【文章內(nèi)容簡介】 趨勢 生物燃油產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)是生物燃油技術(shù)和能源作物的選育和種植技術(shù)。我國在“八五”期間開始生物燃油資源與轉(zhuǎn)換技術(shù)的研究開發(fā)，采用傳統(tǒng)技術(shù)用糧食和油料作物生產(chǎn)醇類和油類產(chǎn)品，這只限于在食品與輕工產(chǎn)業(yè)；制取燃料作為交通能源產(chǎn) 業(yè)建設(shè)則是在“九五”期間。能源作物的概念對我國來說是較新的，但其選育和種植技術(shù)的相關(guān)研究實際上已有數(shù)年的基礎(chǔ)。 目前生物燃油的主要原料為陳化糧。嚴格來說，以陳化糧制取生物乙醇并不能算在能源農(nóng)業(yè)的范疇。因為就其主要用途而言，糧食作物與能源植物有本質(zhì)區(qū)別。但這也為發(fā)展生物乙醇技術(shù)積累了技術(shù)經(jīng)驗和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，待甜高梁等能源植物資源得到發(fā)展后，即可進行原料轉(zhuǎn)移。 2021 年我國實施車用汽油添加燃料乙醇的決定。同時國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局頒布了“變性燃料乙醇”和“車用乙醇汽油”兩個國家標準。國家投資 50余億元，批準全國建 立 4 個以消化陳化糧為主要目標的燃料乙醇企業(yè)，總生— 10 — 產(chǎn)能力超過 100 萬噸。糧食為燃料乙醇原料，每噸超過 3000 元，含加工費后，燃料乙醇成本超過每噸 4000 元。 2021 年 10 月起，黑龍江、吉林、遼寧、河南、安徽 5 省及湖北、山東、河北及江蘇的部分地區(qū)，強制封閉使用車用乙醇汽油；到 2021 年，這些地方除軍隊特需和國家特種儲備外實現(xiàn)了車用乙醇汽油替代其他汽油。 甜高梁莖稈制取燃料乙醇項目提供的甜高粱品種，種植技術(shù)和燃料乙醇加工技術(shù)已經(jīng)較為成熟，目前已經(jīng)達到年產(chǎn) 5000 噸的生產(chǎn)規(guī)模。在黑龍江省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、新疆維族自 治區(qū)、遼寧省和山東省等地，建立了甜高粱種植、甜高粱莖稈制取燃料乙醇加工基地。甜高粱莖稈為燃料乙醇原料，每噸收購價 2021 元，含加工費后，燃料乙醇成本低于每噸 3500 元。 16 噸甜高粱莖稈可以制取 1 噸燃料乙醇，廢渣還可以制取 500 千克生物柴油。甜高粱制取乙醇僅用其莖稈，甜籽粒仍然作為糧食使用。它的適應(yīng)性也很好，比其他作物抗旱、抗?jié)澈湍望}堿。 甘蔗是我國重要的糖料作物。近幾年，廣西、云南、貴州等省種蔗致富對脫貧起了一定作用，但糖的消費量有限，并且由于合成甜味素的沖擊，甘蔗種植面積有大幅波動。而燃料乙醇市場需求量大 ，所以甘蔗在我國南方地區(qū)是最有可能大量用于生產(chǎn)燃料乙醇的糖類原料。大致 4 畝的甘蔗產(chǎn)量可制取 1 噸乙醇，與甜高梁近似；原渣同樣可制取生物柴油。此外，畝產(chǎn)乙醇量高于普通甘蔗的能源甘蔗在澳大利亞等國已培育成功。在能源甘蔗方面的研究也已經(jīng)起步并得到了較快的發(fā)展。 我國開展能源林業(yè)作物的研發(fā)已有成果，南方已建有產(chǎn)業(yè)。如利用菜籽油、棉籽油、烏柏油、木油、茶油等原料小規(guī)模產(chǎn)生物柴油的案例。近年來，— 11 — 為了不與食用油和工業(yè)用油爭原料而開發(fā)了麻瘋樹果實、黃連木籽等作原料制取生物柴油技術(shù)，初步具備商業(yè)化發(fā)展的條件。 四川利用麻瘋樹 果實為原料建成了設(shè)計能力 10 萬噸的柴油加工廠，現(xiàn)年生產(chǎn) 2 萬噸，并制定了企業(yè)標準。制約生物柴油發(fā)展的因素是原料價格。麻瘋樹果實購入每千克 14 元，每噸生物柴油需麻瘋樹果實 3 噸多，原料成本超過 4000 元。