纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)進(jìn)展

林 鑫，武國(guó)慶

（1. 國(guó)家能源生物液體燃料研發(fā) (實(shí)驗(yàn)) 中心， 北京 100020； 2. 中糧營(yíng)養(yǎng)健康研究院，北京 102209）

纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)進(jìn)展

林 鑫1，2，武國(guó)慶1，2

（1. 國(guó)家能源生物液體燃料研發(fā) (實(shí)驗(yàn)) 中心， 北京 100020； 2. 中糧營(yíng)養(yǎng)健康研究院，北京 102209）

燃料乙醇已發(fā)展成為世界可再生能源產(chǎn)業(yè)之一，在經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、能源等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。利用能量及環(huán)境效益更佳的木質(zhì)纖維素作為原料生產(chǎn)燃料乙醇，已是這一產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基石。自 2014年下半年開(kāi)始劇烈下跌的原油價(jià)格雖然帶來(lái)了一些不確定因素，但在政策性因素引導(dǎo)下，世界燃料乙醇產(chǎn)業(yè)有序發(fā)展，在年產(chǎn)量創(chuàng)出新高的同時(shí)，纖維素乙醇示范裝置也在加速建設(shè)。2017年纖維素乙醇生產(chǎn)能力有望突破100萬(wàn)噸。本文在綜述世界燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了纖維素乙醇的產(chǎn)業(yè)進(jìn)展，并對(duì)纖維素乙醇的發(fā)展趨勢(shì)作了展望。

燃料乙醇；纖維素乙醇；產(chǎn)業(yè)化

燃料乙醇作為優(yōu)質(zhì)的液體運(yùn)輸燃料，在促進(jìn)農(nóng)村發(fā)展[1]、改善大氣環(huán)境[2-4]、減少溫室氣體排放[5]、部分替代化石能源[6]等方面都有許多貢獻(xiàn)[7]。在美國(guó)和巴西的帶動(dòng)下，世界已有50多個(gè)國(guó)家或地區(qū)制定了生物燃料配套政策，包括規(guī)定摻混指標(biāo)或指令、給予稅收激勵(lì)[8]。據(jù)RFA統(tǒng)計(jì)，2014年世界燃料乙醇產(chǎn)量將達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的73 82萬(wàn)t，較上年增長(zhǎng)5%[9]。燃料乙醇已發(fā)展為一個(gè)世界性的新興可再生能源產(chǎn)業(yè)。纖維素乙醇較1代乙醇在凈能量、溫室氣體排放方面有較大的優(yōu)勢(shì)，作為二代燃料乙醇在美國(guó)、巴西、歐洲、中國(guó)等國(guó)已建成上百套中試裝置，產(chǎn)業(yè)化裝置也已陸續(xù)投產(chǎn)。

當(dāng)前原油價(jià)格的急劇下降是否會(huì)影響燃料乙醇、特別是二代纖維素乙醇的繼續(xù)發(fā)展已成為關(guān)注的焦點(diǎn)。國(guó)際市場(chǎng)原油價(jià)格自2014年6月達(dá)到高點(diǎn)以來(lái)一路下行，美國(guó)西德克薩斯輕質(zhì)原油WTI和北海布倫特原油價(jià)格至2014年12月已下跌近50%。許多人擔(dān)心會(huì)波及燃料乙醇的產(chǎn)量和利潤(rùn)，實(shí)際情況如何呢？以美國(guó)為例，燃料乙醇的價(jià)格跟隨石油價(jià)格大幅下跌，利潤(rùn)縮減。然而第3、4季度美國(guó)燃料乙醇的產(chǎn)量卻仍維持在93～94萬(wàn)桶/d的高位，RIN（每個(gè)RIN代表1加侖對(duì)應(yīng)生物燃料[10]）的價(jià)格也在不斷上升[11]。石油價(jià)格大幅下降后，美國(guó)汽油的消費(fèi)量在達(dá)到飽和后開(kāi)始復(fù)蘇，燃料乙醇的需求量隨之增加，這不僅緩解了懸而未決的“添加上限”問(wèn)題，也促進(jìn)了低價(jià)燃料乙醇產(chǎn)量的穩(wěn)定。據(jù)美國(guó)能源信息署（EIA）統(tǒng)計(jì)，2014年美國(guó)燃料乙醇產(chǎn)量較2013年增長(zhǎng)8%，達(dá)到歷史新高4 271萬(wàn)t，預(yù)計(jì)全年混配的燃料乙醇會(huì)占到汽油消費(fèi)量的9.9%。纖維素乙醇也未受此影響，至2015年初，第5套纖維素乙醇裝置投入運(yùn)行后，美國(guó)總的2代乙醇產(chǎn)能將超過(guò)25萬(wàn)t/a。

