1 中国生物液体燃料规模化发展研究 （专题报告 一 ） 国际生物液体燃料发展趋势和政策实践 国家发展和改革委员会能源研究所 可再生能源发展中心 2008 年 8 月 I 目 录 一、介绍 1 二、争论漩涡中的生物燃料产业 . 1 （一）国际生物液体燃料产业总体展望 . 1 （二）近期关于生物液体燃料产业的争论 . 2 三、发展历史回顾和形势分析 3 （一）生物燃料的兴衰和复兴机遇真的来了吗 . 3 （二）美国加速发展的全球领先者 . 4 （三）巴西农业大国的曲折及成功范例 . 5 （四）欧盟全球环保领军者的艰难决策 . 6 （五）其它国家 . 7 四、生产使用技术和潜力生物液体燃料是可行有效的清洁替代燃料吗 7 （一）清洁交通燃料需求及生物液体燃料市场潜力 . 7 （二）生产应用技术路线和经济竞争力 . 8 1、传统生物液体燃料 8 2、第二代生物液体燃料 10 （三）能源产出效益和温室气体排放影响 . 12 （四）资源条件和发展潜力 . 14 （五）小结 . 15 五、粮食安全和农业经济谁影响粮食安全发展了谁的农业经济 15 （一）生物液体燃料的粮食安全影响 . 16 （二）生物液体燃料产业与农业经济 . 20 六、政策走向及全球治理如何确保生物液体燃料产业促进可持续发展 . 22 （一）主要国家生物液体燃料产业政策 . 22 1、多重目标下的政策体系 22 3、环境政策 25 3、可持续准则和认证 26 4、贸易政策 27 II 5、小结 29 （二）生物液体燃料产业全球治理的重要交汇点 . 29 1、作为全球治理交汇点的生物液体燃料产业 29 2、生物液体燃料产业的全球治理框架初探 31 七、我国生物液体燃料产业发展的机遇、挑战和对策 34 （一）我国生物液体燃料发展现状、机遇和挑战 . 34 （二）国际生物液体燃料产业发展对我国的启示、影响和对策分析 . 35 八、结论和建议 36 1 一、 前言 20 世纪 90 年代以来 ， 在促进农业发展、保障能源安全、应对气候变化、保护环境等目标驱动下， 越来越多的国家都制定 实施 积极战略和政策加快发展生物液体燃料产业 。但近年全球生物液体燃料产业 的快速扩张对全球粮食安全和自然生态环境的潜在影响也 逐步 显 现 ， 有待于建立促进可持续发展的生物液体燃料产业发展道路 。 在未来数十年，我国作为最大发展中国家面临 加快 社会经济发展的重要任务，在保障能源安全、保护自然和生态环境、促进农村农业发展等方面都面临着巨大挑战 。因此， 深入考察评估国际生物液体燃料产业发展前景和影响， 对 探讨我国生物液体燃料产业及相关领域的发展 战略和对策， 对于 切实促进经济、社会和自然可持续发展具有 重要 意义。 为此，本 报告 考察 了 国际上生物液体燃料 产业 发展历程和现 状 ，分析 了 生物液体燃料产业发展方向和潜力、与粮食安全和农业经济的关系、以及未来政策走向 等，提出促进全球和我国社会经济可持续发展的生物液体燃料产业发展道路和政策 。 具体地， 本文包括如下几个部分。第二部分总结近期 关于 生产使用 生物液体燃料的 前景评价 和 主要争论 。 第三部分深入回顾分析 全球生物液体燃料产业的兴衰历史、主要国家的发展现状、战略和政策。第四部分考察分析 生物液体燃料的清洁高效技术发展方向和未来潜 力 。 第五部分讨论分析生物液体燃料产业与粮食安全的关系。第六部分考察分析国际上主要国家生物液体燃料产业相关政策，探讨了加强生物液体燃料产业全球治理的必要性和基本框架。第七部分分析了我国 生物液体燃料技术产品开发和应用方向、合理利用国内外两种资源市场、 推动国内外 建立 促进可持续发展的生物液体燃料产业 监管和政策的相关建议。 第八章为结论和建议。 二、争论漩涡中的生物燃料产业 （一）国际生物液体燃料产业总体展望 近些年来，全球生物液体燃料生产使用量迅速增加， 2007 年全球 主要国家的 燃料乙醇和生物柴油产量估计分别达到约 4000 万吨和 880 万吨。而且，许多国家对生物液体燃料寄予厚望，提出雄心勃勃的发展目标和扶持政策。据国际能源机构预测（ IEA， 2006），今后二十多年的全球生物液体燃料消费量在基准情景下将年均增长 6.3，从 2005 年的 2000 万 toe（ 占全球道路交通燃料需求的 1）增加到 2030 年的 9200 万 toe，届时约占全球道路交通燃料需求的 4；在替代政策情景下将年均增长 8.3，到 2030 年增加到 1.47 亿 toe，届时占全球道路交通能源需求的 7（见表 1）。