我国生物柴油产业现状及发展对策

杨 颖 田从学

(攀枝花学院生物与化工学院,攀枝花 617000)

我国生物柴油产业现状及发展对策

杨 颖 田从学

(攀枝花学院生物与化工学院,攀枝花 617000)

石油危机、环境污染加速了可再生、环境友好替代能源的发展,生物柴油无疑是其中一个重要热点。作为可再生的生物质液体燃料,生物柴油的开发应用将对社会经济的发展产生巨大的影响。对改善生态环境、提高能源安全、实现可持续发展及调整农业结构、增加农民收入等具有重要意义。目前世界上许多国家正从国家战略的高度大力开发生物柴油技术并推进其产业化进程。就生物柴油的优点、发展生物柴油的意义及我国生物柴油产业研究发展现状进行了综述,并对我国生物柴油产业的发展提出具体建议。

生物柴油 产业现状 发展对策

石油资源短缺已成为全球共同面临的巨大挑战,与此同时,化石燃油的消耗量逐年递增并带来严重的环境问题。绿色的、可再生替代能源的研发已成为许多国家共同的选择,作为生物质能源的生物柴油无疑是其中一个重要热点[1]。所谓生物柴油,是指以植物油、动物脂肪、工程微藻等可再生生物资源生产的可用于压燃式发动机的清洁替代燃油。从化学成分上来讲,生物柴油是一系列长链脂肪酸甲(乙)酯的混合物,脂肪酸碳链长度变化范围为 12～24 C,主要集中于 16～18 C。一般为偶数直碳链,含有 0～3个双键。作为可再生、绿色环保的替代燃油,生物柴油受到世界各国的普遍重视。就生物柴油的优点、发展生物柴油的意义及我国生物柴油产业现状进行了较为全面的综述,并对我国生物柴油产业的发展提出具体建议。

1 发展生物柴油的意义

生物柴油具有诸多优点,发展生物柴油产业具有重大意义。目前世界上许多国家正大力开发生物柴油技术并推进其产业化进程。生物柴油优点及发展生物柴油的意义主要表现在以下几方面。

1.1 环境友好方面

(1)生物柴油为酯类化合物即含氧燃料,比化石燃料 (饱和烃类物质)更易充分燃烧,因而能有效降低一氧化碳和颗粒物排放量[2]。(2)生物柴油中几乎不含硫和芳香烃,因而燃烧排放物中二氧化硫、低碳烃和致癌物质极少。检测表明,与普通柴油相比,使用生物柴油可以降低空气毒性,降低患癌率[3]。(3)生物柴油容易生物降解,泄漏后不容易造成地面污染,因而特别适合生态敏感环境和自然保护区[4]。(4)封闭的碳循环有利于减缓温室效应。由于生物柴油燃烧时排放的二氧化碳远低于植物生长过程中所吸收的二氧化碳,理论上讲生物柴油的使用可以净减少二氧化碳排放量,有利于改善由于全球变暖所带来的危害[5]。

1.2 使用性能方面

(1)生物柴油冷滤点低,在不加添加剂的情况下,冷滤点可达 -20℃。因而使用生物柴油作燃料,发动机具有较好的低温启动性能。(2)由于闪点高,生物柴油不属于危险品,因此,在运输、储存、使用方面具有较好的安全性能。(3)生物柴油十六烷值高,具有良好的燃料性能,使其燃烧性能好于柴油,燃烧残留物呈微酸性使催化剂和发动机机油的使用寿命加长。(4)生物柴油热值高,一般可达化石燃油的80%。(5)生物柴油具有较高的运动黏度,在不影响燃油雾化的情况下,更容易在汽缸内壁形成一层油膜,从而提高运动机件的润滑性,降低机件磨损、延长使用寿命。(6)无须改动柴油机,可直接添加使用,同时无需另添设加油设备、储存设备及人员的特殊技术训练。

1.3 原料再生方面

与化石燃料来源不同,制备生物柴油的原料主要来源于植物,具有可再生性。一年生的草本植物可连年种植收获,多年生的木本植物可一年种维持数十年的经济利用期。与石油储量不同,通过农业和生物学家的努力,其供应量不会枯竭,可以实现可持续发展的科学发展观。

