劉 鉞， 杜風光

河南天冠企業(yè)集團有限公司車用生物燃料技術(shù)國家重點實驗室，河南南陽 473000

隨著化石能源資源的逐漸枯竭和環(huán)境的日益惡化，推廣使用可再生能源技術(shù)已成為許多國家能源發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，從而降低對化石能源的依賴和減少溫室氣體的排放。纖維素乙醇技術(shù)，利用可再生且未被充分資源化利用的纖維素生物質(zhì)為原料制備燃料乙醇，獲得了世界范圍內(nèi)的關(guān)注，并取得了巨大進展。我國在該領(lǐng)域的技術(shù)處于國際先進水平，未來還將有更大的發(fā)展空間，以提升我國在該領(lǐng)域的國際影響力。就國內(nèi)而言，纖維乙醇產(chǎn)業(yè)同我國目前的空氣治理、環(huán)境保護、能源升級以及糧食安全等密切相關(guān)。發(fā)展纖維乙醇產(chǎn)業(yè)是當前解決環(huán)境污染、戰(zhàn)勝霧霾天氣最直接、最有效的手段之一，它直接減輕汽車尾氣排放、秸稈焚燒對大氣的污染，同時關(guān)系到能源替代和農(nóng)民增收等重大社會經(jīng)濟問題。

1 發(fā)展纖維乙醇產(chǎn)業(yè)的積極意義

1.1 減輕尾氣排放造成的空氣污染，改善空氣質(zhì)量

空氣中的人為污染主要有兩個來源:工業(yè)污染和交通污染(主要是汽車尾氣)。工業(yè)污染最典型的代表就是化石燃料燃燒，也就是燃煤，之前普遍認為燃煤是造成霧霾的“罪魁禍首”，近年來汽車尾氣造成的空氣污染更值得關(guān)注。霧霾中導致能見度減少的物質(zhì)主要有4類:有機氣溶膠(汽車尾氣中的有機烴是其主要來源)、硫酸鹽(主要由二氧化硫進一步氧化產(chǎn)生)、硝酸鹽(主要由氮氧化物進一步氧化產(chǎn)生)和黑碳。其中，二氧化硫大多來自燃煤;機動車尾氣排放中則包含了另外的三種成分(有機烴、氮氧化物和黑碳)。PM2.5總量的80%以上是硫酸鹽、硝酸鹽和有機氣溶膠等，在科學上統(tǒng)稱為氣溶膠。機動車尾氣排放的氮氧化物與氫化合物、油微粒等，在空氣中發(fā)生化學反應，組成了氣溶膠中硝酸鹽、有機物和元素碳的主要來源。它們又與沙塵、海鹽等自然氣溶膠混合并相互作用，形成復合污染物，吸收和反射陽光，使空氣變得昏暗污濁［1～3］。

當前我國燃油質(zhì)量標準不夠嚴格，自2014年2月1日起，北京市在全國率先對新增機動車實施了京V排放標準，這使得氮氧化物等污染物的限值更加嚴格。然而，我國機動車排放標準仍與發(fā)達國家有較大的差距，主要原因在于燃油標準過低，以及汽車缺少尾氣排放控制裝置。如能借鑒國際先進清凈劑理念，有針對性地尋找車用油的添加劑，使機動車用油既能夠降低有機烴排放，又能夠降低顆粒物排放，這種添加劑使用便會成為提高大氣質(zhì)量的最有效的捷徑。

使用乙醇混合燃料可以改進發(fā)動機的燃燒效果，減少一氧化碳、二氧化硫、未燃碳氫化合物和煙塵、PM2.5等致癌物質(zhì)(特別是苯系物)的排放［4］。據(jù)法國有關(guān)部門測試，與使用普通汽油比較，使用含燃料乙醇5% ～7%的汽油，汽車尾氣中一氧化碳排放量下降15% ～40%，NOx排放量下降50% ～70%，未燃燒的碳氫化合物排放量下降2% ～7%［5］。據(jù)我國汽車研究中心對添加10%燃料乙醇的汽油和普通汽油進行的對比試驗，由于增加了含氧量，汽車尾氣中一氧化碳和碳氫化合物的排放量分別下降了30.8%和13.4%，同時，使用車用乙醇汽油所產(chǎn)生的溫室氣體(CO2)要比使用普通汽油減少 3.9%［6］。

尤其值得指出的是，生物燃料乙醇對于減少大氣中顆粒污染物、降低PM2.5具有良好的作用(主要是減少了汽油的芳烴含量)。據(jù)美國一些機構(gòu)的研究表明，添加10%乙醇的汽油，就會減少36% ～64%的PM2.5排放，如果高排放車輛PM已減少了50%，加入添加10%燃料乙醇的汽油后估計還可減少PM排放50.3%。