届时，巴西、欧盟和美国等领先国家 /地区的生物液体燃料在道路交 通燃料总量的比例则可望分别达到 30、 14和 7。 2 表 1 国际生物液体燃料消费量现状和预测（单位万 toe） 2004 2010 2015 2030 基准情景 替代政策 情景 基准情景 替代政策 情景 基准情景 替代政策 情景 经合组织 890 3050 3470 3900 5160 5180 8420 转型国家 0 10 10 10 20 30 50 发展中国家 650 1090 1400 1530 2110 4040 6200 合计 1550 4150 4880 5440 7300 9240 14670 资料 来源 IEA, 2006 2007 年，国际能源机构 IEA， 2007 根据最新进展对全球生物液体燃料发展前景作出了更加积极的预期，生物液体燃料消费量在 2030 年达到 1.021.94 亿toe，届时石油燃料替代量约为 210 万 340 万桶 /日；如果实现了 以 纤维素生物质为 原料的 第 2 代生物液体燃料的大规模生产应用， 2030 年生物燃料使用量将达到 3.3 亿 toe。对于更远期，国际能源机构（ IEA， 2006）预计，认为若实现技术突破，全球生物液体燃料使用量在 2050 年可望达到约 5 亿 toe,甚至可 望超过 8亿 toe，届时占世界液体燃料总需求的 13。 （二）近期关于生物液体燃料产业的争论 虽然生物液体燃料在近年来发展迅速 并 初步展示了 广阔 的发展潜力 ， 但是随着生物液体燃料生产使用量对原料需求的快速增加、以及欧美陆续提出更加积极的中长期发展目标，近年来生物液体燃料也日益引发了众多争议和批评。 批评者认为，大规模发展生物液体燃料对替代石油和保障能源安全的潜力十分有限，即使利用全部美国现种植的 9000 万公顷玉米也只能满足美国 1215的交通燃料需求，而且 显著推 高了农产品和食物价格，威胁粮食安全。对于生物燃料的 实际减排温室气体效果和潜力，许多机构也提出质疑，认为玉米乙醇等生物燃料及其原料的整个生产过程的能耗并不低于所提供的能量，甚至还要消耗更多能源；生物燃料减排温室气体的效益也十分有限，而且在热带地区国家毁坏现有森林发展生物液体燃料将会引起显著碳释放，将抵消替代石油燃料所减排的温室气体。 因此，这些批评者认为 ， 生物液体燃料为一种错误的选择，欧美等国的发展目标和积极政策也应该取消或缓行。 但是，有的研究机构称，发展能源作物 和生物液体燃料 并不必然威胁粮食安全 ， 因为可通过技术创新提高原料单产量、利用农作物秸秆等传统农业废 弃物、开发边际土地种植专用能源植物等途径扩大发展潜力 。支持者还认为， 生物液体燃料的技术进步和产业监管制度（如可持续生物燃料认证）能够促进实现更加显著的 化石 能源替代和温室气体减排 效益。也就是说，如果采取积极的、正确的技术、产业和环保政策，生物液体燃料完全可以实现其社会经济目标。欧盟委员会即针对有关欧盟生物液体燃料目标和政策的批评反驳道，其生物液体燃料发展战3 略是符合欧盟的自身情况和利益的。美国则于 2007 年在国内外争论质疑中通过了能源独立与安全法案 2007，提出 2022 年生物液体燃料等再生燃料使用量达到 360 亿加仑（约 1.12 亿吨）的目标。 总的来说，不同研究机构、专家和国家对生物液体燃料产业的发展道路、影响和战略政策存在着 不同视角、倾向和观点 ，反映了生物液体燃料产业自身及其社会经济含义的复杂性，也使得国际生物液体燃料产业处于亟需进行认真审视的重要道路关口。 三、历史回顾和 形势 分析 （一）生物燃料的兴衰 和复兴机遇真的来了吗 生物液体燃料的 应用起始于 19 世纪末内燃机的发明。但是在 20 世纪 70 年代以前，生物液体燃料只限于乙醇和植物油，而且自石油资源大规模开发以来长期只有小规模生产使用作为石油的补充燃料，只 是 在部分石油资源严重匮乏地区或第二次世界大战期间才有局部或短期规模化应用。 20 世纪 70 年代的两次石油危机推动了生物液体燃料的首次发展热潮和规模化生产 和 应用，主要是巴西甘蔗乙醇和美国玉米乙醇计划，包括中国在内的其它许多国家在 70 年代也不同程度和成效地开展了本国生物液体燃料的生产应用 活动 。