林 鑫，武國慶

（1. 國家能源生物液體燃料研發(fā) (實驗) 中心， 北京 100020； 2. 中糧營養(yǎng)健康研究院，北京 102209）

纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)進展

林 鑫1，2，武國慶1，2

（1. 國家能源生物液體燃料研發(fā) (實驗) 中心， 北京 100020； 2. 中糧營養(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、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年下半年開始劇烈下跌的原油價格雖然帶來了一些不確定因素，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，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，詳細介紹了纖維素乙醇的產(chǎn)業(yè)進展，并對纖維素乙醇的發(fā)展趨勢作了展望。

燃料乙醇；纖維素乙醇；產(chǎn)業(yè)化

燃料乙醇作為優(yōu)質(zhì)的液體運輸燃料，在促進農(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[7]。在美國和巴西的帶動下，世界已有50多個國家或地區(qū)制定了生物燃料配套政策，包括規(guī)定摻混指標或指令、給予稅收激勵[8]。據(jù)RFA統(tǒng)計，2014年世界燃料乙醇產(chǎn)量將達到創(chuàng)紀錄的73 82萬t，較上年增長5%[9]。燃料乙醇已發(fā)展為一個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，作為二代燃料乙醇在美國、巴西、歐洲、中國等國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)。

當前原油價格的急劇下降是否會影響燃料乙醇、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。國際市場原油價格自2014年6月達到高點以來一路下行，美國西德克薩斯輕質(zhì)原油WTI和北海布倫特原油價格至2014年12月已下跌近50%。許多人擔(dān)心會波及燃料乙醇的產(chǎn)量和利潤，實際情況如何呢？以美國為例，燃料乙醇的價格跟隨石油價格大幅下跌，利潤縮減。然而第3、4季度美國燃料乙醇的產(chǎn)量卻仍維持在93～94萬桶/d的高位，RIN（每個RIN代表1加侖對應(yīng)生物燃料[10]）的價格也在不斷上升[11]。石油價格大幅下降后，美國汽油的消費量在達到飽和后開始復(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”問題，也促進了低價燃料乙醇產(chǎn)量的穩(wěn)定。據(jù)美國能源信息署（EIA）統(tǒng)計，2014年美國燃料乙醇產(chǎn)量較2013年增長8%，達到歷史新高4 271萬t，預(yù)計全年混配的燃料乙醇會占到汽油消費量的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行后，美國總的2代乙醇產(chǎn)能將超過25萬t/a。

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

在我國，燃料乙醇的價格與汽油價格掛鉤，為93#汽油調(diào)撥價的 0.9111，受國內(nèi)原油價格波動影響。截止2014年12月29日，國內(nèi)油價已出現(xiàn)11連跌，對燃料乙醇企業(yè)帶來一定影響。但與此同時，國家一如既往地堅持自 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)整了燃料乙醇財政政策，決心逐步取消1代和1.5代燃料乙醇的補貼，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)利潤收窄、燃料乙醇跨入能源項目、審批權(quán)限下放、試點規(guī)模擴大、纖維素乙醇補貼政策發(fā)布、大氣污染防治方案實施等機遇下，纖維素燃料乙醇在國內(nèi)也有望實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，這對國家能源安全、社會安定均具有重要戰(zhàn)略意義。

1 世界燃料乙醇的發(fā)展現(xiàn)狀

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

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

美國2007年通過能源獨立與安全法（EISA）后，宣布了新的《可再生燃料標準》（RFS II），要求到2020年可再生燃料消費量達到360億加侖。截止2015年1月，美國在其29個州建有213家燃料乙醇工廠，數(shù)量接近2007年的兩倍，在建及擴建工廠3家，預(yù)計將增加產(chǎn)能30萬t。據(jù)RFA統(tǒng)計，2014年美國燃料乙醇行業(yè)共生產(chǎn)了4 271萬t燃料乙醇及副產(chǎn)品飼料3 900萬t，創(chuàng)造就業(yè)約38萬個（直接就業(yè)84 000個），貢獻530億美元GDP，帶來270億美元家庭收入和103億美元稅收。燃料乙醇在美國帶動了眾多相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，包括農(nóng)作物種植、農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)、谷物加工及儲存、酶制劑和酵母產(chǎn)業(yè)、法律及會計等服務(wù)行業(yè)。燃料乙醇除了對經(jīng)濟發(fā)展有重要貢獻外，對美國的能源安全也起到了一定的作用。美國的原油對外依存度已由2005年60%的峰值下降到2014年的28%，其中燃料乙醇貢獻了7%。2014年美國生產(chǎn)的燃料乙醇相當于替代了5.12億桶用于汽油煉制的原油，這些原油比美國每年進口沙特阿拉伯的原油量還多，而所替代的原油價值近 490億美元。而中國原油對外依存度已由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，美國政府及相關(guān)機構(gòu)看到2代燃料乙醇的趨勢，從2009年開始大力推動纖維素乙醇的研發(fā)[13]。2012年1月1日，美國取消了對糧食燃料乙醇的補貼，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，美國國家實驗室和工業(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)驗證，表明其不僅在技術(shù)上可行，而且能做到成本有競爭力（2.15美元/加侖）[6]。2013年～2014年兩年間，美國已建成4套纖維素乙醇示范裝置，產(chǎn)能達到18萬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。2008年金融危機后巴西經(jīng)濟不景氣、天氣因素導(dǎo)致甘蔗減產(chǎn)、國際糖價持續(xù)高企，此外，巴西政府為控制通貨膨脹實施了控制燃油價格的措施，使國內(nèi)燃料價格一直低于國際價格。2011年，巴西甘蔗乙醇受此影響產(chǎn)量僅為1 661萬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年巴西首次進口美國玉米燃料乙醇。由于燃料乙醇供應(yīng)量短缺，價格喪失優(yōu)勢，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，保持燃料乙醇價格穩(wěn)定。2013年，國際糖價走低，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)汽油銷售價格，并于5月份出臺法案減免含水乙醇消費稅。據(jù)USDA-FAS統(tǒng)計，2013年巴西燃料乙醇產(chǎn)量預(yù)計1872萬t，接近2008年生產(chǎn)水平（1 933萬t）,2014年的產(chǎn)量與此持平為1 849萬t。

