巴西生物质能科研和产业化动态

李昌珠， 黄 振， 杨 艳

(1.湖南省林业科学院， 湖南 长沙 410004; 2.湖南省生物柴油工程技术研究中心， 湖南 长沙 410004)

巴西生物质能科研和产业化动态

李昌珠1，2， 黄 振2， 杨 艳2

(1.湖南省林业科学院， 湖南 长沙 410004; 2.湖南省生物柴油工程技术研究中心， 湖南 长沙 410004)

巴西是全球推动生物燃料产业发展的先锋，在燃料乙醇等生物液体燃料的开发和利用方面破解了一系列关键技术和产业化难题,经济技术先进性一直居世界领先地位。本文介绍了巴西生物质能产业发展所取得的主要成就和发展生物燃料缓解化石能源供应紧张局面所取得的成功经验；分析了生物质能技术创新动态和创新性成果；概述了政府制定的持续支持政策和法律保障措施。结合我国实际情况，作者就我国生物质能原料供应、相关政策和技术创新方面提出了具体建议。

巴西； 生物质能；科研动态；产业化动态

发展生物质能对降低温室气体排放，缓解化石能源供应紧张局面，优化能源结构、保障国家能源安全，建立稳定的能源供应体系意义重大。随着能源形势日益严峻，生物质能已引起全球各界广泛关注。进入新世纪以来，特别是石化能源价格节节攀升背景下，中国生物质能源产业得到迅速发展。与此同时，一些专家学者和政府职能部门对生物质能发展前景及其产业化制约因素研究分析指出，生物质资源开发要结合农业产业结构调整来布署产业区域, 并尽快完善产业链条，集中力量解决产业化过程中的关键问题。

作为推动生物燃料业发展的先锋，巴西在生物质能，特别是燃料乙醇的开发和利用方面一直居世界领先地位。为发展生物质能产业，巴西政府制定了一系列行之有效的公共政策和鼓励措施，并通过立法保障生物质能的科研开发和推广应用。经过多年的完善和发展，巴西燃料乙醇的产能和市场占有率已远远高于世界平均水平，同时积累了发展低碳经济的宝贵经验，为当前全球生物质能的发展做出了重要的贡献。为了学习巴西生物质能源开发利用的先进技术和成功经验，作者曾经先后于2002年、2007年访问巴西，比较系统地考察了巴西生物质能科研和产业化发展情况。认为巴西生物质能技术和政策的持续性，生物质能原料基地建设、市场运行模式和法律保障体系建设等经验对我国生物质能产业的发展具有很好的参考价值。

1 巴西概况

巴西位于南美洲东南部，大部分地区属热带气候，南部部分地区为亚热带气候。自然条件得天独厚，特别是淡水资源、耕地资源、森林资源、矿产资源和农作物资源十分丰富。同时，巴西也是拉美面积最大、人口最多和经济最发达的国家，国土面积8.5亿hm2，可耕地面积约4亿hm2，农产品资源丰富。其中甘蔗、柑橘的产量居世界首位，大豆产量居世界第二，玉米产量居世界第三，被誉为“21世纪的世界粮仓”。由此可见，巴西在生物能源的发展上具有巨大的空间和明显的优势。

巴西全境3/8是平原和低地。最大的亚马逊盆地位于北部；巴拉那盆地的大部分位于南部地区；沿大西洋沿岸伸展着一条窄长的平原。5/8是高原，圭亚那高原位于亚马逊盆地的北部，辽阔的巴西高原位于两个盆地之间，是巴西地貌的主体。平均海拔高度为500m。境内大部分属于热带地区，平均气温最高的东北部是28℃，最低的南部高原是16℃，年温差较小，日温差则因地而异。大部分地区年降水量高达1000mm，小部分地区降水量在2500mm以上，极少数地区降水量在500mm以下。