但是，随着国际油价的快速回落，除巴西、美国外，大部分国家生物液体燃料计划就停滞了。进入 20 世纪90 年代，促进农业经济和保护环境成了推动生物液体燃料产业发展的新动力。例如，欧盟为了给“休耕地”开拓新的市场，对以植物油为原料的生物柴 油开始实施税收优惠政策，推动了欧洲（特别是德国）生物柴油产量快速增加；美国通过空气清洁法（修正案）要求在汽油中添加乙醇或 MTBE 等含氧燃料；本世纪初，当美国发现常用汽油添加剂 MTBE 将危害地下水时， 20 多个州立法禁止使用 MTBE，进而推动燃料乙醇使用量的快速增长。 2002 年以来，国际石油供需形势的日益紧张和价格持续攀升使得生物液体燃料经济竞争力逐步 增强 ，气候变化问题也加大了交通部门减 少 温室气体排放的压力，加上欧美等国对生产应用生物液体燃料施行优惠的财税政策，从而全面推动了 国际 生物液体燃料产业的蓬勃发展。 目前，以多种糖和淀粉类作物为原料的燃料乙醇和以植物油脂为原料的生物柴油等生物液体燃料（通常被称为传统生物液体燃料），已经实现商业化生产应用，近数年来全球生产使用规模迅速扩大。燃料乙醇是目前全球生产使用规模最大的生物液体燃料。 2007 年全球燃料乙醇和生物柴油产量估计分别达到约 4000万吨和 880 万吨， 90集中在美国、巴西和欧盟地区。许多国家近年来纷纷制定扩大生产使用燃料乙醇的计划，提出了雄心勃勃的发展目标（见表 2）。 2005 年以来，随着传统生物 液体 燃料在资源潜力、环保效益、燃料性能、粮食安全影响等方面的 制约因素开始受到严重关切，国际社会和生物液体燃料产4 业界日益重视发展十分多样的非粮生物液体燃料，包括以农林业有机废弃物、专用非粮能源植物 /微生物等生物质为原料的燃料乙醇、 生物柴油、 合成柴油燃料 、新型醇类燃料、 以及氢燃料等（通常称为第二代生物燃料）。目前，欧美等领先国家和企业 正在 建 设 一批万吨级 规模的 生物合成柴油、纤维素乙醇示范项目， 一般 预计在今后十年 将 逐步实现商业化。 表 2 主要国家生物液体燃料发展现状及目标 国家 产品及主要原料 2007 产量估计 （万吨） 发展目标 乙醇 生物柴油 乙醇 生物柴油 乙醇 生物柴油 美国 玉米 大豆油、废 弃油脂 1987 152 2012 年 75 亿加仑， 2022 年 360亿加仑（含 150 亿加仑升纤维素乙醇及其它新型燃料） 巴西 甘蔗 大豆、蓖麻、 棕榈油 1518 22 2007 年 使用E25 燃料 2008 年 推广 B2燃料 ， 2013 年 推广 B5 燃料 中国 玉米、甘薯、木薯 废油 129 10 200 万吨非粮原料乙醇 20 万吨 加拿大 玉米、小麦、 动 植物油 脂 81 9 2010 年 E5 2012 年 B2 欧盟 小麦、甜菜 菜籽油、葵花油、大豆油 186 594 在 车用 燃料中的比例在 2010 年应达到 5.75， 2020 年计划达到10 印度 糖蜜、甘蔗 小桐子、棕 榈油 32 4 2008 年 E10 2012 年 B5 印度尼西亚 甘蔗、木薯 棕榈油、小 桐子油 0 37 在道路交通燃料中的比例在 2010年达到 10 马来西亚 无 棕榈油 0 30 无 近期为 B5 泰国 糖蜜、木薯、甘蔗 棕榈油、废 油 24 24 2011 年 E10 扩大一倍 2012 年 B10 合计 - - 3957 882 - - 资料 来源 主要 整理自 William Coyle, The Future of Biofuels A Global Perspective,2008 （二） 美国 加速发展的全球领先者 美国目前是世界上燃料乙醇的主要生产国，也是生物燃料的领导者，正在推动实施规模空前的生物液体燃料计划。 上世纪 70 年代的国际石油危机期间，美国大规模开展了乙醇发展计划，利用玉米生产燃料乙醇，推广在汽油中掺混 10乙醇的混合车用燃料 （ 即 E10 燃料），并实行减免联邦消费税的优惠政策 。 19905 年 ，美国 燃料乙醇产量 已 从 1979 年的 1000 万加仑（约 3 万吨）迅速增加到 8.7亿加仑（约 270 万吨）。美国在 1990 年通过的空气清 净法（修正案）及 90年代末以来对可能污染水体的 MTBE 添加剂的禁用令，进而使得燃料乙醇作为汽油含氧添加剂的需求快速增加。 2005 年美国通过能源政策法案 2005， 建立 再生燃料份额制度 （ RFS） ，要求使 美国可再生燃料（ 在可预见期内主要是生物液体燃料 ）利用量 逐年递增到2012 年 75 亿加仑（约 2320 万吨）。