中國燃料乙醇的應(yīng)用現(xiàn)狀及推廣建議

秦漢俊，徐建東，開金龍，束震(.安徽國禎生態(tài)科技有限公司，安徽 阜陽 36000；.安徽國禎康泰斯生物科技有限責(zé)任公司，安徽 阜陽 36000)

0 引言

生物燃料乙醇已發(fā)展成為全球可再生能源領(lǐng)域的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，具有循環(huán)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。2019年9月，我國有關(guān)國家部門聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于擴(kuò)大生物燃料乙醇生產(chǎn)和推廣使用車用乙醇汽油的實(shí)施方案》(以下簡稱《方案》)提出：到2020年，乙醇汽油在全國實(shí)現(xiàn)全覆蓋。同時(shí)《方案》提出：到2020年建成我國第一座5萬t/a的纖維素乙醇示范工廠，到2025年實(shí)現(xiàn)纖維素乙醇技術(shù)全面工業(yè)化[1]。

1 我國燃料乙醇發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，生物燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)按原料來源可分為3代，分別為以玉米、小麥等、甘蔗、甜菜等原料的第1代燃料乙醇；使用木薯、甘蔗等非糧經(jīng)濟(jì)作物作為原料的第1.5代燃料乙醇；以農(nóng)、林廢棄物(秸稈等)為主要原料的第2代燃料乙醇和以微藻為主要原料的第3代燃料乙醇技術(shù)。

1.1 第1代燃料乙醇

第1代燃料乙醇技術(shù)已比較成熟，在世界各國廣泛使用。隨著國內(nèi)儲(chǔ)備陳糧減少，國家補(bǔ)貼和稅收優(yōu)惠政策已取消，且存在與民爭糧等問題，尤其是近日與美國的貿(mào)易戰(zhàn)加劇，國內(nèi)玉米一度達(dá)到2400～2500元/t，中國玉米供需情況及價(jià)格走勢(shì)如圖1所示，造成其經(jīng)濟(jì)效益受到嚴(yán)重影響甚至虧損的局面[2]。

圖1 中國玉米供需情況及價(jià)格走勢(shì)圖

1.2 第1.5代燃料乙醇

第1.5代燃料乙醇主要以木薯等淀粉類非糧作物為原料，大規(guī)模種植于我國南方地區(qū)或通過東南亞等熱帶地區(qū)進(jìn)口，但由于薯類纖維、果膠及支鏈淀粉含量高，造成薯類醪液黏度高，無法發(fā)酵生產(chǎn)高濃度乙醇，且淀粉利用率低[3]。木薯在中國大規(guī)模種植同樣存在“與糧爭地”的問題，進(jìn)口則易國際貿(mào)易爭端導(dǎo)致其可獲得性受到限制，目前1.5代燃料乙醇技術(shù)未能大規(guī)模生產(chǎn)。

1.3 第2代燃料乙醇

據(jù)統(tǒng)計(jì)我國目前農(nóng)作物秸稈總產(chǎn)量約為7億t，其中可收集量約為4.5億t，但秸稈利用效率不高，如安徽省常年糧食播種面積約1億畝，農(nóng)作物秸稈常年可收集總量達(dá)4 800萬t，綜合利用率81.45%，但產(chǎn)業(yè)化利用量僅占利用總量的21%。以小麥秸稈、玉米秸稈等原料為主的第2代生物燃料乙醇技術(shù)越來越受到人們的重視。第2代燃料乙醇具有“不與人爭糧，不與糧爭地”等優(yōu)點(diǎn)，將會(huì)是我國燃料乙醇產(chǎn)業(yè)化的主要方向[4-5]，木質(zhì)纖維素乙醇的生產(chǎn)工藝如圖2所示。

1.4 第3代燃料乙醇技術(shù)

第3代生物乙醇主要利用藻類生產(chǎn)，技術(shù)尚不成熟，還遠(yuǎn)未達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)水平。該技術(shù)路線是利用藻類等高效光生物反應(yīng)器為原料生產(chǎn)燃料乙醇，具有生產(chǎn)周期短、光合效率高、吸收大氣中CO2等優(yōu)點(diǎn)，目前正處于研發(fā)起步階段。在工程藻株開發(fā)、有害生物污染控制、低能耗微藻收集、高抗逆性的菌種培育等技術(shù)有待突破[6]。

