我国生物液体燃料发展前景分析

PAGE9中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文）PAGEXV我国生物液体燃料发展前景分析摘要应对化石能源污染和未来供应不足问题，本文结合国际生物液体燃料的发展状况，对我国的生物液体燃料的种类和技术方面进行分析研究，论述了生物液体燃料的成本、市场、环境和民生，成本上分析原料来源可再生不枯竭和价格体系问题，市场上考虑发展潜力并打破格局，环境上走绿色可持续发展道路达到改善环境效果，民生上可带动地区发展增加收入。综上，得出液体燃料具有大规模产业化的发展前景。但需要国家加强扶持力度做好监管，法律更加系统和全面。关键词：生物液体燃料；技术；市场；前景中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文）PAGE111PAGE11第一章前言世界的发展建立在能源的基础上，尤其对石油的需求愈来愈大依赖也更强。石油一旦供应不足，对我国这种贫油型且能源消耗大的国家是致命的，关乎国家的安危，美国《油气杂志》2019年发布的石油储量，中国仅仅可用37.7年，不足世界平均水平46.8年。自1973年到1990年爆发了三次石油危机，每次导致全球经济危机，生产下降，工业倒退。“受苏莱曼尼事件和国际政治环境影响[1]”，若发生第四次危机，我国将很难应对，但风能和太阳能严重受天气和地域限制，氢能技术不成熟而且安全也不能很好保障，电能现在虽然已经普及，可电车续航能力堪忧，充电桩数量少，电池寿命短和较高成本等都是很大问题，分析生物液体燃料前景并发展就显得尤为重要，形成规模产业化可解决石油带来的危机，应对能源供应不足，不在受制于别国，保障国家安全。第二章我国生物液体燃料发展现状2.1国际生物液体燃料发展状况分析2.1.1美洲国家石油危机后，各国积极寻找其他解决办法，以美国和巴西为代表利用发达的农业或广阔的土地优势，争相发展生物燃料。由于美国的一些扶持优惠政策和战略储备原因，农作物过剩问题一直困扰着美国。“自上世纪70年代中期美国和巴西开始计划燃料乙醇的生产，美国以玉米为原料[2]”，巴西以甘蔗为原料，其国家也有相应的法案鼓励，“2006年截止，美国已有95套乙醇生产装置，产能以1259万吨超越巴西[3]”。除此之外美国率先开展了以大豆为主要原料的生物柴油，据美国能源信息署（EIA）数据，在2018年生物柴油产量达到了18亿加仑（约599万吨），约为2002年产量（4.9万吨）的122倍。巴西生物柴油全球占比由2005年的2%到2017年的12%，产量也在逐年递增，有望刷新纪录。美国作为能源消耗大国，生物燃料势在必行，前景仍然大好，发展空间广阔。2.1.2欧盟国家欧盟对生物乙醇和柴油施行优惠和减税政策，生物乙醇主要国家为法国、西班牙、瑞典等，生物柴油主要国家为德国、法国、意大利等。“欧盟以生物柴油生产为主，大致占欧盟生物燃料总量的80%[4]”，其主要原料为油菜籽油，种植面积大，原料来源充足。2018年产量达到1250万吨，产量上来看占据全球近一半的水平，但出于谨慎态度和作物影响粮食考虑，欧盟全球占比会有所下降，“生物柴油的清洁再生和对环境友好特点，在交通运输燃料中，欧盟计划在2030年实现25%来自生物液体燃料[5]”，受国际油价和国际政治因素，保障国家安全的前提，欧盟将会继续稳定发展，重中之重。2.1.3其他国家日本、印度、马来西亚和泰国等，起步相对较晚，利用甘蔗和棕榈等原料发展起生物乙醇和生物柴油，已提供E10燃料和B5或B10燃料，泰国2001年已计划生产生物柴油，“日本计划2030年前使用生物燃料消费量占汽油消费总量的比例达到10%[6]”，日本还开发出藻类生产生物乙醇的项目，未来还会进一步的研发，技术更加成熟，发展的更好。