種植麻瘋樹畝產(chǎn)生物柴油接近 200 千克。黃連木籽含油率在30%左右。按每畝種植 40 棵、每棵產(chǎn)果 20 千克計，則畝產(chǎn)生物柴油約 200千克，與麻瘋樹的產(chǎn)量接近。 麻瘋樹和黃連木在我國相當面積的地域都適宜栽種；隨著相關(guān)科研工作的進行，完全有可能發(fā)現(xiàn)或培育出其他擁有相近或更高生物燃油產(chǎn)量的、適宣更廣泛的栽種地域的能源樹種 。 生物燃油產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益比較 以種植生產(chǎn)乙醇的甜高梁為例，按照內(nèi)蒙古的試點經(jīng)驗，與種植普通玉米相比，每畝可增收 140 元。種植麻瘋樹的收益也較高，即便按較低的畝產(chǎn)量 450 千克計，每畝收益也達 630 元。 目前生物燃油的成本比化石燃油要高一些，但技術(shù)革新對降低成本的潛力是巨大的。以巴西為例，每噸乙醇的成本從開始時的 800 美元下降到目前的 300 美元。此外，由于資源有限、不可再生，化石燃油的價格始終會上漲，生物燃油相比之下將有更強的價格競爭力。 我國生物柴油產(chǎn)業(yè)剛剛起步，目前的年產(chǎn)量不到 3 萬噸，但發(fā)展勢頭較好 。 2021 年安徽成為繼黑龍江、吉林、遼寧、河南之后的第五個推廣試用乙醇汽油的省份，我國燃料乙醇生產(chǎn)量將達到年產(chǎn) 100 多萬噸。燃料乙醇價格按汽油出廠價格的 與銷售單位結(jié)算，其余部分由國家補貼。 — 12 — 生物燃油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?jié)摿εc前景 我國發(fā)展生物燃油的資源潛力，主要取決于用作種植能源植物的土地資源面積和單位面積產(chǎn)量。 據(jù)統(tǒng)計，我國能源農(nóng)業(yè)可利用的土地資源大約有 760 萬平方公頃。按種植甜高粱計，則可生產(chǎn)生物乙醇約 2850 萬噸，生物柴油 1425 萬噸；而且所利用的土地與規(guī)劃中的農(nóng)業(yè)用地并無多大沖突。能源林業(yè)可利 用的土地資源大約有 6750 萬平方公頃。按種植黃連木或麻瘋樹計，則可生產(chǎn)生物柴油約 2億噸，而且能源林業(yè)用地與規(guī)劃中的林業(yè)用地沖突性較小。 能源植物資源能有這樣的潛力，一方面是要適當利用現(xiàn)有農(nóng)林業(yè)用地和宜耕土地后備資源，一方面是合理開發(fā)宜林荒山荒地，再者是利用一定的易改造的鹽堿化耕地；這三部分土地面積合 億平方公頃，可為我國未來替代燃油開發(fā)提供堅實的原料來源基礎(chǔ)。 此外，技術(shù)研發(fā)還將開拓新的資源空間。工程藻類的生物量巨大，一旦高產(chǎn)油藻開發(fā)成功并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，由藻類制生物柴油的規(guī)?？梢赃_到數(shù)千萬噸。美國可 再生能源國家實驗室運用基因工程等現(xiàn)代生物技術(shù)，已經(jīng)開發(fā)出含油超過 60%的工程微藻，每畝可生產(chǎn) 2 噸以上生物柴油。青島海洋大學承擔了多項國家及省部級海藻育苗育種生物技術(shù)研究，擁有一批淡水和海水藻類種質(zhì)資源和積累了海洋藻類研究開發(fā)經(jīng)驗。如果能將現(xiàn)代生物技術(shù)和傳統(tǒng)育種技術(shù)相結(jié)合、優(yōu)化育種條件，就有可能實現(xiàn)大規(guī)模養(yǎng)殖高產(chǎn)油藻。 據(jù)專家預(yù)測估計，到 2021 年，我國年生產(chǎn)生物燃油約為 600 萬噸，其中生物乙醇 500 萬噸、生物柴油 100 萬噸；到 2020 年，年生產(chǎn)生物燃油將達到1900 萬噸，其中生物乙醇 1000 萬噸，生物柴油 900 萬噸。 — 13 — 生物有機肥市場分析 隨著全球經(jīng)濟發(fā)展和社會進步，人們對生活質(zhì)量和食品品質(zhì)有了更高的要求，渴望得到口感好、富營養(yǎng)的食品，追求純天然、無污染的健康食品成為一種時尚。