巴西蔗渣原料豐富，其國內(nèi)企業(yè)積極聯(lián)合國際知名能源及生物技術(shù)企業(yè)開發(fā)以蔗渣為原料的二代纖維素乙醇技術(shù)。由巴西國家開發(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公司的目標是到2020年在巴西投產(chǎn)累計近79萬t的二代燃料乙醇工廠。

我國在2000～2001年，為消化陳化糧批準了4個燃料乙醇項目。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t/a木薯乙醇項目竣工投產(chǎn)以來，非糧燃料乙醇產(chǎn)能已達90萬噸/年，年節(jié)省糧食約280萬t。其中，2011年，河南天冠企業(yè)集團有限公司建成了以木薯為原料總能力30萬t/a燃料乙醇生產(chǎn)裝置，同年完成萬噸級纖維乙醇項目的建設(shè)；2012年，中糧生物化學(xué)（安徽）股份有限公司對原有裝置進行改造，形成 15萬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t/a纖維燃料乙醇項目獲得國家發(fā)展改革委批復(fù)，當年投產(chǎn)。

為促進非糧燃料乙醇的發(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t木薯燃料乙醇項目、中國石化東鄉(xiāng)10萬t/a木薯燃料乙醇項目、浙江燃料乙醇有限公司年產(chǎn) 30萬 t木薯燃料乙醇項目、海南椰島（集團）股份有限公司年產(chǎn)10萬t木薯燃料乙醇項目獲得國家發(fā)展改革委批準，產(chǎn)能共計65萬t/a。2014年，我國燃料乙醇年產(chǎn)量約233萬t，其中纖維素乙醇3.2萬t，批復(fù)產(chǎn)能上升至310萬t/a。目前，已經(jīng)封閉運行、實現(xiàn)乙醇汽油試點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個地市，全國E10乙醇汽油的使用量約占汽油表觀消費量的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，開展乙醇汽油試點。

2 纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)化進展

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，國內(nèi)外先后有7套3～7.5萬t/a規(guī)模的纖維素乙醇示范裝置投入試運行，累計產(chǎn)能超過40萬t/a。表2和表3列出了世界[16-22]及我國[23-26]主要纖維素乙醇示范裝置，預(yù)計到2017年，全球至少有25個項目投產(chǎn)，纖維素乙醇年生產(chǎn)能力超過100萬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Nevada 的9萬t/a裝置，正處于項目收尾階段，將于2015年初投產(chǎn)。2014年9月和10月Abengoa公司位于美國雨果頓（Hugoton）以及POET-DSM先進生物燃料公司位于美國埃米茨堡（Emmetsburg）的7.5萬t/a裝置分別運行投產(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)，整個工廠分為兩個部分，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)上擴建，采用Iogen公司預(yù)處理技術(shù)，在2014年底建成3.2萬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t/a裝置和河南天冠的沼氣（主要來自戊糖）——乙醇（來自葡萄糖）聯(lián)產(chǎn)裝置。在建及規(guī)劃的項目包括、吉林燃料乙醇引進杜邦工藝的 8萬噸/年裝置以及安徽國禎和意大利M&G的合資項目、河南天冠的4套3萬t/a纖維素乙醇規(guī)劃項目。

表3 我國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，是未來的趨勢

國內(nèi)外多年來的推廣應(yīng)用經(jīng)驗表明，燃料乙醇是我國促進農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展、創(chuàng)造國內(nèi)就業(yè)機會、減少化石燃料依賴、降低燃油價格、清潔環(huán)境的有力解決方案之一。而從長期看，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，是燃料乙醇未來的發(fā)展方向。

3.2 國家重點扶持，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)略行動計劃（2014-2020年）》中，我國已明確提出加強先進生物質(zhì)能技術(shù)攻關(guān)和示范，重點發(fā)展新一代非糧燃料乙醇。為此，相關(guān)部門已出臺一系列財稅補貼政策，在“核準生產(chǎn)、定向流通、封閉運行、有序發(fā)展”的基本原則下，鼓勵核心技術(shù)的自主開發(fā)，加強對纖維素乙醇示范工程的支持力度，促進我國纖維素乙醇行業(yè)的標準化和規(guī)范化發(fā)展。

3.2 大氣污染防治升級，纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)化的重要機遇期

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

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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

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（“863”計劃），項目號：2012AA022304；國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（“863”計劃），項目號：2014AA021906。

2015-03-05

林鑫（1984-），男，湖北十堰人，碩士，2011年畢業(yè)于德國亞琛工業(yè)大學(xué)生物技術(shù)專業(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。