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世界主要生物能源生产国发展分析
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世界主要生物能源生产国发展分析

2007-11-19  来源:中国生物能源信息网

1、巴西:成功典范 

       巴西是推动世界生物燃料业发展的先锋。它利用从甘蔗中提炼出的蔗糖生产乙醇,代替汽油作为机动车行驶的燃料。如今巴西乙醇和其他竞争燃料相比,价格上已具有竞争性。这也是当前生物燃料业发展最为成功的典范。

      早在20世纪30年代,巴西人就开始用蔗糖乙醇作为汽车燃料,70年代,由于石油价格的不断上涨,这一技术开始赢得政府的支持。巴西热带地区的光照使得这里非常适合种植甘蔗。现在,巴西已经是世界上最大的甘蔗种植国,每年甘蔗产量的一半用来生产白糖,另一半用来生产乙醇。

       最近几年,由于过高的汽油价格和混合燃料轿车的推广,巴西燃料乙醇工业更是得到了长足的发展。混合燃料轿车能够以汽油和乙醇的混合物为燃料,自从2003年在巴西大众市场销售后,销量节节攀升,目前已经占据了巴西轿车市场的半壁江山。在混合燃料轿车需求的拉动下,巴西燃料乙醇的日产量从2001年的3000万升增加到2005年的4500万升,已能满足国内约40%的汽车能源需求。同时,燃料乙醇工业还为这个失业率高达10%的国家提供了100万个工作岗位。

       尽管,有人提出种植甘蔗也是一个非常耗能的过程,但研究人员经过仔细计算后得出,每种植一吨甘蔗耗能大约25万千焦,而一吨甘蔗生产出的乙醇以及用甘蔗渣发电,可以得到大约200万千焦的能量,回报高达8倍。这是因为甘蔗是一种非常高产的作物,能有效地将太阳能转化为糖储存。因此,用蔗糖生产乙醇是目前世界上制造乙醇最便宜的方法,每升的成本大约只有25美分。

       在未来4年中,巴西计划将新建4050家大型乙醇加工厂。为了保证这些加工厂的原料供应,甘蔗的种植面积也在不断扩大。在这些新增的甘蔗种植面积中,一部分来自新开垦的土地,另一部分则是由粮食、柑橘或咖啡的种植地及饲养牲畜的草场转化过来的。

       但巴西生物燃料发展战略当前的成功,并不意味着巴西的蔗糖乙醇会成为世界生物燃料业未来的选择。因为即使只替代目前全球汽油产量的10%,也需要将巴西现有的甘蔗种植面积扩大40倍。虽然,巴西人总是说我们巴西很大,但他们也清楚不可能出这么多土地用于种植甘蔗。另外,由于甘蔗的品种有强烈的地域性,巴西的技术路线在别的国家很难走得通。就连非洲、印度、印度尼西亚都无法照搬,更别说主要地处温带的中国了。

2 德国:独树一帜

      1923年,德国从事煤炭研究的费希尔和托普希发明了一种技术,可以将煤炭、天然气等转化为液体燃料。由于液体燃料使用更为方便,这种后来被称为-托反应的技术80多年来一直受到业界的重视。

       更为重要的是,对于那些煤炭丰富但缺少石油的国家(比如中国、美国)而言,-托反应技术对保证国家的能源安全有举足轻重的作用。

       但这种技术有一个致命的弱点:成本过高。因此,除非迫不得已,否则人们很少会采用。-托反应技术第一次被大规模采用是在二战期间。当时,被封锁的纳粹德国有90%的柴油和航空燃油供应归功于这一技术。在种族隔离时期,南非由于受到制裁,开始发展-托反应技术,并最终使国内30%的燃料来自煤炭的液化。

       除了成本过高之外,-托反应技术在将煤炭转化为液体燃料的过程中,会产生大量的二氧化碳。这也使得该技术的推广面临环保的压力。解决的办法之一,就是用生物原料替代化石燃料。

      “-托反应也可以将秸秆、木屑等生物原料转化为液体燃料。在德国,一家高科技公司采用这种技术,每年已可以生产1.5万吨名为阳光柴油的生物燃料。但目前这一工艺仍远远落后于以煤炭、天然气为原料的同类技术,并且成本更昂贵。