由于我國農(nóng)業(yè)的過度開發(fā)，尤其是長期偏施單質(zhì)化肥，沒有適當給土壤補充有機質(zhì)，導致土壤質(zhì)量下降，可利用的農(nóng)業(yè)資源逐步枯竭，土壤退化嚴重，最終影響優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)。我國目前的土壤資源現(xiàn)狀迫切需要通過人為措施補充土壤有機質(zhì)，確保農(nóng)業(yè)種植水平和農(nóng)作物產(chǎn)品品質(zhì)。與這一形勢相對應(yīng)的是，我國有機肥技術(shù)的研發(fā)和推廣相對落后。市場上可供選擇的產(chǎn)品和有機 肥生產(chǎn)廠家更是寥寥無幾。 黑龍江省是我國大米出口的主要省份。多年來，省糧食出口部門遇到最頭痛的問題就是，常常有成批出口的大米被國外質(zhì)檢機構(gòu)打回來。問題就出在生產(chǎn)過程中長期大量化肥、農(nóng)藥的使用，使稻米的品質(zhì)不能達到進口國的要求。盡管出口大米的價格遠遠高于內(nèi)銷價格，普通水稻收購價每斤 元，而符合出口標準的有機肥種植大米的收購價為每斤 元。送到眼前的鈔票不能賺，政府急，出口商急，種植水稻的農(nóng)民更急。 兩年前，北京京圃園生物工程有限公司帶著自行研發(fā)的綠色高效活性有機肥技術(shù)來到黑龍江。圃園生物有機肥技術(shù) 是以畜禽糞便為原料，以秸稈、豆粕等有機廢棄物為輔料，配以多功能發(fā)酵菌種劑，通過連續(xù)池式好氧發(fā)酵，使之在 5～ 7 天內(nèi)除臭、腐熟、脫水，最終成為高效活性生物有機肥。該公司是目前領(lǐng)到國家農(nóng)業(yè)部生產(chǎn)有機肥菌種“牌照”的唯一一家內(nèi)資企業(yè)，具有成本底，肥效好的特點。在介紹了有機肥的特性之后，受到當?shù)接嘘P(guān)部門的高度重視。 2021 年 3 月北京市京圃園生物工程有限公司在黑龍江綏化建立分公司。分公司生產(chǎn)出的“圃園”活性有機肥分別在黑龍江北林區(qū)土肥站、海— 14 — 倫土肥站、阿城土肥站等地進行田間試驗，收到良好效果，施用有機肥料的土地比施用傳統(tǒng) 化肥的土地增產(chǎn) 14％，每公頃稻田增收 1300～ 1500 元。據(jù)京圃園生物工程有限公司總經(jīng)理禹宙介紹，他們在黑龍江生產(chǎn)的有機肥被省糧食廳下屬單位黑龍江米業(yè)集團認證為綠色生產(chǎn)資料?，F(xiàn)分公司已在綏化、尚志、海倫建立了四家萬噸級活性有機肥生產(chǎn)廠，但這僅能做到米業(yè)集團所需肥料的 ％。 據(jù)介紹，有機肥內(nèi)含有多種有益微生物，能不斷釋放出植物生長所需的營養(yǎng)元素和多種植物生長刺激素。肥中除含有氮、磷、鉀三大元素外，還附有含鈣、鎂、硫、硅、錳、鋅、硼等中量和微量元素。它的有機質(zhì)含量高，能增加土壤團粒結(jié)構(gòu)，提高土壤保肥、 保水、保溫能力，減少病蟲害，改善作物品質(zhì)。它適用范圍廣，對糧食作物和果、菜、花卉、草坪等都有很好的作用。 根據(jù)國內(nèi)市場信息反饋，隨著農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，尤其是綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展，對生物有機肥料的需求量增大。目前，國內(nèi)復合（混）肥產(chǎn)量約 億噸（折標肥），市場需求量為 億噸（折標肥），缺口全部依賴進口解決。生物有機肥產(chǎn)量不足 100 萬噸，與國內(nèi)綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展所需肥料量差距甚遠，國內(nèi)具有廣闊的市場前景。 產(chǎn)品價格分析 近年來燃料乙醇價格的總體趨勢隨原料價格的漲落而上下波動， 目前市場價格在 5600 元 /噸左右波動， 生物有機肥價格約為 750 元 /噸。 — 15 — ３、產(chǎn)品方案和生產(chǎn)規(guī)模 產(chǎn)品方案 燃料乙醇（ v/v）≥ %；生物有機肥，有機質(zhì)含量大于 20%。 生產(chǎn)規(guī)模 根據(jù)需求情況以及東?？h順泰酒精廠有限公司的現(xiàn)狀，確定該燃料乙醇第一期裝置的建設(shè)規(guī)模為 30 萬噸／年，副產(chǎn)生物有機肥 20 萬噸 /年，年操作時間 330 天。 產(chǎn)品規(guī)格及質(zhì)量指標 生物有機肥質(zhì)量規(guī)格指標執(zhí)行變性燃料乙醇國家標準 (GB183502021)，具體指標如下 : 燃料乙醇質(zhì)量標準 檢驗項目 計量單位或 符號 產(chǎn)品等級 優(yōu)級 化學 分析 還原高錳酸鉀物質(zhì) (以 O 計 ) % 甲醇 % 堿度 (以 OH計 ) mmol/100g 密度 (20℃ ) g/ml 水份 %(v/v) 酸度 mmol/100g 羰基化合物 (以CO 計 ) % 外觀 清澈透明 清澈透明 清澈透明 乙醇 %(v/v) 異丙醇 % 易碳化物質(zhì) % 合格 合格 合格 與水混合試驗 合格 合格 合格 蒸發(fā)殘渣 % — 16 — ４、工藝技術(shù)方案 工藝技術(shù)方案的選擇 原料路線的確定原則和依據(jù) 本裝置原料路線的確定原則是原料廉價、充足、易得，并且工藝先進環(huán)保，操作方便。生產(chǎn)酒精的原料為碳源，碳的種類很多，有糖蜜、淀粉、玉米、薯干、木薯等。本項目采用木薯干為主要生產(chǎn)原料，具有原料充足、廉價等優(yōu)勢，可大 大降低酒精的生產(chǎn)成本。 原料路線的選擇 目前，世界上生產(chǎn)酒精的方法主要有化學合成法和發(fā)酵法兩種。 化學合成法 是利用煉焦炭、裂解石油的廢氣為原料，經(jīng)化學合成 反應(yīng)而制成酒精。生產(chǎn)方法又可分為間接水合法和直接水合法兩種，目前工業(yè)上普遍采用后者。 發(fā)酵法 是利用淀粉質(zhì)原料或糖質(zhì)原料，在微生物的作用下生成酒精，根據(jù)原料的不同，又可分為： 淀粉質(zhì)原料發(fā)酵生產(chǎn)酒精 這是我國當前生產(chǎn)酒精的主要方法，它是利用薯類、谷物及野生植物等含淀粉的原料，在微生物的作用 下將淀粉水解為葡萄糖，再進一步發(fā)酵生成酒精。 整個生產(chǎn)過程包括原料蒸煮、糖化劑制備、糖化、酒母制備、發(fā)酵及蒸餾、污水處理等工序。 糖蜜原料發(fā)酵生產(chǎn)酒精 直接利用糖蜜原料中的糖分，經(jīng)過稀釋并添加部分營養(yǎng)鹽，借酵母的作用發(fā)酵生成酒精。 亞硫酸鹽紙漿廢液發(fā)酵生產(chǎn)酒精 造紙原料經(jīng)亞硫酸鹽液蒸煮后，廢液中含有六碳糖，這部分糖在酵母作用下可以發(fā)酵生成酒精，主要是工業(yè)酒精。 — 17 — 發(fā)酵法主要是利用淀粉質(zhì)原料或糖質(zhì)原料，在微生物的作用下生成酒精。常用的淀粉質(zhì)原料主要有甘薯、木 薯、玉米、高梁等，糖質(zhì)原料主要是糖廠的副產(chǎn)物糖蜜。本項目以玉米為主要原料，采用順泰酒精廠有限公司自身發(fā)酵生產(chǎn)酒精工藝。具有如下優(yōu)點： 在一些國家和地區(qū)的市場，生物酒精已 經(jīng) 可與石油酒精相抗衡。巴西以甘蔗為原料生產(chǎn)的生物酒精年產(chǎn)量最高曾達 160 億升，美國自 70 年代末以來生物酒精產(chǎn)量迅速上升 ,在西歐國家， 5 0 ％的酒精是生物酒精。 大型酒精廠的固定資產(chǎn)投入與銷售收入之比為 1:5 ，投資酒精生產(chǎn)建設(shè)周期短，投 資 少，投資回收快，效益高。 大規(guī)模發(fā)展酒精生產(chǎn)對緩 解缺油、缺煤地區(qū)的能源緊張狀況十分有利，還可使貧困地區(qū)迅速脫貧致富和增加當?shù)刎斦杖搿? 可進一步開發(fā)下游產(chǎn)品。生產(chǎn)出的 燃料乙醇 還可用于制取 乙烯、 醋酸、環(huán)氧烯、醋酸乙酯、丁醇、醋酸丁酯等，其應(yīng)用領(lǐng)域可進一步拓寬。 生產(chǎn)方法簡