纤维素乙醇产业进展

林 鑫，武国庆

（1. 国家能源生物液体燃料研发 (实验) 中心， 北京 100020； 2. 中粮营养健康研究院，北京 102209）

纤维素乙醇产业进展

林 鑫1，2，武国庆1，2

（1. 国家能源生物液体燃料研发 (实验) 中心， 北京 100020； 2. 中粮营养健康研究院，北京 102209）

燃料乙醇已发展成为世界可再生能源产业之一，在经济、环境、能源等领域发挥着重要作用。利用能量及环境效益更佳的木质纤维素作为原料生产燃料乙醇，已是这一产业可持续发展的基石。自 2014年下半年开始剧烈下跌的原油价格虽然带来了一些不确定因素，但在政策性因素引导下，世界燃料乙醇产业有序发展，在年产量创出新高的同时，纤维素乙醇示范装置也在加速建设。2017年纤维素乙醇生产能力有望突破100万吨。本文在综述世界燃料乙醇产业发展现状基础上，详细介绍了纤维素乙醇的产业进展，并对纤维素乙醇的发展趋势作了展望。

燃料乙醇；纤维素乙醇；产业化

燃料乙醇作为优质的液体运输燃料，在促进农村发展[1]、改善大气环境[2-4]、减少温室气体排放[5]、部分替代化石能源[6]等方面都有许多贡献[7]。在美国和巴西的带动下，世界已有50多个国家或地区制定了生物燃料配套政策，包括规定掺混指标或指令、给予税收激励[8]。据RFA统计，2014年世界燃料乙醇产量将达到创纪录的73 82万t，较上年增长5%[9]。燃料乙醇已发展为一个世界性的新兴可再生能源产业。纤维素乙醇较1代乙醇在净能量、温室气体排放方面有较大的优势，作为二代燃料乙醇在美国、巴西、欧洲、中国等国已建成上百套中试装置，产业化装置也已陆续投产。

当前原油价格的急剧下降是否会影响燃料乙醇、特别是二代纤维素乙醇的继续发展已成为关注的焦点。国际市场原油价格自2014年6月达到高点以来一路下行，美国西德克萨斯轻质原油WTI和北海布伦特原油价格至2014年12月已下跌近50%。许多人担心会波及燃料乙醇的产量和利润，实际情况如何呢？以美国为例，燃料乙醇的价格跟随石油价格大幅下跌，利润缩减。然而第3、4季度美国燃料乙醇的产量却仍维持在93～94万桶/d的高位，RIN（每个RIN代表1加仑对应生物燃料[10]）的价格也在不断上升[11]。石油价格大幅下降后，美国汽油的消费量在达到饱和后开始复苏，燃料乙醇的需求量随之增加，这不仅缓解了悬而未决的“添加上限”问题，也促进了低价燃料乙醇产量的稳定。据美国能源信息署（EIA）统计，2014年美国燃料乙醇产量较2013年增长8%，达到历史新高4 271万t，预计全年混配的燃料乙醇会占到汽油消费量的9.9%。纤维素乙醇也未受此影响，至2015年初，第5套纤维素乙醇装置投入运行后，美国总的2代乙醇产能将超过25万t/a。

另一方面，燃料乙醇的生产成本受到玉米等原料价格、副产品价格以及消耗的化石能源价格等诸多方面的影响，这些因素的叠加在一定程度上会减轻石油价格波动所带来的行业冲击。虽然美国燃料乙醇价格在2014年总体下降10%，但玉米价格在2014年较上年下降约1/3。根据爱荷华州立大学的研究，对于一个典型的爱荷华州干法玉米乙醇厂，基于可变成本的净回报率在2014年增加了54%。目前的原油价格对于许多北美新油井来说已低于成本价格[12]。在未来石油行业调整生产，供需水平重新达到平衡后，原油价格可能会走出新一轮的高价周期，届时，燃料乙醇将彻底摆脱当下的困境。

在我国，燃料乙醇的价格与汽油价格挂钩，为93#汽油调拨价的 0.9111，受国内原油价格波动影响。截止2014年12月29日，国内油价已出现11连跌，对燃料乙醇企业带来一定影响。但与此同时，国家一如既往地坚持自 2006年就已明确提出的非粮生物燃料发展方向，在“十二五”期间制订了相应的发展规划（如《可再生能源发展“十二五”规划》《能源发展“十二五”规划》《国家能源科技“十二五”规划》《生物质能发展“十二五”规划》），并在2014年5月调整了燃料乙醇财政政策，决心逐步取消1代和1.5代燃料乙醇的补贴，转而支持纤维素为原料的2代燃料乙醇。在燃料乙醇企业利润收窄、燃料乙醇跨入能源项目、审批权限下放、试点规模扩大、纤维素乙醇补贴政策发布、大气污染防治方案实施等机遇下，纤维素燃料乙醇在国内也有望实现产业化发展，这对国家能源安全、社会安定均具有重要战略意义。

