我國生物柴油產業現狀及發展對策

楊 穎 田從學

(攀枝花學院生物與化工學院,攀枝花 617000)

我國生物柴油產業現狀及發展對策

楊 穎 田從學

(攀枝花學院生物與化工學院,攀枝花 617000)

石油危機、環境污染加速了可再生、環境友好替代能源的發展,生物柴油無疑是其中一個重要熱點。作為可再生的生物質液體燃料,生物柴油的開發應用將對社會經濟的發展產生巨大的影響。對改善生態環境、提高能源安全、實現可持續發展及調整農業結構、增加農民收入等具有重要意義。目前世界上許多國家正從國家戰略的高度大力開發生物柴油技術并推進其產業化進程。就生物柴油的優點、發展生物柴油的意義及我國生物柴油產業研究發展現狀進行了綜述,并對我國生物柴油產業的發展提出具體建議。

生物柴油 產業現狀 發展對策

石油資源短缺已成為全球共同面臨的巨大挑戰,與此同時,化石燃油的消耗量逐年遞增并帶來嚴重的環境問題。綠色的、可再生替代能源的研發已成為許多國家共同的選擇,作為生物質能源的生物柴油無疑是其中一個重要熱點[1]。所謂生物柴油,是指以植物油、動物脂肪、工程微藻等可再生生物資源生產的可用于壓燃式發動機的清潔替代燃油。從化學成分上來講,生物柴油是一系列長鏈脂肪酸甲(乙)酯的混合物,脂肪酸碳鏈長度變化范圍為 12～24 C,主要集中于 16～18 C。一般為偶數直碳鏈,含有 0～3個雙鍵。作為可再生、綠色環保的替代燃油,生物柴油受到世界各國的普遍重視。就生物柴油的優點、發展生物柴油的意義及我國生物柴油產業現狀進行了較為全面的綜述,并對我國生物柴油產業的發展提出具體建議。

1 發展生物柴油的意義

生物柴油具有諸多優點,發展生物柴油產業具有重大意義。目前世界上許多國家正大力開發生物柴油技術并推進其產業化進程。生物柴油優點及發展生物柴油的意義主要表現在以下幾方面。

1.1 環境友好方面

(1)生物柴油為酯類化合物即含氧燃料,比化石燃料 (飽和烴類物質)更易充分燃燒,因而能有效降低一氧化碳和顆粒物排放量[2]。(2)生物柴油中幾乎不含硫和芳香烴,因而燃燒排放物中二氧化硫、低碳烴和致癌物質極少。檢測表明,與普通柴油相比,使用生物柴油可以降低空氣毒性,降低患癌率[3]。(3)生物柴油容易生物降解,泄漏后不容易造成地面污染,因而特別適合生態敏感環境和自然保護區[4]。(4)封閉的碳循環有利于減緩溫室效應。由于生物柴油燃燒時排放的二氧化碳遠低于植物生長過程中所吸收的二氧化碳,理論上講生物柴油的使用可以凈減少二氧化碳排放量,有利于改善由于全球變暖所帶來的危害[5]。

1.2 使用性能方面

(1)生物柴油冷濾點低,在不加添加劑的情況下,冷濾點可達 -20℃。因而使用生物柴油作燃料,發動機具有較好的低溫啟動性能。(2)由于閃點高,生物柴油不屬于危險品,因此,在運輸、儲存、使用方面具有較好的安全性能。(3)生物柴油十六烷值高,具有良好的燃料性能,使其燃燒性能好于柴油,燃燒殘留物呈微酸性使催化劑和發動機機油的使用壽命加長。(4)生物柴油熱值高,一般可達化石燃油的80%。(5)生物柴油具有較高的運動黏度,在不影響燃油霧化的情況下,更容易在汽缸內壁形成一層油膜,從而提高運動機件的潤滑性,降低機件磨損、延長使用壽命。(6)無須改動柴油機,可直接添加使用,同時無需另添設加油設備、儲存設備及人員的特殊技術訓練。

1.3 原料再生方面

與化石燃料來源不同,制備生物柴油的原料主要來源于植物,具有可再生性。一年生的草本植物可連年種植收獲,多年生的木本植物可一年種維持數十年的經濟利用期。與石油儲量不同,通過農業和生物學家的努力,其供應量不會枯竭,可以實現可持續發展的科學發展觀。