我國在機動車尾氣排放對霧霾的貢獻率方面還存在諸多的爭議，主要因為汽車尾氣排放受工況環(huán)境的影響很大，所以建立科學的標準化評價體系非常重要。國內(nèi)研發(fā)機構(gòu)如天冠集團已借助車用生物燃料技術(shù)國家重點實驗室的研發(fā)平臺，組織相關(guān)的研究團隊，建立了乙醇汽油應用同降低PM2.5、改善霧霾的關(guān)聯(lián)性研究課題，希望通過翔實的數(shù)據(jù)資料真實地反映乙醇汽油對改善空氣質(zhì)量的影響，對我國燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)支撐。

據(jù)公安部公布的數(shù)據(jù)，2012年底，中國機動車總量已達2.4億輛，年均增長1 510萬輛。汽車保有量已經(jīng)超過1.2億輛，年增長率達到14.3%。中國機動車駕駛?cè)藬?shù)已達到2.6億人，年均增長2 647萬人。國內(nèi)汽車保有量的總量和增速可能導致霧霾天氣的在一定時期內(nèi)仍持續(xù)出現(xiàn)，令人擔憂。從長遠講，解決霧霾的根本措施是調(diào)整能源結(jié)構(gòu)和合理的城市發(fā)展規(guī)劃;從短期來講，控制機動車的尾氣排放質(zhì)量和急劇增加的機動車數(shù)量是目前最可行的辦法之一。然而控制機動車的數(shù)量和提高燃油的品質(zhì)相對而言需要的時間和投入巨大，燃料乙醇作為世界公認的綠色、清潔和可再生能源對于降低機動車排放、改善空氣質(zhì)量和消除霧霾天氣可起到及時有效的作用，所以在國內(nèi)更大范圍地推廣應用燃料乙醇已經(jīng)非常迫切和必要。

1.2 減少秸稈焚燒帶來的資源浪費和空氣污染

研究數(shù)據(jù)顯示焚燒秸稈時，大氣中二氧化硫、二氧化氮和可吸入顆粒物3項污染指數(shù)達到高峰值，其中二氧化硫的濃度比平時要高出1倍，二氧化氮、可吸入顆粒物的濃度比平時高出3倍。此外，燃燒秸稈降低大氣能見度，引發(fā)交通事故，影響道路交通和航空安全。在PM2.5各種污染源的占比中，至少有4%來自秸稈燃燒。

目前的秸稈處理方式存在諸多不足:一是科技轉(zhuǎn)化力度不夠，秸稈的經(jīng)濟價值難以發(fā)揮;二是缺乏正確的引導，近年來對于農(nóng)作物秸稈綜合利用，雖然提出了不少解決的辦法，但缺乏針對性、實用性、時效性和具體性，大多以行政手段和獎懲措施為主，缺乏秸稈利用的組織、協(xié)調(diào)和轉(zhuǎn)化，只堵塞不開流，導致禁燒工作收效不大;三是缺乏處置技術(shù)，農(nóng)民找不到秸稈“變廢為寶”的途徑;四是宣傳力度不夠，秸稈禁燒宣傳教育還沒有真正深入到農(nóng)村，農(nóng)民環(huán)保意識不強，沒有意識到焚燒秸稈的危害，單靠禁燒不能從根本上解決千家萬戶秸稈處理的問題。

嚴禁農(nóng)作物秸稈露天焚燒被列為重污染應急措施之一，但僅僅靠堵的方式，顯然行不通。如何利用經(jīng)濟杠桿，加大資源化利用，提高農(nóng)民積極性，關(guān)鍵在于給過剩的秸稈“找出路”，讓秸稈得到合理的循環(huán)應用。纖維乙醇產(chǎn)業(yè)首先能夠有效地將秸稈資源化，將農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化成生物能源，減少資源的浪費;其次纖維乙醇廣大的市場空間可以大量地轉(zhuǎn)化秸稈，隨著纖維乙醇生產(chǎn)技術(shù)的突破和成本的下降，市場的需求將迅速擴大，相應的原料的利用量也會極大地提高。纖維乙醇的發(fā)展不會為農(nóng)民帶來負擔，只會增加農(nóng)民的收入和就業(yè)，特別是隨著秸稈收集模式和方法的逐步轉(zhuǎn)變，農(nóng)民的參與積極性和收益會進一步的提高。因此，纖維乙醇的產(chǎn)業(yè)發(fā)展通過經(jīng)濟杠桿的作用代替行政手段，能夠從根本上解決秸稈焚燒帶來的眾多問題，能夠讓廣大農(nóng)民積極主動地加入纖維乙醇產(chǎn)業(yè)鏈，從而圓滿地解決秸稈焚燒造成的大氣污染。為了徹底解決秸稈焚燒引起的問題，大力發(fā)展纖維乙醇產(chǎn)業(yè)已經(jīng)勢在必行，更早地實施則會為廣大農(nóng)村帶來更多的紅利。