2.2我国生物液体燃料种类分析我国生物液体燃料主要指乙醇和生物柴油两个方面。2.2.1生物乙醇相对于发达国家，我国受国际政治和技术等制约，发展生物液体燃料起步较晚，上世纪末才开始涉足这一领域。以国际角度上看，我国燃料乙醇的规模和产能还不算具有大气候，“2006年前审批认可只有河南天冠集团、吉林燃料乙醇、安徽丰原燃料酒精、黑龙江华润乙醇[7]”四家企业，到2018年产能只有260万吨，主要是以玉米、小麦、木薯和甜高粱作为原料。2.2.2生物柴油对比乙醇，我国生物柴油发展还要差些，起步于2006年，“主要以民营企业为主，存在装置规模小、技术水平低、质量标准不一、综合利用和深加工水平等问题[8]”，2017年产量约为110万吨，主要生物柴油生产企业有福建卓越新能源发展有限公司、望江华孚新能源有限公司、绿微康生物工程有限公司、海南正和生物能源公司等，其产能都不算高，在以后需要扶持，政策鼓励等，现生物柴油的发展已纳入国家规划中。2.3我国生物液体燃料技术分析2.3.1生物乙醇技术以玉米、小麦和甘蔗为原料的一代制乙醇技术已经发展成熟，具备产业化生产规模，虽然我国起步晚，但可借鉴国外先进生产技术，我国最开始发展的四家企业已有很好成果，产能已占全球的3%。考虑到我国人口基数大，粮食还没有摆脱进口的困境，消耗大量粮食生产乙醇不是长久之计，现在的水平加工产出1吨乙醇需要用掉3吨多的粮食，但我国人均粮食产量才达到美国1/3，无法像美国用粮食制乙醇，可考虑合作日本的浮萍制乙醇技术。二代纤维素制乙醇是中国很好的出路，利用非粮食原料，比如秸秆、草本科植物、玉米芯、藻类等等，“我国龙力生物企业已具有玉米芯酶法制备纤维素乙醇的较高技术，被列入国家高技术产业化示范工程项目[9]”。此外，国内还开展麻类纤维素预处理和糖化液酵解制备乙醇的研究，秸秆为原料制备乙醇等，技术走向成熟会需要一段时间，“随着科技的进步,纤维乙醇开发成功，燃料乙醇的生产不会对国家粮食安全造成威胁[10]”，将会以更完善的技术和设施生产乙醇，其能耗也会更小，与发达国家的差距会更加缩小，将来的中国甚至于成熟的三代技术走向世界。2.3.2生物柴油技术区别于发达国家，中国以油菜籽油等农作物为原料制生物柴油技术行不通，“我国人均耕地面积只有0.1公顷，远低于全球平均水平[11]”，虽然曾利用陈化粮生产生物柴油，但规模化很难。我国生物柴油基本还在初级阶段，规模化程度并不高，主要原料为废气油脂，例如地沟油，其成分复杂，杂质多，“中国的生物柴油技术为适应生物柴油原料，形成了原料适应性较强的工艺路线[12]”，“开辟了废弃油脂制转化为生物柴油的新途径[13]”，目前主流的技术为化学法和催化法，还有不需要催化剂的超临界酯化法，加氢法等。我国主要生物柴油生产企业已有近百家，研究项目也未落伍，尽管一些还在中试阶段，但以国家的力量其技术成熟到走向商业化指日可待。

第三章我国生物液体燃料发展前景3.1国家政策和法律前景3.1.1政策措施产业要想兴起商业化单靠自身实力和市场的机制是很难发展起来的，需要国家的调控扶持奖励政策，“很多国家根据本国情况，在开发和引用乙醇燃料方面采取了有力的政策和措施[14]”，我国在这方面也很重视，从多角度、多层次制定了生物质能在内的可再生能源发展政策，将生物能源产业发展列入“十一五”规划中。“2006年财政部公布了《可再生能源发展专项资金管理暂行办法》，重点扶持发展生物乙醇和生物柴油；在2007年国务院常委会议审议通过了《可再生能源的中长期发展规划》；另外还有弹性亏损补贴、原料基地补助、示范补助和税收优惠等[15]”；“我国中长期规划战略目标指出，2020年乙醇和生物柴油的产量将达到1500万吨，替代25%的石油进口[16]”，且2011年以来，政府加大了对生物质能财政扶持力度。