另一方面，燃料乙醇的生產(chǎn)成本受到玉米等原料價(jià)格、副產(chǎn)品價(jià)格以及消耗的化石能源價(jià)格等諸多方面的影響，這些因素的疊加在一定程度上會(huì)減輕石油價(jià)格波動(dòng)所帶來(lái)的行業(yè)沖擊。雖然美國(guó)燃料乙醇價(jià)格在2014年總體下降10%，但玉米價(jià)格在2014年較上年下降約1/3。根據(jù)愛(ài)荷華州立大學(xué)的研究，對(duì)于一個(gè)典型的愛(ài)荷華州干法玉米乙醇廠，基于可變成本的凈回報(bào)率在2014年增加了54%。目前的原油價(jià)格對(duì)于許多北美新油井來(lái)說(shuō)已低于成本價(jià)格[12]。在未來(lái)石油行業(yè)調(diào)整生產(chǎn)，供需水平重新達(dá)到平衡后，原油價(jià)格可能會(huì)走出新一輪的高價(jià)周期，屆時(shí)，燃料乙醇將徹底擺脫當(dāng)下的困境。

在我國(guó)，燃料乙醇的價(jià)格與汽油價(jià)格掛鉤，為93#汽油調(diào)撥價(jià)的 0.9111，受?chē)?guó)內(nèi)原油價(jià)格波動(dòng)影響。截止2014年12月29日，國(guó)內(nèi)油價(jià)已出現(xiàn)11連跌，對(duì)燃料乙醇企業(yè)帶來(lái)一定影響。但與此同時(shí)，國(guó)家一如既往地堅(jiān)持自 2006年就已明確提出的非糧生物燃料發(fā)展方向，在“十二五”期間制訂了相應(yīng)的發(fā)展規(guī)劃（如《可再生能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》《能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》《國(guó)家能源科技“十二五”規(guī)劃》《生物質(zhì)能發(fā)展“十二五”規(guī)劃》），并在2014年5月調(diào)整了燃料乙醇財(cái)政政策，決心逐步取消1代和1.5代燃料乙醇的補(bǔ)貼，轉(zhuǎn)而支持纖維素為原料的2代燃料乙醇。在燃料乙醇企業(yè)利潤(rùn)收窄、燃料乙醇跨入能源項(xiàng)目、審批權(quán)限下放、試點(diǎn)規(guī)模擴(kuò)大、纖維素乙醇補(bǔ)貼政策發(fā)布、大氣污染防治方案實(shí)施等機(jī)遇下，纖維素燃料乙醇在國(guó)內(nèi)也有望實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，這對(duì)國(guó)家能源安全、社會(huì)安定均具有重要戰(zhàn)略意義。

1 世界燃料乙醇的發(fā)展現(xiàn)狀

燃料乙醇在本世紀(jì)的頭 10年快速增長(zhǎng)，年產(chǎn)量從2000年的1 350萬(wàn)t增加到2010年的6 984萬(wàn)t。之后的兩年由于氣候條件、原料及產(chǎn)品價(jià)格等原因，巴西和美國(guó)連續(xù)減產(chǎn)，2013-2014年全球燃料乙醇產(chǎn)量回暖，2014年產(chǎn)量達(dá)到7 382萬(wàn)t。表1列出了2014年世界燃料乙醇估計(jì)產(chǎn)量及分布狀況。