2 生物质能研究动态

早在20世纪20年代，巴西在生物质能源的利用上就有汽车使用燃料乙醇的先例。同期，国家技术研究院也开始进行可再生能源的探索性研究[1]。20世纪70年代和80年代的两次石油危机，沉重打击了巴西经济，迫使巴西下决心大力发展本国石油工业和研发使用替代能源。在随后的几十年中，无论国际油价涨落，还是燃料乙醇市场的萎缩，政策和法律一直朝着有利于生物质能发展的方向发展[1-4]。 从2000年至今，灵活燃料汽车的普及以及对国际市场的运用把握，为乙醇市场和生物质能源的复苏和壮大带来了机遇[5-6]。目前，巴西使用的乙醇等现代生物质能源占其能源消耗总量的23%，远高于1.7%的世界平均水平。生物柴油与木质生物质能的研究和发展也取得了显著的成效[1-2]。

2.1燃料乙醇的研究与发展动态

蔗糖是巴西传统大宗农产品，巴西甘蔗产量居世界首位。巴西人很早就开始利用甘蔗生产燃料乙醇。在20世纪70年代初全球石油危机后，即开始研究和开发汽车用燃料乙醇，到80年代中期，燃料乙醇的利用达到了一个高峰。当时生产的汽车中，有3/4以上采用了燃料乙醇发动机。之后受国际市场上原油价格下跌和政府更迭、政策改变等因素的影响，巴西国内燃料乙醇供应量曾一度急剧萎缩，乙醇动力汽车的销售量几乎降低到零，燃料乙醇产业几近停滞。但是生物质能源研究却并未就此止步，而是逐渐走向成熟。到20世纪90年代，燃料乙醇已具有与石油市场竞争的能力。据2008年数据统计，燃料乙醇的平均价格截至2008年9月，折合成人民币仅为4.2元/L[6]。21世纪初，国际石油价格开始逐步上升，巴西乙醇的生产效率则已经翻了3番，生产成本也从0.6美元/L降至0.2美元/L左右，因此，燃料乙醇得以再度推广[7]。目前，巴西以甘蔗为原料生产的燃料乙醇已经成功替代了26%以上的汽油，成为世界上唯一不供应纯汽油的国家，加油站只供应E20 — 25乙醇汽油(含20%～25%乙醇)和100%乙醇两种燃料[8]。

经过30多年的努力，巴西在高产甘蔗品种的选育、高产种植和低成本收割、乙醇发酵、甘蔗渣的再利用以及乙醇汽车生产技术等方面已处于世界领先水平。巴西的科学家通过遗传技术培育出早熟甘蔗新品种，延长了甘蔗收割期，从而提高了蒸馏厂设备利用率，开工期由过去的每年6—7个月增至10个月。期间，巴西还研究出了甘蔗固氮技术，并培育出固氮品种，可以在降低成本的同时保证甘蔗地连续种植30年以上而不出现土壤退化。在甘蔗收割技术方面，巴西Deer公司生产的甘蔗收割机，剪头、去叶、收割、码垛1次完成，小型设备生产效率可以替代80个人工，大型收割机可以替代400个人工，大大降低了生物质能源的生产成本。目前巴西甘蔗种植面积为779万hm2，年总产量6.22亿t，乙醇年产量为278亿L到286亿L[9]。到2012年，乙醇燃料的年产量将扩大到350亿L，其中约100亿L可用于出口[4]。

在燃料乙醇生产技术方面，巴西圣保罗大学发明的真空发酵蒸馏技术，可使乙醇发酵的时间从当前的9h缩短到2h[2]。同时，巴西乙醇生产产生的蔗渣(包括蔗叶)全部用于生物发电。过去1 t蔗渣只能发电129.8kwh，通过技术革新，现在可发电342.4kwh，除了满足企业自身用电外，1t甘蔗渣还可对外送电86kwh。除此之外，乙醇发酵蒸馏后的废水经特殊处理可做肥料直接灌溉到农田[6]。真正实现了生物酒精的清洁生产和循环利用。

