我国发展生物液体燃料的资源与技术潜力分析

（研究单位：清华大学）

“十五”以来，国家出台了一系列石油替代的激励政策，生物质液体燃料得到了快速发展。目前全国燃料乙醇生产企业有5家，产量约150万吨，其中非粮食木薯为原料的燃料乙醇生产能力达20万吨。混有燃料乙醇的乙醇汽油（E10）已经在全国10个省推广使用，2006年销售量为1544万吨。2007年全国已建成万吨级生物柴油生产企业20家左右，年产量约30万吨。新建数万亩甜高粱示范基地和大规模生物能源林基地，为进一步发展生物液体燃料拓宽了资源基础。

发展生物质液体燃料有利于满足高品质能源的需求、改善生态环境、提高生物质能源综合利用水平、增加农民收入，应该大力发展。充裕的资源保障和成熟的技术条件是大规模发展生物液体燃料的关键。资源潜力的发挥要以技术创新为前提，技术研发只有依托资源潜力才富有生命力。因此需要清楚地认识和界定我国生物液体燃料的资源潜力和技术潜力，科学、有序、有效地发展我国生物液体燃料。

一、生物质液体燃料资源潜力

发展生物液体燃料的资源包括非种植类资源和种植类资源。非种植类资源指农林生产系统的附属产物，种植类资源指在一些不适宜种植农作物的边际土地上种植的能源作物。

（一）非种植类资源潜力

非种植类资源主要包括农业剩余物、林业剩余物和一些生活废弃物。农业剩余物包括稻谷、小麦、棉花和油料等作物的秸秆和糠壳。林业剩余物类型较为丰富，包括采伐、造材和加工剩余物、森林抚育与间伐剩余物、经济林抚育修剪剩余物、竹林采伐及加工剩余物等。

非种植类资源的利用属于循环经济，是对废弃资源的再利用，资源利用的机会成本较低，但分布分散、品种杂乱、利用规模小、资源收集成本高。根据其收集和使用特点，非种植类资源潜力分为生成潜力、技术可收集潜力和实际可利用潜力三个依次递减的口径。生成潜力根据主要农作物和林产品产量计算；技术可收集潜力是减除用于维持土壤营养循环的还田或还林量后的剩余资源量；实际可利用潜力是在技术可收集潜力的基础上，减除了剩余物资源量其他终端用量后的资源量。

经核算，我国农林业废弃物的生成潜力较大，农业、林业废弃物生成潜力分别约有7.25亿吨和9亿吨。但在现有技术和条件下，我国农林业废弃物的实际可利用潜力则相对较小，分别为1.47亿吨和1.23亿吨，合计2.7亿吨。农林业废弃物的实际可利用潜力具有很大的不确定性和弹性。随着我国生物质能源产业化程度的不断提高，农林业废弃物能源转换技术不断成熟，农林业废弃物收集成本不断降低，将有越来越多的农林业废弃物资源被用于生产生物质能源。

此外，废弃动植物油脂也是我国生物液体燃料的一种重要原料资源，利用方式较直接、转换技术相对简单，主要包括食用油废弃物和棉花籽油。目前，我国每年产生废弃油约500万吨、棉籽油160万吨，若全部用作生物柴油的生产，每年可至少生产200万吨的生物柴油。

（二）种植类资源潜力

能源作物是生物液体种植类资源的主体。与非种植类资源相比，能源作物的优势是可以针对能源利用目的进行连片开发，满足大规模利用生物能源的要求，符合现代工业化生产的规模化、集中化的内在生产规律，容易实现产业化；劣势是占用土地要素、为获得最终能源产品需要其他中间投入。

粮食安全是我国的基本国策，在“不与粮争地”、“不与人争地”的大原则下，能源作物的资源潜力主要受我国边际土地的资源规模和能源作物的土地生产效率的影响。根据国土资源部“全国土地资源调查”和国家林业局“全国森林资源调查”相关数据，综合专家评估意见，我国可利用边际土地规模保守估计为2334万公顷，乐观估计为14313.6万公顷，折中估计为6434-7923.6万公顷。

我国可用于生产生物燃料的种植类资源既包括农业能源作物，主要为甜高粱、甘薯、木薯等；也包括林业能源作物，主要包括小桐子、黄连木、油桐、乌桕等，还包括薪炭林、灌木林等传统能源林；部分区域已开始尝试速生草的种植和利用。能源作物的土地生产效率受能源植物品种开发、育种技术、种植管理和中间投入影响，其单位面积产量存在较大差异。从目前开发利用的几种主要能源作物的单位土地产量看，甜高粱单位土地能源产量大致为3.75-5吨/公顷（乙醇当量，下同），小桐子单位土地能源产量变动范围幅度不大，大致为2.89-3.04吨/公顷，木薯4-6吨/公顷，文冠果0.09-0.18吨/公顷，黄连木0.046-0.18吨/公顷。

（三）生物液体燃料的环境友好竞争力

上世纪70年代起源于墨西哥的“绿色革命”标志着现代石油农业的兴起，在其取得巨大成就的同时也饱受批评。有评论认为“绿色革命”是以消耗大量化石能源为代价而获得高农业产出。

