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世界主要生物能源生產國發展分析
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世界主要生物能源生產國發展分析

2007-11-19  來源:中國生物能源信息網

1、巴西:成功典范 

       巴西是推動世界生物燃料業發展的先鋒。它利用從甘蔗中提煉出的蔗糖生產乙醇,代替汽油作為機動車行駛的燃料。如今巴西乙醇和其他競爭燃料相比,價格上已具有競爭性。這也是當前生物燃料業發展最為成功的典范。

      早在20世紀30年代,巴西人就開始用蔗糖乙醇作為汽車燃料,70年代,由于石油價格的不斷上漲,這一技術開始贏得政府的支持。巴西熱帶地區的光照使得這里非常適合種植甘蔗?,F在,巴西已經是世界上最大的甘蔗種植國,每年甘蔗產量的一半用來生產白糖,另一半用來生產乙醇。

       最近幾年,由于過高的汽油價格和混合燃料轎車的推廣,巴西燃料乙醇工業更是得到了長足的發展?;旌先剂限I車能夠以汽油和乙醇的混合物為燃料,自從2003年在巴西大眾市場銷售后,銷量節節攀升,目前已經占據了巴西轎車市場的半壁江山。在混合燃料轎車需求的拉動下,巴西燃料乙醇的日產量從2001年的3000萬升增加到2005年的4500萬升,已能滿足國內約40%的汽車能源需求。同時,燃料乙醇工業還為這個失業率高達10%的國家提供了100萬個工作崗位。

       盡管,有人提出種植甘蔗也是一個非常耗能的過程,但研究人員經過仔細計算后得出,每種植一噸甘蔗耗能大約25萬千焦,而一噸甘蔗生產出的乙醇以及用甘蔗渣發電,可以得到大約200萬千焦的能量,回報高達8倍。這是因為甘蔗是一種非常高產的作物,能有效地將太陽能轉化為糖儲存。因此,用蔗糖生產乙醇是目前世界上制造乙醇最便宜的方法,每升的成本大約只有25美分。

       在未來4年中,巴西計劃將新建4050家大型乙醇加工廠。為了保證這些加工廠的原料供應,甘蔗的種植面積也在不斷擴大。在這些新增的甘蔗種植面積中,一部分來自新開墾的土地,另一部分則是由糧食、柑橘或咖啡的種植地及飼養牲畜的草場轉化過來的。

       但巴西生物燃料發展戰略當前的成功,并不意味著巴西的蔗糖乙醇會成為世界生物燃料業未來的選擇。因為即使只替代目前全球汽油產量的10%,也需要將巴西現有的甘蔗種植面積擴大40倍。雖然,巴西人總是說我們巴西很大,但他們也清楚不可能出這么多土地用于種植甘蔗。另外,由于甘蔗的品種有強烈的地域性,巴西的技術路線在別的國家很難走得通。就連非洲、印度、印度尼西亞都無法照搬,更別說主要地處溫帶的中國了。

2、 德國:獨樹一幟

      1923年,德國從事煤炭研究的費希爾和托普希發明了一種技術,可以將煤炭、天然氣等轉化為液體燃料。由于液體燃料使用更為方便,這種后來被稱為-托反應的技術80多年來一直受到業界的重視。

       更為重要的是,對于那些煤炭豐富但缺少石油的國家(比如中國、美國)而言,-托反應技術對保證國家的能源安全有舉足輕重的作用。

       但這種技術有一個致命的弱點:成本過高。因此,除非迫不得已,否則人們很少會采用。-托反應技術第一次被大規模采用是在二戰期間。當時,被封鎖的納粹德國有90%的柴油和航空燃油供應歸功于這一技術。在種族隔離時期,南非由于受到制裁,開始發展-托反應技術,并最終使國內30%的燃料來自煤炭的液化。

       除了成本過高之外,-托反應技術在將煤炭轉化為液體燃料的過程中,會產生大量的二氧化碳。這也使得該技術的推廣面臨環保的壓力。解決的辦法之一,就是用生物原料替代化石燃料。

      “-托反應也可以將秸稈、木屑等生物原料轉化為液體燃料。在德國,一家高科技公司采用這種技術,每年已可以生產1.5萬噸名為陽光柴油的生物燃料。但目前這一工藝仍遠遠落后于以煤炭、天然氣為原料的同類技術,并且成本更昂貴。