2.2生物柴油的研究与发展动态

巴西在推广使用乙醇作为机动车燃料的同时，还利用本国特有的自然条件和资源优势大力研究开发生物柴油技术，并取得了明显成效。目前，已在部分加油站供应由蓖麻、棕榈油等炼制的生物柴油。巴西柴油需求量大，柴油占巴西运输燃料市场的58%，其中进口柴油约占用量的15%，但这一状况正酝酿着改变。

巴西是最早掌握生物柴油生产先进工艺技术的国家之一。从20世纪70年代起，巴西国家技术研究院等机构就开始协同开发生物柴油。20世纪80年代曾推出“生物柴油计划”，而且进行了小型试验性生产，但因为与化石柴油相比成本过高，没有扩大生产规模[10]。2003年7月，巴西政府重新启动了“生物柴油计划”，其目标之一是至2020年生物柴油的市场份额达到20%。2004年，颁布了促进生物柴油使用的法令，允许柴油批发商在柴油中添加一定比例的生物柴油。同时制定了财政鼓励措施和公共政策，包括提供融资、技术方面的支持及经济、社会和环境方面的可持续保障，实行弹性调节，促进各种原料油料作物的种植和各种提炼技术的应用。2005年1月，颁布第11097号法律，即在巴西能源框架中对引入生物柴油做出了强制性规定，并推行“国家生物柴油生产与应用计划”，设定了到2008年，燃油中添加2%的生物柴油，到2013年，生物柴油比例提高到5%的目标[8]。2005年5月，巴西颁布的第11116号法律，规定了对以各种油料作物为原料的生物柴油的免税和减税比例，以促进生物柴油的生产，并规定家庭农业生产者种植生物柴油原料作物，可享受特殊的免税待遇。2006年,巴西石油公司同4家替代燃料公司签署了购买生物柴油合同，常规柴油中添加生物柴油的行动进入实质性阶段。巴西全国有24个生物柴油生产厂，2007年生物柴油生产能力达到8～9亿L；2008年生产量达11.2亿L；预计到2012年可达12亿L[1]。

经过政府多年持续的支持，巴西生物柴油研发技术体系基本建成。形成了开发生物柴油的技术网络，多家科研机构和高校共同致力于生物柴油技术的推广应用，地域范围涉及23个州。

Biocapital公司在charqueada设有全国最早的生物柴油工厂。该厂采用植物油或动物脂肪生产生物柴油。采用反酯化工艺，使三甘油酯的长脂肪酸链形成甲酯，甲酯生成生物柴油。此过程采用1%～2%甲醇钠为催化剂，甲醇为溶剂。反应30分钟后，粗生物柴油从甲醇中分离出来，并产生由三甘油酯的丙基主链衍生的副产物——甘油(1,2,3 — 丙三醇)和其他剩余物。生物柴油经减压蒸馏提纯，得到最终产品。对甘油副产物进一步加工可得到丙二醇和环氧氯丙烷。

Biocapital公司现生产生物柴油能力为6万t/年，2008年初产量提高到25.2万t/年(7600万加仑)。该公司计划同时生产生物柴油和燃料乙醇，成为一体化的生物燃料公司。

巴西生产生物柴油的原料主要来自油类作物种籽，包括大豆、棉籽、葵花籽、油菜籽、蓖麻籽、芝麻籽等。这些油类作物每年约可产油0.5t/hm2。其目标是10年内产油率提高到2t/hm2，30年内产油率达5t/hm2。

2.3木质生物质能的研究与发展状况

巴西是世界上森林资源最为丰富的国家之一，巴西森林面积为4.24亿hm2，居世界第2位，占世界森林总面积的19.7%，森林覆盖率为49.8%。其森林蓄积量为560亿m3，居世界第2位。

人工林面积约700万hm2，仅占国土面积的0.7%。其中桉树人工林占52%，松树林30%，狭叶南洋杉林占1%，果树和棕榈林占12%，其他树种占5%。按面积计算，巴西的人工林总面积居世界第4位。

