發(fā)展生物燃料的挑戰(zhàn)與選擇

本刊特約記者 董俊

石油是一種不可再生能源，長遠(yuǎn)來看必然需要有新的能源對其進(jìn)行替代。與歐美國家相比，中國的石油形勢要嚴(yán)峻得多。而生物燃料作為一種把農(nóng)業(yè)和工業(yè)有機(jī)結(jié)合在一起的新興產(chǎn)業(yè)，對于發(fā)展農(nóng)業(yè)、改善農(nóng)村經(jīng)濟(jì)、解決能源問題具有積極意義。

能源與人類文明的發(fā)展息息相關(guān)。如今，能源危機(jī)和氣候變化的雙重挑戰(zhàn)正在迫使能源需求結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。

預(yù)計(jì)未來20年中，全球的石油和天然氣進(jìn)口量持續(xù)穩(wěn)步增長，中國、印度和東盟都會(huì)成為能源進(jìn)口增長迅速的國家。與此同時(shí)，氣候變化帶來的壓力也日益嚴(yán)峻。預(yù)計(jì)在未來20年，如果沒有新的政策對碳排放量加以控制，全球的二氧化碳排放量將增加40%。

為了尋找化石燃料的可替代能源，生物燃料成為學(xué)、政、商三界最為關(guān)注的發(fā)展方向之一。然而，生物燃料是否能完全替代化石燃料，還面臨著巨大的挑戰(zhàn)和考驗(yàn)。

發(fā)展緣由

生物能源產(chǎn)業(yè)最早出現(xiàn)在二戰(zhàn)時(shí)期的美國，其初衷并非為了解決能源問題，而是為了消化過剩的糧食。由于第一次世界大戰(zhàn)后出現(xiàn)了糧食過剩和價(jià)格暴跌的情況，在二戰(zhàn)結(jié)束前，美國政府就鼓勵(lì)用谷物制造乙醇汽油，用作汽車燃料。

中國生物燃料的開發(fā)也有著相類似的緣由，也是從以糧食為原料發(fā)展燃料乙醇開始的。

1995～2000年間，中國糧食的連續(xù)豐收讓廣大農(nóng)民“望糧興嘆”，賣糧難成了時(shí)任國家總理的朱镕基以及中國幾億農(nóng)民的心頭之痛。在1998年前后，包括中央和省級儲備糧在內(nèi)的糧食庫存超過3000億公斤。糧食長期儲藏后變成陳化糧，只能用作工業(yè)原料，但由于當(dāng)時(shí)轉(zhuǎn)化渠道狹窄，陳化糧的消化十分棘手。

糧食的高產(chǎn)無市讓中國開始思考如何在糧食與能源之間尋求契合點(diǎn)。2000年8月國家經(jīng)貿(mào)委布置開展研究乙醇汽油的任務(wù)。2001年，由國家發(fā)改委牽頭組織的研究小組奔赴美國和巴西，但由于巴西使用的原料是甘蔗，于是以玉米為原料的美國更直接地影響了中國最早期的燃料乙醇發(fā)展方案。

研究小組調(diào)研回國后，高層決定對乙醇汽油實(shí)行“先試點(diǎn)，后推廣”。為了消化陳化糧，試點(diǎn)地區(qū)被圈定為糧食的幾大主產(chǎn)區(qū)，河南、安徽、黑龍江、吉林、遼寧等地被推向了試點(diǎn)第一線，隨后湖北、山東、河北、江蘇四省的27個(gè)地市也被納入其中。各試點(diǎn)地區(qū)紛紛上報(bào)示范性企業(yè)，經(jīng)國務(wù)院討論審批，吉林燃料乙醇公司、河南天冠燃料乙醇公司、安徽豐原生化股份公司以及黑龍江肇東華潤酒精公司四家企業(yè)被敲定。這四家企業(yè)都以糧食為轉(zhuǎn)化原料，除河南天冠公司使用一部分小麥外，其余都用玉米作為原料。由此，我國的生物能源產(chǎn)業(yè)正式起步。

