中國生物工程學會會刊 ? ? 創刊于2005年

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迎難而上, 積極推進燃料乙醇產業健康發展

——訪中糧集團總工程師、中國工程院院士岳國君

時間:2018-05-23來源:未知 點擊:

《生物產業技術》:受化石能源枯竭和環境保 護的雙重壓力,生物質能源產業發展面臨哪些機遇 和挑戰?

岳國君:全球大范圍內化石能源消費的經濟代價 與日俱增,能源結構升級與資源開發迎來了生物質能 源產業發展的機遇與挑戰。事實上,化石能源是枯而 不竭,石油頂峰論言之過早。供過于求、油價暴跌都 說明在很長的時間內,化石能源仍然是世界的主要能 源。但從能源和資源角度來看,在總體趨勢不變的前 提下,全球能源將從“烴經濟”向“糖經濟”轉變, 化工原料將從“碳氫化合物(CH)”向“碳水化合 物(CHO)”轉變。問題的癥結在于,中國經濟過 去三十多年的快速發展,欠環境的債太多,導致環境 壓力越來越大。目前,人類面臨的主要問題就是環境 保護與經濟發展的平衡。如果能正確處理好兩者的關 系,就占得發展的先機。
在生命世界中參與化學循環的主要元素有C、H 、 O 、N 、S等,其中碳元素尤為重要。碳的循環代表了資源的可循環性。1785年瓦特發明蒸汽機及其推廣 所帶來的能源革命與1776年亞當.斯密的《國富論》所 提倡“自由競爭與自由貿易”的理論變革拉開了人類 工業革命的序幕。然而大量使用化石能源破壞了自然 界的碳循環體系。大氣中CO2濃度從工業革命時期的 280ppm激增到目前的400ppm,引起全球變暖。而應用 生物質能源將有助于人類逐步恢復這一循環體系,使 人與自然和諧相處。
可再生能源將發揮不可替代的關鍵作用。生物 質能源不僅是一種潔凈而又可再生的能源,相對于水 能、風能、太陽能等可再生能源而言,也是唯一含碳 的資源,構成了整個碳水化合物的世界,在原料來源 多樣性和產品多樣性等方面具有優勢。
生物質能源的發展機遇前所未有,但也蘊含著多 種挑戰。首先,各國都太看重GDP,盲目地將經濟的 增長作為發展的唯一考核指標,忽視了環境污染等治 理成本。事實上,經濟發展與環境保護是相互影響、 相互制約的。
其次,要重視發展的綜合成本的概念。世界經濟的飛速發展導致人們往往只關注周遭事物的質變, 而忽視量變的過程,僅關注局部的改變,而不把 握全局的改變。發展的綜合成本的概念常常被人 們忽視。
再者,政策的傾斜對尚處于起步階段的生物質 能源的發展是最有效而直接的方式。成熟的石油工 業可能是美國歷史上補貼最多的產業。美國通過開 發更大的市場、讓乙醇與其他能源公平競爭(糧食 乙醇稅收抵減政策、征收乙醇進口關稅、原產國標 簽等)、使用已驗證的科學方法來監測所有能源行 業的環境影響三大政策作為乙醇行業的發展基石。 即使在享受創紀錄利潤的現在,美國石油工業仍耗 費國家數十億的國防開銷向海外轉移數千億的財 富,不斷接受優惠和補貼。美國政府采用糧食乙醇 稅收抵減政策激勵石油公司混合乙醇和汽油,確保 乙醇進入市場。這項政策帶動產業增長,為美國納 稅人提供優厚的回報。
在機遇與挑戰面前,我們只有積極應對,主動出 擊,才能正確處理好發展與環境的關系,保證我國經 濟、社會、環境的協調發展。

《生物產業技術》:目前世界各主要國家燃料乙 醇產業發展情況如何?