1.4 能源安全方面

由于生物柴油可以本国生产,从而可以减轻对石油进口的依赖,保障本国的能源安全。我国能源资源有限,常规能源资源仅占世界总量的 10.7%,人均能源资源占有量远低于世界平均水平。目前我国已经成为世界第二大石油进口国,2004年全年石油进口量达 1.4亿 t,占总需求量的 1/3多,我国石油供应对国际石油市场的依赖程度将不断加大。预计到2020年,我国石油净进口量将达到 2.3～2.7亿吨,而那时的石油产量仅为 1.8亿吨,石油对外依赖程度将超过 50%。因此,发展生物柴油产业对我国来说意义特别重大。同时生物柴油产业副产的各种化工产品可以代替石油基化工产品,一定程度上也可以减少部分石油进口,有利于国民经济的建康、稳定发展。

1.5 其他方面

发展生物柴油产业,可以调整农业产业结构,增加农民收入。同时发展生物柴油产业,可以为社会提供更多就业岗位,一定程度上缓解日趋严峻的就业压力。此外,发展生物柴油产业,可以绿化荒山、防止水土流失、改善生态环境。

2 我国生物柴油产业现状

在能源和生态双重危机下,世界上许多国家正大力开发生物柴油技术并推进其产业化进程,生物柴油产业近些年得到了快速的发展。美国、欧盟、日本、印度等国都在积极发展这项产业。2006年全球生物柴油产量达到 500万 t,2009年全球生物柴油产量预计将接近 1 600万 t,增长率超过 300%。

我国生物柴油产业发展较晚,系统研究始于中国科学院的“八五”重点科研项目“燃料油植物的研究与应用技术”。我国政府为解决能源节约、替代和绿色环保问题制定了一系列政策和措施,一些学者和专家也致力于生物柴油的研究与推广工作。我国“十五”计划发展纲要提出发展各种石油替代品,将发展生物液体燃料确定为国家产业发展方向。生物柴油产业一开始就得到了国家领导和相关部委的支持并列入有关国家计划。2004年科技部高新技术和产业化司启动了“十五”国家科技攻关计划“生物燃料油技术开发”项目,其中包括生物柴油的内容。2005年由中国农业大学石元春院士主持的国家专项农林生物质加工工程开始启动,此项目中规划生物柴油在 2010年的产量为 200万吨 /年。2005年,由侯祥麟院士主持的替代燃料发展战略开始进行,替代燃料中包括了生物柴油。2005年 5月,国家 863计划生物和现代农业技术领域决定提前启动“生物能源技术开发与产业化”项目,已发布了指南,其中设有“生物柴油生产关键技术研究与产业化”课题。2005年 12月,国家发改委办公厅组织实施生物质工程高技术产业化专项中明确指出要支持以棉籽、油菜籽、废弃油及其他用木本植物原料生产生物柴油产业化。2006年 1月 1日《可再生能源法》生效,为生物柴油等替代燃油进入市场提供了保障。2006年4月,国家发改委就我国生物燃料产业发展作出三个阶段的统筹安排:“十一五”实现技术产业化,“十二五”实现产业规模化,2015年以后大发展。2006年 7月,国家发改委召集讨论生物质能源规定强制性的市场份额目标。2006年 11月 20日,国务院召开替代能源发展工作会议,明确指出要积极发展燃料乙醇和生物柴油。2006年 12月 6日,国家税务总局关于生物柴油征收消费税问题的批复中明确指出:生物柴油不属于消费税征税范围。2006年底国家发改委组织编制《可再生能源中长期发展规划》和《生物质能发展纲要》,明确提出以发展车用替代燃料为重点,到 2020年生物柴油替代达到 500万吨的战略目标。2006年,国家颁发了《关于发展生物能源和生物化工财税扶持政策实施意见》,目的在于能更好地支持生物能源和生物化工的发展。为了规范生物柴油产业的生产与管理,由中国石油化工股份有限公司提出,石油化工科学研究院起草的我国第一项生物柴油国家标准——《柴油机燃料调和用生物柴油国家标准》已经实施。