1.3 實現(xiàn)能源替代，保障能源安全

《2013年國內(nèi)外油氣行業(yè)發(fā)展報告》(中國石油集團經(jīng)濟技術(shù)研究院)發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2013年我國石油和原油表觀消費量分別達到4.98億t和4.87億t，同比分別增長1.7%和2.8%，增速較2012年下降2.8個百分點和1.7個百分點。石油對外依存度為58.1%，與上年基本持平。天然氣市場受經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護剛性拉動，特別是受治理霧霾天氣影響，全國多個省市加快煤改氣進程，部分企業(yè)在未落實氣源的情況下實施煤改氣工程，導致天然氣需求量過快過猛增長。

2014年1月15日，由中國石油集團經(jīng)濟技術(shù)研究院編撰推出的《2013年國內(nèi)外油氣行業(yè)發(fā)展報告》預計，2014年我國石油需求增速4%左右，達到5.18億t。石油和原油凈進口量將分別達到3.04 億 t和2.98 億 t，較2013 年增長 5.3%和7.1%，石油對外依存度達到58.8%。

中國2013年已經(jīng)超越了美國，成為全球第一大石油凈進口國。由于我國石油產(chǎn)能增長乏力，頁巖油氣開發(fā)滯后，需求增長快速，可以預計石油的進口量還將進一步擴大，形成了巨大的外交、政治和經(jīng)濟壓力。

我國每年農(nóng)林剩余物達到10億t左右，大多處于粗加工或未利用的階段，如果能夠利用其中的30%用來生產(chǎn)燃料乙醇，可生產(chǎn)約5 000萬t/年;如果能夠充分利用邊際性土地種植能源作物，給予恰當?shù)恼叻龀?，完全有可能再形? 000萬t/年的乙醇生產(chǎn)能力(約需1億到1.5億畝土地)，對我國石油資源形成有力的補充，其中一部分還可以用來生產(chǎn)生物化學品，間接替代石油資源。因此，大力發(fā)展纖維乙醇產(chǎn)業(yè)能夠更大程度地實現(xiàn)能源替代，有效地降低我國石油的對外依存度，保障我國的能源安全［7，8］。

1.4 實現(xiàn)原料非糧化，保障糧食安全

隨著2012年美國干旱和全球糧食價格上漲，第一代生物能源對糧食價格的影響引起了新的關(guān)注和討論，對糧食乙醇的限制呼聲日益高漲，美國和歐盟都相應調(diào)低了乙醇的使用預期。常見的木薯、甜高粱等1.5代生物燃料作物雖然可以在干旱、鹽堿地等后備耕地中種植，但日后仍可能面對與糧爭地的問題。并且在北方種植的作物收獲季節(jié)短，隨之原料可供給的時間就會短，難以維持產(chǎn)業(yè)化正常運轉(zhuǎn)。所有這些不利因素推動了纖維乙醇的技術(shù)進步，纖維乙醇產(chǎn)業(yè)夠完全避免“與人爭糧，與糧爭地”，實現(xiàn)完全的糧食替代，充分保障我國的糧食安全［9］。

國內(nèi)的天冠集團在“十一五”期間建成了1萬t/年的纖維乙醇標準化工廠，經(jīng)過連續(xù)地運行和不斷的技術(shù)改造，6 t秸稈可以生產(chǎn)1 t乙醇，代替3 t淀粉質(zhì)原料，生產(chǎn)成本已經(jīng)同傳統(tǒng)的糧食乙醇持平。目前天冠正在建設(shè)3萬t的纖維乙醇工廠，通過醇電聯(lián)產(chǎn)的創(chuàng)新工藝，預計到“十二五”末，纖維乙醇的生產(chǎn)成本將會低于糧食乙醇，徹底擺脫燃料乙醇對糧食和淀粉原料的依賴。

隨著我國經(jīng)濟的快速增長，國內(nèi)對糧食的需求也在快速提高，所以盡快地出臺相應政策支持纖維乙醇的產(chǎn)業(yè)化，盡早實現(xiàn)生物質(zhì)能“十二五”發(fā)展規(guī)劃中的目標，擺脫燃料乙醇對糧食的依賴，實現(xiàn)完全的非糧替代，不僅能夠有效地利用秸稈資源，還能夠?qū)δ壳暗牡矸圪|(zhì)乙醇生產(chǎn)升級換代，節(jié)約近千萬噸的糧食，充分保障我國的糧食安全。

