发展生物燃料的挑战与选择

本刊特约记者 董俊

石油是一种不可再生能源，长远来看必然需要有新的能源对其进行替代。与欧美国家相比，中国的石油形势要严峻得多。而生物燃料作为一种把农业和工业有机结合在一起的新兴产业，对于发展农业、改善农村经济、解决能源问题具有积极意义。

能源与人类文明的发展息息相关。如今，能源危机和气候变化的双重挑战正在迫使能源需求结构发生改变。

预计未来20年中，全球的石油和天然气进口量持续稳步增长，中国、印度和东盟都会成为能源进口增长迅速的国家。与此同时，气候变化带来的压力也日益严峻。预计在未来20年，如果没有新的政策对碳排放量加以控制，全球的二氧化碳排放量将增加40%。

为了寻找化石燃料的可替代能源，生物燃料成为学、政、商三界最为关注的发展方向之一。然而，生物燃料是否能完全替代化石燃料，还面临着巨大的挑战和考验。

发展缘由

生物能源产业最早出现在二战时期的美国，其初衷并非为了解决能源问题，而是为了消化过剩的粮食。由于第一次世界大战后出现了粮食过剩和价格暴跌的情况，在二战结束前，美国政府就鼓励用谷物制造乙醇汽油，用作汽车燃料。

中国生物燃料的开发也有着相类似的缘由，也是从以粮食为原料发展燃料乙醇开始的。

1995～2000年间，中国粮食的连续丰收让广大农民“望粮兴叹”，卖粮难成了时任国家总理的朱镕基以及中国几亿农民的心头之痛。在1998年前后，包括中央和省级储备粮在内的粮食库存超过3000亿公斤。粮食长期储藏后变成陈化粮，只能用作工业原料，但由于当时转化渠道狭窄，陈化粮的消化十分棘手。

粮食的高产无市让中国开始思考如何在粮食与能源之间寻求契合点。2000年8月国家经贸委布置开展研究乙醇汽油的任务。2001年，由国家发改委牵头组织的研究小组奔赴美国和巴西，但由于巴西使用的原料是甘蔗，于是以玉米为原料的美国更直接地影响了中国最早期的燃料乙醇发展方案。

研究小组调研回国后，高层决定对乙醇汽油实行“先试点，后推广”。为了消化陈化粮，试点地区被圈定为粮食的几大主产区，河南、安徽、黑龙江、吉林、辽宁等地被推向了试点第一线，随后湖北、山东、河北、江苏四省的27个地市也被纳入其中。各试点地区纷纷上报示范性企业，经国务院讨论审批，吉林燃料乙醇公司、河南天冠燃料乙醇公司、安徽丰原生化股份公司以及黑龙江肇东华润酒精公司四家企业被敲定。这四家企业都以粮食为转化原料，除河南天冠公司使用一部分小麦外，其余都用玉米作为原料。由此，我国的生物能源产业正式起步。

但随着连续几年乙醇汽油推广试点范围的扩大，陈化粮早已消化殆尽，乙醇原料的来源开始转向新粮，继而以新粮为主。终于，以玉米为原料的燃料乙醇项目引发了一系列连锁反应。其中最明显的便是，粮食价格直线上扬。“与人争粮，与粮争地”的矛盾被逐渐放大。

2006年12月，国家发改委下发了《关于加强生物燃料乙醇项目建设管理、促进产业健康发展的通知》和《关于暂停玉米加工项目的紧急通知》。2007年6月7日，国务院召开可再生能源会议，玉米变乙醇项目被正式叫停，今后只能“在不得占用耕地、不得消耗粮食、不得破坏生态环境”的原则下坚持发展非粮燃料乙醇。

是非之辩

中国粮价直线上扬的同时，国际粮价也在2007～2008年经历了一轮大幅上涨，人们开始普遍认为，生物能源产业的迅速扩张是粮价上涨的一个重要成因，并纷纷要求对该产业进行限制。由此，用粮食生产生物燃料是否会加剧世界性饥荒成为各国关注的焦点。

经合组织的官员曾发出警告：“如果乙醇占全球燃料消费的10%，那么就意味着美国、加拿大、欧盟和巴西30%的粮食、油料作物和甘蔗等糖类作物都会被用于乙醇生产。”

委内瑞拉总统查韦斯针对世界的乙醇热说，大量使用乙醇燃料是以“饿死穷人”的代价去“喂饱汽车”。美国方面的部分专家也指出，乙醇汽油热将造成世界8亿辆机动车车主与20亿贫困人口大规模的争抢粮食，机动车车主想让汽车动起来，而穷人仅仅想吃饱饭活下来。