在我国,生物柴油产业化率先在民营企业实现,四川古杉油脂化工公司、海南正和生物能源公司、福建卓越新能源发展公司都建成了 1～2万吨/年的生产装置。主要采用餐饮业废油和皂化油下脚料为原料,大多以间歇式生产工艺为主。生产的生物柴油一般仅可用于农业或发电机械,与车用替代燃油之间还有一定距离。其他民营企业如西安兰天生物工程公司等也计划生产生物柴油。2004年,四川大学宣布要利用麻疯果油建设年产万吨级生物柴油炼油厂,新疆规划建设以棉籽油为原料的 10万吨/年的生物柴油炼油厂,河北石家庄炼油化工股份有限公司规划利用多种原料油建设 5万吨/年的生物炼油厂。2005年,国内还出现一个由奥地利 B I OLUX公司独资兴办的威海碧路生物能源有限公司,投资7 500万欧元,在山东威海建设 25万吨 /年的生物柴油炼油厂,产品全部出口到欧盟。

与国外相比,我国生物柴油产业还有相当的差距,生物柴油的发展仍处于初级阶段。规模小、技术设备落后、市场不规范至今仍是这一产业最突出的问题。此外,尚未制定促进生物柴油生产、销售、使用等相关政策,更没有正规的生物柴油销售渠道,对于原料收集处理的相关政策还没有形成一个完整的体系,严重制约生物柴油产业发展。面对经济高速发展和环境保护双重压力下,加快高效清洁的生物柴油产业化进程显得更为迫切。

3 我国发展生物柴油产业对策

3.1 建立稳定廉价的原料来源

要发展生物柴油产业,必须要有稳定的原料来源。欧美国家主要以菜籽油、大豆油为原料生产生物柴油。我国是一个农业大国、人口大国,人均耕地只有 1.43亩,不足世界平均水平的 40%。稳定农业和保障粮食安全早已成为国家基本国策。人多地少的国情决定了我国生物柴油产业的发展不宜以食用油作为原料。生物柴油原料的发展就遵循“不与人争粮、不与粮争地”原则。具体有下面三个方向。

3.1.1 利用我国广大的山区、丘陵种植乔灌木油料作物,如麻疯树、黄连木、绿玉树、光皮树等。一方面,它们具有野生性,耐旱,耐贫瘠,可以克服山地土层薄、肥力差、缺水等不利于草本植物生长因素,可以实现不与粮食生产争地。结合我国西部退耕还林生态工程,大面积营造生物柴油资源林,提供廉价的生物柴油原料,可变荒山劣势为优势。另一方面,它们具有一次栽、多年受益的特性,经济效益可观,而且其采集需要大量劳动力,合乎我国国情。同时又为我国农民、林业工人增收,对调整中国农村产业结构、提高人民生活水平等具有不可低估的作用。2006年 9月 12日,中国海洋石油集团公司与四川省攀枝花市政府签订了攀西地区麻疯树生物柴油产业发展项目。该项目计划投资 23.47亿元,预计到2010年,中海油基地公司将在攀枝花发展麻疯树种植基地 50万亩,建设年产 10万吨的生物柴油炼油基地。2007年 4月,中、英、美三国能源巨头接连在川宣布:未来 10年内,3家公司将以约 200亿元人民币的投资总额,介入攀枝花市、凉山州等地的麻疯树栽植项目,并修建多座 10万吨级以上的生物柴油炼油厂。早在 2006年 7月,中石化透露,有意在攀枝花建一座年产 10万吨的生物柴油炼油厂。目前,美国贝克公司在攀枝花注册成立了子公司,项目已开始运作,该项目 2006～2007年度计划种植麻疯树 11.5万亩,攀枝花已种植近 2万亩。2007年 1月 20日国家林业总局发布了种植 1200万亩能源林的发展规划,并确定了四川、云南、贵州为麻疯树重点发展区域。云南省已制定了相关措施,加快推进能源林基地建设,每建设一亩基地,由财政给予相应补贴。目前发展麻疯树提炼生物燃油最有可能形成产业链的区域是四川和云南两省。

3.1.2 在大中城市规模收集餐饮废油和工业废弃油脂作为生物柴油生产原料。餐饮废油经过多次高温烹炸产生多种有害物质,工业废弃油脂在加工过程中也可能会残留有毒物质。这些原料经过不法分子的加工会流入餐桌,严重危害人们的身体健康,如果这些原料直接排放又会造成环境污染。规模化收集后用于生物柴油生产,变废为宝、利国利民。目前餐饮废油是价格最低的生物柴油原料,以餐钦废油为原料生产生物柴油在经济上是最为可行的生产生物柴油方式[6-7]。2007年 4月,武汉艾瑞生物柴油有限公司与意大利公司合作,启动了《武汉城市废弃油再生转化生物柴油新能源产业化技术示范合作项目》。目前大多数生物柴油公司使用原料均为餐饮废油或工业废弃油脂。