1.5 增加農(nóng)民收入，促進農(nóng)村城鎮(zhèn)化建設(shè)

纖維乙醇的產(chǎn)業(yè)發(fā)展能給廣大農(nóng)村帶來巨大的社會效益和經(jīng)濟效益，纖維乙醇受到其原料特點及收集半徑要求的影響，更多的工廠將分布于廣大的農(nóng)村，既能為廣大農(nóng)民提供廣泛的就業(yè)崗位，使農(nóng)民能夠更好地安居樂業(yè)，同時又可為農(nóng)民帶來增收，分享現(xiàn)代化的成果。

《河南建設(shè)國家生物質(zhì)能化示范省規(guī)劃》中預計到2015年，農(nóng)民通過銷售秸稈可增加年收入10.5億元，生物質(zhì)能化產(chǎn)業(yè)直接就業(yè)人數(shù)1.5萬人，間接就業(yè)人數(shù)18萬人。預計到2020年，農(nóng)民通過銷售秸稈可增加年收入60億元，生物質(zhì)能化產(chǎn)業(yè)直接就業(yè)人數(shù)15萬人，間接就業(yè)人數(shù)160萬人，生物質(zhì)能化開發(fā)利用將促進農(nóng)村和縣域經(jīng)濟發(fā)展，提高農(nóng)村能源供應等公用設(shè)施的現(xiàn)代化水平，緩解大力推進城鎮(zhèn)化所帶來的能源供應壓力。同時纖維乙醇產(chǎn)業(yè)能夠有效解決焚燒秸稈帶來的污染問題，改善人居環(huán)境，減少畜禽糞便對河流、水源和地下水的污染，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源價值的最大化利用。按此藍圖，未來農(nóng)村將實現(xiàn)美好家園建設(shè)，不僅經(jīng)濟上發(fā)展，更重要的是生態(tài)上的恢復與可持續(xù)發(fā)展。

2 我國纖維乙醇技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和產(chǎn)業(yè)化趨勢

進入2013年，全球第二代生物燃料生產(chǎn)能力快速增加，主要國家是美國、歐盟、加拿大和中國。國際可再生能源機構(gòu)2013年7月發(fā)布報告稱，從中長期來看，中國將在這一領(lǐng)域扮演重要角色。按照生物質(zhì)能發(fā)展“十二五”規(guī)劃，我國將建設(shè)一批產(chǎn)業(yè)化規(guī)模的纖維素乙醇示范工程，建成纖維素酶批量生產(chǎn)基地。國家政策扶持給我國非糧燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來了契機，近兩年，第二代纖維素燃料乙醇技術(shù)研發(fā)和示范應用取得重要進展。

河南天冠集團自1997年開始，歷經(jīng)16年的研發(fā)，開發(fā)了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的纖維乙醇關(guān)鍵技術(shù)，并自主設(shè)計建設(shè)了一座國內(nèi)最大的萬t級秸稈纖維乙醇生產(chǎn)裝置，該項目發(fā)揮企業(yè)優(yōu)勢，結(jié)合中國國情，堅持因地制宜和集成創(chuàng)新，實現(xiàn)了玉米秸稈、小麥秸稈中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的分類利用，技術(shù)與工藝可靠，整體技術(shù)達到國內(nèi)領(lǐng)先水平，已通過國家能源局組織的鑒定驗收。2014年天冠集團計劃完成10萬t/年纖維乙醇項目建設(shè)，建成纖維乙醇產(chǎn)業(yè)化放大示范區(qū)，同時配套建設(shè)30萬t/年的纖維素酶生產(chǎn)基地，大幅度地降低生產(chǎn)成本，同時擺脫國內(nèi)纖維乙醇研發(fā)企業(yè)普遍面臨的酶制劑受制于國外酶制劑供應商的不利局面，為秸稈乙醇大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)解除瓶頸制約。

美國BiofuelsDigest網(wǎng)站預測了2014年生物燃料發(fā)展，并列出了10項生物燃料發(fā)展趨勢，其中亞洲、美國和巴西將繼續(xù)為生物燃料的主要市場。盡管歐盟一直在發(fā)展生物能源技術(shù)，加拿大、歐盟和澳大利亞也建成了一些新的商業(yè)化配套設(shè)施，但2014年生物燃料的熱點市場還是亞洲、美國和巴西。綠色生物公司、DSM-POET公司、BETA公司和杜邦公司等重要生物燃料公司在美國的商業(yè)化發(fā)展計劃將越來越清晰，今年將公布重要商業(yè)化項目。在巴西，Raizen和GranBio公司將與BP生物燃料公司和Solazyme公司主導生物燃料發(fā)展。在亞洲，印尼宣布2014年至少要再尋找一個新的生物燃料項目。