       荷兰能源研究中心的兹瓦特说:石油价格只有涨到每桶70美元以上,才有可能使利用-托反应生产生物燃料的企业赢利。现在,以-托反应为核心技术的能源计划多为企业的示范项目,并得到了国家的资金补贴。比如,在德国用-托反应生产出的生物燃料将被免除针对其他燃料所征收的重税。

3、美国:风口浪尖

       美国是另一个主要的燃料乙醇生产国,但与巴西不同,它用的不是甘蔗而是玉米。尽管有不少反对的声音,但美国燃料乙醇的日产量仍从1980年的100万升增加到现在的4000万升。目前,美国已投入生产的乙醇生产厂有97家,另外还有35家正在建设当中。这些工厂几乎都集中在玉米种植带。

       玉米中用于生产乙醇的主要成分是淀粉,通过发酵它可以很容易地分解为乙醇。这正是用玉米生产乙醇的优势,但这也是人们反对的原因,因为淀粉是一种重要的粮食。今年美国计划投入4200万吨玉米用于乙醇生产,按照全球平均食品消费水平,同等数量的玉米可以满足1.35亿人口一年的食品消耗。

       事实上,在整个生物燃料领域,当前最吸引投资者的并不是用蔗糖、玉米生产乙醇,或是从油菜籽中提炼生物柴油,而是用纤维素制造乙醇。

       所有植物的木质部分--通俗地说,就是骨架”--都是由纤维素构成的,它们不像淀粉那样容易被分解(如果容易被分解,木材就没法保存那么久了),但大部分植物捕获的太阳能大多储存在纤维素中。如果能把自然界丰富且不能食用的废物纤维素转化为乙醇,那么将为世界生物燃料业的发展找到一条可行的道路。

       由于技术上的限制,目前还没有一家纤维素乙醇制造厂的产量达到商业规模,但很多大的能源公司都在竞相改进将纤维素转化为乙醇的技术。最大的技术障碍是预处理环节(将纤维素转化为通过发酵能够分解的成分)的费用过于昂贵。美国加利福尼亚大学的怀曼说:惟一比预处理环节更昂贵的就是不要预处理。要想用纤维素生产乙醇,预处理环节无法回避。

       技术上的不确定性,迫使制造乙醇的大部分投资仍集中在传统的工艺--通过玉米、蔗糖生产乙醇,但这些办法无法从根本上解决当前各国面临的能源危机。为了保证能源安全,美国总统布什说,他的政府计划在6年内把纤维素乙醇发展成一种有竞争力的生物燃料。

       因为发展能源不可能走牺牲粮食的道路。尽管现在技术上还存在障碍,但大部分人仍相信,利用纤维素生产燃料乙醇代表了未来生物燃料发展的方向。美国能源部投入2.5亿美元成立了两个生物能源研究中心,负责研究纤维素乙醇。欧盟在其第七个研究与发展框架计划中为纤维素乙醇研究专门预留出1亿欧元的经费。BP公司也宣布将在未来10年内用5亿美元资助生物能源研究。

4、中国:力争上游

       我国农业废弃物主要是:农作物秸秆,每年产量约7亿吨,可做为能源用途的约3亿吨,约折合1.5亿吨标准煤;工业有机废水和畜禽养殖场废水资源理论上可以生产沼气800亿立方米,相当于5700万吨标准煤;薪炭林和林业及木材加工废物资源相当于3亿吨标准煤;城市垃圾发电每年可替代1300万吨标准煤;此外,一些油料、含糖或淀粉类作物也可用于制取液体燃料。初步估算,近期每年可以利用的生物质能源总量约为5亿吨标准煤。

       2006年底全国生物质能发电累计装机容量220kW,其中蔗渣热电联产170kW;农林废弃物、农业沼气、垃圾直燃和填埋气发电50kW2006年,国家和地方发改委共核准39个生物质能直燃发电项目,合计装机容量128.4kW,投资预计100.3亿元,2006年当年完成5.4kW。此外,2006年完成生物质气化及垃圾填埋气发电3kW,在建的还有9kW

       2006年底全国已经建设农村户用沼气池1870万口,生活污水净化沼气池14万处,畜禽养殖场和工业废水沼气工程2000多处,年产沼气约90亿立方米,为近8000万农村人口提供了优质生活燃料。