圖2 木質(zhì)纖維素乙醇生產(chǎn)工藝流程簡圖

2 我國燃料乙醇產(chǎn)業(yè)化推廣現(xiàn)狀

我國生物燃料乙醇自2002年開始試點(diǎn)，雖然時(shí)間不長，但發(fā)展速度很快，已發(fā)展成為僅次于美國和巴西的世界第三大生物燃料乙醇生產(chǎn)國和應(yīng)用國。預(yù)計(jì)到2020年汽油表觀消耗量為1.26億t，根據(jù)乙醇汽油添加比例燃料(乙醇與汽油比例=1∶10)計(jì)算所需燃料乙醇1 260萬t；2030年汽油表觀消耗量為81億t，所需燃料乙醇1 810萬t[7]。而我國國家能源局行業(yè)統(tǒng)計(jì)顯示：截至2019年，我國燃料乙醇年產(chǎn)量為284萬t，產(chǎn)能缺口高達(dá)976萬t。其中重要原因分析如下：一是玉米等原料持續(xù)走高導(dǎo)致一代燃料乙醇的生產(chǎn)成本陡然提升；二是纖維素酶和半纖維素酶及能同時(shí)利用混合糖乙醇發(fā)酵優(yōu)化(共占20%～30%)及高效秸稈預(yù)處理技術(shù)等受限[8]。

3 產(chǎn)業(yè)化發(fā)展建議

由于燃料乙醇產(chǎn)業(yè)在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境中的多重貢獻(xiàn)，為加速我國生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)化升級(jí)，提出以下產(chǎn)業(yè)化建議：

(1)制定燃料乙醇調(diào)價(jià)機(jī)制(參照成品油調(diào)價(jià)機(jī)制)，設(shè)定保底價(jià)，加速我國生物燃料乙醇行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化。

(2)建立燃料乙醇行業(yè)聯(lián)盟，規(guī)范行業(yè)秩序。高昂的生產(chǎn)成本，導(dǎo)致我國燃料乙醇行業(yè)在國際競爭中處于弱勢(shì)地位。一旦進(jìn)口燃料乙醇大批涌入國內(nèi)市場(chǎng)，國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)若不能“抱團(tuán)取暖”，不僅行業(yè)很難做大做強(qiáng)，甚至連生存都難以保障，因此必須建立行業(yè)聯(lián)盟，嚴(yán)格行業(yè)行為準(zhǔn)則，促進(jìn)行業(yè)健康有序發(fā)展。

(3)加快纖維素乙醇關(guān)鍵技術(shù)突破加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作。我國的纖維素燃料乙醇技術(shù)雖然取得了不少成果，但其經(jīng)濟(jì)性有待進(jìn)一步提高。我國的企業(yè)、科研院所和高校應(yīng)聯(lián)合，在纖維素原料預(yù)處理技術(shù)、纖維素酶活性、高效共發(fā)酵基因工程菌和提高乙醇產(chǎn)率和降低分離能耗應(yīng)加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作，加快我國纖維素乙醇關(guān)鍵技術(shù)的突破。

(4)加快促進(jìn)木質(zhì)纖維素多聯(lián)產(chǎn)綜合利用示范。對(duì)農(nóng)作物秸稈中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等組分進(jìn)行高效分離，梯級(jí)利用，將其分別轉(zhuǎn)化為不同的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)充分利用、增加附加值。安徽國禎集團(tuán)股份有限公司與康泰斯(上海)化學(xué)工程有限公司等聯(lián)合成立合資公司，旨在利用引進(jìn)德國 Sunliquid技術(shù)，投資約10億元在安徽省阜陽市建設(shè)一套農(nóng)業(yè)廢棄物生產(chǎn)纖維素-醇-電-熱的裝置，產(chǎn)能為50 000 t/a，目前正在推進(jìn)項(xiàng)目前期工作。該項(xiàng)目為酶就地生產(chǎn)系統(tǒng)，建成后將進(jìn)一步延伸安徽國禎生態(tài)科技有限公司生物質(zhì)“熱-電-土壤修復(fù)劑”三聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈，共同形成國內(nèi)首家“生物質(zhì)資源綜合利用產(chǎn)業(yè)園資源循環(huán)利用”的示范產(chǎn)業(yè)園。

4 結(jié)論與展望

在中國經(jīng)濟(jì)社會(huì)轉(zhuǎn)型背景下，工業(yè)化、城市化步伐將會(huì)加快。與此同時(shí)，我們面臨的能源供應(yīng)緊張和環(huán)境惡化問題更加嚴(yán)峻。目前第2代燃料乙醇和第3代燃料乙醇與國際先進(jìn)水平的差距較大，尤其是在與美國貿(mào)易競爭擴(kuò)大的背景下，纖維素燃料乙醇產(chǎn)業(yè)化是國家戰(zhàn)略性舉措，對(duì)保障國家能源安全至關(guān)重要，對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用迫在眉睫。我國應(yīng)把握機(jī)遇，迎接挑戰(zhàn)，在第2代燃料乙醇和第3代燃料乙醇領(lǐng)域持續(xù)投入，多級(jí)聯(lián)動(dòng)，加速燃料乙醇產(chǎn)業(yè)化升級(jí)。