我國在纖維乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展中始終同先進國家保持一致的技術(shù)水平和發(fā)展速度，特別是在大規(guī)模的商業(yè)化生產(chǎn)方面，無論是生產(chǎn)規(guī)模還是技術(shù)的成熟度以及工藝路線的完整度都處于國際領(lǐng)先的地位。目前纖維乙醇產(chǎn)業(yè)急需國家政策的大力支持，以保持行業(yè)的快速、高效發(fā)展，使其能夠維持國際先進水平，從而使我國的生物能源行業(yè)在國際市場掌握一定的話語權(quán)，利于該行業(yè)今后的良性發(fā)展。

3 發(fā)展纖維乙醇產(chǎn)業(yè)的政策建議

為實現(xiàn)纖維乙醇產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的宏偉目標，需要國家政策的大力支持，建議國家發(fā)改委、財政部、國土資源部、農(nóng)業(yè)部、環(huán)保部和科技部等有關(guān)部門牽頭制定相關(guān)產(chǎn)業(yè)支持政策，加快秸稈生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展［10，11］。

①法律政策上，落實國家各項促進可再生能源發(fā)展的法律政策，特別是強制市場配額和產(chǎn)品全額收購的政策，形成自上而下完整的生物質(zhì)能源法律體系。

②財政政策上，依據(jù)《可再生能源法》，設(shè)立國家車用生物燃料專項基金，加大財政資金對生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)的支持力度;制定有利于纖維乙醇產(chǎn)業(yè)的財政補貼政策，并參照秸稈發(fā)電的補貼政策補助先進生物燃料生產(chǎn)企業(yè)。

③稅收政策上，對生物質(zhì)能源產(chǎn)品特別是秸稈原料產(chǎn)品免征消費稅，增值稅實行先征后返;按照汽油中燃料乙醇的添加比例，對車用乙醇汽油調(diào)和組分油給予減稅優(yōu)惠。

④價格政策上，對沼氣發(fā)電執(zhí)行秸稈發(fā)電的上網(wǎng)電價政策;沼氣經(jīng)提純達到天然氣標準后，入網(wǎng)和入站參照執(zhí)行當?shù)靥烊粴忾T站價格。

⑤科技政策上，加大對秸稈生物能源領(lǐng)域資金的扶持力度;在項目支持上，給予生物能源生產(chǎn)企業(yè)一定的政策傾斜。

［1］王錦平.城市汽車尾氣排放與環(huán)境污染及其防治對策［J］.科技信息，2013，(1):445 －446.

［2］崔升，錢敏.淺談機動車尾氣污染及減少污染排放的對策［J］.新農(nóng)村，2012，3:67.

［3］郎 丹.淺談城市空氣污染問題及其防治對策和措施［J］.交通節(jié)能與環(huán)保，2010，(3):42 －44.

［4］趙軍.解讀生物能源:新能源產(chǎn)業(yè)及對環(huán)境、生態(tài)與社會經(jīng)濟發(fā)展的影響［J］.中國科學院院刊，2012，27(2)，219－225.

［5］張以祥，曹湘洪，史濟春.燃料乙醇與車用乙醇汽油［M］.北京:中國石化出版社，2004，90 －92.

［6］ 曹湘洪，史濟春.生物燃料與可持續(xù)發(fā)展［M］.北京:北京科文圖書業(yè)信息技術(shù)有限公司，2007，252－254.

［7］孫慶豐.生物質(zhì)資源發(fā)展現(xiàn)狀與前景分析［J］.石油石化節(jié)能與減排，2013，1(3):1 －6.

［8］岳國君，王滿意，林 鑫.燃料乙醇溫室氣體排放與能量投入/產(chǎn)出的探討［J］.化工進展，2013，32(11):2599 －2603.

［9］肖明松.我國生物燃料的發(fā)展與挑戰(zhàn)［J］.農(nóng)業(yè)工程，2011，1(3):37－43.

［10］馮獻，詹玲，李寧輝.低碳經(jīng)濟下中國燃料乙醇的發(fā)展策略［J］.農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2010，6(31):704－707.

［11］ 張 瑾.發(fā)展生物質(zhì)能源的政策建議［J］.中外企業(yè)家，2013，6(428):29.