中国生物工程学会会刊     创刊于2005年

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迎难而上, 积极推进燃料乙醇产业健康发展

——访中粮集团总工程师、中国工程院院士岳国君

时间:2018-05-23来源:未知 点击:

《生物产业技术》:受化石能源枯竭和环境保 护的双重压力,生物质能源产业发展面临哪些机遇 和挑战?

岳国君:全球大范围内化石能源消费的经济代价 与日俱增,能源结构升级与资源开发迎来了生物质能 源产业发展的机遇与挑战。事实上,化石能源是枯而 不竭,石油顶峰论言之过早。供过于求、油价暴跌都 说明在很长的时间内,化石能源仍然是世界的主要能 源。但从能源和资源角度来看,在总体趋势不变的前 提下,全球能源将从“烃经济”向“糖经济”转变, 化工原料将从“碳氢化合物(CH)”向“碳水化合 物(CHO)”转变。问题的症结在于,中国经济过 去三十多年的快速发展,欠环境的债太多,导致环境 压力越来越大。目前,人类面临的主要问题就是环境 保护与经济发展的平衡。如果能正确处理好两者的关 系,就占得发展的先机。
在生命世界中参与化学循环的主要元素有C、H 、 O 、N 、S等,其中碳元素尤为重要。碳的循环代表了资源的可循环性。1785年瓦特发明蒸汽机及其推广 所带来的能源革命与1776年亚当.斯密的《国富论》所 提倡“自由竞争与自由贸易”的理论变革拉开了人类 工业革命的序幕。然而大量使用化石能源破坏了自然 界的碳循环体系。大气中CO2浓度从工业革命时期的 280ppm激增到目前的400ppm,引起全球变暖。而应用 生物质能源将有助于人类逐步恢复这一循环体系,使 人与自然和谐相处。
可再生能源将发挥不可替代的关键作用。生物 质能源不仅是一种洁净而又可再生的能源,相对于水 能、风能、太阳能等可再生能源而言,也是唯一含碳 的资源,构成了整个碳水化合物的世界,在原料来源 多样性和产品多样性等方面具有优势。
生物质能源的发展机遇前所未有,但也蕴含着多 种挑战。首先,各国都太看重GDP,盲目地将经济的 增长作为发展的唯一考核指标,忽视了环境污染等治 理成本。事实上,经济发展与环境保护是相互影响、 相互制约的。
其次,要重视发展的综合成本的概念。世界经济的飞速发展导致人们往往只关注周遭事物的质变, 而忽视量变的过程,仅关注局部的改变,而不把 握全局的改变。发展的综合成本的概念常常被人 们忽视。
再者,政策的倾斜对尚处于起步阶段的生物质 能源的发展是最有效而直接的方式。成熟的石油工 业可能是美国历史上补贴最多的产业。美国通过开 发更大的市场、让乙醇与其他能源公平竞争(粮食 乙醇税收抵减政策、征收乙醇进口关税、原产国标 签等)、使用已验证的科学方法来监测所有能源行 业的环境影响三大政策作为乙醇行业的发展基石。 即使在享受创纪录利润的现在,美国石油工业仍耗 费国家数十亿的国防开销向海外转移数千亿的财 富,不断接受优惠和补贴。美国政府采用粮食乙醇 税收抵减政策激励石油公司混合乙醇和汽油,确保 乙醇进入市场。这项政策带动产业增长,为美国纳 税人提供优厚的回报。
在机遇与挑战面前,我们只有积极应对,主动出 击,才能正确处理好发展与环境的关系,保证我国经 济、社会、环境的协调发展。

《生物产业技术》:目前世界各主要国家燃料乙 醇产业发展情况如何?