1 世界燃料乙醇的发展现状

燃料乙醇在本世纪的头 10年快速增长，年产量从2000年的1 350万t增加到2010年的6 984万t。之后的两年由于气候条件、原料及产品价格等原因，巴西和美国连续减产，2013-2014年全球燃料乙醇产量回暖，2014年产量达到7 382万t。表1列出了2014年世界燃料乙醇估计产量及分布状况。

表1 2014年世界燃料乙醇估计产量分布Table 1 Estimating world fuel ethanol production in 2014 (1×104t)

美国2007年通过能源独立与安全法（EISA）后，宣布了新的《可再生燃料标准》（RFS II），要求到2020年可再生燃料消费量达到360亿加仑。截止2015年1月，美国在其29个州建有213家燃料乙醇工厂，数量接近2007年的两倍，在建及扩建工厂3家，预计将增加产能30万t。据RFA统计，2014年美国燃料乙醇行业共生产了4 271万t燃料乙醇及副产品饲料3 900万t，创造就业约38万个（直接就业84 000个），贡献530亿美元GDP，带来270亿美元家庭收入和103亿美元税收。燃料乙醇在美国带动了众多相关行业的发展，包括农作物种植、农业机械生产、谷物加工及储存、酶制剂和酵母产业、法律及会计等服务行业。燃料乙醇除了对经济发展有重要贡献外，对美国的能源安全也起到了一定的作用。美国的原油对外依存度已由2005年60%的峰值下降到2014年的28%，其中燃料乙醇贡献了7%。2014年美国生产的燃料乙醇相当于替代了5.12亿桶用于汽油炼制的原油，这些原油比美国每年进口沙特阿拉伯的原油量还多，而所替代的原油价值近 490亿美元。而中国原油对外依存度已由2005年的42.9%上升到2014年的59.6%。

在玉米乙醇工业发展成熟后，美国政府及相关机构看到2代燃料乙醇的趋势，从2009年开始大力推动纤维素乙醇的研发[13]。2012年1月1日，美国取消了对粮食燃料乙醇的补贴，而1.01美元的二代生物燃料生产商税收减免政策自 2009年颁布之日起一直延续[14]。2012年，美国国家实验室和工业合作伙伴共同完成了使用纤维素原料生产乙醇中试规模的技术验证，表明其不仅在技术上可行，而且能做到成本有竞争力（2.15美元/加仑）[6]。2013年～2014年两年间，美国已建成4套纤维素乙醇示范装置，产能达到18万t/a。

巴西燃料乙醇行业在2009年至2013年经历了重重危机。2008年金融危机后巴西经济不景气、天气因素导致甘蔗减产、国际糖价持续高企，此外，巴西政府为控制通货膨胀实施了控制燃油价格的措施，使国内燃料价格一直低于国际价格。2011年，巴西甘蔗乙醇受此影响产量仅为1 661万t，较2010年产量下跌19.5%，也导致全球生物液体燃料产量10年来首次下跌。2012年的产量与2011年持平，较2008年降低13.8%。2012年巴西拥有的约400座燃料乙醇厂有41座停产，甘蔗单产由2008年的115 t/公顷降低到2012年的69 t/公顷，2011年巴西首次进口美国玉米燃料乙醇。由于燃料乙醇供应量短缺，价格丧失优势，2010-2012年，巴西政府多次降低了乙醇汽油掺混比例，从而降低需求，保持燃料乙醇价格稳定。2013年，国际糖价走低，巴西政府于5月上调乙醇汽油掺混比例（由20%提高到25%），并且两次上调汽油销售价格，并于5月份出台法案减免含水乙醇消费税。据USDA-FAS统计，2013年巴西燃料乙醇产量预计1872万t，接近2008年生产水平（1 933万t）,2014年的产量与此持平为1 849万t。