表1 2014年世界燃料乙醇估計(jì)產(chǎn)量分布Table 1 Estimating world fuel ethanol production in 2014 (1×104t)

美國(guó)2007年通過(guò)能源獨(dú)立與安全法（EISA）后，宣布了新的《可再生燃料標(biāo)準(zhǔn)》（RFS II），要求到2020年可再生燃料消費(fèi)量達(dá)到360億加侖。截止2015年1月，美國(guó)在其29個(gè)州建有213家燃料乙醇工廠，數(shù)量接近2007年的兩倍，在建及擴(kuò)建工廠3家，預(yù)計(jì)將增加產(chǎn)能30萬(wàn)t。據(jù)RFA統(tǒng)計(jì)，2014年美國(guó)燃料乙醇行業(yè)共生產(chǎn)了4 271萬(wàn)t燃料乙醇及副產(chǎn)品飼料3 900萬(wàn)t，創(chuàng)造就業(yè)約38萬(wàn)個(gè)（直接就業(yè)84 000個(gè)），貢獻(xiàn)530億美元GDP，帶來(lái)270億美元家庭收入和103億美元稅收。燃料乙醇在美國(guó)帶動(dòng)了眾多相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，包括農(nóng)作物種植、農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)、谷物加工及儲(chǔ)存、酶制劑和酵母產(chǎn)業(yè)、法律及會(huì)計(jì)等服務(wù)行業(yè)。燃料乙醇除了對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要貢獻(xiàn)外，對(duì)美國(guó)的能源安全也起到了一定的作用。美國(guó)的原油對(duì)外依存度已由2005年60%的峰值下降到2014年的28%，其中燃料乙醇貢獻(xiàn)了7%。2014年美國(guó)生產(chǎn)的燃料乙醇相當(dāng)于替代了5.12億桶用于汽油煉制的原油，這些原油比美國(guó)每年進(jìn)口沙特阿拉伯的原油量還多，而所替代的原油價(jià)值近 490億美元。而中國(guó)原油對(duì)外依存度已由2005年的42.9%上升到2014年的59.6%。

在玉米乙醇工業(yè)發(fā)展成熟后，美國(guó)政府及相關(guān)機(jī)構(gòu)看到2代燃料乙醇的趨勢(shì)，從2009年開(kāi)始大力推動(dòng)纖維素乙醇的研發(fā)[13]。2012年1月1日，美國(guó)取消了對(duì)糧食燃料乙醇的補(bǔ)貼，而1.01美元的二代生物燃料生產(chǎn)商稅收減免政策自 2009年頒布之日起一直延續(xù)[14]。2012年，美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)合作伙伴共同完成了使用纖維素原料生產(chǎn)乙醇中試規(guī)模的技術(shù)驗(yàn)證，表明其不僅在技術(shù)上可行，而且能做到成本有競(jìng)爭(zhēng)力（2.15美元/加侖）[6]。2013年～2014年兩年間，美國(guó)已建成4套纖維素乙醇示范裝置，產(chǎn)能達(dá)到18萬(wàn)t/a。