实际上，由于 2005 年以来国际油价飙升、美国联邦政府对燃料乙醇实行 54 美分 /加仑的税收优惠政策（以及众多州的财税优惠政策）等积极因素，使得美国玉米乙醇产业产能和产量迅速增加。美国的生物柴油产业自 2000 年以来也在税收优惠和高油价激励下迅速起步壮大。 2007 年 ，美国燃料乙醇产量已达到 64 亿加仑（约 1980 万吨），生物柴油产量达到 4.5 亿加仑（约 150 万吨），预计在 2008 年就可提前 4 年达到 2012 年 75 亿加仑消费量的发展目标。目前，美国的燃料乙醇产用量约占全球的一半，全国 45的汽油均添加了 10的燃料乙醇。 美国总统在 2007年提出到 2017年通过发展生物液体燃料和提高能效等手段使 2017 年的汽油消费降低 20，其中生物液体燃料的使用量要达到 350 亿加仑（约 1.08 亿吨）。经过广泛讨论，美国国会于 2007 年底通过最新的能源独立和安全法案 2007，进而要求再生燃料使用量逐年增加，在 2022 年达到 360 亿加仑（约 1.1 亿吨），预计届时将占美国车用燃料的 22。 能源独立和安全法案2007最令人瞩目的特点是在继续显著扩大玉米乙醇使用量的同时快速提升先进生物然料的使用量，要求传统生物液体燃料（特指以玉米淀粉为原料的燃料乙醇）的年使用量逐步增加并在 2015 年 后将 稳定在 150 亿加仑 约 4650 万吨 ， 其余将由 “ 先进生物燃料 ” 提供 ，包括纤维素燃料、生物基柴油（即以动植物油脂为原料的生物柴油）以及不加单独规定的其它 生物燃料。 （三） 巴西农业大国的曲折及成功范例 巴西长期以来是国际上最主要的生物液体燃料生产使用国，主要利用甘蔗生产燃料乙醇。巴西自 1975 年启动实施“全国乙醇项目（ Prolcool）”，到上世纪80 年代末的年使用量已达到约 1000 万吨，乙醇汽车的销售已占汽车产量的94.4。但是在 80 年代末，巴西政府因为 较 重 财政负担而停止了对全国乙醇项目的支持。 1990 年“海湾战争”后国际原油价格高涨，巴西政府又对全国乙醇项目给予高度关注和支持，于 1993 年出台法律规定汽油中掺加乙醇的比例为2025％，推动了甘蔗燃 料乙醇的扩大生产使用， 使得 生产使用量 在 1997 年 达到约 1200 万吨。在上世纪 90 年代中后期，随着国际原油价格逐步回落至 10 美元 /桶以下，巴西甘蔗乙醇的产量又一次逐步下降。 但近年来国际油价的迅速飙升又推动了巴西燃料乙醇的产量。 2007 年，巴西利用 340 万公顷的甘蔗生产了大约1500 万吨燃料乙醇，扣除出口后约替代了国内 48的汽油。 6 巴西 还 计划扩大燃料乙醇项目，在增加国内清洁替代燃料供应的同时，并力争扩大出口，计划到 2015 年生产燃料乙醇约 3000 万吨，比 2007 年约增加一倍。巴西于 2006 年启动生物柴油计划， 推广在普通柴油中 掺加 2生物柴油的混合燃料（即 B2 燃料），计划在 2013 年后在全国推行 B5 燃料，预计到 2013 年 使 生物柴油年产量达到 200 万吨。 （四） 欧盟 全球环保领军者的 持续努力 欧盟地区虽然在生物液体燃料产业的起步和规模上均落后于美国和巴西，但日益重视根据自身情况发展生物燃料产业。如前所述，上世纪 90 年代中期欧盟出于农业保护目的的休耕地政策推动了生物柴油等产业的起步。进入本世纪，随着石油进口依存度和气候变化压力的不断增加，欧盟日益把生产利用生物液体燃料作为 保障 能源安全 和减排温室气体的战略举措。欧盟交 通部门的温室气体排放在 1990 至 2010 年期间预计增加 50， 新增量约为 11 亿吨，其中 83来自道路交通。交通部门的石油依赖度也高达 98。 2003 年欧盟颁布关于促进交通部门使用生物燃料和其它再生燃料的指令（以下简称指令 2003），推动各成员国生产利用生物液体燃料，包括生物燃料乙醇、生物柴油（脂肪酸甲酯）、沼气和生物甲烷、生物二甲醚（ Bio-DME）、利用生物乙醇生产的乙基叔丁基醚（ ETBE）、利用生物甲醇生产的生物甲基叔丁基醚（ Bio-MTBE）、合成生物燃料、生物氢、纯植物油等。指令 2003为各成员国提出了指示性目标，即生物液体燃料在欧盟道路交通燃料（特指汽油和柴油）中的比例（以能量计算）在 2005 年应达到 2， 在 2010 年应达到 5.75。