巴西蔗渣原料丰富，其国内企业积极联合国际知名能源及生物技术企业开发以蔗渣为原料的二代纤维素乙醇技术。由巴西国家开发银行（BNDES）提供3亿雷亚尔（约合7.7亿元）贷款，Granbio公司建设的巴西首套装置已经投产，项目采用 Beta Renewable的Proesa®技术，康泰斯公司提供关键设备，DSM公司提供工业酵母，诺维信公司提供酶制剂。Granbio公司的目标是到2020年在巴西投产累计近79万t的二代燃料乙醇工厂。

我国在2000～2001年，为消化陈化粮批准了4个燃料乙醇项目。此后，在黑龙江、吉林、河南、安徽等省陆续封闭推广使用加入10%比例燃料乙醇的乙醇汽油。2007年，陈化粮消化结束，非粮原料燃料乙醇得到发展。自2007年首套非粮燃料乙醇装置——广西中粮生物质能源有限公司20万t/a木薯乙醇项目竣工投产以来，非粮燃料乙醇产能已达90万吨/年，年节省粮食约280万t。其中，2011年，河南天冠企业集团有限公司建成了以木薯为原料总能力30万t/a燃料乙醇生产装置，同年完成万吨级纤维乙醇项目的建设；2012年，中粮生物化学（安徽）股份有限公司对原有装置进行改造，形成 15万t/a木薯乙醇产能；2012年5月，山东龙力生物科技有限公司5.15万t/a纤维燃料乙醇项目获得国家发展改革委批复，当年投产。

为促进非粮燃料乙醇的发展，2013年10月至2014年2月，广东中能酒精有限公司年产15万t木薯燃料乙醇项目、中国石化东乡10万t/a木薯燃料乙醇项目、浙江燃料乙醇有限公司年产 30万 t木薯燃料乙醇项目、海南椰岛（集团）股份有限公司年产10万t木薯燃料乙醇项目获得国家发展改革委批准，产能共计65万t/a。2014年，我国燃料乙醇年产量约233万t，其中纤维素乙醇3.2万t，批复产能上升至310万t/a。目前，已经封闭运行、实现乙醇汽油试点使用的省市包括黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽、广西6省、区及河北、山东、湖北、江苏、内蒙古5省、区的30个地市，全国E10乙醇汽油的使用量约占汽油表观消费量的24%。近2年，浙江、江西、广东、海南等省有望陆续加入封闭区域，开展乙醇汽油试点。

2 纤维素乙醇产业化进展

至 2012年底，世界已建成上百套纤维素乙醇中试装置[15]。2013～2014年，国内外先后有7套3～7.5万t/a规模的纤维素乙醇示范装置投入试运行，累计产能超过40万t/a。表2和表3列出了世界[16-22]及我国[23-26]主要纤维素乙醇示范装置，预计到2017年，全球至少有25个项目投产，纤维素乙醇年生产能力超过100万t。

目前，在建最大的纤维素乙醇商业化装置为杜邦公司位于美国Nevada 的9万t/a装置，正处于项目收尾阶段，将于2015年初投产。2014年9月和10月Abengoa公司位于美国雨果顿（Hugoton）以及POET-DSM先进生物燃料公司位于美国埃米茨堡（Emmetsburg）的7.5万t/a装置分别运行投产。巴西的Granbio公司采用Beta Renewables公司预处理技术于2014年9月建成6.5万t/a装置，该装置以稻草和蔗渣为原料，采用 Beta Renewables公司Proesa®技术，整个工厂分为两个部分，纤维素乙醇厂投资1.9亿美元，蒸汽及电厂投资0.75亿美元，电厂除保障2个工厂的全部电力、蒸汽外，可年外供电力135 GW·h。同样在巴西的Raizen公司，在现有甘蔗乙醇工厂的基础上扩建，采用Iogen公司预处理技术，在2014年底建成3.2万t/a纤维素乙醇示范装置。

表2 世界主要纤维素乙醇示范装置[16-22]Table 2 Main pilot-scale cellulosic ethanol projects in the world[16-22]

我国已建成的纤维素乙醇装置有山东龙力以玉米芯废渣为原料的5.15万t/a装置和河南天冠的沼气（主要来自戊糖）——乙醇（来自葡萄糖）联产装置。在建及规划的项目包括、吉林燃料乙醇引进杜邦工艺的 8万吨/年装置以及安徽国祯和意大利M&G的合资项目、河南天冠的4套3万t/a纤维素乙醇规划项目。

表3 我国纤维素乙醇主要示范装置[23-26]Table 3 Main pilot-scale cellulosic ethanol projects in China[23-26]