巴西燃料乙醇行業(yè)在2009年至2013年經(jīng)歷了重重危機(jī)。2008年金融危機(jī)后巴西經(jīng)濟(jì)不景氣、天氣因素導(dǎo)致甘蔗減產(chǎn)、國(guó)際糖價(jià)持續(xù)高企，此外，巴西政府為控制通貨膨脹實(shí)施了控制燃油價(jià)格的措施，使國(guó)內(nèi)燃料價(jià)格一直低于國(guó)際價(jià)格。2011年，巴西甘蔗乙醇受此影響產(chǎn)量?jī)H為1 661萬(wàn)t，較2010年產(chǎn)量下跌19.5%，也導(dǎo)致全球生物液體燃料產(chǎn)量10年來(lái)首次下跌。2012年的產(chǎn)量與2011年持平，較2008年降低13.8%。2012年巴西擁有的約400座燃料乙醇廠有41座停產(chǎn)，甘蔗單產(chǎn)由2008年的115 t/公頃降低到2012年的69 t/公頃，2011年巴西首次進(jìn)口美國(guó)玉米燃料乙醇。由于燃料乙醇供應(yīng)量短缺，價(jià)格喪失優(yōu)勢(shì)，2010-2012年，巴西政府多次降低了乙醇汽油摻混比例，從而降低需求，保持燃料乙醇價(jià)格穩(wěn)定。2013年，國(guó)際糖價(jià)走低，巴西政府于5月上調(diào)乙醇汽油摻混比例（由20%提高到25%），并且兩次上調(diào)汽油銷(xiāo)售價(jià)格，并于5月份出臺(tái)法案減免含水乙醇消費(fèi)稅。據(jù)USDA-FAS統(tǒng)計(jì)，2013年巴西燃料乙醇產(chǎn)量預(yù)計(jì)1872萬(wàn)t，接近2008年生產(chǎn)水平（1 933萬(wàn)t）,2014年的產(chǎn)量與此持平為1 849萬(wàn)t。

巴西蔗渣原料豐富，其國(guó)內(nèi)企業(yè)積極聯(lián)合國(guó)際知名能源及生物技術(shù)企業(yè)開(kāi)發(fā)以蔗渣為原料的二代纖維素乙醇技術(shù)。由巴西國(guó)家開(kāi)發(fā)銀行（BNDES）提供3億雷亞爾（約合7.7億元）貸款，Granbio公司建設(shè)的巴西首套裝置已經(jīng)投產(chǎn)，項(xiàng)目采用 Beta Renewable的Proesa?技術(shù)，康泰斯公司提供關(guān)鍵設(shè)備，DSM公司提供工業(yè)酵母，諾維信公司提供酶制劑。Granbio公司的目標(biāo)是到2020年在巴西投產(chǎn)累計(jì)近79萬(wàn)t的二代燃料乙醇工廠。

我國(guó)在2000～2001年，為消化陳化糧批準(zhǔn)了4個(gè)燃料乙醇項(xiàng)目。此后，在黑龍江、吉林、河南、安徽等省陸續(xù)封閉推廣使用加入10%比例燃料乙醇的乙醇汽油。2007年，陳化糧消化結(jié)束，非糧原料燃料乙醇得到發(fā)展。自2007年首套非糧燃料乙醇裝置——廣西中糧生物質(zhì)能源有限公司20萬(wàn)t/a木薯乙醇項(xiàng)目竣工投產(chǎn)以來(lái)，非糧燃料乙醇產(chǎn)能已達(dá)90萬(wàn)噸/年，年節(jié)省糧食約280萬(wàn)t。其中，2011年，河南天冠企業(yè)集團(tuán)有限公司建成了以木薯為原料總能力30萬(wàn)t/a燃料乙醇生產(chǎn)裝置，同年完成萬(wàn)噸級(jí)纖維乙醇項(xiàng)目的建設(shè)；2012年，中糧生物化學(xué)（安徽）股份有限公司對(duì)原有裝置進(jìn)行改造，形成 15萬(wàn)t/a木薯乙醇產(chǎn)能；2012年5月，山東龍力生物科技有限公司5.15萬(wàn)t/a纖維燃料乙醇項(xiàng)目獲得國(guó)家發(fā)展改革委批復(fù)，當(dāng)年投產(chǎn)。