3.1.3 在沿海大城市,利用水域优势规模发展以工程海藻为原料生产生物柴油。美国国家可更新能源实验室利用工程微藻生产生物柴油,这是生物柴油发展的新动向。工程微藻是一种通过基因工程技术建构的微藻,称为“工程小环藻”。在实验室条件下可使脂质增加到 60%以上,在户外生产能力也可增加到 40%以上。工程微藻具有生产能力高;以海水作为培养基,可以进行大量繁殖,并且不与其它农业争地;生产油脂比陆生植物单产高出 30倍等优点。同时结合最新的研究成果,也可以通过污水处理池来养殖工程海藻。一方面,可以大规模净化富含营养的污水;另一方面,可以提高工程海藻的产量,并可以提高从工程海藻中提炼生物柴油的比例。另外,通过养殖工程海藻来净化污水,将大大降低污水处理的成本、减少直接排放污染程度较严重的废水,从而确保江河水质。

3.2 加快生物柴油生产技术研发

生物柴油生产在欧美许多国家都有较为成熟的技术 ,如 LURGI、BASF、MPOB公司都拥有自主知识产权的生物柴油生产工艺,并在全世界范围内进行技术转让。但这些生物柴油生产技术并不适合我国市场。这些技术普遍工艺流程长,对原料的适应性差,生产过程中会有大量含酸、碱废水排放。根据我国庞大的柴油需求市场和原料来源多样性的特点,开发对原料适应强的连续生产工艺,是目前生物柴油产业发展的关键,普适性和连续性是先进生产工艺的基本要素。采用先进的催化技术及反应分离耦合技术降低反应条件、提高反应转化率。催化技术主攻方向为:固体酸碱、酶、近临界 (亚临界)催化。生产过程中含酸、碱废水排放量小或无也是先进生产工艺中应考虑的问题。同时开发高副加值副产品如柴油添加剂、增溶剂、甘油、芥酸、乳化剂、润滑油、表面活性剂、黏接剂等,综合利用以降低成本,提高生物柴油竞争力。

3.3 加强市场管理与监督

2006年 11月,国务院办公会议确定了高技术、高门槛、规范化发展生物柴油的原则。生物柴油发展应建立市场准入制度,严格控制和审批生物柴油发展项目,避免产业发展过热,更不能一哄而上。建立生物柴油质量标准,规范生产和销售市场。将废食用油以及植物油脚转变为生物柴油,从表面上看,具有诱惑力,极易形成一哄而上,盲目重复建设,造成生产能力过剩。另一方面,一些不法商人大肆进行舆论宣传,借以转让不合格的技术,坑蒙欺骗投资者,尤其是欺骗那些报着急于致富心理、资金不多的农民与下岗工人。在废塑料制取汽柴油产业的发展过程中曾经出现过这种一哄而上、坑蒙欺骗的混乱局面,引起不少法律诉讼,以致于大众认为这是一种伪科学。目前由于缺乏质量标准,各地质量技术监督部门很难判断生物柴油是否合格。这样,对质量很好的产品,由于没有标准允许,很难进入市场。同时,一旦允许部分质量好的产品进入市场,很快就会有质量不过关的生物柴油进入市场,侵害用户的利益,同时给生物柴油带来不好的名声,对生物柴油产业的进一步发展产生障碍。需要指出的是,由于标准建立滞后、鉴定单位五花八门,不少鉴定缺乏科学性,流于形式。国内现有的生物柴油厂家所生产的生物柴油多由企业邀请专家鉴定,鉴定结果在地方科技厅局备案。鉴定依据的标准不一,而且在车辆上进行严格行车试验的较少。大部分新闻宣传言过其实,不少单位技术不过关却到处发布广告,引起不少纠纷。市场上出现许多转让生物柴油技术的公司,这些公司多数没有科研基础,利用这些不过关技术生产的所谓生物柴油的酸值均在 3以上,远高于国际通行的 0.8。有些加油站将质量不合格的生物柴油勾兑入柴油中进行销售,冲击了成品油的正常流通秩序,坑害了消费者。