2009年，由欧佩克国际发展基金会与奥地利国际应用系统分析研究所(IIASA)合作开展的《生物燃油和粮食安全研究报告》终于完成。这份报告从国家、地区和国际三个层面对未来20～30年生物燃料发展与世界粮食安全的关系作出了评估，认为以粮食作物为生产原料的生物燃料的生产和消费政策必须重新考量，特别是许多发展中国家鼓励发展第一代生物燃料的政策已经威胁到了未来粮食安全，并且抑制了发展中国家的农业产业升级和增值。

随着“与民争粮”的争议声渐起，诸如燃料乙醇消耗的资源比其所能提供的或许还要更多，减排不力，破坏生态等质疑也随之出现。

除此之外，认为生物燃料污染比石化燃料大的声音也见诸报端。英国一家咨询公司DfT曾被英国交通部授权进行了名为“E4tech”的研究项目，调查《规范》中的生物燃料使用计划对森林及其他未开发土地的全面影响。报告称，一些常用来生产生物燃料的植物种类未能达到欧盟可持续发展的最低标准。根据欧盟的标准，每升生物燃料应该比石化燃料至少减排35%的温室气体。但是研究却显示，将棕榈油用作生物燃料时反而会增加31%的温室气体排放，这一结果将森林或牧场被转变为种植园时产生的温室气体计算在内。除了棕榈油，油菜籽油和豆油这些生物燃料量也未能达到欧盟最低标准。

那么，发展生物燃料究竟是不是应该受到指责的行为，又或者是一道矛盾的难题？

“第一代”到“第二代”的更迭

对于发展中国家或水土资源相对紧张的国家而言，用传统的粮食作物如玉米、大豆或经济作物如甘蔗等生产生物能源产品，势必加剧食物和耕地紧张状况。即便是美国等粮食与水土资源相对充裕的国家，传统的生物能源开发与生产方式也正在受到挑战，因而发达国家不断进行生物能源研发的战略调整，积极倡导纤维素乙醇的研发来代替传统的用玉米作为原料的生物乙醇生产。鉴于生物能源开发中存在的原料等问题，尤其是对发展中国家及世界粮食安全的影响，目前生物燃料的开发，已从第一代技术即主要从传统能源植物中获取能源的技术转向从整个植物生物量中获取能源的第二代技术。

对此，中粮集团总裁助理、生化能源事业部总经理岳国君认为，燃料乙醇的发展有三个阶段：第一阶段是以玉米、小麦为原料，发展燃料乙醇的初始阶段。这是一个过渡期，可以为纤维素乙醇打下基础；第二阶段已经是非粮燃料乙醇阶段，以薯类、甜高粱等为原料；第三阶段是以秸秆等农业废弃物为主要原料的纤维素燃料乙醇，这是燃料乙醇未来的发展方向。

纤维素乙醇被誉为第二代生物燃料，与主要以粮食为原料的第一代生物燃料相比。纤维素乙醇的原材料主要是秸秆、木屑乃至城市垃圾等通常未被充分利用的材料。由于其拥有取材廉价及广泛、环境友好性很高等优点，因此备受青睐，世界上许多国家都制定了相关计划，大力发展纤维素乙醇。根据丹麦诺维信公司的预测，到2030年，生物燃料占全球能源的比重将达到9.3%。

目前，世界各国在大力推动纤维素乙醇的发展。美国总统奥巴马于2010年2月初呼吁，美国应该加快生物燃料的开发，以构建美国清洁能源经济基础，创造新型产业及就业岗位，减少美国对他国的能源依赖。按照计划，2022年美国生物燃料年产量要达到360亿美国加仑（1美国加仑约为3.785升）。巨大的商机驱使全球知名的生物化工企业都在开发先进的、低成本的技术，用于生产纤维素乙醇。一些处于领先地位的生物技术公司已经在其示范工厂开始生产纤维素乙醇。

虽然纤维素乙醇优点多多，但与很多新技术一样，生产成本成为决定其能否实现商业化生产的关键。纤维素燃料乙醇的建厂成本比玉米乙醇厂要高出1.5～10倍，目前还不具备大规模商业化的技术条件。同时，在纤维素乙醇的生产过程中，有一个关键要素——酶制剂的价格成为一直以来制约纤维素乙醇商业化的最大瓶颈之一。酶制剂是一类从动物、植物和微生物中提取的具有催化能力的蛋白质，在诸多行业具有广泛应用。在生物燃料生产中，酶制剂不可或缺。主要用它来降解生物质中的纤维素并经预处理成为糖类，然后发酵成为乙醇，再添加到汽油中成为乙醇汽油。优良的酶制剂不仅能够催化有关反应的发生，而且可以大幅提高转化效率，有效降低生产成本。未来纤维素乙醇发展的难点就在于技术的突破，其技术进步的核心是如何降低成本。