但隨著連續(xù)幾年乙醇汽油推廣試點(diǎn)范圍的擴(kuò)大，陳化糧早已消化殆盡，乙醇原料的來源開始轉(zhuǎn)向新糧，繼而以新糧為主。終于，以玉米為原料的燃料乙醇項(xiàng)目引發(fā)了一系列連鎖反應(yīng)。其中最明顯的便是，糧食價(jià)格直線上揚(yáng)?！芭c人爭糧，與糧爭地”的矛盾被逐漸放大。

2006年12月，國家發(fā)改委下發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)生物燃料乙醇項(xiàng)目建設(shè)管理、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的通知》和《關(guān)于暫停玉米加工項(xiàng)目的緊急通知》。2007年6月7日，國務(wù)院召開可再生能源會(huì)議，玉米變乙醇項(xiàng)目被正式叫停，今后只能“在不得占用耕地、不得消耗糧食、不得破壞生態(tài)環(huán)境”的原則下堅(jiān)持發(fā)展非糧燃料乙醇。

是非之辯

中國糧價(jià)直線上揚(yáng)的同時(shí)，國際糧價(jià)也在2007～2008年經(jīng)歷了一輪大幅上漲，人們開始普遍認(rèn)為，生物能源產(chǎn)業(yè)的迅速擴(kuò)張是糧價(jià)上漲的一個(gè)重要成因，并紛紛要求對該產(chǎn)業(yè)進(jìn)行限制。由此，用糧食生產(chǎn)生物燃料是否會(huì)加劇世界性饑荒成為各國關(guān)注的焦點(diǎn)。

經(jīng)合組織的官員曾發(fā)出警告：“如果乙醇占全球燃料消費(fèi)的10%，那么就意味著美國、加拿大、歐盟和巴西30%的糧食、油料作物和甘蔗等糖類作物都會(huì)被用于乙醇生產(chǎn)?！?/p>

委內(nèi)瑞拉總統(tǒng)查韋斯針對世界的乙醇熱說，大量使用乙醇燃料是以“餓死窮人”的代價(jià)去“喂飽汽車”。美國方面的部分專家也指出，乙醇汽油熱將造成世界8億輛機(jī)動(dòng)車車主與20億貧困人口大規(guī)模的爭搶糧食，機(jī)動(dòng)車車主想讓汽車動(dòng)起來，而窮人僅僅想吃飽飯活下來。

2009年，由歐佩克國際發(fā)展基金會(huì)與奧地利國際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所(IIASA)合作開展的《生物燃油和糧食安全研究報(bào)告》終于完成。這份報(bào)告從國家、地區(qū)和國際三個(gè)層面對未來20～30年生物燃料發(fā)展與世界糧食安全的關(guān)系作出了評估，認(rèn)為以糧食作物為生產(chǎn)原料的生物燃料的生產(chǎn)和消費(fèi)政策必須重新考量，特別是許多發(fā)展中國家鼓勵(lì)發(fā)展第一代生物燃料的政策已經(jīng)威脅到了未來糧食安全，并且抑制了發(fā)展中國家的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)升級和增值。