1.4 能源安全方面

由于生物柴油可以本國生產,從而可以減輕對石油進口的依賴,保障本國的能源安全。我國能源資源有限,常規能源資源僅占世界總量的 10.7%,人均能源資源占有量遠低于世界平均水平。目前我國已經成為世界第二大石油進口國,2004年全年石油進口量達 1.4億 t,占總需求量的 1/3多,我國石油供應對國際石油市場的依賴程度將不斷加大。預計到2020年,我國石油凈進口量將達到 2.3～2.7億噸,而那時的石油產量僅為 1.8億噸,石油對外依賴程度將超過 50%。因此,發展生物柴油產業對我國來說意義特別重大。同時生物柴油產業副產的各種化工產品可以代替石油基化工產品,一定程度上也可以減少部分石油進口,有利于國民經濟的建康、穩定發展。

1.5 其他方面

發展生物柴油產業,可以調整農業產業結構,增加農民收入。同時發展生物柴油產業,可以為社會提供更多就業崗位,一定程度上緩解日趨嚴峻的就業壓力。此外,發展生物柴油產業,可以綠化荒山、防止水土流失、改善生態環境。

2 我國生物柴油產業現狀

在能源和生態雙重危機下,世界上許多國家正大力開發生物柴油技術并推進其產業化進程,生物柴油產業近些年得到了快速的發展。美國、歐盟、日本、印度等國都在積極發展這項產業。2006年全球生物柴油產量達到 500萬 t,2009年全球生物柴油產量預計將接近 1 600萬 t,增長率超過 300%。

我國生物柴油產業發展較晚,系統研究始于中國科學院的“八五”重點科研項目“燃料油植物的研究與應用技術”。我國政府為解決能源節約、替代和綠色環保問題制定了一系列政策和措施,一些學者和專家也致力于生物柴油的研究與推廣工作。我國“十五”計劃發展綱要提出發展各種石油替代品,將發展生物液體燃料確定為國家產業發展方向。生物柴油產業一開始就得到了國家領導和相關部委的支持并列入有關國家計劃。2004年科技部高新技術和產業化司啟動了“十五”國家科技攻關計劃“生物燃料油技術開發”項目,其中包括生物柴油的內容。2005年由中國農業大學石元春院士主持的國家專項農林生物質加工工程開始啟動,此項目中規劃生物柴油在 2010年的產量為 200萬噸 /年。2005年,由侯祥麟院士主持的替代燃料發展戰略開始進行,替代燃料中包括了生物柴油。2005年 5月,國家 863計劃生物和現代農業技術領域決定提前啟動“生物能源技術開發與產業化”項目,已發布了指南,其中設有“生物柴油生產關鍵技術研究與產業化”課題。2005年 12月,國家發改委辦公廳組織實施生物質工程高技術產業化專項中明確指出要支持以棉籽、油菜籽、廢棄油及其他用木本植物原料生產生物柴油產業化。2006年 1月 1日《可再生能源法》生效,為生物柴油等替代燃油進入市場提供了保障。2006年4月,國家發改委就我國生物燃料產業發展作出三個階段的統籌安排:“十一五”實現技術產業化,“十二五”實現產業規模化,2015年以后大發展。2006年 7月,國家發改委召集討論生物質能源規定強制性的市場份額目標。2006年 11月 20日,國務院召開替代能源發展工作會議,明確指出要積極發展燃料乙醇和生物柴油。2006年 12月 6日,國家稅務總局關于生物柴油征收消費稅問題的批復中明確指出:生物柴油不屬于消費稅征稅范圍。2006年底國家發改委組織編制《可再生能源中長期發展規劃》和《生物質能發展綱要》,明確提出以發展車用替代燃料為重點,到 2020年生物柴油替代達到 500萬噸的戰略目標。2006年,國家頒發了《關于發展生物能源和生物化工財稅扶持政策實施意見》,目的在于能更好地支持生物能源和生物化工的發展。為了規范生物柴油產業的生產與管理,由中國石油化工股份有限公司提出,石油化工科學研究院起草的我國第一項生物柴油國家標準——《柴油機燃料調和用生物柴油國家標準》已經實施。