我国还会继续完善生物液体燃料工作协调机制，为生物柴油企业提供支持与服务，建立有利于产业发展的工作机制，地方政府原则上还会出相关地方配套扶持政策。在监督这一方面国家也有相应管理措施，良好的监督管理使企业规范化，利于企业健康发展，确保正规的、合法的、环保的企业发展更好，预测政策会更加科学化、合理化、系统化，有完整的体系，更加全面的规划指导。3.1.2法律法规生物液体燃料想以正确方向发展必须要依靠政府的鼓励、支持和引导，于2005年颁布“《中华人民共和国可再生能源法》[17]”，在法律上确定了地位，在第十六条里规定了“国家鼓励清洁、高效地开发生物质燃料”；2008年施行的《中华人民共和国节约能源法》第七条规定：“国家施行有利于节能和环境保护的产业政策，限制发展高能耗、高污染行业，发展节能环保型产业,国家鼓励、支持开发和利用新能源、可再生能源”；2008年颁布的《中华人民共和国循环经济促进法》，鼓励清洁、高效发展生物质能，尤其是生物液体燃料；一些省市结合地方情况制定地方性的法规，但仍需明白的是，“我国尚未形成系统的生物液体燃料法律制度体系[18]”。良好的法律环境下，为生物液体燃料提供强有力的保障，法律的倾向支持使得企业在发展阶段走向商业化过程得以存活，减少因资金链断掉致使生物液体燃料企业消亡。3.2生物液体燃料的市场前景效益是企业最根本、关键的部分，没有利润的企业如同缺少血液的人无法长久健康的发展，对企业来说是“价值思维效益导向”，效益需要靠市场来获取的。3.2.1能源消耗大能源是发展的基础，我国经济高速发展的背后是能源需求的迅速增长，在2017年成为了全球第一大原油进口国，2019年我国全年进口石油约5.06亿吨，比去年提升9.5%，再次刷新了记录。一直依赖进口不是长久之计，“油气资源是不可再生的一次能源，其总的资源量并不是取之不竭，用之不尽的[19]”，巨大的缺口靠进口无法一直填补，生物乙醇和生物柴油正好可以填补空白。据公安部统计全国汽车量达2.6亿(私家车约2亿)，燃油车比例近99%，这些燃油车每年消耗掉大部分的原油。“生物液体燃料可以替代各种石化燃料，有望成为未来燃料油市场的主要商品[20]”，不仅如此，“随着车用乙醇汽油在全国范围内使用，必将为我国创造更巨大的社会效益和经济效益[21]”，可见其市场是巨大的。3.2.2独特优势条件“整套运作体系最终保障各燃料乙醇试点达到封闭运行、强制销售的目的[22]”，按照国家政策乙醇汽油(E10)将在全国普及，汽油中加入10%乙醇，需要生物乙醇量是巨大的；政策倾向缘故B5和B10柴油的兴起也会有不小的市场，根据数据显示2018年我国加油站数量已经超过10万座，现在数量应该更多，传统的汽、柴油相对来说对环境的污染大些，生物液体燃料的清洁环保特点打破现有汽油和柴油市场格局不是太难事情，其市场占有率会逐步提高，在加上优惠补贴措施，可以说生物液体燃料的市场可以说是一片光明。3.3生物液体燃料成本设想3.3.1建厂和设备费用在燃料乙醇的成本中，最大费用为建厂和购买设备，安徽丰原燃料酒精总投资达15亿元，前期费用数额巨大，需要实力雄厚企业才可以做到，生物液体燃料是国家重点扶持对象，给予经济上的支持，在成本费用上为企业减压不少。3.3.2原料方面原料在成本方面占很大比重，美国和巴西等国家以玉米、小麦、甘蔗和棕榈等生产生物液体燃料，我国14亿的人口，粮食消耗巨大容易引起粮食安全问题，气候条件和地理不适合棕榈大范围种植。