另外,生物柴油的生产过程涉及到甲醇、动植物油脂,很容易发生火灾,甲醇泄露也极易引起中毒。目前我国尚没有生产过程中的监督标准与生物柴油生产流程与工艺设计方面的国家标准,有关部门在生物柴油工厂开工之前无法进行验收。同时,缺乏设计基础数据,缺乏设计规范,影响产能的迅速扩张。以减压蒸馏为例,目前生物柴油生产单位应用的分馏塔处理能力多在 1～3万 t/a。由于缺乏设计数据,设计单位担心技术风险不敢设计大处理能力的设备。建议国家质量技术监督总局与有关行业协会尽快制定此方面的标准。在建立了生物柴油国家质量标准和生产流程、工艺设计、安全生产方面的国家标准后,国家发展改革委员会、国家质量技术监督总局、国家工商行政总局、国家环境保护局等单位统一规划,合理分配审批权限。在适度竞争的基础上,合理安排产业布局;同时严格审查有关商业宣传,防止形成“李鬼”冒充“李逵”扰乱市场的局面,以保证生物柴油产业的健康、有序发展。

3.4 加大扶持力度

2006年 1月 1日,可再生能源法的实施从法律层面保障了生物柴油能够进入市场。除此而外,国家还应从立法层面强制保障生物柴油的市场份额。对生物柴油进入市场的渠道制订政策,保障生物柴油能够顺利进入流通领域。生物柴油要进入市场,必须要通过加油站系统。而目前的加油站系统 90%以上属于中石油和中石化两大集团,如何利用现成的加油站系统保障生物柴油的销售渠道也是值得研究的问题。欧美发达国家政府在发展生物柴油方面的经验值得借鉴,从各国经验来看,发展和应用生物柴油应是国家战略行为。生物柴油的发展离不开国家在技术开发、工业示范、产业发展和推广应用等各阶段予以政策法规、财政补贴、税收减免等方面的支持[8]。目前我国政府需要将财政补贴配套政策落到实处,《可再生能源产业发展指导目录》虽然对生物柴油产业进行了明确规定,但还没有具体落实。不过生物柴油生产企业不能完全依靠补贴生存,而应在政府支持的基础上,走市场化的发展道路,依靠质量、价格和服务占领市场份额。除此而外,政府应加大宣传力度,引导大众认识与使用生物柴油,最好是能在生物柴油的推广使用方面做好表率作用。

4 展望

随着人们对生物柴油认识不断加深、环保意识不断加强以及政府对生物柴油产业扶持力度加大、政策和法规的不断完善,生物柴油产业在未来 10年内将得到快速发展。生物柴油产业相关技术的不断进步将有力地降低其成本、提高其市场竞争力。汽车柴油化趋势、化石柴油价格飙升趋势都将有力地推动生物柴油产业的进步和发展。我国生物柴油产业虽然刚刚起步,但政府已经高度重视,加大了在生物柴油产业方面的导向性研发力度。在国家政策、法规保障下,在政府积极扶持和引导下,通过研发部门、农林部门、生产企业的共同努力,我国的生物柴油产业将会健康、稳定地发展。

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Current Status and Development Strategies of Biodiesel Industry in China

Yang Ying Tian Congxue
(School ofBiological and Chemical Engineering,Panzhihua University,Panzhihua 617000)

Petroleum crisis and environment pollution accelerate the development of renewable and environment friendly alternative energy source like biodiesel.As one of the reproducible liquid energy sources,the exploiting and application of biodiesel would bring forth gigantic effect on the development of society,economy and environment,such as improving ecological environment,ensuring energy security,achieving sustainable development,adjusting agricultural structure and increasing peasants income.Many countries in the world are developing and industrializing vigorously biodiesel technique as a national strategy.This review summarizes the excellence of biodiesel,the signifi2 cance of developing biodiesel and domestic current statusof biodiesel industry.At the same ti me,concrete suggestion for developing China’s biodiesel industry is put forward.

biodiesel,current status,developmentmeasures

TQ517.4 TK6

A

1003-0174(2010)02-0150-05

国家自然科学基金项目 (50804025),四川省应用基础研究项目(2008JY0140)

2009-02-28

杨颖,男,1974年出生,副教授,固体酸碱及生物柴油生产工艺

田从学,男,1973年出生,副教授,功能材料及材料新工艺