隨著“與民爭糧”的爭議聲漸起，諸如燃料乙醇消耗的資源比其所能提供的或許還要更多，減排不力，破壞生態(tài)等質(zhì)疑也隨之出現(xiàn)。

除此之外，認(rèn)為生物燃料污染比石化燃料大的聲音也見諸報(bào)端。英國一家咨詢公司DfT曾被英國交通部授權(quán)進(jìn)行了名為“E4tech”的研究項(xiàng)目，調(diào)查《規(guī)范》中的生物燃料使用計(jì)劃對森林及其他未開發(fā)土地的全面影響。報(bào)告稱，一些常用來生產(chǎn)生物燃料的植物種類未能達(dá)到歐盟可持續(xù)發(fā)展的最低標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)歐盟的標(biāo)準(zhǔn)，每升生物燃料應(yīng)該比石化燃料至少減排35%的溫室氣體。但是研究卻顯示，將棕櫚油用作生物燃料時(shí)反而會(huì)增加31%的溫室氣體排放，這一結(jié)果將森林或牧場被轉(zhuǎn)變?yōu)榉N植園時(shí)產(chǎn)生的溫室氣體計(jì)算在內(nèi)。除了棕櫚油，油菜籽油和豆油這些生物燃料量也未能達(dá)到歐盟最低標(biāo)準(zhǔn)。

那么，發(fā)展生物燃料究竟是不是應(yīng)該受到指責(zé)的行為，又或者是一道矛盾的難題？

“第一代”到“第二代”的更迭

對于發(fā)展中國家或水土資源相對緊張的國家而言，用傳統(tǒng)的糧食作物如玉米、大豆或經(jīng)濟(jì)作物如甘蔗等生產(chǎn)生物能源產(chǎn)品，勢必加劇食物和耕地緊張狀況。即便是美國等糧食與水土資源相對充裕的國家，傳統(tǒng)的生物能源開發(fā)與生產(chǎn)方式也正在受到挑戰(zhàn)，因而發(fā)達(dá)國家不斷進(jìn)行生物能源研發(fā)的戰(zhàn)略調(diào)整，積極倡導(dǎo)纖維素乙醇的研發(fā)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的用玉米作為原料的生物乙醇生產(chǎn)。鑒于生物能源開發(fā)中存在的原料等問題，尤其是對發(fā)展中國家及世界糧食安全的影響，目前生物燃料的開發(fā)，已從第一代技術(shù)即主要從傳統(tǒng)能源植物中獲取能源的技術(shù)轉(zhuǎn)向從整個(gè)植物生物量中獲取能源的第二代技術(shù)。

對此，中糧集團(tuán)總裁助理、生化能源事業(yè)部總經(jīng)理岳國君認(rèn)為，燃料乙醇的發(fā)展有三個(gè)階段：第一階段是以玉米、小麥為原料，發(fā)展燃料乙醇的初始階段。這是一個(gè)過渡期，可以為纖維素乙醇打下基礎(chǔ)；第二階段已經(jīng)是非糧燃料乙醇階段，以薯類、甜高粱等為原料；第三階段是以秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物為主要原料的纖維素燃料乙醇，這是燃料乙醇未來的發(fā)展方向。

纖維素乙醇被譽(yù)為第二代生物燃料，與主要以糧食為原料的第一代生物燃料相比。纖維素乙醇的原材料主要是秸稈、木屑乃至城市垃圾等通常未被充分利用的材料。由于其擁有取材廉價(jià)及廣泛、環(huán)境友好性很高等優(yōu)點(diǎn)，因此備受青睞，世界上許多國家都制定了相關(guān)計(jì)劃，大力發(fā)展纖維素乙醇。根據(jù)丹麥諾維信公司的預(yù)測，到2030年，生物燃料占全球能源的比重將達(dá)到9.3%。

目前，世界各國在大力推動(dòng)纖維素乙醇的發(fā)展。美國總統(tǒng)奧巴馬于2010年2月初呼吁，美國應(yīng)該加快生物燃料的開發(fā)，以構(gòu)建美國清潔能源經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，創(chuàng)造新型產(chǎn)業(yè)及就業(yè)崗位，減少美國對他國的能源依賴。按照計(jì)劃，2022年美國生物燃料年產(chǎn)量要達(dá)到360億美國加侖（1美國加侖約為3.785升）。巨大的商機(jī)驅(qū)使全球知名的生物化工企業(yè)都在開發(fā)先進(jìn)的、低成本的技術(shù)，用于生產(chǎn)纖維素乙醇。一些處于領(lǐng)先地位的生物技術(shù)公司已經(jīng)在其示范工廠開始生產(chǎn)纖維素乙醇。

