第一情报 ---能源与环境

第二代生物燃料的全球生产:趋势与影响

供稿人:丁培  供稿时间:2017-12-26   关键字:第二代生物燃料  

本文摘编自Dovetail Partners公司2017年1月出版的《global production of second generation biofuels》一文,介绍了第二代生物燃料发展背景及各地区的情况。

一、主要背景

美国使用生物燃料的历史开始于1973年的石油禁运。1978年的能源税法为乙醇生产者带来了税收抵免,政府启动了一系列联邦政策来激励乙醇生产,目的是使美国不易受化石燃料供应中断的困扰,并帮助美国农民抗击玉米滞销。 2005年“能源政策法”制订了可再生燃料生产目标(RFS),2007年“能源独立与安全法”进一步提高了RFS的产量目标,确立了到2022年建立360亿加仑(1360亿升)的总生物燃料目标。2015年,美国生产了约147亿加仑(560亿升)乙醇、13亿加仑(48亿升)生物柴油。玉米乙醇的生产相对适中,相较于化石能源投入而言,玉米乙醇能源供应量只有28%的增长。因此,生物燃料发展的一个重要方向是支持开发第二代生物燃料。

第一代生物燃料易于大规模生产。然而,鉴于这种燃料是由玉米和大豆生产的,第一代工艺也引发了一些关于对土地使用效率和对环境破坏的考虑。第二代木质纤维素生物燃料的生产原料则完全不同,生产乙醇是利用玉米秸秆而不是玉米本身。生产过程也可以产生更广泛的有用产品。第二代生物燃料于2015年全面开始生产。

二、美国

第一代淀粉和糖基生物燃料主要由植物油和玉米糖精制而成。在美国,玉米是主要原料。越来越多的种植生物燃料的玉米被转基因生物替代。尽管一些州要求燃料中必须要有一定的乙醇混合物,但化石燃料的低价格使得第一代生物炼制厂的运营艰难。第二代纤维素生物燃料可以衍生自几乎任何木质纤维素材料,包括玉米秸秆和甘蔗渣,非粮食作物如木质生物质、柳枝稷和麻疯树种子,或来自城市固体废物。最终产品可以是乙醇、生物柴油、航空燃料、或任何一种工业生物化学品。Dovetail的生物燃料发展报告显示, 2009年北美、欧洲、巴西和亚洲出现第二代生物燃料设施的试点项目。 截至2015年秋季,全球已有67家生物精炼厂生产第二代乙醇、生物柴油或航空生物燃料,其中三分之一以上商业化运作。北美拥有最多的第二代商业工厂,截至2015年,全球第二代乙醇装机容量的35%位于美国。2015年,美国生产了1.44亿吨生物质(主要是玉米)燃料,满足了国内5%的运输燃料需求。2015年10月,杜邦公司在爱荷华州、内华达州开设了世界上最大的纤维素乙醇厂。在玉米秸秆生产的基础上,每年可生产3000万加仑的乙醇。

目前规范美国生物燃料生产的法规是可再生燃料生产目标(RFS)。 它是根据2005年能源政策法设立的,并根据2007年“能源独立与安全法”进行了修正。到2022年,RFS规定360亿加仑的运输燃料必须来自生物燃料,其中210亿加仑必须是先进生物燃料(先进生物燃料包括纤维素生物燃料、生物质柴油和其他燃料),必须使温室气体排放减少50%。 为了实现这些目标,环境保护署(EPA)制定了年度目标。2016年5月,EPA颁布了2017年和2018年的目标。2017年运输燃料的188亿加仑(可再生能源)中的40亿将来自先进生物燃料。能源部(DOE)分析认为,美国有望每年至少生产10亿吨的生物质资源(由农业、林业、废物和藻类材料组成),以取代美国石油消费量的30%,而且不会对食品、其他农产品的生产、环境产生不利影响 。 在美国有14家纤维素乙醇厂,其中9家已经商业化生产。虽然这14家企业设施的总容量是每年生产约1.04亿加仑,但2015年全年的纤维素乙醇生产量只有220万加仑,远远低于环保局2015年目标的1.2亿加仑。