3 展 望

3.1 二代燃料乙醇综合效益优化，是未来的趋势

国内外多年来的推广应用经验表明，燃料乙醇是我国促进农业经济发展、创造国内就业机会、减少化石燃料依赖、降低燃油价格、清洁环境的有力解决方案之一。而从长期看，纤维素乙醇作为下一代燃料乙醇，具有更好的环境效益，是农林废弃物可持续综合利用的有效方式，是燃料乙醇未来的发展方向。

3.2 国家重点扶持，纤维素乙醇行业发展逐步规范化

在《能源发展战略行动计划（2014-2020年）》中，我国已明确提出加强先进生物质能技术攻关和示范，重点发展新一代非粮燃料乙醇。为此，相关部门已出台一系列财税补贴政策，在“核准生产、定向流通、封闭运行、有序发展”的基本原则下，鼓励核心技术的自主开发，加强对纤维素乙醇示范工程的支持力度，促进我国纤维素乙醇行业的标准化和规范化发展。

3.2 大气污染防治升级，纤维素乙醇产业化的重要机遇期

2014年3月，国家发展改革委、国家能源局、国家环境保护部联合发布了《能源行业加强大气污染防治工作方案》。方案指出，为有效利用可再生能源，将积极推进生物质能的开发利用，重点推动生物质热电联产、醇—电联产综合利用，继续推动非粮燃料乙醇试点，2017年生物液体燃料产能要达到500万t。随着产业化环境的改善，以及各项支持政策的落实，纤维素乙醇示范装置的建设逐步加速。我国燃料乙醇的发展已步入转换期，近期纤维素乙醇商业化装置的正常运行，更预示着燃料乙醇新的发展机遇已经来临。

［1］Renewable Fuels Association. Falling walls & rising tides: 2014 Et hanol industry outlook[EB/OL]. [2014-01-26]. http://www. ethanolrf a.org/pages/annual-industry-outlook.

［2］HEI Special Committee on Emerging Technologies. The Future of Vehicle Fuels and Technologies: Anticipating Health Benefits and Challenges[C]. Communication 16. Boston: Health Effects Institute, 2011.

［3］Storey JM, Barone T, Norman K, et al. Ethanol blend effects on di rect injection spark-ignition gasoline vehicle particulate matter emi ssions[J]. SAE Int J Fuels Lubr, 2010, 3(2): 650–659.

［4］靖苏铜, 阳东波, 林海龙, 等. 乙醇汽油对汽车污染物排放影响的研究[J]. 交通节能与环保, 2014(5): 003.

［5］岳国君, 王满意, 林鑫. 燃料乙醇温室气体排放与能量投入/产出的探讨[J]. 化工进展, 2013, 32(11): 2599-2603.

［6］US Department of Energy. Replacing the whole barrel to reduce U S dependence on oil[EB/OL]. [2014-01-26]. http://www1.eere.energ y.gov/ biomass/pdfs/replacing_barrel_overview.pdf.

［7］岳国君, 李北, 刘文信. 放心使用车用乙醇汽油——百问再答（试读本）[M].北京：中国石油工业出版社,2015.

［8］IEA. Technology Roadmap: Biofuels for Transport[R]. International Energy Agency, 2011.

［9］Renewable Fuels Association. 2015 Ethanol industry outlook[EB/OL]. http://www. ethanolrfa.org/pages/annual-industry-outlook.

［10］康利平, 安锋, 张宇. 美国可再生燃料标准实施机制与市场跟踪[J]. Chinese Journal of Biotechnology, 2013, 29(3): 265-273.

［11］Where’s the upside in $60 oil? [EB/OL]. http://www.biofuelsdigest.

com/bdigest/2014/12/11/wheres-the-upside-in-60-oil. 2014-12-11.

［12］Myles Udland, “Oil is still getting crushed – Citi Breakeven Oil

Production Prices”[R]. Business Insider, December 8, 2014.

［13］Solecki M, Scodel A, Epstein B. Advanced biofuel market report 2013[R]. Environmental Entrepreneurs, 2013.

［14］113TH CONGRESS 2D SESSION H. R. 5771 [EB/OL].. http://www. gpo.gov/fdsys/pkg/BILLS-113hr5771ih/pdf/BILLS-113hr5771ih.pdf.