岳国君:据F.O.Licht的预测,2015年世界燃料乙 醇产量将达到创纪录的7251万吨。在车用乙醇燃料的 生产与替代使用方面,目前全球已有八大农业生产基 地(阿根廷、澳大利亚、巴西、中国、欧盟27国、印 度、墨西哥和美国)在积极推进。其中大多数要求在 汽油中加入10%~15%的乙醇或者在柴油中加入生物 柴油。
美国、巴西是最先发展燃料乙醇的国家,目前 乙醇的产量遥遥领先于其他国家,位居全球燃料乙 醇的前两位。2015年美国燃料乙醇产量仍基本与 2014年持平,达到4380万吨(147亿加仑)。虽然 原油价格暴跌带低了汽油价格,但美国政府强制推 行RFS标准并采用生物燃料供给配额制,保证了美 国燃料乙醇的高产量。早在2011年年底美国政府就 停止了30多年来对玉米乙醇燃料行业的退税补贴 以及进口关税措施,实现完全市场化。2015年美 国超过97%的汽油混合了燃料乙醇,乙醇消费占美 国汽油供应量的10%。美国国内可利用的生物质潜 力,可转化为800亿~1000亿加仑乙醇。巴西的燃 料乙醇产业最为成熟,源于两次石油危机使原本大 量依赖国外进口的巴西重视以乙醇为主的新能源的 开发,经过多年的技术积累与巴西政府的大力支 持,巴西政府已取消对燃料乙醇的补贴,完全实现 了商业化。
由于国内燃料乙醇价格与汽油价格挂钩,受原油 价格暴跌的影响,2015年我国燃料乙醇产量仅约215万 吨,与领先国家存在不小的差距,国际竞争力较弱。 差距主要取决于原料资源、各国不同的发展模式和经 济发展的水平。

《生物产业技术》:您在燃料乙醇行业工作多 年,请您简单介绍和解读我国燃料乙醇发展现状及 政策?

岳国君:简单来讲,中国目前还没有真正意义上 的纤维素乙醇装置,因为C5糖利用生产乙醇一直没有 在工业规模上得到实现。目前,我国燃料乙醇已在黑龙江、吉林、辽宁等6省区及湖北、山东、河北等5省 区的30个市试点车用乙醇汽油。中粮集团一直在积极 推进国内燃料乙醇产业的发展,国内目前有7家燃料 乙醇定点生产企业,中粮通过并购、重组、新建的方 式,控股3家,参股1家,市场份额超过40%,是国内 最大的燃料乙醇生产企业。自2015年下半年起,国际 油价暴跌,受油价牵连国内燃料乙醇企业普遍亏损。 为应对行业困局,中粮联合国内燃料乙醇企业成立燃 料乙醇行业协作组,从去粮食库存、环保减排、能源 替代等多个方面向国家献计献策,推进产业健康持续 发展。
我国燃料乙醇的推广使用与国家多年的支持 政策是密不可分的。但总体来说,国家政策对产 业的支持力度相对于领先国家的力度不够大,尤 其是在纤维素乙醇方面,主要体现在以下三点。 ①补贴力度小。2009年美国在纤维素乙醇产品还 没生产时,就确定了1.01美元/加仑(折合约人民 币2000元/吨)的税收抵免政策,而国内制定的都 是2年内有效的短期政策:2013~2014年纤维素乙 醇补贴800元/吨,2015~2016年减为600元/吨, 2016年后再做调整,政策环境不明朗。②计划不 清晰。美国提前制定出10年的纤维素乙醇的生产 消耗计划,支持政策,而中国尚未出台相关长期的 支持计划。③规划的可操作性不强。相较于美国 等国家为燃料乙醇发展规划的保障措施与可执行 性,我国针对玉米、纤维素等原料生产燃料乙醇的 规划操作性相对较弱,进一步阻碍了产业的发展, 如美国提出灵活燃料机动车要求,推广E15、E85 乙醇汽油,制定可再生燃料标准等政策,以开发 更大的市场。

《生物产业技术》:纤维素乙醇是我国近年来 力推的生物质能源利用项目,中粮为什么要做纤维 素乙醇?