為促進(jìn)非糧燃料乙醇的發(fā)展，2013年10月至2014年2月，廣東中能酒精有限公司年產(chǎn)15萬(wàn)t木薯燃料乙醇項(xiàng)目、中國(guó)石化東鄉(xiāng)10萬(wàn)t/a木薯燃料乙醇項(xiàng)目、浙江燃料乙醇有限公司年產(chǎn) 30萬(wàn) t木薯燃料乙醇項(xiàng)目、海南椰島（集團(tuán)）股份有限公司年產(chǎn)10萬(wàn)t木薯燃料乙醇項(xiàng)目獲得國(guó)家發(fā)展改革委批準(zhǔn)，產(chǎn)能共計(jì)65萬(wàn)t/a。2014年，我國(guó)燃料乙醇年產(chǎn)量約233萬(wàn)t，其中纖維素乙醇3.2萬(wàn)t，批復(fù)產(chǎn)能上升至310萬(wàn)t/a。目前，已經(jīng)封閉運(yùn)行、實(shí)現(xiàn)乙醇汽油試點(diǎn)使用的省市包括黑龍江、吉林、遼寧、河南、安徽、廣西6省、區(qū)及河北、山東、湖北、江蘇、內(nèi)蒙古5省、區(qū)的30個(gè)地市，全國(guó)E10乙醇汽油的使用量約占汽油表觀消費(fèi)量的24%。近2年，浙江、江西、廣東、海南等省有望陸續(xù)加入封閉區(qū)域，開(kāi)展乙醇汽油試點(diǎn)。

2 纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展

至 2012年底，世界已建成上百套纖維素乙醇中試裝置[15]。2013～2014年，國(guó)內(nèi)外先后有7套3～7.5萬(wàn)t/a規(guī)模的纖維素乙醇示范裝置投入試運(yùn)行，累計(jì)產(chǎn)能超過(guò)40萬(wàn)t/a。表2和表3列出了世界[16-22]及我國(guó)[23-26]主要纖維素乙醇示范裝置，預(yù)計(jì)到2017年，全球至少有25個(gè)項(xiàng)目投產(chǎn)，纖維素乙醇年生產(chǎn)能力超過(guò)100萬(wàn)t。

目前，在建最大的纖維素乙醇商業(yè)化裝置為杜邦公司位于美國(guó)Nevada 的9萬(wàn)t/a裝置，正處于項(xiàng)目收尾階段，將于2015年初投產(chǎn)。2014年9月和10月Abengoa公司位于美國(guó)雨果頓（Hugoton）以及POET-DSM先進(jìn)生物燃料公司位于美國(guó)埃米茨堡（Emmetsburg）的7.5萬(wàn)t/a裝置分別運(yùn)行投產(chǎn)。巴西的Granbio公司采用Beta Renewables公司預(yù)處理技術(shù)于2014年9月建成6.5萬(wàn)t/a裝置，該裝置以稻草和蔗渣為原料，采用 Beta Renewables公司Proesa?技術(shù)，整個(gè)工廠分為兩個(gè)部分，纖維素乙醇廠投資1.9億美元，蒸汽及電廠投資0.75億美元，電廠除保障2個(gè)工廠的全部電力、蒸汽外，可年外供電力135 GW·h。同樣在巴西的Raizen公司，在現(xiàn)有甘蔗乙醇工廠的基礎(chǔ)上擴(kuò)建，采用Iogen公司預(yù)處理技術(shù)，在2014年底建成3.2萬(wàn)t/a纖維素乙醇示范裝置。

表2 世界主要纖維素乙醇示范裝置[16-22]Table 2 Main pilot-scale cellulosic ethanol projects in the world[16-22]

我國(guó)已建成的纖維素乙醇裝置有山東龍力以玉米芯廢渣為原料的5.15萬(wàn)t/a裝置和河南天冠的沼氣（主要來(lái)自戊糖）——乙醇（來(lái)自葡萄糖）聯(lián)產(chǎn)裝置。在建及規(guī)劃的項(xiàng)目包括、吉林燃料乙醇引進(jìn)杜邦工藝的 8萬(wàn)噸/年裝置以及安徽國(guó)禎和意大利M&G的合資項(xiàng)目、河南天冠的4套3萬(wàn)t/a纖維素乙醇規(guī)劃項(xiàng)目。

表3 我國(guó)纖維素乙醇主要示范裝置[23-26]Table 3 Main pilot-scale cellulosic ethanol projects in China[23-26]

3 展 望

3.1 二代燃料乙醇綜合效益優(yōu)化，是未來(lái)的趨勢(shì)

