需求和供给能力的前提下,明确发展目标,积极开展区域化商业化示范,逐步提升全产业链的技术经济竞争力,重点在航空、海运、重卡、化工品等碳减排需求紧迫的领域取得突破,探索可持续发展模式。欧洲在生物燃料和生物炼制领域的全产业链开发经验对我国生物燃料产业发展具有重要借鉴意义。

     在全球能源绿色低碳转型趋势下,生物液体燃料产业迎来了前所未有的机遇,生物炼制与生物柴油将成为炼化行业低碳转型的重要依托。通过大力发展生物炼制和生物柴油产业,一方面可以实现生产系统低碳转型的有效衔接,另一方面在现有基础设施和交通运输体系下实现平稳过渡。可以预见,围绕生物柴油产业的多元化低碳产品开发,将在交通、化工等领域发挥重要替代作用。在新时代新发展理念下,亟待推进生物柴油产业规模化国内应用市场,构建绿色生态闭环循环、开创绿色化工新时代。


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