歐洲生物能源利用及啟示

朱云杰 法國巴黎Agro Paris Tech學校

李光明 同濟大學環境科學與工程學院

世界人口的不斷增長以及工業化的持續發展造成了對能源的需求日益攀升，煤、石油和天然氣的大量消耗造成了溫室氣體排放量增多，導致全球變暖問題愈加嚴重，到2013年，全球二氧化碳濃度比19世紀中期高出40%。近年來隨著開發和勘探技術的提升，石油和天然氣儲備量還在擴展，致密油和頁巖氣的開發也使能源產量進一步提升[1]，然而，煤、石油等化石燃料的不可再生性加上全球不斷增長的能源需求量，隨著時間的推移，導致能源耗竭、價格上漲等問題終將接踵而至[2]。二次世界大戰后，受石油危機和全球氣候變化的影響，替代能源的研發得到了加速，由于生物燃料資源豐富、可再生、低污染等特點，巴西、美國和歐盟等國均開始積極發展生物燃料技術以應對能源需求的增加和全球變暖的加劇。

隨著技術的革新，生物燃料已經發展到了第四代：第一代生物燃料主要生產生物乙醇和生物柴油，但會和經濟作物爭奪種植空間引發糧食危機；第二代生物燃料通過轉化纖維素技術緩解了能源作物與經濟作物之間的競爭；第三代生物燃料通過海藻或微生物制成生物柴油和氫，不用考慮土地利用變化，單位面積的產率為高等植物的數十倍。第四代生物燃料通過利用藻類代謝途徑，使其直接利用光合作用吸收二氧化碳合成生物乙醇和生物柴油，達到了生產的同時也有助減排。還有通過生物質固化技術制成的高密度、高熱值、高熱效的顆粒狀燃料，是替代煤炭的良好選擇[3]。由于擁有豐富的木質資源，歐洲在第二代生物燃料和生物質固化技術的發展尤為迅速，位居世界前列，這為中國生物能源的發展提供良好的案例。

1 歐洲生物能源利用

1.1 歐洲生物能源資源與利用

歐盟的化石能源資源相對貧乏，50%的國家需要依賴進口，然而歐洲擁有豐富的生物能源資源可用來推進可再生能源領域的發展，2010年，歐洲森林可提供木材儲量達到218億m3，且以每年凈增量2.89億m3的速度增加。作為世界上木炭顆粒的主要生產者和消費者（圖1），歐洲十分重視農業資源和林業資源的儲備與開發。這也為歐洲發展生物能源奠定了基礎，到2012年，歐洲一次能源生產燃料中可再生能源超越煤、石油和天然氣，達到1.77億t[4]。

在利用方面，歐洲生物能源消耗增長迅速，2011年，生物柴油和生物乙醇的消耗量均逐步提升， 2011年交通領域對生物燃料的消耗總量已達到了2006年3倍（圖2）。據國際能源署（IEA）預測，到2050年，全球生物燃料消耗量將達到32艾焦，占全世界交通運輸燃料27%。對于擁有豐富的木質生物資源儲量的歐洲來說，在生物能源國際市場中他們的競爭力十分強，同時也能有效應對歐洲能源需求的增長。

1.2 歐洲生物能源發展政策

圖1 2013年世界木炭顆粒生產/消費比重（100萬t）

圖2 近7年間歐盟道路交通生物燃料的消耗量

自1992年召開地球峰會，及1995年的《歐洲能源政策》白皮書、1997年的京都議定書的頒布，歐洲委員會制定了以發展生物燃料替代化石燃料為目標的相關指令。為確保能源供應，能源價格穩定、提高歐盟競爭力以及節能減排等目的，歐盟對不同年限制定了相應的能源戰略，旨在生產安全、競爭力強且可持續的能源：到2020年，溫室氣體的排放相對1990年應減少20%，能源總消耗量中可再生能源應占到20%，能源效率應提升20%，可再生燃料占道路交通能源的10%；到2030年，溫室氣體的排放相對1990年應減少40%以上，可再生能源的利用應占有能源總消耗量的27%以上，能源效率應提升27%以上；到2050年，歐盟旨在大幅消減溫室氣體排放量，發達國家作為一個整體，要求通過努力使溫室氣體的排放較1990年降低80% ~ 95%，使歐洲成為一個高效節能的社會，同時低碳經濟也將提振歐洲經濟、創造就業機會并加強歐洲競爭力。