根据现在玉米行情，每吨价格在1600-2000元之间，“以粮食为原料的燃料乙醇生产技术不够完善，生产成本较高[23]”，这一模式不适合我国国情，替代粮食原料方面，我国“以木薯甘蔗为原料的燃料乙醇工厂正在兴建中[24]”，而且经过“科学家的不懈努力，玉米秸秆转化成乙醇的成已大幅降低，20世纪90年代后期，生产每加仑乙醇所用纤维素分解酶的费用为5美元，我国秸秆资源丰富有9亿多吨，6吨秸秆可成产1吨乙醇[25]”，相比粮食其成本大大降低；目前木薯的价格相对贵一些，生产上适合局部区域，比如广西，加上国家的补贴其成本完全可以接受；“燃料乙醇的新原料包括甜高粱[26]”，“甜高粱适应性好，抗旱、抗涝和抗盐碱特点可以大范围种植，比玉米产量高、成本低，转化率和综合利用率高，其废渣还可做饲料[27]”，产生废物少，处理费用低。我国生物柴油的原料比生物乙醇更容易获取，主要是餐饮和其他行业产生的废弃油脂，现食用油年消费量已超过3000万吨，据估算，废弃油脂的量约占食用油的20%-30%，仅餐饮行业每年至少600万吨，原料充足。“上海市对三益环保、环洁、环欣3家具有代表性的收运企业进行全成本核算，初步结论为目前成本约为3000元每吨，如按照规范化运作(含废弃物规范处置、17%税收、场地租金等)约为3600元每吨[28]”，数据显示2019年全国0号柴油价格在7300-7600之间，可知生物柴油的利润还是可观的，后期技术成熟没有国家补贴，也不用过于担心成本问题。3.3.3人力和制造费用除其他成本外，还有人工费用和制造费用，制造费用包括折旧费、修理费、机物料损耗和运输费用等。生产的运作与人员密不可分，需要生产人员，管理人员，销售人员等，员工的福利待遇也应纳入考虑范围中，“依据分析安徽丰原的数据，在规模不变的情况下人工在所有成本中约占0.7%，制造费用占总成本3%左右[29]”。这部分在所有成本中由于所占比例较少，在企业维持正常运行中，其成本预测是完全可以接受的。3.4生物液体燃料对环境影响世界快速的发展，环境污染问题一直比较突出，我国也不例外，“在600多个城市中空气环境质量符合一级标准的还不到1%[30]”，大量的硫化物和氮化物的排放导致酸雨的产生，损失严重，冬季的来临，烟尘更加明显，雾霾天气情况较为严重。在大气污染中，汽车尾气每年排放量不容小觑，由于燃油车数量过大，每年排放污染物达几千万吨，对环境和人体造成极大伤害。秸秆虽然严格控制燃烧，但在非平原和机械化不发达地方，随意堆积的秸秆在雨季来临时候被冲刷造成河道淤积和水体富营养化，生产生物柴油的废弃油脂和其它废油得不到正确处理严重污染土壤和水源，“对环境和人体造成了危害的同时制约了城市发展[31]”。在环境问题上我国采取了一系列措施，2019年7月起国五车禁售并开始国六标准排放，由于铅的污染严重，汽油中用甲基叔丁基醚替代铅作抗暴剂，但MTBE有很强的致癌性和毒性，经过测试在汽油中加入不大于15%乙醇，不仅对汽车性能无明显影响而且尾气中碳化物和氮化物的含量降低30%-50%；“生物柴油与普通柴油相比，环保性能好，可降解性高，不含芳香族化合物和卤素等有害化合物，可降低90%空气毒性和94%的致癌率，硫化物排放量减少约30%[32]”,而且“生物燃料与普通燃料的组合可以提高发热量[33]”。生物液体燃料前期可能存在污染处理难特点，但这种困难是暂时的，相比传统石化煤化行业，生物液体燃料排放污染物更少更达标，符合“绿色发展”理念，为我国“蓝天保卫战”画上浓重一笔，减轻温室效应影响，使可持续发展道路将走的更远，早日还祖国一片蓝天。3.5生物液体燃料对民生影响“根据十五部委的联合《实施方案》，到2020年全国范围内基本实现车用乙醇汽油全