［15］Bacovsky D, Ludwiczek N, Ognissanto M, et al. Status of advance d biofuels demonstration facilities in 2012[R]. IEA Bioenergy Tas k 39: Commercializing 1st and 2nd generation liquid biofuels fro m biomass, 2013. http://demoplants.bioenergy2020.eu/files/Demopla nts_Report_Final.pdf.

［16］RFA. Celebrating Seven Years of the Renewable Fuel Standard [E B/OL].. http://www.ethanolrfa.org/page/-/RFA%20Documents/EISA% 207-Year%20Anniversary.pdf?nocdn=1.2014-12-17.

［17］Solecki M, Scodel A, Epstein B. Advanced biofuel market report 2013[R]. California: Environmental Entrepreneurs, 2013.

［18］Brown TR, Brown R C. A review of cellulosic biofuel commercial -scale projects in the United States[J]. Biofuels Bioprod Bioref, 2 013, 7(3): 235–245.

［19］POET-DSM’s Project LIBERTY opens, as fantasy becomes real [E B/OL].. http://www.biofuelsdigest.com/bdigest/2014/09/03/poet-dsms -cellulosic-biofuels-plant-opens-as-fantasy-becomes-real. 2014-0 9-03.

［20］GranBio starts cellulosic ethanol production at 21 million gallon p lant in Alagoas [EB/OL]. Brazil. http://www.biofuelsdigest.com/bdig est/2014/09/24/granbio-starts-cellulosic-ethanol-production-at-21-mgy-plant-in-brazil/. 2014-9-24.

［21］Raizen, Iogen commence cellulosic ethanol production in Brazil [EB/ OL]. http://www.biofuelsdigest.com/bdigest/2014/12/17/raizen-iogen-co mmence-cellulosic-ethanol-production-in-brazil/. 2014-12-17.

［22］Abengoa plant has multiple feedstock capabilities [EB/OL].. http:// ethanolproducer.com/articles/11566/abengoa-plant-has-multiple-fee dstock-capabilities. 2014-10-20.

［23］河南天冠企业集团有限公司河南省科学技术进步奖推荐书[EB/OL]. http://www.nysti.ha.cn/2013gongshi/01.htm. 2014-01-26.

［24］吉林燃料乙醇有限责任公司8万吨/年纤维素乙醇项目环境影响评价公众参与第一次公示[EB/OL]. http://www.cesepeis.org.cn/news/go ngchengxiangmuxinxi/2014-02-28/4022.html. 2014-2-28.

［25］M&G Chemicals, Anhui Guozhen ink pact to build world’s largest cellulosic biofuels plant [EB/OL]. http://www.biofuelsdigest.com/bd igest/2014/07/29/mg-chemicals-anhui-guozhen-ink-pact-to-buildworlds-largest-cellulosic-biofuels-plant/. 2014-07-29.

［26］国祯阜阳生物质循环利用产业园项目正式签约[EB/OL]. http://ah. people.com.cn/n/2014/0729/c358343-21811714.html. 2014-10-20.

Industry Progress of Cellulosic Ethanol

LIN Xin1,2，WU Guo-qing1,2
（1. National Energy Research (Experimental) Center of Liquid-Biofuels, Beijing 100020，China；2. COFCO Nutrition & Health Research Institute, Beijing 102209，China）

Fuel ethanol has become one of the world's renewable energy industries, and plays an important role in areas such as economy, environment and energy. To use lignocellulose with good energy efficient and environment benefit as raw material to produce fuel ethanol has become a footstone for the sustainable development of the fuel ethanol industry. Although sharp decrease of crude oil price has brought some uncertainties in the second half of 2014, the world ethanol industry continued development with positive policies. Not only the annual production set a new record, but also the construction of cellulosic ethanol commercial facilities accelerated. It is expected that the cellulosic ethanol production capacity will exceed 1 million tons in 2017. In this paper, current status of the fuel ethanol industry was introduced, progress of the cellulosic ethanol industry was reviewed, and development trend of the cellulosic ethanol industry is also discussed.

Fuel ethanol; Cellulosic ethanol; Industry progress

TQ 214

A

1671-0460（2015）08-2028-04

国家高技术研究发展计划（“863”计划），项目号：2012AA022304；国家高技术研究发展计划（“863”计划），项目号：2014AA021906。

2015-03-05

林鑫（1984-），男，湖北十堰人，硕士，2011年毕业于德国亚琛工业大学生物技术专业，研究方向：生物质能源与化工、工业酶制剂的应用。E-mail：linxin@cofco.com。