       荷蘭能源研究中心的茲瓦特說:石油價格只有漲到每桶70美元以上,才有可能使利用-托反應生產生物燃料的企業贏利。現在,以-托反應為核心技術的能源計劃多為企業的示范項目,并得到了國家的資金補貼。比如,在德國用-托反應生產出的生物燃料將被免除針對其他燃料所征收的重稅。

3、美國:風口浪尖

       美國是另一個主要的燃料乙醇生產國,但與巴西不同,它用的不是甘蔗而是玉米。盡管有不少反對的聲音,但美國燃料乙醇的日產量仍從1980年的100萬升增加到現在的4000萬升。目前,美國已投入生產的乙醇生產廠有97家,另外還有35家正在建設當中。這些工廠幾乎都集中在玉米種植帶。

       玉米中用于生產乙醇的主要成分是淀粉,通過發酵它可以很容易地分解為乙醇。這正是用玉米生產乙醇的優勢,但這也是人們反對的原因,因為淀粉是一種重要的糧食。今年美國計劃投入4200萬噸玉米用于乙醇生產,按照全球平均食品消費水平,同等數量的玉米可以滿足1.35億人口一年的食品消耗。

       事實上,在整個生物燃料領域,當前最吸引投資者的并不是用蔗糖、玉米生產乙醇,或是從油菜籽中提煉生物柴油,而是用纖維素制造乙醇。

       所有植物的木質部分--通俗地說,就是骨架”--都是由纖維素構成的,它們不像淀粉那樣容易被分解(如果容易被分解,木材就沒法保存那么久了),但大部分植物捕獲的太陽能大多儲存在纖維素中。如果能把自然界豐富且不能食用的廢物纖維素轉化為乙醇,那么將為世界生物燃料業的發展找到一條可行的道路。

       由于技術上的限制,目前還沒有一家纖維素乙醇制造廠的產量達到商業規模,但很多大的能源公司都在競相改進將纖維素轉化為乙醇的技術。最大的技術障礙是預處理環節(將纖維素轉化為通過發酵能夠分解的成分)的費用過于昂貴。美國加利福尼亞大學的懷曼說:惟一比預處理環節更昂貴的就是不要預處理。要想用纖維素生產乙醇,預處理環節無法回避。

       技術上的不確定性,迫使制造乙醇的大部分投資仍集中在傳統的工藝--通過玉米、蔗糖生產乙醇,但這些辦法無法從根本上解決當前各國面臨的能源危機。為了保證能源安全,美國總統布什說,他的政府計劃在6年內把纖維素乙醇發展成一種有競爭力的生物燃料。

       因為發展能源不可能走犧牲糧食的道路。盡管現在技術上還存在障礙,但大部分人仍相信,利用纖維素生產燃料乙醇代表了未來生物燃料發展的方向。美國能源部投入2.5億美元成立了兩個生物能源研究中心,負責研究纖維素乙醇。歐盟在其第七個研究與發展框架計劃中為纖維素乙醇研究專門預留出1億歐元的經費。BP公司也宣布將在未來10年內用5億美元資助生物能源研究。

4、中國:力爭上游

       我國農業廢棄物主要是:農作物秸稈,每年產量約7億噸,可做為能源用途的約3億噸,約折合1.5億噸標準煤;工業有機廢水和畜禽養殖場廢水資源理論上可以生產沼氣800億立方米,相當于5700萬噸標準煤;薪炭林和林業及木材加工廢物資源相當于3億噸標準煤;城市垃圾發電每年可替代1300萬噸標準煤;此外,一些油料、含糖或淀粉類作物也可用于制取液體燃料。初步估算,近期每年可以利用的生物質能源總量約為5億噸標準煤。

       2006年底全國生物質能發電累計裝機容量220kW,其中蔗渣熱電聯產170kW;農林廢棄物、農業沼氣、垃圾直燃和填埋氣發電50kW。2006年,國家和地方發改委共核準39個生物質能直燃發電項目,合計裝機容量128.4kW,投資預計100.3億元,2006年當年完成5.4kW。此外,2006年完成生物質氣化及垃圾填埋氣發電3kW,在建的還有9kW。

       2006年底全國已經建設農村戶用沼氣池1870萬口,生活污水凈化沼氣池14萬處,畜禽養殖場和工業廢水沼氣工程2,000多處,年產沼氣約90億立方米,為近8000萬農村人口提供了優質生活燃料。