2.3.1 薪炭材生产率水平高 巴西是一个传统木炭出口国。巴西为生产木质生物质能而消耗的5,500万吨木材中，40%用于生产木炭。为保护森林资源和生态环境，从20世纪90年代开始，木炭生产便推行了人工林替代天然林的计划，人工林生产木炭已经由20世纪80年代的20%提高到90年代的40%，目前已超过50%。

桉树被广泛用作能源原料。巴西拥有先进的桉树种植技术，目前已将桉树产量提高到30t/年·hm2～50t/年·hm2，能源林总计约200万hm2[11]。

2.3.2 木质生物质气化取得新进展 一是利用甘蔗渣气化发电。巴西是全球最大的甘蔗生产国，甘蔗渣年产量很大，政府持续推动这一可再生资源的发电开发[12]。目前，蔗渣提供的电力占全国电力总消耗量的3%，提供的动力相当于2020万t石油; 二是利用木质纤维汽化发电。巴西林业部门从美国引进了生物质综合气化/气化涡轮技术，利用生物质气化后产生的气体推动涡轮机发电。同水电站势能转换为电能效率约20%相比，这项技术的转换效率则要高出1倍，达到了40%。

3 巴西生物质能产业发展的启示

巴西虽是发展中国家，但在利用非粮作物甘蔗生产乙醇方面技术领先，经验丰富，生物燃料计划收效显著，为全球燃料乙醇生产大国和出口大国。在应对可持续发展和能源短缺的矛盾方面,其推动可再生能源发展的政策举措以及宝贵经验对我国有一定的参考价值。因此，借鉴其持续促进可再生能源技术开发的经验，对发展我国生物质能产业具有重要的现实意义。

3.1建议加快推进非粮生物质能的发展

我国人口众多，粮食生产面临着巨大的挑战，大量利用粮食作物来生产生物燃料极不现实。我国目前的国情决定了我国生物质能发展不能完全走巴西生物质能发展的道路，只能因地制宜大力发展非粮农林生物质能原料，做到不与粮争地，不与民争粮。我国有大量以淀粉、油脂、纤维素、半纤维素及木质素等为主要成分的生物资源。我国粮食年产量为4.5～5亿t，同时产生秸杆逾7亿t；还有不宜农作物种植但适合能源树种发展的土地约有1亿hm2，再加上南方6667万hm2山坡和2000万hm2冬闲田，每年可生产10～15亿t生物质，可产乙醇和生物柴油约1亿t左右，至少相当于大庆油田的年产量[13]。另外，我国可规模化开发利用的非粮能源作物还有很多，如可用于燃料乙醇生产的甜高粱(Sweetsorghum)、木薯(Manihotesculentacrantz)等植物，以及用于生物柴油的小桐子(Jatrophacurcas)、光皮树(Swidawilsoniana)、蓖麻(Ricinuscommunis)、黄连木(Pistaciachinensis)、文冠果(Xanthocerassorbifolia)等[14-16]。我国已经引进、育成了一批能源植物新品种，并在一些地区大面积种植成功。如我国自主选育的燃料乙醇原料甜高粱系列品种，0.2～0.3hm2甜高粱茎秆年收获量可以生产1t乙醇(95%酒精含量)[17]。充分利用这些非粮能源植物，对我国生物质能产业健康、可持续的发展，替代能源战略的实施至关重要。

3.2建议加大对生物质能发展的扶持力度

从巴西实施“生物柴油计划”的政策举措中，我们可以发现，巴西政府决策层非常重视政府在能源领域的领导作用。巴西政府通过立法手段强制推广生物柴油，并通过补贴、设置配额、统购乙醇以及运用价格杠杆和行政干预等手段鼓励使用乙醇燃料，从而大大推动了生物质能的发展。而我国生物质能的发展速度虽然很快，但也面临着很多的困难。为了更好的推动我国生物质能的发展，根据国情，参考巴西发展生物质能源的相关政策，我国政府需进一步加强政策调研，在价格调控、税收优惠、市场配额、资金补助、市场准入等方面制定切实可行的指导政策。