在我國,生物柴油產業化率先在民營企業實現,四川古杉油脂化工公司、海南正和生物能源公司、福建卓越新能源發展公司都建成了 1～2萬噸/年的生產裝置。主要采用餐飲業廢油和皂化油下腳料為原料,大多以間歇式生產工藝為主。生產的生物柴油一般僅可用于農業或發電機械,與車用替代燃油之間還有一定距離。其他民營企業如西安蘭天生物工程公司等也計劃生產生物柴油。2004年,四川大學宣布要利用麻瘋果油建設年產萬噸級生物柴油煉油廠,新疆規劃建設以棉籽油為原料的 10萬噸/年的生物柴油煉油廠,河北石家莊煉油化工股份有限公司規劃利用多種原料油建設 5萬噸/年的生物煉油廠。2005年,國內還出現一個由奧地利 B I OLUX公司獨資興辦的威海碧路生物能源有限公司,投資7 500萬歐元,在山東威海建設 25萬噸 /年的生物柴油煉油廠,產品全部出口到歐盟。

與國外相比,我國生物柴油產業還有相當的差距,生物柴油的發展仍處于初級階段。規模小、技術設備落后、市場不規范至今仍是這一產業最突出的問題。此外,尚未制定促進生物柴油生產、銷售、使用等相關政策,更沒有正規的生物柴油銷售渠道,對于原料收集處理的相關政策還沒有形成一個完整的體系,嚴重制約生物柴油產業發展。面對經濟高速發展和環境保護雙重壓力下,加快高效清潔的生物柴油產業化進程顯得更為迫切。

3 我國發展生物柴油產業對策

3.1 建立穩定廉價的原料來源

要發展生物柴油產業,必須要有穩定的原料來源。歐美國家主要以菜籽油、大豆油為原料生產生物柴油。我國是一個農業大國、人口大國,人均耕地只有 1.43畝,不足世界平均水平的 40%。穩定農業和保障糧食安全早已成為國家基本國策。人多地少的國情決定了我國生物柴油產業的發展不宜以食用油作為原料。生物柴油原料的發展就遵循“不與人爭糧、不與糧爭地”原則。具體有下面三個方向。

3.1.1 利用我國廣大的山區、丘陵種植喬灌木油料作物,如麻瘋樹、黃連木、綠玉樹、光皮樹等。一方面,它們具有野生性,耐旱,耐貧瘠,可以克服山地土層薄、肥力差、缺水等不利于草本植物生長因素,可以實現不與糧食生產爭地。結合我國西部退耕還林生態工程,大面積營造生物柴油資源林,提供廉價的生物柴油原料,可變荒山劣勢為優勢。另一方面,它們具有一次栽、多年受益的特性,經濟效益可觀,而且其采集需要大量勞動力,合乎我國國情。同時又為我國農民、林業工人增收,對調整中國農村產業結構、提高人民生活水平等具有不可低估的作用。2006年 9月 12日,中國海洋石油集團公司與四川省攀枝花市政府簽訂了攀西地區麻瘋樹生物柴油產業發展項目。該項目計劃投資 23.47億元,預計到2010年,中海油基地公司將在攀枝花發展麻瘋樹種植基地 50萬畝,建設年產 10萬噸的生物柴油煉油基地。2007年 4月,中、英、美三國能源巨頭接連在川宣布:未來 10年內,3家公司將以約 200億元人民幣的投資總額,介入攀枝花市、涼山州等地的麻瘋樹栽植項目,并修建多座 10萬噸級以上的生物柴油煉油廠。早在 2006年 7月,中石化透露,有意在攀枝花建一座年產 10萬噸的生物柴油煉油廠。目前,美國貝克公司在攀枝花注冊成立了子公司,項目已開始運作,該項目 2006～2007年度計劃種植麻瘋樹 11.5萬畝,攀枝花已種植近 2萬畝。2007年 1月 20日國家林業總局發布了種植 1200萬畝能源林的發展規劃,并確定了四川、云南、貴州為麻瘋樹重點發展區域。云南省已制定了相關措施,加快推進能源林基地建設,每建設一畝基地,由財政給予相應補貼。目前發展麻瘋樹提煉生物燃油最有可能形成產業鏈的區域是四川和云南兩省。

3.1.2 在大中城市規模收集餐飲廢油和工業廢棄油脂作為生物柴油生產原料。餐飲廢油經過多次高溫烹炸產生多種有害物質,工業廢棄油脂在加工過程中也可能會殘留有毒物質。這些原料經過不法分子的加工會流入餐桌,嚴重危害人們的身體健康,如果這些原料直接排放又會造成環境污染。規模化收集后用于生物柴油生產,變廢為寶、利國利民。目前餐飲廢油是價格最低的生物柴油原料,以餐欽廢油為原料生產生物柴油在經濟上是最為可行的生產生物柴油方式[6-7]。2007年 4月,武漢艾瑞生物柴油有限公司與意大利公司合作,啟動了《武漢城市廢棄油再生轉化生物柴油新能源產業化技術示范合作項目》。目前大多數生物柴油公司使用原料均為餐飲廢油或工業廢棄油脂。