岳國君:據F.O.Licht的預測,2015年世界燃料乙 醇產量將達到創紀錄的7251萬噸。在車用乙醇燃料的 生產與替代使用方面,目前全球已有八大農業生產基 地(阿根廷、澳大利亞、巴西、中國、歐盟27國、印 度、墨西哥和美國)在積極推進。其中大多數要求在 汽油中加入10%~15%的乙醇或者在柴油中加入生物 柴油。
美國、巴西是最先發展燃料乙醇的國家,目前 乙醇的產量遙遙領先于其他國家,位居全球燃料乙 醇的前兩位。2015年美國燃料乙醇產量仍基本與 2014年持平,達到4380萬噸(147億加侖)。雖然 原油價格暴跌帶低了汽油價格,但美國政府強制推 行RFS標準并采用生物燃料供給配額制,保證了美 國燃料乙醇的高產量。早在2011年年底美國政府就 停止了30多年來對玉米乙醇燃料行業的退稅補貼 以及進口關稅措施,實現完全市場化。2015年美 國超過97%的汽油混合了燃料乙醇,乙醇消費占美 國汽油供應量的10%。美國國內可利用的生物質潛 力,可轉化為800億~1000億加侖乙醇。巴西的燃 料乙醇產業最為成熟,源于兩次石油危機使原本大 量依賴國外進口的巴西重視以乙醇為主的新能源的 開發,經過多年的技術積累與巴西政府的大力支 持,巴西政府已取消對燃料乙醇的補貼,完全實現 了商業化。
由于國內燃料乙醇價格與汽油價格掛鉤,受原油 價格暴跌的影響,2015年我國燃料乙醇產量僅約215萬 噸,與領先國家存在不小的差距,國際競爭力較弱。 差距主要取決于原料資源、各國不同的發展模式和經 濟發展的水平。

《生物產業技術》:您在燃料乙醇行業工作多 年,請您簡單介紹和解讀我國燃料乙醇發展現狀及 政策?

岳國君:簡單來講,中國目前還沒有真正意義上 的纖維素乙醇裝置,因為C5糖利用生產乙醇一直沒有 在工業規模上得到實現。目前,我國燃料乙醇已在黑龍江、吉林、遼寧等6省區及湖北、山東、河北等5省 區的30個市試點車用乙醇汽油。中糧集團一直在積極 推進國內燃料乙醇產業的發展,國內目前有7家燃料 乙醇定點生產企業,中糧通過并購、重組、新建的方 式,控股3家,參股1家,市場份額超過40%,是國內 最大的燃料乙醇生產企業。自2015年下半年起,國際 油價暴跌,受油價牽連國內燃料乙醇企業普遍虧損。 為應對行業困局,中糧聯合國內燃料乙醇企業成立燃 料乙醇行業協作組,從去糧食庫存、環保減排、能源 替代等多個方面向國家獻計獻策,推進產業健康持續 發展。
我國燃料乙醇的推廣使用與國家多年的支持 政策是密不可分的。但總體來說,國家政策對產 業的支持力度相對于領先國家的力度不夠大,尤 其是在纖維素乙醇方面,主要體現在以下三點。 ①補貼力度小。2009年美國在纖維素乙醇產品還 沒生產時,就確定了1.01美元/加侖(折合約人民 幣2000元/噸)的稅收抵免政策,而國內制定的都 是2年內有效的短期政策:2013~2014年纖維素乙 醇補貼800元/噸,2015~2016年減為600元/噸, 2016年后再做調整,政策環境不明朗。②計劃不 清晰。美國提前制定出10年的纖維素乙醇的生產 消耗計劃,支持政策,而中國尚未出臺相關長期的 支持計劃。③規劃的可操作性不強。相較于美國 等國家為燃料乙醇發展規劃的保障措施與可執行 性,我國針對玉米、纖維素等原料生產燃料乙醇的 規劃操作性相對較弱,進一步阻礙了產業的發展, 如美國提出靈活燃料機動車要求,推廣E15、E85 乙醇汽油,制定可再生燃料標準等政策,以開發 更大的市場。

《生物產業技術》:纖維素乙醇是我國近年來 力推的生物質能源利用項目,中糧為什么要做纖維 素乙醇?