三、非洲

非洲的生物燃料生产者可以从出口到欧盟和美国的贸易过程中大大受益,因为大多数非洲国家根据临时经济伙伴关系协议(EPAs)获得优惠贸易进入这两个市场。根据这些贸易协定,非洲可以向欧盟和美国出口免税和无配额的乙醇和生物柴油。生物燃料在非洲国内市场的机会也很丰富。运输燃料需求的增长估计在撒哈拉以南非洲国家每年超过5%。目前有10个非洲国家有生物燃料生产任务或计划。由于人口和收入的增加以及城市附近的森林砍伐,农作物生物燃料被认为是具有补充木炭和基本木材燃料的潜力。非洲第一代和第二代生物炼制的主要原料是甘蔗。目前非洲有8家第二代生物炼制厂,其中两家生产较大规模的纤维素乙醇。 其他第二代设施是使用麻疯树种子作为原料的小型生物柴油工厂。 麻疯树作为燃料一直是一个有争议的话题,麻风树可以容易地生长在不适合农业种植的边缘和干旱的土地上。然而,为了提供高产量,麻疯树需要水、营养和肥沃的土壤,这意味着麻风树与粮食作物竞争同样肥沃的土地。

四、亚洲 - 大洋洲 

亚洲和大洋洲的生物燃料生产活动集中在澳大利亚、中国、印度、泰国和菲律宾。印度尼西亚和马来西亚也是主要参与者,印度尼西亚和马来西亚的燃料几乎完全由油棕生产。在这一地区,有11个国家开展生产。目前,该地区共有13家第二代生物精炼厂,主要生产纤维素乙醇,其中4家商业化生产。在规划或施工阶段的有11家工厂。

五、澳大利亚

2015年,澳大利亚的生物燃料生产总量为3.3亿升,其中包括2.65亿升乙醇(7000万加仑)和6500万升生物柴油(1700万加仑)。 新南威尔斯州和昆士兰州规定要有一定比例的运输燃料来自生物燃料。在新南威尔士州,由于乙醇和普通燃料之间的价格差异小,乙醇销售额占正常汽油销售额的4%。据悉,昆士兰州将投资近2000万澳元(约合1510万美元),计划建设亚太地区的生物制品基地。这是昆士兰州生物技术十年路线图和行动计划的一部分。澳大利亚先进生物燃料部门得到澳大利亚可再生能源机构(ARENA)的支持。该机构为先进生物燃料项目提供了超过2500万澳元(约合1890万美元)的支持。 澳大利亚最大的第二代生物精炼厂计划于2016年底开始商业化生产。

六、欧洲

欧盟可再生能源指令(RED)作为欧盟能源与气候变化政策(CCP)的一部分,为欧盟生产和推广可再生能源制定了总体政策。 在RED下,到2020年,至少有20%的欧盟能源需求和至少10%的运输燃料必须来自可再生能源。2015年4月,欧洲议会批准了一项被称为“间接土地利用变化指令”的新政策,规定了成员国要使运输燃料中10%来自可再生能源。该政策被认为是对RED的修订,将运输部门使用第一代生物燃料的数量占比限制在7%。该政策还确定了在2020年之前运输燃料中0.5%来自先进生物燃料。预计欧盟成员国将在2017年中期之前将这些目标纳入其国家立法。意大利在2014年宣布,到2018年,意大利的运输燃料中必须有0.6%来自先进生物燃料,到2022年将占1%

目前欧盟内有19家第二代生物炼制厂,其中17家正在生产纤维素乙醇。17家纤维素乙醇厂中有四家已商业化。世界上第一家、由Beta可再生能源公司生产的商业纤维素乙醇生物精炼厂于2013年在意大利Crescentino开业,年产能达7500万升(每年近2000万加仑)。

七、英国

英国只有一家纤维素乙醇厂。由TMO可再生能源公司拥有的萨里工厂自2008年以来一直在示范生产中。第二代生物燃料项目是英国航空公司的绿色天空项目,其目的是将伦敦的城市固体废物每年转化为6000万升(1600万加仑)的航空生物燃料。但由于缺乏政府支持,原油价格低廉,投资者犹豫不决,该项目于2016年初暂停使用。

八、南美洲

南美洲若干国家已经制定了可再生燃料的任务或目标。南美大多数生物炼制厂是利用甘蔗和大豆原料的第一代工厂。纤维素乙醇部门在南美洲具有巨大的潜力,因为它可以利用甘蔗渣。然而,南美洲仅有四家经营纤维素乙醇的生物精炼厂,都位于巴西。其中三个正在以商业化生产,另一个是示范工厂。

九、巴西

2015年3月,巴西汽油乙醇混合物的增加量从25%上升到27%。截至2015年,巴西共有56座生物柴油工厂,这些工厂大多使用大豆、动物脂肪或棉花种子作为原料。2016年纤维素乙醇产量估计为60亿加仑,比上年增长了三倍多,预计2017年产量将达到80亿加仑。



参考文献:

http://www.dovetailinc.org/report_pdfs/2017/dovetailbiofuels0117.pdf

 


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