雖然纖維素乙醇優(yōu)點(diǎn)多多，但與很多新技術(shù)一樣，生產(chǎn)成本成為決定其能否實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵。纖維素燃料乙醇的建廠成本比玉米乙醇廠要高出1.5～10倍，目前還不具備大規(guī)模商業(yè)化的技術(shù)條件。同時(shí)，在纖維素乙醇的生產(chǎn)過程中，有一個(gè)關(guān)鍵要素——酶制劑的價(jià)格成為一直以來制約纖維素乙醇商業(yè)化的最大瓶頸之一。酶制劑是一類從動(dòng)物、植物和微生物中提取的具有催化能力的蛋白質(zhì)，在諸多行業(yè)具有廣泛應(yīng)用。在生物燃料生產(chǎn)中，酶制劑不可或缺。主要用它來降解生物質(zhì)中的纖維素并經(jīng)預(yù)處理成為糖類，然后發(fā)酵成為乙醇，再添加到汽油中成為乙醇汽油。優(yōu)良的酶制劑不僅能夠催化有關(guān)反應(yīng)的發(fā)生，而且可以大幅提高轉(zhuǎn)化效率，有效降低生產(chǎn)成本。未來纖維素乙醇發(fā)展的難點(diǎn)就在于技術(shù)的突破，其技術(shù)進(jìn)步的核心是如何降低成本。

中國作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，發(fā)展纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)具有廣闊的前景。根據(jù)測算，目前中國每年的農(nóng)作物廢棄物數(shù)量超過6億噸，其中至少有一半可以用于纖維素乙醇的生產(chǎn)。如果有關(guān)技術(shù)能夠得到進(jìn)一步開發(fā)和普及，將農(nóng)作物廢料變廢為寶，不僅有助于調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、減少能源進(jìn)口依賴，還能夠?qū)崿F(xiàn)溫室氣體的有效減排，并能增加大量的就業(yè)機(jī)會(huì)，增加農(nóng)民收入。

戰(zhàn)略意義

石油是一種不可再生能源，長遠(yuǎn)來看必然需要有新的能源對其進(jìn)行替代。據(jù)《BP世界能源統(tǒng)計(jì)2006》的數(shù)據(jù)，目前全球石油儲量僅可供開采40年。因此對很多國家來說，發(fā)展生物能源產(chǎn)業(yè)成了一項(xiàng)長期的戰(zhàn)略任務(wù)。

正是在這種背景下，各國紛紛出臺了扶持生物能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策，除了對業(yè)內(nèi)企業(yè)提供補(bǔ)貼外，一些國家還出臺了強(qiáng)制性的能源替代法令。例如，美國在2005年頒布了《可再生燃料標(biāo)準(zhǔn)》，要求燃料商提高生物燃料的混合使用量，到2012年燃料混合將達(dá)到280億升；法國規(guī)劃了生物燃料到2015年占燃料比例達(dá)10%的目標(biāo)；巴西更是早在1975年就頒布了《國家乙醇燃料計(jì)劃》，要求提高乙醇在混合汽油中的比例。正是在這些政策的扶持下，生物能源產(chǎn)業(yè)才得以蹣跚起步。

中國也出臺了一系列的生物能源產(chǎn)業(yè)扶持政策。2006年1月《可再生能源法》正式實(shí)施；2006年，政府發(fā)布了《關(guān)于發(fā)展生物能源和生物化工財(cái)稅扶持政策的實(shí)施意見》，同時(shí)還出臺一些具體的財(cái)稅扶持政策；2007年9月，國家發(fā)改委制訂了《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》，計(jì)劃在未來15年內(nèi)投資約1.5萬億元用于發(fā)展可再生能源，到2020年發(fā)展燃料乙醇至1500萬噸、生物柴油500萬噸。