       我國已經開發出多種固定床和流化床氣化爐,以秸稈、木屑、稻殼、樹枝為原料生產燃氣。目前用于木材和農副產品烘干的有800多臺,村鎮級秸稈氣化集中供氣系統近600處,年生產生物質燃氣2,000萬立方米。兆瓦級生物質氣化發電系統已經推廣應用20多套,十一五期間,國家863計劃支持建設了6MW規模的生物質氣化發電示范工程。

       我國生產燃料乙醇的原料豐富多樣,如甘蔗、木薯、玉米等。近年來,在全國各地試種雜交甜高粱,獲得了高糖高產品種,其每畝莖稈產量4噸以上。甜高粱莖稈汁液是生產乙醇的優質原料,十五期間,通過國家863計劃的支持,已開發出利用甜高粱莖稈汁液、玉米秸稈類纖維素廢棄物等制取乙醇的技術,并完成了中試裝置的建設和研究試驗,建成年產5000噸規模的甜高粱秸稈制取乙醇燃料工業示范工程及年產600噸規模的纖維素廢棄物制取乙醇燃料技術中試設施。

       生物柴油作為一種優質的生物液體燃料,是我國生物質能產業的一個發展方向,目前上處于試驗研究及小規模生產與應用。存在的主要問題是成本過高。利用廉價原料和提高轉化率是生物柴油市場化的關鍵,我國應重點研究以可再生含油植物為原料制備生物柴油??萍疾恳詫⑸锊裼图夹g列入十一五國家863計劃和國際科技合作計劃。

       此外,生物質致密成型、生物質裂解與干餾技術也取得了進展。

       目前,可以采用如下方法利用生物質能:一是熱化學轉換技術,獲得木炭焦油和可燃氣體等品位高的能源產品,分為高溫干餾、熱解、生物質液化等方法;二是生物化學轉換法,主要指生物質在微生物的發酵作用下,生成沼氣、酒精等能源產品;三是利用油料植物所產生的生物油;四是直接燃燒技術,包括爐灶燃燒技術、鍋爐燃燒技術、致密成型技術和垃圾焚燒技術等。從技術成熟性上看,目前我國生物質氣化發電技術處于國際先進水平,而生物燃油特別是生物乙醇的研發、示范也取得了相當的經驗。

       熱解氣化技術。目前全國已經建設推廣了100多個示范工程。生物質發電在我國已經有40年的歷史,其主要原料是稻殼和谷殼,且主要用于大米加工廠。由于發電規模小,經濟效益差,發展緩慢,發電規模一直維持在60200kW。

       直接燃燒技術。成型燃料熱性能優于木材,與中質混煤相當,而且點火容易,便于運輸和貯存,可作為生物質氣化爐、高效燃燒爐和小型鍋爐的燃料。

       目前我國生物質能源開發存在多種問題。首先,新技術開發不力,利用技術單一。生產酒精、熱解液化、直接燃燒的工業技術和速生林的培育沒有突破性的進展。其次,由于資源分散,收集手段落后,我國的生物質能利用工程的規模很??;為降低投資,大多數工程采用簡單工藝和簡陋設備,設備利用率低,轉換效率低下。最后,相對科研內容來說,投入過少,使得研究的技術含量低,多為低水平重復研究,最終未能解決一些關鍵技術。

       另外也存在一些消極因素影響生物質能源產業的發展。第一,在現行能源價格條件下,生物質能源產品缺乏市場竟爭能力,投資回報率低挫傷了投資者的投資積極性,而銷售價格高又挫傷了消費者的積極性。第二,技術標準未規范,市場管理混亂。第三,目前,有關扶持生物質能源發展的政策尚缺乏可操作性,各級政府應盡快制定出相關政策,如價格補貼和發電上網等特殊優惠政策。第四,民眾對于生物質能源缺乏足夠認識,應加強有關常識的宣傳和普及工作。第五,政府應對生物質能源的戰略地位予以足夠重視,開發生物質能源是一項系統工程,應視作實現可持續發展的基本建設工程。