指令还要求各成员国制定财税优惠政策等促进实现该目标。在指令 2003及各国扶持政策激励下，许多欧盟成员国的生物液体燃料产用量持续增加，在20032005 年增加约一倍，主要是生物柴油。 但是，截止到 2005 年，整个欧盟地区的生物液体燃料使用量在道路交通燃料中的实际比例只达到 1，仅为预定目标 2的一半，只有德国（ 3.8）和瑞典 （ 2.2） 超过了 2的目标。就生物燃料品种而言，生物柴油占柴油的比例达到 1.6，而燃料乙醇仅占到汽油燃料的 0.4。欧盟目前普遍认为， 2010 年生物液体燃料在道路交通燃料中的份额达到 5.75的目标不大可能实现。 为了加快发展生物液体燃料，欧盟委员会在 2006年 2 月发布了生物液体燃料战略，提出了一系列鼓励生产应用生物液体燃料 特别是第二代生物液体燃料 的发展战略和政策措施，涵盖目标引导、土地供应、市场拉动、技术支持、财政扶持等方面。 2008 年，欧盟委员会又提出新的发展目标，在 2020 年使再生燃料满足欧盟地区 10的道 路交通燃料 需求 ，预计 届时年使用量 约为 3460 万 toe。 为促进实现该目标， 欧盟委员会 提出各成员国可采用税收减免和再生燃料配额这两种政策。德国的税收减免政策已显著促进了生物液体燃料的生产应用。但近两年来，为了减轻政府财政负担、避免在高油价下的过渡补贴、激励生厂商降低生产成本，法7 国、奥地利、德国等成员国已经或准备采用配额制度，要求燃料供应商必须在国内燃料市场中供应一定比例的生物液体燃料。如果没有合理理由和新的科学发现而没能事先预定目标，欧盟委员会 拟 在评估的基础上提 出制定 应对措施，包括适当方式的强制性目标。 （五） 其它国家 在国际市场油价居高不下的背景下 ， 其他许多发达国家和发展中国家近年来也积极推动本国的生物液体燃料生产应用。印度已推行燃料乙醇计划数年，计划在中期全国推广 E5 燃料，并开始积极推动发展以小桐子为原料的生物柴油计划。加拿大政府在 2006 年宣布计划实施生物燃料掺混政策，计划在 2010 年推广 E10燃料，在 2012 年推广 B5 燃料。日本计划自 2007 年起推广使用乙醇 掺混比例为3的 乙醇 汽油 燃料 （ E3 燃料） ，在 2020 年前推广率达到 50以上，到 2020 年以后开始推广乙醇 掺混比例为 10的 乙醇汽油燃料 ，到 2030 年 使推广率达到 百分之百。生物液体燃料产业在许多具有优厚土地和气候条件的拉美地区和东南亚国家 也 被视为减少石油进口压力、形成新的经济增长点的重要机遇。印尼、马来西亚、阿根廷、乌拉圭、哥斯达黎加、哥伦比亚、巴拉圭、智利等国都通过国家立法、掺混比例目标、财税扶持政策手段促进本国生产使用利用甘蔗、棕榈油、大豆油等原料生产燃料乙醇和生物柴油。 四、 生产使用技术 和潜力 生物液体燃料是可行 有效 的清洁替代燃料吗 （一） 清洁交通燃料需求及生物液体燃料市场潜力 普遍预计， 全球交通部门能耗和温室气体排放持续显著增加，仍将依赖石油燃 料， 供需形势日益紧张 ， 亟待寻找清洁替代燃料 。 国际能源机构（ IEA， 2007）预测 ， 2030 年交通部门的年能耗量和年二氧化碳排放分别比 2005 年新增 11.5 亿toe 和 29 亿吨 CO2，分别占同期世界每年一次能源消耗总量和温室气体排放总量新增量的 18和 19（ IEA， 2007）。虽然中国、印度等发展中国家交通部门的能耗和温室气体排放量增加速度最快，但发达国家的 交通运输部门更是能源消耗和温室气体排放增加的主要来源，例如 2020 年欧盟地区道路交通部门的 CO2排放量将比 2005 年增加 7700 万吨，占同期 1.26 亿吨 的总新增排放量的 61。而且，随着石油供应形势的日益紧张和价格的不断高涨，发展替代燃料的经济动力又一次增强。因此，寻找清洁替代燃料已成为保障能源安全（特别是交通部门能源安全）、减排温室气体的必然要求。 随着现代汽车技术和生物质能资源转化利用技术的持续创新，生物液体燃料成为交通部门近中期 最有希望 实现大规模生产应用的规模化替代燃料。自 19 世界末内燃机发明后并逐步技术成熟、成为世界主导车用动力装置之后，液体燃料就与内燃机一道形成了长期稳固的车用动力燃料技术体系。