中国作为一个农业大国，发展纤维素乙醇产业具有广阔的前景。根据测算，目前中国每年的农作物废弃物数量超过6亿吨，其中至少有一半可以用于纤维素乙醇的生产。如果有关技术能够得到进一步开发和普及，将农作物废料变废为宝，不仅有助于调整能源结构、减少能源进口依赖，还能够实现温室气体的有效减排，并能增加大量的就业机会，增加农民收入。

战略意义

石油是一种不可再生能源，长远来看必然需要有新的能源对其进行替代。据《BP世界能源统计2006》的数据，目前全球石油储量仅可供开采40年。因此对很多国家来说，发展生物能源产业成了一项长期的战略任务。

正是在这种背景下，各国纷纷出台了扶持生物能源产业发展的政策，除了对业内企业提供补贴外，一些国家还出台了强制性的能源替代法令。例如，美国在2005年颁布了《可再生燃料标准》，要求燃料商提高生物燃料的混合使用量，到2012年燃料混合将达到280亿升；法国规划了生物燃料到2015年占燃料比例达10%的目标；巴西更是早在1975年就颁布了《国家乙醇燃料计划》，要求提高乙醇在混合汽油中的比例。正是在这些政策的扶持下，生物能源产业才得以蹒跚起步。

中国也出台了一系列的生物能源产业扶持政策。2006年1月《可再生能源法》正式实施；2006年，政府发布了《关于发展生物能源和生物化工财税扶持政策的实施意见》，同时还出台一些具体的财税扶持政策；2007年9月，国家发改委制订了《可再生能源中长期发展规划》，计划在未来15年内投资约1.5万亿元用于发展可再生能源，到2020年发展燃料乙醇至1500万吨、生物柴油500万吨。

近几年，国外发达国家更是加紧了在生物能源领域的研究和投入。中国科学院院士、中国工程院院士石元春介绍说：“美国、加拿大、巴西等国家正在紧锣密鼓地开展研发工作，对生物能源的投入不断加码。”

据《2010美国能源展望》，到2035年美国可用生物燃料满足液体燃料总体需求量增长，乙醇占石油消费量的17%，使美国对进口原油的依赖在未来25年内下降至45%。2008～2035年美国非水电可再生能源资源将占发电量增长的41%，其中生物发电占非水电可再生能源发电比重达49.3%。

据了解，2009年美国对先进生物燃料研发投入资金超过20亿美元。2010年1月13日，美国能源部部长朱棣文宣布将再投资8000万美元支持先进生物燃料及加油系统设施改造。

此外，近几年巴西生物能源也发展迅速。2009年度巴西乙醇产量为1980万吨，替代了国内56%的汽油，减排二氧化碳4233万吨，提供169万个工作岗位，已有1000多万辆灵活燃料汽车(FFVs)，汽车销售中的90%以上是这类汽车。

与欧美国家相比，中国的石油形势要严峻得多。而生物燃料作为一种把农业和工业有机结合在一起的新兴产业，对于发展农业、改善农村经济、解决能源问题具有积极意义。石元春认为，发展生物能源对增加我国农民收入、破解“三农” 问题、提高能源自给率及实现减排目标都具有极为重要的战略意义。

就当前中国发展生物能源的现状来看，石元春表示，以玉米等为原料的燃料乙醇在我国肯定行不通，纤维素乙醇等先进生物燃料短期内不可能较大规模生产。目前，发展以甜高粱、薯类、菊芋等为原料的1.5代非粮乙醇可以迅速提高这些“非主流”作物的单产和扩大利用盐碱地、沙地、海涂等低质土地，增加农民收入。

目前，清华大学开发的甜高粱秆先进固体发酵(ASSF)生产乙醇技术处于国际领先水平。2009年年底，清华大学李十中教授在内蒙古巴彦淖尔市五原县建设的甜高粱秆发酵罐从5立方米放大到127立方米，进行重复试验，取得了成功。

石元春说：“我们应该关注土生土长的好东西，甜高粱秆生产燃料乙醇技术对中国更有现实意义。我国有3亿多万亩土地可以用来种植甜高粱等非粮能源作物。甜高粱与甘蔗不一样，它对水肥和温度的要求低得多，从大庆到海南都能种植。技术上也是国际一流的，工业化生产没有问题。澳大利亚也在大力发展甜高粱乙醇，称甜高粱为‘超级能源作物’。”

联合国基金会高级顾问JanetHall极力推崇中国的甜高粱秆先进固体发酵生产乙醇技术。她认为，利用耐贫瘠作物甜高粱生产乙醇是解决非洲饥饿、全球粮食安全、农村发展、气候变化等问题的有效手段。