       我国已经开发出多种固定床和流化床气化炉,以秸秆、木屑、稻壳、树枝为原料生产燃气。目前用于木材和农副产品烘干的有800多台,村镇级秸秆气化集中供气系统近600处,年生产生物质燃气2000万立方米。兆瓦级生物质气化发电系统已经推广应用20多套,十一五期间,国家863计划支持建设了6MW规模的生物质气化发电示范工程。

       我国生产燃料乙醇的原料丰富多样,如甘蔗、木薯、玉米等。近年来,在全国各地试种杂交甜高粱,获得了高糖高产品种,其每亩茎秆产量4吨以上。甜高粱茎秆汁液是生产乙醇的优质原料,十五期间,通过国家863计划的支持,已开发出利用甜高粱茎秆汁液、玉米秸秆类纤维素废弃物等制取乙醇的技术,并完成了中试装置的建设和研究试验,建成年产5000吨规模的甜高粱秸秆制取乙醇燃料工业示范工程及年产600吨规模的纤维素废弃物制取乙醇燃料技术中试设施。

       生物柴油作为一种优质的生物液体燃料,是我国生物质能产业的一个发展方向,目前上处于试验研究及小规模生产与应用。存在的主要问题是成本过高。利用廉价原料和提高转化率是生物柴油市场化的关键,我国应重点研究以可再生含油植物为原料制备生物柴油。科技部以将生物柴油技术列入十一五国家863计划和国际科技合作计划。

       此外,生物质致密成型、生物质裂解与干馏技术也取得了进展。

       目前,可以采用如下方法利用生物质能:一是热化学转换技术,获得木炭焦油和可燃气体等品位高的能源产品,分为高温干馏、热解、生物质液化等方法;二是生物化学转换法,主要指生物质在微生物的发酵作用下,生成沼气、酒精等能源产品;三是利用油料植物所产生的生物油;四是直接燃烧技术,包括炉灶燃烧技术、锅炉燃烧技术、致密成型技术和垃圾焚烧技术等。从技术成熟性上看,目前我国生物质气化发电技术处于国际先进水平,而生物燃油特别是生物乙醇的研发、示范也取得了相当的经验。

       热解气化技术。目前全国已经建设推广了100多个示范工程。生物质发电在我国已经有40年的历史,其主要原料是稻壳和谷壳,且主要用于大米加工厂。由于发电规模小,经济效益差,发展缓慢,发电规模一直维持在60200kW

       直接燃烧技术。成型燃料热性能优于木材,与中质混煤相当,而且点火容易,便于运输和贮存,可作为生物质气化炉、高效燃烧炉和小型锅炉的燃料。

       目前我国生物质能源开发存在多种问题。首先,新技术开发不力,利用技术单一。生产酒精、热解液化、直接燃烧的工业技术和速生林的培育没有突破性的进展。其次,由于资源分散,收集手段落后,我国的生物质能利用工程的规模很小;为降低投资,大多数工程采用简单工艺和简陋设备,设备利用率低,转换效率低下。最后,相对科研内容来说,投入过少,使得研究的技术含量低,多为低水平重复研究,最终未能解决一些关键技术。

       另外也存在一些消极因素影响生物质能源产业的发展。第一,在现行能源价格条件下,生物质能源产品缺乏市场竟争能力,投资回报率低挫伤了投资者的投资积极性,而销售价格高又挫伤了消费者的积极性。第二,技术标准未规范,市场管理混乱。第三,目前,有关扶持生物质能源发展的政策尚缺乏可操作性,各级政府应尽快制定出相关政策,如价格补贴和发电上网等特殊优惠政策。第四,民众对于生物质能源缺乏足够认识,应加强有关常识的宣传和普及工作。第五,政府应对生物质能源的战略地位予以足够重视,开发生物质能源是一项系统工程,应视作实现可持续发展的基本建设工程。