虽然自 20 世纪 80年代以来，国际社会持续研究替代性车 用燃料和动力装置，如电动汽车、天然气8 汽车、液化气汽车、以及燃料电池车，但是由于高成本和低便利性（基础设施少、行驶里程短等）都没有实现大比例替代。据预测， 2030 年前内燃机仍将在交通体系中占据主流位置，也将继续依赖液体燃料。 值得特别指出的是，鉴于全球庞大而高度统一的道路交通基础设施体系和汽车及燃料市场，与现有基础设施的兼容性和快速商业化发展前景是交通部门新型替代燃料胜出的重要条件。 2000 年以来欧美致力于开发革命性的 氢燃料电池 车 ，但 由于生产成本高、需要全新基础设施、距离商业化应用较远而 被日本混合动力 汽车 技术 迅 速抢占大量市场。因此，欧美汽车业界也 更加注重在近中期可迅速市场商业化、于现有基础设施兼容的交通能源技术 ，即与车用内燃机相兼容的液体燃料 。 生物质资源是唯一能被储存的、可再生的碳源，生物液体燃料则具有燃料性能及兼容性较好、清洁且可再生、资源基础广阔等优点，而且已具有规模化生产应用的实际经验，被普遍视为可预见期内唯一具有大规模生产应用潜力的清洁交通替代燃料。 虽然航空、航海和铁路运输业也开展了在飞机、火车和轮船上应用生物液体燃料的研究试验，以探索替代能源方案和减排温室气体措施。但是，由于传统生物液体燃料存在能量密 度低、冷凝点高、稳定性差等问题，即使考虑到合成燃料具有一定应用潜力，考虑到航空部门燃料体系更加苛刻且相对缺乏灵活性，生物液体燃料近期最好用于地面道路交通 。因此， 道路交通部门是近中期生物液体燃料的主要应用领域，汽车、发动机及燃料系统 及其 技术变革将 引导、推动 生物液体燃料的市场应用。 （二） 生产应用技术路线 和经济竞争力 生物液体燃料具有非常多样的原料资源、生产技术路线和产品。根据生物液体燃料的生产技术，生物质资源可分为木质纤维素、淀粉和糖、动植物及微生物油脂等。在可预见期内，主要的生物燃料产品主要是燃料乙醇、生物 柴油（脂肪酸烷基脂）、生物油（生物质热解油）、催化加氢生物柴油（碳氢燃料）、费托生物柴油 、生物甲烷、生物甲醇、生物二甲醚、生物氢等 （见图 1） 。鉴于前述原因， 本 报告 只讨论与车用发动机兼容、近中期可望实现商业化生产应用的生物液体燃料。目前，以粮糖油为原料的燃料乙醇和生物柴油已总体上具备一定的经济竞争力，进入商业化阶段，而其它种类生物液体燃料的生产技术还不成熟、生产成本还显著高于汽油柴油等石油燃料，预计在中远期才能具备经济竞争力 （见图2） 。 1、 传统生物液体燃料 从 国际上看，以甘蔗、玉米、薯类等糖和淀粉为原料的 燃料乙醇生产技术具有长期的工业化应用经验，以油脂为原料的生物柴油生产技术也有十几年的应用历史 ，都比较成熟，产品与现有车用燃料（汽油 /柴油）及发动机具有良好兼容性，已经实现了商业化、大规模的生产应用，主要通过掺混汽油和柴油用作车用燃料，通常称为传统生物液体燃料（或第一代生物液体燃料）。 9 图 1 利用生物质资源生产液体燃料的技术路线 资料 来源 IPCC 第三工作组 , 2007 图 2 生物液体燃料生产成本及与石油燃料的比较 资料 来源 IEA,WEO2006 传统生物液体燃料生产成本的 80为 原料成本，因而其成本和经济竞争力在很大程度上取决于原料种类、生产区域和气候条件。目前，具有优越气候条件和高原料单产的热带地区 /国家拥有较低的生产成本，例如巴西利用甘蔗生产的燃10 料乙醇和东南亚国家利用棕榈油生产的生物柴油。目前巴西利用甘蔗生产乙醇的成本最低，约为 0.2 美元 /升（折合 0.3 美元 /升当量汽油），在石油价格为 4050美元时即能够与汽油相竞争。巴西之外的世界上大部分国家的传统生物液体燃料的生产成本还明显高于汽油和柴油等传统石油燃料。例如，美国和欧洲国家分别用玉米和小麦生产燃料乙醇，平均生产成本分别约为 0.3 美元 /升和 0.55 美元 /升（考虑补贴），只有在 70100 美元 /桶的国际油价下才具备经济竞争力；生物柴油在美国（大豆原料）和欧洲（油菜籽原料）的生产成本分别约为 0.5 和 0.6 美元 /升柴油当量，当国际油价在 80 美元 /桶时才具有竞争力。 有关研究显示了更保守的成本和经济竞争力， 欧盟地区传统的 （ 以菜籽油等为原料的 ） 生物柴油和（以甜菜等为原料）燃料乙醇分别在国际原油价格为 6076 欧元 /桶（合 90114 美元/桶）和 6385 欧元 /桶（ 95127 美元 /桶）时能够与汽 /柴油相持平。 