与巴西相似，我国也有众多的农村人口。近些年，农民增收问题成为我国社会的焦点。为增加农民的收入，我们应借助政府干预来引导社会资金和技术流向这些人群和地区，为其创造适合的社会、政策和金融环境，从而提高农民自身在市场中的竞争能力。同时，这些惠农政策的实施也能为充分整合农村人力资源发展生物质能产业提供便利。

3.3建议加强生物质能领域的科研投入和产业化体系建设

巴西生物质能发展之所以取得显著成绩，科技创新和科学研究发挥了重要作用。我国在发展林业生物质能源过程中也要将科技创新与林业生物质资源培育和加工结合起来，注重生物质多元化利用，加强多学科交叉研究与开发。在今后一段时期内，要着重选择一批对国民经济和生态环境建设具有重大价值的生物质能源关键技术进行研究开发，抓好生物质能源项目的试点示范和科技成果的转化工作，促进产业形成，尽快实现生物质能的产业化生产。

生物质能源产业是一个新兴产业，任重道远，各种技术在应用和发展中面对层出不穷的新情况、新问题，不断地被更新、完善，甚至被淘汰。因此，持续地支撑其科学研究是生物质能得以健康、持续、长足发展的重要保障。

3.4建议加强与巴西在生物质能研究开发方面的合作交流

巴西在生物质能研究方面有深厚积累，其产业发展取得了显著成效。为加快我国生物质能发展进程，早日实现产业化，应鼓励和支持我国相关研究机构和企业多与巴西相应机构在生物质能方面进行积极主动的技术交流和科研合作，引进国外生物质能源开发利用的先进技术和设备，并做好先进技术和设备的吸收、消化、再创新工作。在引进国外先进技术时，要具有系统思维，改变以往侧重单纯引进技术 的方式，要注重生产工艺、制造技术、组织管理和营销理念的整体引进，从而使生物质能源技术引进在短期内取得实质性成果。

3.5把林业生物质能发展与新农村建设和生态建设结合起来

巴西在发展生物质能过程中，紧密结合推进区域发展、提高农民收入、促进社会进步和改善当地环境等长远目标，收到了良好的成效[18-19]。我国将发展生物质能产业目标，主动与新农村建设、生态环境建设目标结合起来是非常必要，也是极有可能的。通过利用荒山、荒地、沙地、盐碱地等非农业用地，调整农林业产业结构布局，着力发展林业生物质能产业，对控制环境污染，恢复生态系统，解决农业、农村、农民发展的“三农”问题有重大战略意义[20]。

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BiomassenergyresearchandindustrialtrendsinBrazil

LI Changzhu1,2，HUANG Zhen2，YANG Yan2

(1.Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, China;2.Biodiesel-engineering Research Centre of Hunan Province, Changsha 41004, China)

As a pioneer in promoting the development of biofuel industry, Brazil gets the leading position around the world in developing and utilizing biomass energy all the time．In the present paper，the dynamics of biomass energy research and industrialization in Brazil was briefly introduced．Some suggestions for development of domestic biomass energy were put forward based on the actual situation in China，which gave a reference for speeding up the development of biomass energy in China．

Brazil; biomass energy; research trend; industrial trend

2011 — 03 — 02

2011 — 03 — 21

国家林业局公益性项目 (201004071)；长沙市科技计划项目(K1003307 — 31)；国家科技支撑项目(2007BAD 41B04)。

李昌珠 (1963 — )，男，湖南省道县人，研究员，博士生导师，主要从事能源植物和生物质柴油研究。

S 216

A

1003 — 5710(2011)02 — 0001 — 04

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2011. 02. 001

(责任编辑：谭著明)