岳國君:中糧集團在燃料乙醇的研發和產業化上 一直走在國內前列,緊緊圍繞原料和技術兩個最重 要的產業問題,緊跟國家政策,充分結合政策的指 引,迅速做出反應,執行相關的項目。生產纖維素 乙醇是中糧燃料乙醇的戰略選擇,也是被原料和技 術兩個環節逼出來的。
1990年我國建立了糧食專項儲備制度,進行宏 觀調控,以保證糧食的市場供給。但是由于周轉周期 長,陳糧數量逐年增多,隨即出現了“陳糧”問題。 中糧肇東公司[中糧生物能源(肇東)有限公司]以 及2007年中糧集團控股安徽豐原生物化學股份有限 公司[現改名為中糧生物化學(安徽)股份有限公 司],改造了32 萬噸/年的玉米燃料乙醇項目,裝置均 以陳糧為原料。
隨著糧食貯藏等技術手段的提高,國家陳糧問 題基本解決。裝置生產將會采用新糧,隨之會出現 原料的問題。為此,2006年中糧燃料乙醇拓展到 木薯原料,建設并運營了廣西中糧20萬噸木薯燃料 乙醇裝置,這是世界上唯一的一套木薯燃料乙醇裝 置,創造了多個第一。后來國家2012年發布的《可 再生能源發展“十二五”規劃》中提出支持建設具 備條件的木薯乙醇、甜高粱莖稈乙醇、纖維素乙醇 等項目。同年,中糧生化(安徽)執行國家“發展 生物燃料乙醇要堅持非糧為主”的產業政策,在集 團自有技術基礎上進行集成優化,將以玉米為原料 的15萬噸/年玉米燃料乙醇裝置改造為木薯燃料乙醇裝置。但木薯原料國內資源有限,進口將受制于 人。因此中糧將資源更豐富的農作物廢棄秸稈作為 原料生產燃料乙醇提上日程。
2006年,中糧集團在黑龍江肇東啟動建設500噸/年 纖維素乙醇中試裝置,各項技術指標均達到國際先進 水平,是世界上首次將連續汽爆技術用于纖維素乙醇 制備。2010年,建成了國家能源生物液體研發(實 驗)中心。中心投入1.5億元,目前已經擁有5萬噸/年 纖維素制備乙醇完整的生產工藝包,可為5萬噸級示 范裝置的建設提供技術支撐。從技術角度來說,建 設的條件都已經齊備,考慮到國家政策的支持力度 與油價的浮動,中糧還在等待時機正式工業化推廣 該套裝置。

《生物產業技術》:據了解中糧在開發燃料乙醇 方面做了大量工作,請您簡單介紹一下中糧纖維素乙 醇工程化研發經驗?

岳國君: 首先, 中糧秉持貫有的系統性、前 瞻性的態度對待項目的研發與實施。2006~2007 年,國內的纖維素研究集中于菌種,新菌種接連被 發現。很多專家片面地認為只要酶的問題解決,其 他問題皆可迎刃而解。事實上,酶是以技術研發為 推動力的商業模式,是面向底物的產品。酶的基礎 研究只是其中一個研究方向。企業發展需要審視自 己的優勢并從長遠來考慮。中糧選擇工程化作為切 入點,展開了一系列的技術研發,包括預處理、酶 解、發酵、精餾、環保。
其次,研發需要執著的科學精神,做好長期默默 無聞的準備,切忌浮躁。要認清方向,有堅定執著的 精神,跟上最新的信息,有沉淀有積累。目前,中糧擁有了三代反應器。第一代為活塞式爆破反應器,是 全世界第一套連續爆破式反應器,是斥資120萬美元購 置的。第二代是與北京化工大學合作研發的。第三代 是由中糧自主研發的反應器,僅反應器的材質選擇就 歷經兩年時間。目前,這套500噸/年的試驗裝置已連 續穩定運行三年半,穩定性試驗與腐蝕性試驗表現良 好,其他各項指標也表現良好。
最后,做科研需要悶下頭,克服隨時可能面臨的 困難,但也一定要與外界廣泛交流,集成創新。目前, 中糧與全國超過10個大學、15個研究所進行研發合 作。由30位博士組成的研發團隊從2006年至今,一直 在不斷地探索。500噸/年中試裝置的建立并非一帆風 順,原料預處理、酶解、發酵、精餾、污水處理等一 系列技術難關是中糧聯合國內十多所大學、丹麥諾維 信公司、美國普渡大學等一同攻克的。

《生物產業技術》:中糧在發展節能減排方面做 了哪些卓有成效的工作?

岳國君:中糧早在2009年就聘請了2家國外的咨詢 公司針對檸檬酸、淀粉兩種產品的全生命周期的碳足 跡進行分析,當時有相關意識的公司并不多。 中糧所提倡的全產業鏈意味著高效利用資源, 有效整合價值鏈,響應了國家低碳經濟的號召。
中 糧500噸/年的醇電一體化試驗裝置,投入5噸秸稈原 料,產出1噸燃料乙醇。該工藝所消耗的電和氣是由 總裝置中的殘渣產生的熱量來提供的,基本無需再投 入其他能源。中糧在企業不斷壯大的同時,一直秉持 著對環境負責任的態度,掌握低碳經濟的技術突破 口,努力通過技術創新、開發新能源等多種手段節能 減排。

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