在过去数十年中，生产技术工艺 和规模经济效益的持续改进曾经有效地推动了传统生物液体燃料生产成本的显著下降 。 通过提高规模经济和原料作物单产量、继续改进技术工艺，传统生物液体燃料还具有进一步降低成本的空间，预计2030 年之前可进一步降低 30。但是，近年来 国际油价不断冲高 ， 最高接近 150美元 /桶 ， 使得 原油与玉米价格比在 2004 年后快速攀升，导致以玉米为原料的燃料乙醇的经济竞争力迅速增强 。 但随着 粮食 价格自 2006 年 9 月以来的快速增加 ，传统生物液体燃料的竞争力明显削弱 。 2、 第二代生物液体燃料 近年来，国际生物液体燃料技术和产业正在酝酿升级转型 ，积极转向非粮原料，大力发展以纤维素类生物质为原料的新型醇类和合成燃料，并积极探索生物液体燃料与化工产品、热力和电力产品的多联产技术，为生物液体燃料的扩大生产应用开辟了广阔道路。以地球上丰富的纤维素生物质为原料，可通过多样、多层次的加工转换技术生产多种生物液体燃料，例如燃料乙醇、生物油（ biooil）、合成柴油（碳氢燃料）、合成汽油、甲醇、二甲醚、氢燃料等。另外，近年来一些新的原料、技术、产品和产业模式也引起了重视，例如利用高产富油微藻生产生物柴油、发展具有更优良燃料性能的丁醇燃料、优化整合多种生产工艺和产 品实现生物精炼（ biorefinery）等。这些生物液体燃料技术虽然尚未成熟，但由于比传统的燃料乙醇和生物柴油具有更广阔的资源基础和更优良的燃料性能，近年来已成为生物液体燃料产业发展的新热点和长期战略方向，通常被称为新型生物液体燃料（或第二代生物液体燃料）。最新进展显示，第二代生物液体燃料技术中发展较快、发展前景最广阔的主要是纤维素乙醇、生物费托合成燃料、以及综合各种技术的生物质精炼厂。近年来，生物丁醇、加氢生物柴油和微藻生物柴油燃料也得到一些企业和研究机构的重视。 纤维素乙醇是近期最受关注的生物液体燃料技 术方向。近年来，国际社会特别是美国等发达国家 尤其重视发展纤维素生物液体燃料，已取得积极11 进展。据报道，美国国家可再生能源实验室 （ NREL） 以玉米秸秆生产乙醇的原料单耗降到了 3.75t 原料 /t 乙醇。 2007 年美国能源部 （ DOE） 计划 支持 新建 6 个商业化 燃料乙醇精炼厂 ， 发展以纤维素为原料生产燃料乙醇的商业化技术。全球首家生产销售纤维素乙醇的加拿大 Iogen 公司，在政府支持下计划于 2011 年建成年产 7 万吨纤维素乙醇的工业化项目。但是，纤维素乙醇技术的工业化 、商业化 应用目前仍面临障碍，主要是纤维素原料转换复杂、 固定投资成本高、纤维素酶成本高、原料利用率（难以利用半纤维素和木质素，原料利用率只有 40）和乙醇产出率低，仍有待于开发低成本高效的纤维素原料预处理技术、纤维素酶、全规模生产装置、以及系列化产品，以降低投资和运行成本、提高原料利用率和总体经济效益。 因此，纤维素乙醇何时能够实现商业化仍存在很大不确定性，一般预期在未来 515 年内实现商业化。 费托合成柴油是一种成熟的技术，目前在煤制油（ CTL）和气制油 （ GTL）领域实现商业化应用。以纤维素类生物质为原料的生物费托合成柴油（或称为BTL）技术和产品特性与已实现商 业化的煤制油 （ CTL）和气制油（ GTL） 十分相似，是一种具有较好工业基础和发展前途的技术方向。德国作为煤制油（ CTL）技术的发源地，在生物质合成柴油领域也处于全球领先地位。德国科林公司（ CHOREN）于 2008 年初建成了年产 1.5 万吨生物费托合成柴油（称为 Sunfuel）的全球首个工业应用示范工厂，并计划在 2015 年前建设若干更大规模的工业化项目。 生物精炼技术是生物质能的资源综合利用技术，即通过利用多种生物质原料、整合复杂的原料加工转换工艺、引入供热和热电联产等高效能源利用技术，同时生产生物燃料、高价值化 工品、热和电力等，被视为生物液体燃料产业的根本发展方向。目前，国际上正在积极开展各种生物精炼技术和工厂方案的研究试验。值得指出的是，生物炼制和石油炼制类似，但鉴于生物原料的多样性及农业特点，将包括宏观层次上的农业系统、工业系统和环境系统之间的整合。 另外，丁醇燃料的原料与生产技术类似于燃料乙醇，产品具有热值高、兼容性好等优点，主要研制企业是英国石油公司（ BP）。据称， BP 公司计划于 2009年把原拟建的燃料乙醇工厂改建为丁醇燃料工厂，产能为 32 万吨 /年。