生物质资源依赖其种类不同存在环境友好竞争力差异。非种植类能源资源的生产利用方式属于典型的循环经济，不增加额外的温室气体排放，还可通过集约生产、清洁生产减少温室气体排放。研究表明，纤维素制取乙醇技术的温室气体净排放量为负值。而对于种植类能源资源，由于生物燃料的资源种植、能源转换和交通运输过程中都要消耗大量的化石能源，生物燃料的温室气体减排量具有较大不确定性。我国种植类能源资源作为交通燃料的能源消耗和温室气体排放全生命周期的计算结果显示，目前的生物质乙醇生产1兆焦能量当量乙醇所耗费的化石能消费量普遍大于1兆焦。这表明我国目前利用种植类能源资源作为交通燃料不具有环境友好的竞争力，但由于生物质乙醇生产所耗费的能源以煤为主，产品实现了石油替代，这对改善我国能源消费结构、提高环境友好度具有积极意义。未来通过技术引进和自主研究开发，预计我国粮食作物和非粮作物燃料乙醇生产的化石能源能耗将会有明显降低。

二、生物质液体燃料技术潜力

我国生物质液体燃料产业目前的技术工艺较为落后，原料利用效率偏低，物耗、水耗和能耗较高，也缺乏适应本国非粮植物（甜高粱、甘薯、小桐子）生产生物燃料的成套先进技术工艺和设备。相关资料显示，我国甜高粱乙醇产业至今尚未形成连续加工工艺装备，从而影响其规模化生产。由于种植技术相对落后和土地租用等成本高昂，目前我国第一代生物燃料的单位成本相对较高。同时，种植类生物质资源相比普通化石燃料能量密度低，收集、运输过程困难，高昂的物流和供应链成本也使得生物质能源项目的经济性明显降低。

但是，我国生物质液体燃料产业技术在未来很可能会得到根本解决。以农林生产剩余物为原料主体的第二代生物质液体燃料技术已成为我国高校和研究机构的研究热点问题。假以时日，这些研究开发努力将会在降低生物质液体燃料生产成本方面取得重大突破。国际能源机构对生物液体燃料的成本进行了估计，认为纤维素乙醇和生物合成柴油的生产成本最快将在2010年后有大幅降低；即使按保守估计，在2030年纤维素乙醇和生物合成柴油的生产成本也将会下降到每升汽油当量约0.15美元的水平。

三、我国发展生物液体燃料的技术路径

根据资源和技术条件，我国近期（2010年以前）应发展以淀粉类作物为原料的燃料乙醇，改进常规发酵技术，进一步提高乙醇生产的经济性；进行甜高粱等糖类原料的直接发酵技术示范；加大纤维素技术研发力度，争取在纤维素酶水解技术上有所突破。

中期（2010年-2020年）实现并加大以甜高粱等糖类作物为原料的燃料乙醇的产业化开发利用；在盐碱地、沙荒地大面积种植耐贫瘠能源作物；争取在2015年后实现纤维素乙醇初期商业规模的发展。

远期（2020年以后）燃料乙醇实现稳定规模化，并探索利用其他更高热值产品（如丁醇等）；植物代谢技术取得突破，减少木质素含量，提高纤维素含量，使产业有充足的原料资源保障。

预计我国生物乙醇（包括燃料乙醇、纤维素乙醇等）的未来发展趋势，到2020、2030和2050年分别实现1200万吨、3600万吨和6400万吨。

就生物柴油而言，逐步加快开发以动植物油脂为原料的传统生物柴油，实现F-T柴油的产业化规模化应用，并实现联产热电，提高替代化石柴油的比例。预计我国生物柴油（包括F-T柴油）到2020、2030和2050年分别能实现400万吨、2600万吨和4000万吨。

四、发展我国生物液体燃料的政策建议

（一）完善产业管理

根据当前资源条件、技术和产业发展水平，合理确定和完善生物质液体燃料产业管理。制定生物液体燃料发展专项规划，逐步建立完善的政策和市场体系，包括建立完善的项目核准制度和市场准入制度，提高产业效率，加强资源的可持续监管等。

（二）加强技术的研究开发

加强生物质液体燃料技术研究开发，要原料种植技术研发和燃料转化技术研发并举、相互协调。注重基础研究、研究发展、示范项目和应用推广等环节的衔接，加强对第二代生物燃料示范项目的支持，促进系统集成。

（三）加强供应链激励

生物质液体燃料发展是一个复杂的系统工程，产业链较长，涉及的利益相关者诉求差异较大，根据不同产业的运作特点，结合机制改革形势（如林权制度改革），鼓励适合生物质液体燃料产业发展的创新型运作模式，促进生物质液体燃料产业供应链的合作协调。

（四）提高资源和技术的适应性能力

生物质资源分布相对分散，资源品质差异非常大；生物质资源的非能源用途相对较多，生物质资源用于能源存在一定的不确定性；生物质资源的区域分布差异很大。要实现中国生物液体燃料产业化，必须因地制宜，提高资源和技术的配套性和可持续性，提高资源和技术的适应性。