岳国君:中粮集团在燃料乙醇的研发和产业化上 一直走在国内前列,紧紧围绕原料和技术两个最重 要的产业问题,紧跟国家政策,充分结合政策的指 引,迅速做出反应,执行相关的项目。生产纤维素 乙醇是中粮燃料乙醇的战略选择,也是被原料和技 术两个环节逼出来的。
1990年我国建立了粮食专项储备制度,进行宏 观调控,以保证粮食的市场供给。但是由于周转周期 长,陈粮数量逐年增多,随即出现了“陈粮”问题。 中粮肇东公司[中粮生物能源(肇东)有限公司]以 及2007年中粮集团控股安徽丰原生物化学股份有限 公司[现改名为中粮生物化学(安徽)股份有限公 司],改造了32 万吨/年的玉米燃料乙醇项目,装置均 以陈粮为原料。
随着粮食贮藏等技术手段的提高,国家陈粮问 题基本解决。装置生产将会采用新粮,随之会出现 原料的问题。为此,2006年中粮燃料乙醇拓展到 木薯原料,建设并运营了广西中粮20万吨木薯燃料 乙醇装置,这是世界上唯一的一套木薯燃料乙醇装 置,创造了多个第一。后来国家2012年发布的《可 再生能源发展“十二五”规划》中提出支持建设具 备条件的木薯乙醇、甜高粱茎秆乙醇、纤维素乙醇 等项目。同年,中粮生化(安徽)执行国家“发展 生物燃料乙醇要坚持非粮为主”的产业政策,在集 团自有技术基础上进行集成优化,将以玉米为原料 的15万吨/年玉米燃料乙醇装置改造为木薯燃料乙醇装置。但木薯原料国内资源有限,进口将受制于 人。因此中粮将资源更丰富的农作物废弃秸秆作为 原料生产燃料乙醇提上日程。
2006年,中粮集团在黑龙江肇东启动建设500吨/年 纤维素乙醇中试装置,各项技术指标均达到国际先进 水平,是世界上首次将连续汽爆技术用于纤维素乙醇 制备。2010年,建成了国家能源生物液体研发(实 验)中心。中心投入1.5亿元,目前已经拥有5万吨/年 纤维素制备乙醇完整的生产工艺包,可为5万吨级示 范装置的建设提供技术支撑。从技术角度来说,建 设的条件都已经齐备,考虑到国家政策的支持力度 与油价的浮动,中粮还在等待时机正式工业化推广 该套装置。

《生物产业技术》:据了解中粮在开发燃料乙醇 方面做了大量工作,请您简单介绍一下中粮纤维素乙 醇工程化研发经验?

岳国君: 首先, 中粮秉持贯有的系统性、前 瞻性的态度对待项目的研发与实施。2006~2007 年,国内的纤维素研究集中于菌种,新菌种接连被 发现。很多专家片面地认为只要酶的问题解决,其 他问题皆可迎刃而解。事实上,酶是以技术研发为 推动力的商业模式,是面向底物的产品。酶的基础 研究只是其中一个研究方向。企业发展需要审视自 己的优势并从长远来考虑。中粮选择工程化作为切 入点,展开了一系列的技术研发,包括预处理、酶 解、发酵、精馏、环保。
其次,研发需要执著的科学精神,做好长期默默 无闻的准备,切忌浮躁。要认清方向,有坚定执着的 精神,跟上最新的信息,有沉淀有积累。目前,中粮拥有了三代反应器。第一代为活塞式爆破反应器,是 全世界第一套连续爆破式反应器,是斥资120万美元购 置的。第二代是与北京化工大学合作研发的。第三代 是由中粮自主研发的反应器,仅反应器的材质选择就 历经两年时间。目前,这套500吨/年的试验装置已连 续稳定运行三年半,稳定性试验与腐蚀性试验表现良 好,其他各项指标也表现良好。
最后,做科研需要闷下头,克服随时可能面临的 困难,但也一定要与外界广泛交流,集成创新。目前, 中粮与全国超过10个大学、15个研究所进行研发合 作。由30位博士组成的研发团队从2006年至今,一直 在不断地探索。500吨/年中试装置的建立并非一帆风 顺,原料预处理、酶解、发酵、精馏、污水处理等一 系列技术难关是中粮联合国内十多所大学、丹麦诺维 信公司、美国普渡大学等一同攻克的。

《生物产业技术》:中粮在发展节能减排方面做 了哪些卓有成效的工作?

岳国君:中粮早在2009年就聘请了2家国外的咨询 公司针对柠檬酸、淀粉两种产品的全生命周期的碳足 迹进行分析,当时有相关意识的公司并不多。 中粮所提倡的全产业链意味着高效利用资源, 有效整合价值链,响应了国家低碳经济的号召。
中 粮500吨/年的醇电一体化试验装置,投入5吨秸秆原 料,产出1吨燃料乙醇。该工艺所消耗的电和气是由 总装置中的残渣产生的热量来提供的,基本无需再投 入其他能源。中粮在企业不断壮大的同时,一直秉持 着对环境负责任的态度,掌握低碳经济的技术突破 口,努力通过技术创新、开发新能源等多种手段节能 减排。