國(guó)內(nèi)外多年來(lái)的推廣應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)表明，燃料乙醇是我國(guó)促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、創(chuàng)造國(guó)內(nèi)就業(yè)機(jī)會(huì)、減少化石燃料依賴(lài)、降低燃油價(jià)格、清潔環(huán)境的有力解決方案之一。而從長(zhǎng)期看，纖維素乙醇作為下一代燃料乙醇，具有更好的環(huán)境效益，是農(nóng)林廢棄物可持續(xù)綜合利用的有效方式，是燃料乙醇未來(lái)的發(fā)展方向。

3.2 國(guó)家重點(diǎn)扶持，纖維素乙醇行業(yè)發(fā)展逐步規(guī)范化

在《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）》中，我國(guó)已明確提出加強(qiáng)先進(jìn)生物質(zhì)能技術(shù)攻關(guān)和示范，重點(diǎn)發(fā)展新一代非糧燃料乙醇。為此，相關(guān)部門(mén)已出臺(tái)一系列財(cái)稅補(bǔ)貼政策，在“核準(zhǔn)生產(chǎn)、定向流通、封閉運(yùn)行、有序發(fā)展”的基本原則下，鼓勵(lì)核心技術(shù)的自主開(kāi)發(fā)，加強(qiáng)對(duì)纖維素乙醇示范工程的支持力度，促進(jìn)我國(guó)纖維素乙醇行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化發(fā)展。

3.2 大氣污染防治升級(jí)，纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)化的重要機(jī)遇期

2014年3月，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局、國(guó)家環(huán)境保護(hù)部聯(lián)合發(fā)布了《能源行業(yè)加強(qiáng)大氣污染防治工作方案》。方案指出，為有效利用可再生能源，將積極推進(jìn)生物質(zhì)能的開(kāi)發(fā)利用，重點(diǎn)推動(dòng)生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)、醇—電聯(lián)產(chǎn)綜合利用，繼續(xù)推動(dòng)非糧燃料乙醇試點(diǎn)，2017年生物液體燃料產(chǎn)能要達(dá)到500萬(wàn)t。隨著產(chǎn)業(yè)化環(huán)境的改善，以及各項(xiàng)支持政策的落實(shí)，纖維素乙醇示范裝置的建設(shè)逐步加速。我國(guó)燃料乙醇的發(fā)展已步入轉(zhuǎn)換期，近期纖維素乙醇商業(yè)化裝置的正常運(yùn)行，更預(yù)示著燃料乙醇新的發(fā)展機(jī)遇已經(jīng)來(lái)臨。

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Industry Progress of Cellulosic Ethanol

LIN Xin1,2，WU Guo-qing1,2
（1. National Energy Research (Experimental) Center of Liquid-Biofuels, Beijing 100020，China；2. COFCO Nutrition & Health Research Institute, Beijing 102209，China）

Fuel ethanol has become one of the world's renewable energy industries, and plays an important role in areas such as economy, environment and energy. To use lignocellulose with good energy efficient and environment benefit as raw material to produce fuel ethanol has become a footstone for the sustainable development of the fuel ethanol industry. Although sharp decrease of crude oil price has brought some uncertainties in the second half of 2014, the world ethanol industry continued development with positive policies. Not only the annual production set a new record, but also the construction of cellulosic ethanol commercial facilities accelerated. It is expected that the cellulosic ethanol production capacity will exceed 1 million tons in 2017. In this paper, current status of the fuel ethanol industry was introduced, progress of the cellulosic ethanol industry was reviewed, and development trend of the cellulosic ethanol industry is also discussed.

Fuel ethanol; Cellulosic ethanol; Industry progress

TQ 214

A

1671-0460（2015）08-2028-04

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（“863”計(jì)劃），項(xiàng)目號(hào)：2012AA022304；國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（“863”計(jì)劃），項(xiàng)目號(hào)：2014AA021906。

2015-03-05

林鑫（1984-），男，湖北十堰人，碩士，2011年畢業(yè)于德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)，研究方向：生物質(zhì)能源與化工、工業(yè)酶制劑的應(yīng)用。E-mail：linxin@cofco.com。