可再生能源的發展在世界范圍內的競爭非常激烈，歐盟也將可再生能源發展的目標定為世界第一[5]。為促進歐洲生物燃料的開發和營銷，歐盟成員國頒布了大量的減稅政策，從2007年開始逐年減少減稅比例直到2015年，從2007年的減稅33%到2012年的減稅14%。此外，為使生物燃料較化石燃料更具有競爭力，2011年， 歐洲議會免除了生物柴油90%的稅收，利用差別稅收的手段以及對能源作物（如油菜籽）的生產補貼以促進生物柴油產業快速發展。

1.3 歐洲生物能源發展趨勢

煤、石油等化石燃料資源的枯竭使其價格上漲成為必然趨勢。國際能源署IEA在2012年1月發布的2011年世界能源展望，對煤、石油以及天然氣進口價格的預測均呈上升態勢，到2050年其價格或將達到新的高度（圖3），這對能源進口大國來說將是一個沉重的負擔。擺脫對進口燃料的過度依賴、尋求新能源的開發作為替代勢在必行。

圖3 化石燃料進口價格變化曲線及預測

2013年歐洲委員會發布了2050年前歐洲能源、交通以及溫室氣體排放量發展趨勢的預測報告，通過對輸電配電損耗、能源分支、交通運輸、第三產業、家庭供能、工業用能（包括碳捕捉（CCS））等領域的計算和預測，研究分析能源從2015年到2050年的消耗量變化，如，可再生能源在2010年的消耗量占歐洲能源消耗總量的8%，到2020年，消耗量將上升至11%，到2050年，歐洲工業領域中可再生能源消耗量所占比重將持續上升至14%，而石油的比重則下降到8%，天然氣的比重將下降至29%，這意味著可再生能源擁有巨大的潛在優勢，其在能源中的地位在未來將不斷攀升。另外，在住宅領域和第三產業，可再生能源也都將保持在15%和5%左右。

近年來，歐盟各國對生物質能的生產技術進行了積極的研發，2010年，生物柴油產量達1920萬t，相比2008年前增長了20%[6]，德國、法國、荷蘭等國的發展尤為迅速，其生物燃料產量總和約占歐盟總產量的50%[1]。同時，生物質能在能源消耗中所占比重也在上升，如在交通領域，生物燃料在2010年還只占有4%，到了2030年，其所占比重將達到8%（圖4）。

在產能方面，生物質能在電力生產的比重也在上升，從2010年起，歐盟加大生物質能發電的比重，預測到2050年，生物質能應用于電力生產的比重將達到8%，是2010年的2倍。這意味著生物質產能技術的進步和規模的擴大，其在產能領域的競爭力也將和其他可再生能源一樣超越傳統不可再生能源，如煤炭的比重將嚴重下滑（圖5）。

圖4 交通領域根據燃料類型區分的終端能源需求變化及預測

圖5 根據能源種類劃分的產能比重及預測

從歐盟對生物質能在各領域的預測以及近年來生物質產量的增長率看，生物質能的技術和市場均有進一步發展的潛力，加上政策的扶持，生物質能較不可再生能源擁有更良好的發展前景。我國也有宏大的生物能源發展計劃，在發展程度上雖不如歐洲，但我國擁有龐大的生物能源資源和生物能源需求，作為世界第二大經濟體，我國必將大力開發本國資源，在國際生物能源市場占據一席之地。

2 我國的生物能源利用情況

2.1 生物能源資源

中國地域遼闊，中國生物能源資源具有品種多、數量大、分布廣的特點，可分為農業資源、畜禽糞便、森林資源、有機污水以及城市固體廢物等5大類。不同的生物質資源在不同地區的競爭力受產量、產能效率等因素影響而產生差異。如，由于我國不同地區的發展側重點的差異，生物能源資源不同品種的分布也不同，農業生物資源（如秸稈）主要集中分布于東中部主要農區和西南部分省市；畜禽糞便主要分布在養殖業和畜牧業較發達的地區，如河南、四川、河北、山東等地；林業資源則主要分布在我國主要的林區，如西藏、云南、黑龍江、吉林等[13]。我國生物能源資源豐富，生物能源資源儲備量也在不斷上升。據國家統計局2014年數據，我國森林面積達到20769萬公頃，造林總面積達到6030千公頃，這為生物能源提供了豐富的木質纖維資源，為發展第二代生物燃料和生物質固化產品提供了良好的基礎。