       早在19世紀40年代后期,印度就開始使用沼氣和改量爐灶技術,可再生新能源計劃只在1980年補充能源資源委員會成立之后才真正開始,19829月成立了非常規能源資源部門。非常規能源資源部門在19世紀80年代的工作集中于各種可再生新能源技術的發展、傳播和試驗。這些工作直接由政府資助。然而,政府在可再生新能源技術上的投資相對于常規能源來說是比較低的。1980年至1992年間,政府累計在可再生能源方面的支出額僅為115.5億盧布,而在電力方面支出為8120億盧布,在石油方面為3350億盧布,在煤炭方面為1585億盧布。在第八個五年計劃(19921997年)中,分配于可再生新能源的資金占整個能源的0.8%。

5、印度:不甘落后

       19世紀90年代早期,印度意識到要加快可再生能源的推廣更需要通過財政手段實現商業化,而不是通過金融獎勵(與那些私營企業有關)。非常規能源資源部門的角色必須從一個執行部門轉變成能使可再生新能源迅速得到商業化應用的部門。這樣做的部分結果是,非常規能源資源部門在19927月變為一個全功能的部(非常規能源部)。此后,為了刺激商業化的發展,市場開發成為項目的推動力,這又導致了可再生新能源技術推廣的成倍增長。印度或許是世界上唯一擁有獨立的推廣可再生新能源部門的國家。

       在過去20多年里,印度可再生能源規劃的數量、技術成熟度及范圍都有了很大增長。從19世紀80年代開始的計劃,主要涉及大規模示范及由政府補貼的能源服務擴展活動,即向農村地區提供沼氣、改進灶爐及太陽能。目前,商業化是關注的重點——通過私人部門參與風力、小水電和生物質燃燒/氣化發電,以及太陽能和其他形式的可再生能源的工業應用。印度的非傳統能源資源部有兩個目標,一是到2007年,18000個沒有電力供應的邊遠鄉村獲得電力;二是到2012年,另外增加10000MW的發電量。

       印度希望在新能源及可再生能源技術方面能世界領先。其推進生物質能利用與世界同步。實現生物質能潛力必需開發和部署新技術和現有技術。非傳統能源資源部已進行了技術開發并在一些前沿領域啟動了研究計劃。

       項目的設計與開發,以及大規模示范項目的建立推動了相關領域技術的發展,這些示范項目有國家沼氣開發規劃、改良爐灶規劃和風能計劃。通過這些規劃,建立了可再生能源技術生產基地。政府獲得這些可再生能源技術的設備以傳播項目或賣給消費者。為了生產尚促進技術更新并確保政府獲得的設備的質量,各個技術支持中心在各個大學建立起來。這些設備及補貼通過聯邦負責機構發到消費者手中,這些機構也負責售后服務以及消費者支持。

      該政策在支持可再生新能源技術的設計、發展、試驗、部署方面成功地創造了一個公平的、并有相當規模和多樣化的生產基礎,以及一套公共基礎設施(技術支持團體、基金,以及負責機構)。不過,除了政府支持外,對這些可再生新能源的商業化需求仍然相當有限。這在相當大的程度上是由于這些設備的低可靠性,對可再生能源發電缺乏有利的稅收政策和在設計和銷售包裝方面缺乏消費者所想要的特征(就服務和金融承諾而言)。

       為了集中加強商業化、市場導向及使更多的私營企業介入進來,通過各種技術的橫向合作,使各項技術以最終應用為目的,非常規能源部在1993年重組后,負責以下幾個領域(a)農村能源,(b)城市和工業能源,(c)電力能源。通過重組,重點轉移至在各自領域內提高可再生新能源技術政策、規劃及聯系。每個這樣的部門現在由綜合的部門組成,服務于不同的能源需要,例如,烹飪能源現在由農村能源部門綜合處理,而不是由個別的技術單獨來實施。

       部門結構的變化已經引起規劃側重點的顯著變化。例如,到1992為止,沼氣規劃傳統上是可再生能源中單個項目中最大的,其占資金分配總額的一半以上。所有其他單個項目所獲得的資金都在10%以下。然而,就數量而言,改進的烹飪能源是推廣最大的項目。目前,農村能源部分包括沼氣和爐灶項目擁有最大的資金分配額。

       總而言之,項目的設計與開發,大規模示范項目的建立推動了相關領域技術的發展,且印度結合商業與傳統資源的能源結構,以及為了集中加強商業化、市場導向及使更多的私營企業介入進來,通過各種技術的橫向合作,在一定程度上加速了印度生物能源的發展和產業化。

 

2008-12-20 來源: 責任編輯:
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