3.1.3 在沿海大城市,利用水域優勢規模發展以工程海藻為原料生產生物柴油。美國國家可更新能源實驗室利用工程微藻生產生物柴油,這是生物柴油發展的新動向。工程微藻是一種通過基因工程技術建構的微藻,稱為“工程小環藻”。在實驗室條件下可使脂質增加到 60%以上,在戶外生產能力也可增加到 40%以上。工程微藻具有生產能力高;以海水作為培養基,可以進行大量繁殖,并且不與其它農業爭地;生產油脂比陸生植物單產高出 30倍等優點。同時結合最新的研究成果,也可以通過污水處理池來養殖工程海藻。一方面,可以大規模凈化富含營養的污水;另一方面,可以提高工程海藻的產量,并可以提高從工程海藻中提煉生物柴油的比例。另外,通過養殖工程海藻來凈化污水,將大大降低污水處理的成本、減少直接排放污染程度較嚴重的廢水,從而確保江河水質。

3.2 加快生物柴油生產技術研發

生物柴油生產在歐美許多國家都有較為成熟的技術 ,如 LURGI、BASF、MPOB公司都擁有自主知識產權的生物柴油生產工藝,并在全世界范圍內進行技術轉讓。但這些生物柴油生產技術并不適合我國市場。這些技術普遍工藝流程長,對原料的適應性差,生產過程中會有大量含酸、堿廢水排放。根據我國龐大的柴油需求市場和原料來源多樣性的特點,開發對原料適應強的連續生產工藝,是目前生物柴油產業發展的關鍵,普適性和連續性是先進生產工藝的基本要素。采用先進的催化技術及反應分離耦合技術降低反應條件、提高反應轉化率。催化技術主攻方向為:固體酸堿、酶、近臨界 (亞臨界)催化。生產過程中含酸、堿廢水排放量小或無也是先進生產工藝中應考慮的問題。同時開發高副加值副產品如柴油添加劑、增溶劑、甘油、芥酸、乳化劑、潤滑油、表面活性劑、黏接劑等,綜合利用以降低成本,提高生物柴油競爭力。

3.3 加強市場管理與監督

2006年 11月,國務院辦公會議確定了高技術、高門檻、規范化發展生物柴油的原則。生物柴油發展應建立市場準入制度,嚴格控制和審批生物柴油發展項目,避免產業發展過熱,更不能一哄而上。建立生物柴油質量標準,規范生產和銷售市場。將廢食用油以及植物油腳轉變為生物柴油,從表面上看,具有誘惑力,極易形成一哄而上,盲目重復建設,造成生產能力過剩。另一方面,一些不法商人大肆進行輿論宣傳,借以轉讓不合格的技術,坑蒙欺騙投資者,尤其是欺騙那些報著急于致富心理、資金不多的農民與下崗工人。在廢塑料制取汽柴油產業的發展過程中曾經出現過這種一哄而上、坑蒙欺騙的混亂局面,引起不少法律訴訟,以致于大眾認為這是一種偽科學。目前由于缺乏質量標準,各地質量技術監督部門很難判斷生物柴油是否合格。這樣,對質量很好的產品,由于沒有標準允許,很難進入市場。同時,一旦允許部分質量好的產品進入市場,很快就會有質量不過關的生物柴油進入市場,侵害用戶的利益,同時給生物柴油帶來不好的名聲,對生物柴油產業的進一步發展產生障礙。需要指出的是,由于標準建立滯后、鑒定單位五花八門,不少鑒定缺乏科學性,流于形式。國內現有的生物柴油廠家所生產的生物柴油多由企業邀請專家鑒定,鑒定結果在地方科技廳局備案。鑒定依據的標準不一,而且在車輛上進行嚴格行車試驗的較少。大部分新聞宣傳言過其實,不少單位技術不過關卻到處發布廣告,引起不少糾紛。市場上出現許多轉讓生物柴油技術的公司,這些公司多數沒有科研基礎,利用這些不過關技術生產的所謂生物柴油的酸值均在 3以上,遠高于國際通行的 0.8。有些加油站將質量不合格的生物柴油勾兌入柴油中進行銷售,沖擊了成品油的正常流通秩序,坑害了消費者。