2.2 能源消耗

隨著中國工業化與城鎮化的推進，中國對能源的需求量不斷攀升，2010年，能源消費總量超過35億t標煤，到2012年，能源消費總量突破40億t標煤，到2014年，能源消費總量再創新高，達到了42.6億t標煤（表1）。中國也是世界上最大的能源消費國，占全球能源消費量的23%，占能源消費凈增長的61%。

表1 國家統計局國家數據網數據：2010年到2014年能源消費總量 （萬t標煤）[13]

能源消耗量的持續增長使中國對進口能源的依賴也在增長，到2013年，中國的煤進口量已經突破3億t，原油進口量也接近3億t（圖6）。能源依賴度是衡量能源安全程度的元素之一，如果中國原油用于出口海外而非補足國內消費市場，這將造成能源依賴度的再度提升，并將導致能源安全問題的發生，甚至出現“石油危機”等嚴重打擊中國經濟和社會穩定的事件發生。

圖6 國家統計局國家數據網數據：2010年到2013年煤和原油進口量[13]

2.3 能源結構調整與生物能源生產

中國能源需求在不斷增加，到2035年，中國的能源產量將增加47%，而消費量將增加60%[7]。但從能源結構角度看，由于中國能源結構的持續改進，不同能源在不同領域的比重及發展趨勢是不同的，如在發電方面，石油和煤炭的比重逐漸下滑，新能源發展迅速，作為可再生能源，生物燃料在發電領域的發展前景良好（圖7）。

農業、森林等生物能源資源種類和數量的豐富致使中國的生物能源生產潛力巨大，到2013年，中國在生物燃料產量已經接近歐洲生物燃料生產大國水平，當然和美國以及歐盟整體相比，仍有較大差距。但在中國巨大的能源需求和能源結構調整形勢下，生物能源的產量有望進一步提高（表2）。

3 討論與啟示

圖7 中國的發電燃料比重趨勢[8]

中國作為能源消費大國，能源消耗量依舊持續增長，二氧化碳排放量也隨之上升，到2012年，我國二氧化碳排放量占世界排放量的23.33%，位居世界第一。2013年，霧霾事件集中爆發，涉及范圍達國土面積1/6。到2035年中國二氧化碳排放量將增長37%，占世界總量的30%[7]。由此可見，中國環境已受到巨大壓力，在改善空氣質量、延緩溫室效應方面將面臨強大的挑戰，急需加大力度發展生物能源，調整能源結構，實現節能減排。我國擁有較長的生物能源利用史，但是開發程度低、轉化技術落后，然而我國擁有豐富的生物能源資源，有較大的開發潛力，有能力成為未來生物能源領域強大的競爭者。同時，我國雖然生物能源開發已經起步，但是在規模和效率上依然離世界先進水平有所差距，從可持續發展的角度來看，我國需要綜合環境、社會、經濟三大因素，從技術、政策、市場三個方面入手，改善中國生物能源的生存條件，為其提供良好的發展空間。

（1）從2014年美國開發致密油達到大幅增產的案例可以看出科學技術始終是第一生產力，建立生物燃料技術平臺是保證生物燃料市場競爭力的有效措施之一。從歐洲能源消費結構來看，未來煤在歐洲能源消費結構中所占的比重越來越少，而可再生能源比重則是持續增加，這意味著新能源競爭力的提升，生物能源在能源效率提升方面擁有巨大的潛力。從技術角度來看，第三代和第四代生物燃料技術的完整開發甚至可以成為改變能源消費結構的標志之一。中國現在是用煤大國，雖然中國能耗整體在增長，但在節能減排的要求下，煤的消費增量將有所減少，這是清潔能源進入中國能源市場的好時機，以彌補能源需求的增加和煤炭用量的減少。目前，中國正在加速研究第三代和第四代生物燃料技術，雖然還未投入大量生產，但這是中國發展生物能源的必經之路。另外，體系的精簡優化是潛能開發的重要環節，也是產業發展必經之路。從生命周期評價和成本評價的角度看，生物能源在原料的生產、物流系統的建立、轉換程序的排放以及成品消耗過程中所造成的環境問題和開支削減也需要保持關注并完善相應的指標和改善措施，做到全過程的系統性監管，從而更好地完成節能減排和提高能效。