近幾年，國外發(fā)達(dá)國家更是加緊了在生物能源領(lǐng)域的研究和投入。中國科學(xué)院院士、中國工程院院士石元春介紹說：“美國、加拿大、巴西等國家正在緊鑼密鼓地開展研發(fā)工作，對生物能源的投入不斷加碼?！?/p>

據(jù)《2010美國能源展望》，到2035年美國可用生物燃料滿足液體燃料總體需求量增長，乙醇占石油消費(fèi)量的17%，使美國對進(jìn)口原油的依賴在未來25年內(nèi)下降至45%。2008～2035年美國非水電可再生能源資源將占發(fā)電量增長的41%，其中生物發(fā)電占非水電可再生能源發(fā)電比重達(dá)49.3%。

據(jù)了解，2009年美國對先進(jìn)生物燃料研發(fā)投入資金超過20億美元。2010年1月13日，美國能源部部長朱棣文宣布將再投資8000萬美元支持先進(jìn)生物燃料及加油系統(tǒng)設(shè)施改造。

此外，近幾年巴西生物能源也發(fā)展迅速。2009年度巴西乙醇產(chǎn)量為1980萬噸，替代了國內(nèi)56%的汽油，減排二氧化碳4233萬噸，提供169萬個(gè)工作崗位，已有1000多萬輛靈活燃料汽車(FFVs)，汽車銷售中的90%以上是這類汽車。

與歐美國家相比，中國的石油形勢要嚴(yán)峻得多。而生物燃料作為一種把農(nóng)業(yè)和工業(yè)有機(jī)結(jié)合在一起的新興產(chǎn)業(yè)，對于發(fā)展農(nóng)業(yè)、改善農(nóng)村經(jīng)濟(jì)、解決能源問題具有積極意義。石元春認(rèn)為，發(fā)展生物能源對增加我國農(nóng)民收入、破解“三農(nóng)” 問題、提高能源自給率及實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)都具有極為重要的戰(zhàn)略意義。

就當(dāng)前中國發(fā)展生物能源的現(xiàn)狀來看，石元春表示，以玉米等為原料的燃料乙醇在我國肯定行不通，纖維素乙醇等先進(jìn)生物燃料短期內(nèi)不可能較大規(guī)模生產(chǎn)。目前，發(fā)展以甜高粱、薯類、菊芋等為原料的1.5代非糧乙醇可以迅速提高這些“非主流”作物的單產(chǎn)和擴(kuò)大利用鹽堿地、沙地、海涂等低質(zhì)土地，增加農(nóng)民收入。

目前，清華大學(xué)開發(fā)的甜高粱稈先進(jìn)固體發(fā)酵(ASSF)生產(chǎn)乙醇技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平。2009年年底，清華大學(xué)李十中教授在內(nèi)蒙古巴彥淖爾市五原縣建設(shè)的甜高粱稈發(fā)酵罐從5立方米放大到127立方米，進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)，取得了成功。

石元春說：“我們應(yīng)該關(guān)注土生土長的好東西，甜高粱稈生產(chǎn)燃料乙醇技術(shù)對中國更有現(xiàn)實(shí)意義。我國有3億多萬畝土地可以用來種植甜高粱等非糧能源作物。甜高粱與甘蔗不一樣，它對水肥和溫度的要求低得多，從大慶到海南都能種植。技術(shù)上也是國際一流的，工業(yè)化生產(chǎn)沒有問題。澳大利亞也在大力發(fā)展甜高粱乙醇，稱甜高粱為‘超級能源作物’?！?/p>

聯(lián)合國基金會(huì)高級顧問JanetHall極力推崇中國的甜高粱稈先進(jìn)固體發(fā)酵生產(chǎn)乙醇技術(shù)。她認(rèn)為，利用耐貧瘠作物甜高粱生產(chǎn)乙醇是解決非洲饑餓、全球糧食安全、農(nóng)村發(fā)展、氣候變化等問題的有效手段。