加氢生物柴油（ Hydrogenation-Derived Renewable Diesel）是以动植物油脂为原料进行催化加氢的生物燃料产品，可以利用现有石油炼化装置进行生产，可以更好与普通柴油燃料掺混使用，主要研制企业包括芬兰的 Neste Oil 公司、美国的康菲公司（ ConocoPhillips）和巴西石油公司（ Petrobras）。据称，芬兰 Neste Oil 公司将在2008 年建成第 2 个产能为 34 万吨 /年的工厂，巴西石油公司（ Petrobras）计划在2012 年建成 5 个工厂和 85 万吨 /年的总产能。 加氢生物柴油普遍被视为第二代生物液体燃料，但由于仍将主要依赖比较 稀缺的油脂原料，在长期过程中可视为过渡和补充作用的 1.5 代生物液体燃料。 培养富油微藻生产生物柴油也是一种具有12 前途的生物液体燃料技术。美国国家可再生能源实验室在 20 世纪 80 年代开展的微藻研究显示，藻类生物柴油的产量可高达 140 吨 /公顷，是目前小桐子生物柴油产量的 10100 倍。近年美国能源部恢复了对藻类生物柴油研究支持，壳牌公司（ Shell）计划 2009 年在美国建成占地 2.5 公顷的藻类生物柴油试验项目。 目前仍然处于技术研发和项目示范阶段的第二代生物液体燃料成本仍然较高，纤维素乙醇和费托柴油的生产成本目前约为 1 美元 /升汽油当量，显著高于传统石油基燃料和传统生物液体燃料。通过改进原料处理技术、应用气化和热电联产技术提高资源利用率和总体能效、提高项目规模经济性，预计未来 1020年内纤维素乙醇的生产成本在可下降到 0.25 美元 /升（ 0.4 美元 /升汽油当量），费托柴油的生产成本可下降到 0.70.8 美元 /升。近年来， 国际上对 纤维素乙醇的成本下降速度 显示 了更加乐观态度。据称， Genencor International 和 Novozymes APS这两家著名酶制剂公司的玉米秸秆产乙醇用酶成本从 2001 年的 5 美元 /加仑乙醇（ 合 1.3 美元 /升）降低到 2005 年的 1018 美分 /加仑乙醇（合 2.64.6 美分 /升），已使得纤维素乙醇的生产成本降低至约 1.5 美元 /加仑（ 0.39 美元 /升），在 近期 高油价下已基本具备竞争力 。 相关测算 显示 （ NREL,2005） ， 在近期 以玉米秸秆为原料、年产 20 万吨纤维素乙醇的生物精炼厂的生产成本 可以降到约 1.07 美元 /加仑（约 0.27 美元 /升），而远期以林木为原料、年产 90 万吨纤维素乙醇的生物精炼厂的生产成本可降到 0.51 美元 /加仑（约 0.13 美元 /升）。据此，美国能源部提出了 2012 年把纤维素乙醇的成 本降低到 1.07 美元 /加仑（约 0.27 美元 /升）的研发目标 。 生物质费托合成燃料技术具有投资成本高的缺点，使 得 其生产成本较高。 对于微藻生物柴油，美国预期可把生产成本降低到 2 美元 /加仑（ 0.52 美元 /升）。但是，由于目前尚未建成满足工业化要求的完整规模装置投入实际运 行，纤维素乙醇 、生物质费托合成燃料和微藻生物柴油何时能够真正实现商业化 存在很大的不确定性。 不过，随着 近两年国际原油价格的迅速攀升至 130 美元 /桶以上，在理论上现在已经使纤维素乙醇和费托合成柴油具有了经济竞争力。如果国际原油价格持续高位运行，必将使得第 二代生物液体燃料吸引更多投资、早日实现更大技术突破和商业化 ， 为生物液体燃料的扩大生产应用开辟了广阔道路。 （三） 能源产出效益和温室气体排放影响 自 20 世纪 80 年代以来，国际社会十分关注生物液体燃料在整个生产使用过程中的能源产出效益， 即最终生物液体燃料产品所提供的能量是否超过其原料及产品的生产、转换和运输整个过程中的化石能源投入（两者的比值 称 为化石能源平衡系数） 。 20 世纪 90 年代以来，随着气候变化问题的日益升温，国际社会也高度关注生物燃料生产使用全过程的温室气体排放影响，即在 整个生产使用过程中是否减少了温室气 体排放量 。 这个问题既涉及前一个问题中的化石能源消费引起的二氧化碳排放，还涉及到非化石能源使用引起的温室气体排放，如土地利用变化、森林破坏、作物生产过程（如大豆）中导致的二氧化碳、甲烷、 N2O 等温13 室气体排放量的变化。 目前，国际上普遍利用 生命周期分析（ LCA）