表2 美國、歐洲主要生物燃料生產國、歐盟以及中國的生物燃料產量統計 (1000 t 油當量)[1]

（2）中國地區差異大，與歐洲總體情況類似，因地制宜、細化政策是政府平衡溫室氣體排放、促進各地優勢項目崛起的基本手段。如上海的餐廚垃圾回收物流網可提供大量的生物質廢棄物，餐廚垃圾收集規定和補貼是促進建立上海餐廚垃圾回收物流網在政策方面的手段，一套完整的餐廚垃圾回收物流網是高人口密度城市改善城市環境、增加能源供應的有效措施。在沼氣生產方面，中國沼氣的應用總體規模較大，應用經驗也更為吻合中國國情需要，值得以農業為主的省份通過減少稅收或者增加補貼以鼓勵發展，成為生物能源發展的生力軍。

（3）產業的科學運營是維持產業生命力、提高產業競爭力的重要環節。生物能源的進一步發展是從分散、低產的小戶向集中、高產的大戶發展的階段，最終形成一套完整、高效的集約型產業鏈，成為生物能源產業運營和發展的模板。集約型運營的目的是提高市場競爭力、保證生存與發展，一個行業在形成一套完整的體系后就如同擁有一個完整的生態圈，以應對來自國際能源市場方面的沖擊。如，“豬沼果”模式下的運營，形成一套完整大規模集約型產業，以大數量的畜禽為源動力，以建立沼氣并入燃氣管網項目為主，兼以銷售豬肉、化肥、處理后沼液等產品并完善豬沼果體系。這種體系的建立可解決畜禽糞便的收集、死豬病豬的集中處理和資源化等問題，同時保證成套體系的可持續運營，增加就業，并可改善低效率粗放型生產模式，生成更多地理資源用以環境改善和經濟發展。

4 結語

生物能源具有巨大的發展潛力，而技術的進步、規模的擴大、體系的優化是中國生物能源產業發展的必經之路，也是趕超歐美成為世界生物能源市場強有力的競爭者的基本手段。我國需要生物能源作為經濟與環境發展的助力，也需要重視發展生物能源過程中的每一個環節，從歷史中尋求道路，從結構上尋求突破，實現生物能源的宏圖。

[1]BP世界能源統計年鑒第64版2015年6月Statistical Review of World Energy 2015 CN Final 20150617

[2]British Petroleum Company. BP Statistical Review of World Energy 2008. London: BP plc; 2008

[3]三門峽富通新能源科技有限公司，生物質固化技術，http://www.ftklj.com/om/articleinfo/detail_5_9_999.aspx，2012/7/15

[4]歐洲生物質能協會，2014歐洲生物能源展望。AEBIOM, European Bioenergy Outlook 2014

[5]AEBIOM, EGEC, ESTELA, ESTIF. How to Become Number 1 in Renewables: A contribution from the biomass, geothermal, and solar thermal sectors

[6]詹慧龍、嚴昌宇、楊照，中國農業生物質能產業發展研究Chinese Agricultural Science Bulletin，中國農學通報2010,26(23):397-402

[7]BP 2035世界能源展望 國家和地區專題 – 中國專題

[8]BP 2035世界能源展望 2015年2月EO 2035 booklet FINAL

[9]BP世界能源統計年鑒2015 “2014中國能源市場”

[10].BP 2035世界能源展望 2015年2月EO 2035 booklet FINAL

[11].康利平、Robert Earley、安鋒、馬郁峰 國際生物燃料可持續標準與政策背景報告 Background Report on International Biofuel Sustainable Standards and Policies Development 能源與交通創新中心 2013年5月

[12]賀仁飛，中國生物質能的地區分布及開發利用評價，地理學·人文學：能源經濟環境碩士論文，教授：牛叔文

[13]國家統計局國家數據網數據