另外,生物柴油的生產過程涉及到甲醇、動植物油脂,很容易發生火災,甲醇泄露也極易引起中毒。目前我國尚沒有生產過程中的監督標準與生物柴油生產流程與工藝設計方面的國家標準,有關部門在生物柴油工廠開工之前無法進行驗收。同時,缺乏設計基礎數據,缺乏設計規范,影響產能的迅速擴張。以減壓蒸餾為例,目前生物柴油生產單位應用的分餾塔處理能力多在 1～3萬 t/a。由于缺乏設計數據,設計單位擔心技術風險不敢設計大處理能力的設備。建議國家質量技術監督總局與有關行業協會盡快制定此方面的標準。在建立了生物柴油國家質量標準和生產流程、工藝設計、安全生產方面的國家標準后,國家發展改革委員會、國家質量技術監督總局、國家工商行政總局、國家環境保護局等單位統一規劃,合理分配審批權限。在適度競爭的基礎上,合理安排產業布局;同時嚴格審查有關商業宣傳,防止形成“李鬼”冒充“李逵”擾亂市場的局面,以保證生物柴油產業的健康、有序發展。

3.4 加大扶持力度

2006年 1月 1日,可再生能源法的實施從法律層面保障了生物柴油能夠進入市場。除此而外,國家還應從立法層面強制保障生物柴油的市場份額。對生物柴油進入市場的渠道制訂政策,保障生物柴油能夠順利進入流通領域。生物柴油要進入市場,必須要通過加油站系統。而目前的加油站系統 90%以上屬于中石油和中石化兩大集團,如何利用現成的加油站系統保障生物柴油的銷售渠道也是值得研究的問題。歐美發達國家政府在發展生物柴油方面的經驗值得借鑒,從各國經驗來看,發展和應用生物柴油應是國家戰略行為。生物柴油的發展離不開國家在技術開發、工業示范、產業發展和推廣應用等各階段予以政策法規、財政補貼、稅收減免等方面的支持[8]。目前我國政府需要將財政補貼配套政策落到實處,《可再生能源產業發展指導目錄》雖然對生物柴油產業進行了明確規定,但還沒有具體落實。不過生物柴油生產企業不能完全依靠補貼生存,而應在政府支持的基礎上,走市場化的發展道路,依靠質量、價格和服務占領市場份額。除此而外,政府應加大宣傳力度,引導大眾認識與使用生物柴油,最好是能在生物柴油的推廣使用方面做好表率作用。

4 展望

隨著人們對生物柴油認識不斷加深、環保意識不斷加強以及政府對生物柴油產業扶持力度加大、政策和法規的不斷完善,生物柴油產業在未來 10年內將得到快速發展。生物柴油產業相關技術的不斷進步將有力地降低其成本、提高其市場競爭力。汽車柴油化趨勢、化石柴油價格飆升趨勢都將有力地推動生物柴油產業的進步和發展。我國生物柴油產業雖然剛剛起步,但政府已經高度重視,加大了在生物柴油產業方面的導向性研發力度。在國家政策、法規保障下,在政府積極扶持和引導下,通過研發部門、農林部門、生產企業的共同努力,我國的生物柴油產業將會健康、穩定地發展。

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Current Status and Development Strategies of Biodiesel Industry in China

Yang Ying Tian Congxue
(School ofBiological and Chemical Engineering,Panzhihua University,Panzhihua 617000)

Petroleum crisis and environment pollution accelerate the development of renewable and environment friendly alternative energy source like biodiesel.As one of the reproducible liquid energy sources,the exploiting and application of biodiesel would bring forth gigantic effect on the development of society,economy and environment,such as improving ecological environment,ensuring energy security,achieving sustainable development,adjusting agricultural structure and increasing peasants income.Many countries in the world are developing and industrializing vigorously biodiesel technique as a national strategy.This review summarizes the excellence of biodiesel,the signifi2 cance of developing biodiesel and domestic current statusof biodiesel industry.At the same ti me,concrete suggestion for developing China’s biodiesel industry is put forward.

biodiesel,current status,developmentmeasures

TQ517.4 TK6

A

1003-0174(2010)02-0150-05

國家自然科學基金項目 (50804025),四川省應用基礎研究項目(2008JY0140)

2009-02-28

楊穎,男,1974年出生,副教授,固體酸堿及生物柴油生產工藝

田從學,男,1973年出生,副教授,功能材料及材料新工藝