       早在19世纪40年代后期,印度就开始使用沼气和改量炉灶技术,可再生新能源计划只在1980年补充能源资源委员会成立之后才真正开始,19829月成立了非常规能源资源部门。非常规能源资源部门在19世纪80年代的工作集中于各种可再生新能源技术的发展、传播和试验。这些工作直接由政府资助。然而,政府在可再生新能源技术上的投资相对于常规能源来说是比较低的。1980年至1992年间,政府累计在可再生能源方面的支出额仅为115.5亿卢布,而在电力方面支出为8120亿卢布,在石油方面为3350亿卢布,在煤炭方面为1585亿卢布。在第八个五年计划(19921997年)中,分配于可再生新能源的资金占整个能源的0.8%

5、印度:不甘落后

       19世纪90年代早期,印度意识到要加快可再生能源的推广更需要通过财政手段实现商业化,而不是通过金融奖励(与那些私营企业有关)。非常规能源资源部门的角色必须从一个执行部门转变成能使可再生新能源迅速得到商业化应用的部门。这样做的部分结果是,非常规能源资源部门在19927月变为一个全功能的部(非常规能源部)。此后,为了刺激商业化的发展,市场开发成为项目的推动力,这又导致了可再生新能源技术推广的成倍增长。印度或许是世界上唯一拥有独立的推广可再生新能源部门的国家。

       在过去20多年里,印度可再生能源规划的数量、技术成熟度及范围都有了很大增长。从19世纪80年代开始的计划,主要涉及大规模示范及由政府补贴的能源服务扩展活动,即向农村地区提供沼气、改进灶炉及太阳能。目前,商业化是关注的重点——通过私人部门参与风力、小水电和生物质燃烧/气化发电,以及太阳能和其他形式的可再生能源的工业应用。印度的非传统能源资源部有两个目标,一是到2007年,18000个没有电力供应的边远乡村获得电力;二是到2012年,另外增加10000MW的发电量。

       印度希望在新能源及可再生能源技术方面能世界领先。其推进生物质能利用与世界同步。实现生物质能潜力必需开发和部署新技术和现有技术。非传统能源资源部已进行了技术开发并在一些前沿领域启动了研究计划。

       项目的设计与开发,以及大规模示范项目的建立推动了相关领域技术的发展,这些示范项目有国家沼气开发规划、改良炉灶规划和风能计划。通过这些规划,建立了可再生能源技术生产基地。政府获得这些可再生能源技术的设备以传播项目或卖给消费者。为了生产尚促进技术更新并确保政府获得的设备的质量,各个技术支持中心在各个大学建立起来。这些设备及补贴通过联邦负责机构发到消费者手中,这些机构也负责售后服务以及消费者支持。

      该政策在支持可再生新能源技术的设计、发展、试验、部署方面成功地创造了一个公平的、并有相当规模和多样化的生产基础,以及一套公共基础设施(技术支持团体、基金,以及负责机构)。不过,除了政府支持外,对这些可再生新能源的商业化需求仍然相当有限。这在相当大的程度上是由于这些设备的低可靠性,对可再生能源发电缺乏有利的税收政策和在设计和销售包装方面缺乏消费者所想要的特征(就服务和金融承诺而言)。

       为了集中加强商业化、市场导向及使更多的私营企业介入进来,通过各种技术的横向合作,使各项技术以最终应用为目的,非常规能源部在1993年重组后,负责以下几个领域(a)农村能源,(b)城市和工业能源,(c)电力能源。通过重组,重点转移至在各自领域内提高可再生新能源技术政策、规划及联系。每个这样的部门现在由综合的部门组成,服务于不同的能源需要,例如,烹饪能源现在由农村能源部门综合处理,而不是由个别的技术单独来实施。

       部门结构的变化已经引起规划侧重点的显著变化。例如,到1992为止,沼气规划传统上是可再生能源中单个项目中最大的,其占资金分配总额的一半以上。所有其他单个项目所获得的资金都在10%以下。然而,就数量而言,改进的烹饪能源是推广最大的项目。目前,农村能源部分包括沼气和炉灶项目拥有最大的资金分配额。

       总而言之,项目的设计与开发,大规模示范项目的建立推动了相关领域技术的发展,且印度结合商业与传统资源的能源结构,以及为了集中加强商业化、市场导向及使更多的私营企业介入进来,通过各种技术的横向合作,在一定程度上加速了印度生物能源的发展和产业化。

 

2008-12-20 来源: 责任编辑: