（中國石油天然氣股份有限公司石油化工研究院）

生物質(zhì)能指太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式，直接或間接來源于綠色植物的光合作用，是僅次于煤炭、石油、天然氣的第四大能源。生物質(zhì)能中的碳來自大氣中的CO2，其生產(chǎn)和消費(fèi)過程不增加大氣中的碳總量，是清潔可再生的能源形式，也是唯一可替代化石能源轉(zhuǎn)化成液態(tài)、固態(tài)和氣態(tài)燃料及其他化工原料或產(chǎn)品的碳資源。生物質(zhì)能是應(yīng)對全球氣候變化、能源短缺和環(huán)境污染最有潛力的發(fā)展方向之一，越來越多的國家和地區(qū)通過立法鼓勵甚至強(qiáng)制推廣使用生物質(zhì)能。我國已將生物質(zhì)能作為六大重點(diǎn)發(fā)展的新能源產(chǎn)業(yè)之一。

目前，生物質(zhì)能已成為包括中國石油天然氣集團(tuán)有限公司（簡稱中國石油）在內(nèi)眾多大型能源公司新能源領(lǐng)域重點(diǎn)發(fā)展的業(yè)務(wù)。本文重點(diǎn)圍繞生物液體燃料，對全球主要國家地區(qū)生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行梳理，并對未來發(fā)展趨勢進(jìn)行探討，結(jié)合國內(nèi)外主要能源公司在生物質(zhì)能領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)踐，對我國大型能源企業(yè)發(fā)展生物質(zhì)能提出建議。

1 世界生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)與技術(shù)發(fā)展

生物液體燃料、生物沼氣、生物質(zhì)發(fā)電是生物質(zhì)能源的主要利用形式。從全球看，生物液體燃料、生物質(zhì)多聯(lián)產(chǎn)發(fā)電、生物天然氣的技術(shù)、裝備和商業(yè)化運(yùn)作模式已經(jīng)成熟，產(chǎn)業(yè)規(guī)模正在快速擴(kuò)展。生物液體燃料可直接替代石油燃料，又可進(jìn)一步生產(chǎn)其他化工品，是生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)中最具商業(yè)應(yīng)用價值的方向。

1.1 產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1.1 燃料乙醇和生物柴油穩(wěn)步發(fā)展

燃料乙醇是世界消費(fèi)量最大的液體生物燃料。據(jù)美國可再生燃料協(xié)會統(tǒng)計(jì)[1]，2019年，世界燃料乙醇產(chǎn)量8672×104t，比2014年增長16%（圖1），混配出約6×108t乙醇汽油，超過同期全球車用汽油消費(fèi)總量的60%。全球有66個國家推廣使用乙醇汽油。

美國是全球第一大燃料乙醇生產(chǎn)國，2019年產(chǎn)量約占全球總產(chǎn)量的54%，主要以玉米為原料。E10乙醇汽油在美國基本實(shí)現(xiàn)全境覆蓋，并逐步開始使用E15乙醇汽油，此外E15～E85混配的乙醇汽油也在探索中。巴西是世界第二大乙醇汽油生產(chǎn)國和消費(fèi)國，以甘蔗為主要原料，2019年產(chǎn)量約占全球總產(chǎn)量的30%，燃料乙醇替代了巴西國內(nèi)約一半以上的汽油。

圖1 2014—2019年世界燃料乙醇產(chǎn)量

全球生產(chǎn)生物柴油的主要國家和地區(qū)有美國、阿根廷、印度尼西亞、巴西和歐盟[2]。據(jù)德國《油世界》歷年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2008年以來，全球生物柴油產(chǎn)量快速上漲（圖2），2018年全球生物柴油產(chǎn)量約為4020×104t，2019 年已超過 4500×104t。

歐盟以菜籽油為主要原料，是世界上生物柴油產(chǎn)量最大的地區(qū)，約占成品油市場的5%。德國生物柴油已替代普通柴油使用，產(chǎn)量占可再生能源總量的60%以上。法國是歐盟生物柴油消費(fèi)量最大的國家，年均增長率近20%。美洲主要以大豆油為原料生產(chǎn)生物柴油。據(jù)EIA數(shù)據(jù)，截至2019年，美國共有102家生物柴油工廠，總產(chǎn)能約為890×104t/a。巴西正在新建及擴(kuò)建的生物柴油工廠共21家，建成后產(chǎn)能將增至1100×104t/a。東南亞國家主要以棕櫚油為原料生產(chǎn)生物柴油。印度尼西亞于2020年1月1日啟動B30生物柴油計(jì)劃，年消費(fèi)量目標(biāo)為834.34×104t。馬來西亞規(guī)定從2019年2月起，生物柴油摻混率從7%提升至10%，并計(jì)劃在2025年前進(jìn)一步提高至30%。

圖2 2008—2019年全球生物柴油產(chǎn)量

1.1.2 生物航煤快速崛起

目前，全球民航業(yè)商業(yè)航班的航煤年消費(fèi)量約為2.7×108t，溫室氣體年排放量約為8.59×108t，占行業(yè)排放總量的96%以上。由于航空燃料產(chǎn)生的溫室氣體排放在平流層，對氣候變化影響更大，開發(fā)應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)碳減排的航空替代燃料已成為國際民航業(yè)的普遍共識。國際民航組織（ICAO）已于2019年1月1日實(shí)施國際航空全球碳抵消和減排機(jī)制，要求以2019—2020年航空碳排放量為基準(zhǔn)，在2021—2035年保持零增長。截至2019年，全球采用航空生物燃料的載客商業(yè)飛行已超過16萬架次，有40多家航空公司使用生物航煤[3]。

美國、加拿大、挪威、芬蘭等國已經(jīng)形成航空生物燃料規(guī)?；袌?，建立了“原料—煉制—運(yùn)輸—加注+認(rèn)證”的完整產(chǎn)業(yè)鏈。美國、瑞典、挪威的7個機(jī)場已實(shí)現(xiàn)生物航煤常規(guī)加注，8個機(jī)場進(jìn)行了航空生物燃料的批次加注[4]。

共有5種航煤產(chǎn)品列入ASTM D7566-15c附件且完成燃料試飛。HEFA路線（油脂加氫脫氧—加氫改質(zhì)）由于生產(chǎn)成本最低，已陸續(xù)投產(chǎn)。目前，全球已建成10余套生物航煤生產(chǎn)裝置或示范裝置，9個項(xiàng)目正在籌建[5]。各大能源公司、航空公司、飛機(jī)制造商積極參與生物航煤的研發(fā)、生產(chǎn)或試用。全球主要的加氫法生物航煤生產(chǎn)裝置如表1所示。截至2019年，生物航煤訂單量累計(jì)已達(dá)635×104t。根據(jù)CORSIA實(shí)施方案，2021—2035年，我國生物航煤需求總量可達(dá)（1.6～1.8）×108t。

1.1.3 其他生物質(zhì)能同步發(fā)展

生物沼氣提純后甲烷純度可達(dá)97%以上，可用來加熱、發(fā)電或作為車用燃料。2018年，全球沼氣產(chǎn)量約580×108m3，其中德國沼氣年產(chǎn)量已超過200×108m3，瑞典生物天然氣滿足了國內(nèi)約30%的車用燃?xì)庑枨骩7]。

表1 全球已投產(chǎn)的加氫法生物航煤生產(chǎn)裝置[6]

生物質(zhì)可直燃或與煤混燃進(jìn)行發(fā)電。直燃電廠單機(jī)容量一般為25～30MW，鍋爐燃燒效率為80%～90%，發(fā)電效率為20%～30%，通過熱電聯(lián)產(chǎn)可節(jié)約燃料約28%，減排CO2約47%，能量利用率達(dá)80%～90%。混燃電廠單機(jī)容量多為50～100MW，鍋爐燃燒效率可達(dá)94%，發(fā)電效率約為49%。目前全球已有200多座混燃示范電站，其中100多套在歐盟，60多套在美國，其余在澳大利亞等國。美國將生物質(zhì)發(fā)電作為可再生能源發(fā)電的重要形式，預(yù)計(jì)2020年將利用生物質(zhì)發(fā)電1880×108kW·h。我國生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)體系已基本形成，2017年生物質(zhì)發(fā)電量約為三峽全年發(fā)電量的81.4%，占整個可再生能源發(fā)電量的4.67%，預(yù)計(jì)2020年裝機(jī)規(guī)模將達(dá)到1500×104kW，年發(fā)電量超過900×108kW·h[7]。

1.2 產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢

生物質(zhì)原料來源極為豐富，但目前利用率僅為2%～3%。盡管成本因素在一定程度上限制了生物質(zhì)能的發(fā)展，未來生物質(zhì)能將在新能源體系中發(fā)揮更大作用。根據(jù)IRENA調(diào)查問卷顯示，生物液體燃料仍是生物質(zhì)能最具商業(yè)價值的方向，多數(shù)被調(diào)查者認(rèn)為，國際協(xié)議、經(jīng)濟(jì)性是影響生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素。國際協(xié)議對SOX、NOX和溫室氣體排放的限制，將促使飛機(jī)、輪船等重型運(yùn)輸工具轉(zhuǎn)向使用生物液體燃料。約65%的被調(diào)查者認(rèn)為，未來5～15年，車用燃料電池并不會對生物液體燃料市場構(gòu)成大的威脅[8]。經(jīng)濟(jì)性是產(chǎn)業(yè)發(fā)展無法回避的關(guān)鍵問題，副產(chǎn)品和聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)物將成為生物燃料具有商業(yè)價值的重要組成部分。

盡管與車用液體燃料相競爭的多種新能源形式相繼出現(xiàn)并快速發(fā)展，在航運(yùn)航空等要求能量密度高、難以電氣化的行業(yè)中，生物液體燃料更具優(yōu)勢[8]。隨著國際航空碳抵消和減排計(jì)劃的實(shí)施，生物航煤產(chǎn)業(yè)將進(jìn)入快速上升期。美國計(jì)劃到 2025 年，生物質(zhì)燃料替代中東進(jìn)口原油的 75%，2030 年生物質(zhì)燃料替代車用燃料的 30%。日本計(jì)劃將車用燃料中乙醇摻混比例達(dá)到 50% 以上。印度、巴西、歐盟分別制定了“陽光計(jì)劃”“酒精能源計(jì)劃”和“生物燃料戰(zhàn)略”，加大生物質(zhì)燃料的應(yīng)用規(guī)模。預(yù)計(jì)到2035年，生物質(zhì)燃料將替代世界約一半以上的汽柴油，經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益十分顯著[9]。

1.3 技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.3.1 生物航煤技術(shù)快速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)性有待提升

生物航煤與石油基航煤的組成與結(jié)構(gòu)相似，性能接近，可滿足航空器動力性能和安全要求，不需更換發(fā)動機(jī)和燃油系統(tǒng)，全生命周期溫室氣體減排幅度為67%～94%，是目前最現(xiàn)實(shí)可行的燃料替代方案和溫室氣體減排的有效途徑。生物航煤技術(shù)發(fā)展迅速，自2009年以來，已有6種技術(shù)路線通過ASTM D7566認(rèn)證（表2），分別是費(fèi)托合成制備生物航煤（FT-SPK）、油脂加氫脫氧制備生物航煤（HEFAs）、糖發(fā)酵加氫制備生物航煤（SIP）、輕芳烴烷基化制備生物航煤（SPK/A）、低碳醇制備生物航煤（ATJ-SPK）[10]、催化水熱裂解噴氣燃料（CHJ）[11]。這些技術(shù)路線的成本均較高，其中HEFAs路線是目前成本較低、應(yīng)用最廣泛的生產(chǎn)技術(shù)，以非食用動植物油脂為原料，通過兩段加氫（前加氫脫氧、后加氫改質(zhì)）工藝生產(chǎn)生物航煤，產(chǎn)品包括石腦油、生物航煤、生物柴油及重組分燃料等。

表2 ASTM D7566標(biāo)準(zhǔn)收錄的合成生物航煤技術(shù)路線

1.3.2 燃料乙醇技術(shù)逐漸由第一代向第二代過渡

以糧食為原料的第一代燃料乙醇技術(shù)成熟度高，是目前國內(nèi)外燃料乙醇商業(yè)化生產(chǎn)的主要技術(shù)。玉米是第一代技術(shù)最常用的原料。為了充分利用玉米顆粒中與纖維相連的淀粉（約占玉米質(zhì)量的1%～2%），開發(fā)了玉米纖維乙醇技術(shù)，增加對粉碎調(diào)漿后原料再次細(xì)粉碎、對發(fā)酵前后分離玉米纖維預(yù)處理等環(huán)節(jié)，使乙醇產(chǎn)量最多提高10%，高品質(zhì)DDGS蛋白質(zhì)含量提高10%以 上[15]。 目 前，ICM、Syngenta、D3MAX、FQTP和Edeniq這5家公司已將玉米纖維乙醇技術(shù)商業(yè)化。

第二代纖維素乙醇是未來生物燃料乙醇行業(yè)的發(fā)展方向，但目前商業(yè)運(yùn)行仍面臨預(yù)處理效率低、纖維素酶成本高等瓶頸，一些示范項(xiàng)目由于經(jīng)濟(jì)目標(biāo)無法達(dá)成而停產(chǎn)或出售。僅有美國艾奧瓦州的POET-DSM公司7.5×104t/a玉米芯/玉米秸稈產(chǎn)乙醇示范項(xiàng)目、巴西圣保羅州的 Raizen & Iogen 公司 3.2×104t /a蔗渣乙醇示范項(xiàng)目[7]和我國的龍力公司5×104t/a玉米芯乙醇項(xiàng)目運(yùn)行良好。

第三代微藻燃料乙醇技術(shù)代表著更超前的研究方向。該技術(shù)路線具有光合效率高、生產(chǎn)周期短、吸收大氣中CO2等顯著優(yōu)勢，目前正處于研發(fā)起步階段。涉及的高效光生物反應(yīng)器、工程藻株開發(fā)、有害生物污染控制、低能耗微藻收集、高抗逆性的菌種培育等技術(shù)有待突破，還遠(yuǎn)未達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)水平。

1.3.3 生物柴油技術(shù)相對成熟，提高原料適應(yīng)性是關(guān)鍵

生物柴油制備方法通常分為酶催化法、超臨界或近臨界法、酸催化法和堿催化法[16-19]，整體技術(shù)較成熟。目前應(yīng)用最廣泛的是德國Lurgi公司開發(fā)的均相堿兩級連續(xù)醇解工藝，已經(jīng)承建的生產(chǎn)能力為（10～25）×104t/a生物柴油的生產(chǎn)裝置超過40套。堿催化法需要嚴(yán)格限制原料中的游離酸和水含量（通常小于0.5mgKOH/g，幾乎無水）[20]，具有催化劑廉價、反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)速率較快等優(yōu)勢。法國石油研究院（IFP）開發(fā)了Esterfip-H工藝，使用具有尖晶石結(jié)構(gòu)的鋅鋁復(fù)合氧化物固體堿催化劑[21]，能顯著簡化產(chǎn)品后處理。目前利用該技術(shù)承建的生物柴油生產(chǎn)裝置總生產(chǎn)能力超過80×104t/a。我國生物柴油的主要原料是廢棄油脂和地溝油，國內(nèi)民營企業(yè)主要采用先將均相酸催化預(yù)酯化，降低酸值，然后均相堿催化酯交換，制備生物柴油。

近年來，業(yè)界有嘗試通過催化加氫工藝得到成分類似于石油基柴油的燃料，由于不符合嚴(yán)格意義上生物柴油“脂肪酸甲酯”的定義，被稱為“綠色柴油”或“可再生柴油”。生產(chǎn)綠色柴油的工藝主要分為獨(dú)立加氫工藝和共加氫工藝。芬蘭Neste的NExBTL工藝、美國UOP和ENI公司的Ecofining工藝均是典型的獨(dú)立加氫工藝，通過對動植物油脂進(jìn)行加氫脫氧異構(gòu)生產(chǎn)綠色柴油，也可用來生產(chǎn)生物航煤。巴西國家石油公司開發(fā)的H-BIO共加氫工藝，將部分動植物油脂加入柴油精制進(jìn)料中進(jìn)行摻煉，既可提高柴油產(chǎn)量質(zhì)量和產(chǎn)品十六烷值，還可節(jié)省投資[22]。與傳統(tǒng)生物柴油相比，綠色柴油十六烷值高，低溫流動性好，與石油基柴油相容性更好，但收率略低，且投資成本是傳統(tǒng)生物柴油的1.5倍[23]，目前推廣應(yīng)用有限。

1.3.4 生物沼氣技術(shù)向高值化利用方向發(fā)展

歐盟地區(qū)沼氣技術(shù)世界領(lǐng)先，德國、丹麥等國多采用傳統(tǒng)全混式沼氣發(fā)酵工藝，工程技術(shù)及裝備已達(dá)到系列化、工業(yè)化水平。其特點(diǎn)是：（1）規(guī)模較大，平均池容約為1000m3；（2）產(chǎn)氣量高，可達(dá)15m3/m3；（3）厭氧反應(yīng)器能耗較低，發(fā)電余熱利用率達(dá)90%；（4）技術(shù)裝備標(biāo)準(zhǔn)化。不過，生物沼氣替代燃煤直接燃燒經(jīng)濟(jì)性較差，沼氣發(fā)電或提純后作為生物天然氣進(jìn)入管網(wǎng)或用作車用燃?xì)飧郊又递^高，因此，沼氣凈化技術(shù)是生物沼氣高值化利用的關(guān)鍵[24]。目前，我國沼氣利用仍以代替原煤直接燃燒為主，只有約1%用于發(fā)電，提純項(xiàng)目更少。

1.4 技術(shù)發(fā)展趨勢

世界各國重視生物質(zhì)技術(shù)創(chuàng)新，降低成本、提高產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)性是生物質(zhì)科技特別是生物液體燃料技術(shù)發(fā)展的主要方向。生物航煤技術(shù)以降低成本為主要目標(biāo)，原料成本、催化劑成本、產(chǎn)品收率等問題亟待解決。以木質(zhì)纖維素為原料的第二代技術(shù)是未來燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。生物柴油制備技術(shù)正朝著提高原料適應(yīng)性、降低能耗、減少物耗和排放的方向持續(xù)改進(jìn)。高值化利用是生物沼氣的發(fā)展方向，生物質(zhì)發(fā)電是將農(nóng)林廢棄物和垃圾規(guī)?；茉蠢玫闹匾緩?。

1.4.1 經(jīng)濟(jì)可行是生物質(zhì)能技術(shù)升級的方向

降低成本是未來生物質(zhì)能技術(shù)攻關(guān)的重要目標(biāo)，也是產(chǎn)業(yè)能否持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。開發(fā)高效纖維素預(yù)處理工藝、低成本纖維素酶生產(chǎn)、低氫耗油脂加氫脫氧技術(shù)、劣質(zhì)油脂原料深加工高值化利用技術(shù)、長壽命催化劑制備技術(shù)、藻種基因誘變技術(shù)、沼氣提純凈化技術(shù)、氣化發(fā)電技術(shù)等，都是改善技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的重要研究方向。據(jù)預(yù)測，到2030年，纖維素乙醇成本將與汽油成本相當(dāng)，生物沼氣成本可低于天然氣成本，生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)成本與燃煤成本持平[24]，生物柴油、生物航煤將更具商業(yè)競爭力。

1.4.2 市場適應(yīng)性強(qiáng)的聯(lián)產(chǎn)技術(shù)將更受青睞

處于市場經(jīng)濟(jì)環(huán)境，面對激烈的產(chǎn)業(yè)競爭，一方面降低原料成本，另一方面實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品高值化是生物質(zhì)能的技術(shù)發(fā)展趨勢。生物乙醇聯(lián)產(chǎn)功能糖及電力、生物航煤聯(lián)產(chǎn)生物柴油及化學(xué)品、生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)等，將在工程設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成中更受重視。

2 國外主要能源公司探索與實(shí)踐

國外多家大型能源公司均較早進(jìn)入生物質(zhì)能領(lǐng)域并進(jìn)行各有側(cè)重的探索，核心皆是以燃料乙醇、生物柴油、生物航煤為主的生物液體燃料。

2.1 道達(dá)爾探索生物質(zhì)能起步早

1992年，道達(dá)爾開始研發(fā)第一代生物燃料，由乙醇生產(chǎn)乙基叔丁基醚（ETBE）及植物油甲酯（VOME），并逐步在比利時、德國、法國和西班牙擁有（含合作擁有）7套ETBE生產(chǎn)裝置，在法國、德國和意大利的煉廠在柴油中調(diào)入VOME。之后，與Neste石油公司合作開發(fā)綠色柴油/生物航煤（NExBTL）。2015年，道達(dá)爾在美國加利福尼亞開設(shè)以研發(fā)發(fā)酵工藝和生物分子凈化技術(shù)為主的生物工藝平臺。2019年，公司出資改建的法國第一座生物燃料工廠La Mede投產(chǎn)，70%原料來自植物油，30%來自處理后的廢油，產(chǎn)品為綠色柴油和生物航煤[25]。

2.2 殼牌致力于推動非糧原料利用

2011年，殼牌與巴西第三大生物燃料公司Raizen合作利用甘蔗生產(chǎn)燃料乙醇，開始大規(guī)模生物燃料生產(chǎn)，2016年底產(chǎn)能達(dá)20.4×108L/a。同時，殼牌致力于開發(fā)應(yīng)用第二代纖維素乙醇技術(shù)，在美國休斯敦建造2座纖維素乙醇生產(chǎn)廠，在印度班加羅爾建設(shè)1座纖維素乙醇生產(chǎn)廠。目前，纖維素乙醇技術(shù)可行，但經(jīng)濟(jì)成本偏高，隨著技術(shù)進(jìn)步，未來有望實(shí)現(xiàn)規(guī)?；虡I(yè)生產(chǎn)。2019年，殼牌與香港美心集團(tuán)合作，利用食用廢油生產(chǎn)生物柴油，并通過3個加油站為香港船隊(duì)、貨運(yùn)卡車等提供生物柴油[26]。

2.3 埃克森美孚關(guān)注第三代生物燃料技術(shù)

2009年，埃克森美孚與生物基因公司Synthetic Genomics合作，投資6億美元用于微藻生物燃料研發(fā)。2018年開始，在美國加利福尼亞種植天然藻類進(jìn)行室外實(shí)地研究，預(yù)計(jì)到2025年，每天可以生產(chǎn)1×104bbl藻類生物燃料[27]。2019年，?？松梨诤涂稍偕茉醇瘓F(tuán)（Renewable Energy Group，REG）與瑞士Clariant AG公司合作，研究利用微生物一步發(fā)酵過程，將復(fù)雜的纖維素糖轉(zhuǎn)化為低碳生物柴油[28]。

2.4 BP生物質(zhì)能業(yè)務(wù)核心是燃料乙醇和燃料丁醇

自2008年起，BP先后收購巴西熱帶生物能源公司 Tropical BioEnergia SA、美國生物燃料技術(shù)公司Verenium Corp、巴西乙醇生產(chǎn)企業(yè)Cerradinho、巴西燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè) Companhia Nacional de Acucare Alcoo部分股份或業(yè)務(wù)。2019年，BP與美國農(nóng)業(yè)商品公司Bunge共同出資在巴西推進(jìn)生物燃料和生物發(fā)電業(yè)務(wù)，目前已擁有11個生物燃料生產(chǎn)基地，甘蔗乙醇產(chǎn)能為3200×104t/a，成為巴西甘蔗乙醇生物燃料行業(yè)第二大參與者[29]。此外，BP還與杜邦公司成立了生物燃料合資公司Butamax，率先開發(fā)了插入式生物燃料丁醇汽油，解決了車輛及基礎(chǔ)設(shè)施與生物燃料兼容性的關(guān)鍵問題。

近年隨著歐美國家在生物能源領(lǐng)域政策推動力度的加大，國外大型石油公司紛紛進(jìn)入生物質(zhì)能領(lǐng)域。從合作建立研究機(jī)構(gòu)，到合作建設(shè)生產(chǎn)廠，從糧食基原料拓展到非糧纖維素及藻類原料，從嘗試性介入到實(shí)質(zhì)性擴(kuò)大規(guī)模，逐漸掀起了傳統(tǒng)石油公司開發(fā)生物質(zhì)能的熱潮[30]。

3 中國加快發(fā)展生物質(zhì)能的戰(zhàn)略意義、現(xiàn)狀與規(guī)劃

3.1 加快發(fā)展生物質(zhì)能的戰(zhàn)略意義

3.1.1 發(fā)展生物質(zhì)能契合我國能源轉(zhuǎn)型的現(xiàn)實(shí)需求

我國是全球第一大油氣進(jìn)口國，2018年石油對外依存度高達(dá)72%，為近50年來最高[31]，能源安全形勢嚴(yán)峻。與此同時，全球資源供應(yīng)緊張，環(huán)境惡化，各國致力于從根本上改變能源供應(yīng)模式。我國政府積極推進(jìn)能源革命，承諾碳排放于2025年前后達(dá)到峰值。而能源結(jié)構(gòu)向綠色低碳轉(zhuǎn)型正是我國能源革命的核心。與其他新能源相比，生物質(zhì)能技術(shù)研發(fā)起步較早，技術(shù)相對成熟，且生物質(zhì)能的碳源來自自然界，在全生命周期內(nèi)呈碳中性，能有效改善傳統(tǒng)化石能源使用過程中所帶來的碳排放問題，因此發(fā)展生物質(zhì)能成為這場能源革命最有潛力的方向之一。

3.1.2 生物質(zhì)能具有獨(dú)特的資源及性能優(yōu)勢

化石能源不可再生且資源有限，據(jù)BP《2020年世界能源統(tǒng)計(jì)報(bào)告》發(fā)布，2019年底我國石油探明儲量為36×108t，占全球儲量1.5%，儲采比為18.7年。我國生物質(zhì)資源豐富，可利用的農(nóng)林廢棄物、油脂、畜禽養(yǎng)殖和生活垃圾等有機(jī)廢物供應(yīng)量超過4×108t/a（折合標(biāo)準(zhǔn)煤），僅餐飲業(yè)廢油等劣質(zhì)油脂資源約為1000×104t/a。木質(zhì)素和纖維素以約2000×108t/a的速度再生，按能量換算，相當(dāng)于石油產(chǎn)量的15～20倍。未來能源將呈現(xiàn)多元化趨勢，生物質(zhì)能具有其他新能源難以比擬的優(yōu)勢，如更適合轉(zhuǎn)化成液體運(yùn)輸燃料，可與化石能源一樣用于塑料和化工原料等下游產(chǎn)品生產(chǎn)。此外，生物液體燃料可作為應(yīng)急能源提供重要保障，具有特殊的戰(zhàn)略意義。

3.1.3 我國在生物質(zhì)能領(lǐng)域積蓄了大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)

我國是發(fā)展生物質(zhì)能較早的國家，乙醇汽油已推廣應(yīng)用近15年，建立了穩(wěn)定的原料供應(yīng)渠道、合理的定價機(jī)制。糧食基乙醇適度發(fā)展，纖維素乙醇由示范向產(chǎn)業(yè)化過渡的趨勢逐漸明朗。生物航煤起步雖晚，但發(fā)展迅速，以小桐子油、蓖麻油、廢棄油脂、纖維素等不同原料、不同工藝的技術(shù)路線均得到快速發(fā)展，同時技術(shù)經(jīng)濟(jì)性、轉(zhuǎn)化效率、原料供應(yīng)渠道、劣質(zhì)原料與工藝的匹配性等問題，在技術(shù)放大的過程中受到更多關(guān)注，為工業(yè)化成套技術(shù)研發(fā)和工業(yè)示范指明了方向。生物沼氣已由小規(guī)模戶用沼氣，向規(guī)?；笮驼託夤こ毯蜕锾烊粴夤こ躺?，高值化利用導(dǎo)向清晰。配合國家出臺的一系列推動政策，前期實(shí)踐積累和當(dāng)前技術(shù)突破為現(xiàn)階段大力發(fā)展生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.2 發(fā)展現(xiàn)狀

我國是世界第三大燃料乙醇生產(chǎn)國，2019年產(chǎn)量約為269×104t[1]，產(chǎn)能約為317×104t/a，其中以玉米為原料的乙醇產(chǎn)能占57%，木薯占25%?；谀举|(zhì)纖維素的第二代燃料乙醇技術(shù)持續(xù)優(yōu)化，已經(jīng)進(jìn)行工業(yè)示范，正處于規(guī)模化應(yīng)用的起步階段。截至2019年底，我國已有13個省市使用乙醇汽油，包括天津、黑龍江、河南、吉林、遼寧、安徽、廣西、山西8省市全境和河北、山東、江蘇、內(nèi)蒙古、湖北5省31地市。我國目前主要采用第一代燃料乙醇技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，主要原料為玉米等淀粉類原料，發(fā)酵產(chǎn)乙醇工藝可分為“干法”和“濕法”。河南天冠企業(yè)集團(tuán)有限公司主要采用“干法”技術(shù)，玉米經(jīng)干燥粉碎后加入水成糊漿，再進(jìn)行液化、糖化、發(fā)酵、蒸餾、脫水；吉林燃料乙醇采用“改良濕法”技術(shù)，玉米經(jīng)濕式粉碎，只分離出玉米胚芽并提取胚芽油，剩余淀粉經(jīng)液化、糖化等。副產(chǎn)品均為酒糟蛋白飼料DDGS/CO2。

我國生物柴油生產(chǎn)目前普遍采用較成熟的酸堿催化技術(shù)，即先通過均相酸催化進(jìn)行預(yù)酯化，降低原料酸值，然后進(jìn)行均相堿催化酯交換，制取生物柴油。該技術(shù)成本較低，但存在工藝流程長、物耗大、廢物排放多等問題。2010年，我國擁有生物柴油企業(yè)約150 家，總產(chǎn)能約為350×104t/a，年產(chǎn)量超過100×104t。2015年，由于稅收政策調(diào)整、原料供應(yīng)不足及國際原油價格下跌等原因，多數(shù)企業(yè)經(jīng)營困難，截至2018年，生物柴油生產(chǎn)企業(yè)已縮減為40～50家。近3年，我國生物柴油市場逐漸好轉(zhuǎn)，出口量快速增長。2018年，我國生物柴油產(chǎn)量103×104t，其中出口30×104t。上海、昆明等地在公交系統(tǒng)開展生物柴油試運(yùn)行，效果良好，國內(nèi)生物柴油消費(fèi)市場正在形成。

我國生物航煤技術(shù)發(fā)展勢頭迅猛，2011年以來已完成4次生物航煤飛行試驗(yàn)（表3），目前尚未形成產(chǎn)業(yè)，僅有中國石油化工集團(tuán)有限公司（簡稱中國石化）獲得生物航煤適航許可證，中國石化鎮(zhèn)海煉化公司10×104t/a生物航空生產(chǎn)裝置即將建成。中國石化和中國石油均采用的是HEFA路線下的兩步法加氫脫氧技術(shù)，即生物質(zhì)原料經(jīng)預(yù)處理脫除掉磷、鈉、鈣、氯等雜質(zhì)后，通過加氫脫氧得到長鏈烷烴，再經(jīng)加氫改質(zhì)使長鏈烷烴發(fā)生選擇性裂化和異構(gòu)化反應(yīng)，生成異構(gòu)烷烴，最終分餾得到生物航煤等產(chǎn)品。

表3 中國歷次生物航煤飛行試驗(yàn)

3.3 發(fā)展規(guī)劃

據(jù)《中國生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖2050》[9]，我國生物質(zhì)能的利用總量在2030年、2050年將分別達(dá)到2.42×108t標(biāo)準(zhǔn)煤和3.37×108t標(biāo)準(zhǔn)煤。未來，生物液體燃料將進(jìn)入高速發(fā)展時期，原料增量將基本用于生物液體燃料的生產(chǎn)需求。預(yù)計(jì)到2050年，生物質(zhì)能替代化石能源總量約占同時期全社會能源消費(fèi)總量的5%～8%。

我國《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》[33]提出，盡快在全國推行乙醇汽油和生物柴油?！笆濉逼陂g，我國大力推動生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2017年9月，國家發(fā)展改革委、國家能源局等15部門聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于擴(kuò)大生物燃料乙醇生產(chǎn)和推廣使用車用乙醇汽油的實(shí)施方案》，指出以生物燃料乙醇為代表的生物能源是國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，要求到2020年在全國范圍內(nèi)推廣使用車用乙醇汽油，基本實(shí)現(xiàn)全覆蓋，生物燃料乙醇使用規(guī)模達(dá)到1100×104t左右；纖維素燃料乙醇5×104t級裝置實(shí)現(xiàn)示范運(yùn)行。

國家能源局2014年11月發(fā)布《生物柴油產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策》[34]，提出構(gòu)建適合以廢棄油脂為主、木（草）本非食用油料為輔的可持續(xù)原料供應(yīng)體系，鼓勵京津冀、長三角、珠三角等大氣污染防治重點(diǎn)區(qū)域推廣使用生物柴油，鼓勵公交、環(huán)衛(wèi)等政府管理的車輛優(yōu)先使用生物柴油調(diào)和燃料。國家《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》實(shí)施能源消耗總量和強(qiáng)度雙控行動，要求民航業(yè)推進(jìn)新能源應(yīng)用等綠色民航項(xiàng)目實(shí)施，保障行業(yè)分解目標(biāo)完成?！董h(huán)境保護(hù)稅法》對大氣污染物（CO、SO2、NOx等）開始征稅，進(jìn)一步擴(kuò)大了航空公司對生物航煤的需求。據(jù)IATA預(yù)測，未來5～10年生物航煤市場規(guī)模有望達(dá)到5000萬美元。預(yù)計(jì)2021—2035年，我國生物航煤需求總量可達(dá)（1.6～1.8）×108t。

4 國內(nèi)兩大石油企業(yè)生物質(zhì)能業(yè)務(wù)進(jìn)展

中國石油是國內(nèi)最早進(jìn)行生物質(zhì)能研究和應(yīng)用的公司之一。燃料乙醇方面，吉林燃料乙醇有限責(zé)任公司是我國政府批準(zhǔn)建立的國內(nèi)第一個專業(yè)化大型燃料乙醇生產(chǎn)基地，現(xiàn)擁有產(chǎn)能60×104t/a，采用國內(nèi)首創(chuàng)的改良濕法工藝，實(shí)現(xiàn)了原料轉(zhuǎn)化率高、裝置運(yùn)行周期長、能耗物耗低、節(jié)能效果顯著、副產(chǎn)收率高等目標(biāo)。中國石油還積極開展第二代纖維素乙醇技術(shù)攻關(guān)和第三代微藻燃料乙醇技術(shù)探索。生物柴油方面，中國石油石油化工研究院（簡稱中國石油石化院）在開發(fā)原料適應(yīng)性強(qiáng)、流程短、產(chǎn)率高的生物柴油制備技術(shù)方面取得重要突破，有望降低生物柴油生產(chǎn)成本；綠色柴油技術(shù)研發(fā)在加氫脫氧、異構(gòu)降凝催化劑和工藝等相關(guān)技術(shù)方面也取得了積極進(jìn)展。生物航煤方面，2011年10月28日，中國石油牽頭成功進(jìn)行了我國首次生物航煤驗(yàn)證飛行。之后，迅速啟動加氫法生物航煤重大科技專項(xiàng)，開展核心催化劑自主開發(fā)、工藝包設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)方法建立等一系列科技創(chuàng)新工作。為進(jìn)一步降低成本，中國石油石化院持續(xù)研發(fā)新一代生物航煤技術(shù)，設(shè)計(jì)開發(fā)了新的催化工藝技術(shù)，有望顯著改善生物航煤的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

中國石化在非糧作物生物燃料生產(chǎn)領(lǐng)域開展了積極實(shí)踐。燃料乙醇方面，2006年，中國石化與中糧合作建設(shè)廣西合浦20×104t/a木薯生物燃料乙醇項(xiàng)目，已于2007年12月投產(chǎn)；2009年2月，中國石化與中糧及其合作伙伴諾維信達(dá)成協(xié)議，共同開發(fā)纖維素燃料乙醇；2018年，與江西雨帆生物能源有限公司合建10×104t/a木薯燃料乙醇項(xiàng)目。此外，中國石化石油化工科學(xué)研究院（簡稱中國石化石科院）在產(chǎn)油微藻種庫建設(shè)、大規(guī)模養(yǎng)殖微藻技術(shù)、微藻脫硝組合工藝技術(shù)等方面積極探索。生物柴油方面，中國石化石科院成功開發(fā)出SRCA 生物柴油技術(shù)，2009年應(yīng)用于海南6×104t/a生物柴油工業(yè)裝置，后又開發(fā)第二代生物柴油技術(shù)（SRCA-II）。生物航煤方面，2011年，中國石化鎮(zhèn)海煉化分公司改建生物航煤工業(yè)裝置及調(diào)和設(shè)施，同年12月生產(chǎn)出合格生物航煤；2014年2月，獲中國民航局頒發(fā)的生物航煤適航許可證，可投入商業(yè)化應(yīng)用[33]。

5 我國能源企業(yè)加快發(fā)展生物質(zhì)能的建議

5.1 抓住時代機(jī)遇，扛起國企擔(dān)當(dāng)

當(dāng)前，生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)迎來前所未有的發(fā)展良機(jī)。大型能源企業(yè)肩負(fù)著保障國家能源安全和履行節(jié)能減排承諾的責(zé)任，應(yīng)加快推進(jìn)生物質(zhì)能業(yè)務(wù)發(fā)展，穩(wěn)步踐行綠色低碳發(fā)展戰(zhàn)略，當(dāng)好國家能源革命的排頭兵。抓住機(jī)遇快速發(fā)展生物能源產(chǎn)業(yè)，對培育新能源經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)、助力能源企業(yè)在時代浪潮中轉(zhuǎn)型發(fā)展，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

5.2 做好頂層設(shè)計(jì)，優(yōu)化整體布局

在挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存、能源轉(zhuǎn)型的時代變革中，綠色環(huán)保將是能源行業(yè)新的核心競爭力。大型能源企業(yè)必須敏銳把握生物質(zhì)能領(lǐng)域科技創(chuàng)新發(fā)展趨勢，緊緊抓住和用好能源轉(zhuǎn)型所帶來的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革機(jī)遇，做好頂層設(shè)計(jì)，加快投資布局生物質(zhì)能等新能源產(chǎn)業(yè)，配合國家出臺的試行試點(diǎn)政策，支撐現(xiàn)有業(yè)務(wù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)鏈升級，為實(shí)現(xiàn)全面、可持續(xù)、高質(zhì)量發(fā)展發(fā)揮重要作用。

5.3 整合資源力量，加快實(shí)質(zhì)性建設(shè)步伐

生物液體燃料是唯一可替代石油基燃料使用及后加工的碳資源，也是鏈接能源企業(yè)、特別是石油公司主營業(yè)務(wù)和新能源業(yè)務(wù)的最佳結(jié)合點(diǎn)之一。因此，有必要加快資源整合，形成科技創(chuàng)新體系，從應(yīng)用基礎(chǔ)研究、重點(diǎn)攻關(guān)和試驗(yàn)、集成配套推廣應(yīng)用3個層次，有計(jì)劃、有步驟地落實(shí)頂層設(shè)計(jì)，著力關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn)“卡脖子”技術(shù)的突破，加快生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)化建設(shè)步伐，推動生物質(zhì)能在能源補(bǔ)充和能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮更重要的支撐作用。

5.4 加快技術(shù)創(chuàng)新，支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展

生物質(zhì)能技術(shù)的開發(fā)，既要解決原料的工藝適應(yīng)性問題，也要考慮產(chǎn)品的市場適應(yīng)性問題。一方面應(yīng)加快開發(fā)劣質(zhì)原料適應(yīng)性強(qiáng)、主產(chǎn)品收率高的生物質(zhì)能生產(chǎn)技術(shù)；另一方面也要開發(fā)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)拓展性強(qiáng)、過程成本低、副產(chǎn)品價值高的生產(chǎn)工藝，使技術(shù)體系更具柔性，更好地適應(yīng)市場變化。