石油央企的新能源经·生物燃料篇

长在田野里的燃料

   1892年,德国工程师鲁道夫·狄塞尔发明了世界上第一台以生物柴油为燃料的柴油机。由于当时世界上石化柴油供应过剩,这台机器并没有引起关注。80年后,石油危机在全世界蔓延,生物燃料才成为能源界的“新宠”。广义上,生物燃料包含许多种类,除了生物柴油、汽油、航煤这三种液体燃料,还包括国家正在大力推广的生物乙醇汽油。

  为什么要发展生物燃料?它在国际和国内的发展现状如何?带着这些问题,记者采访了中国石油化工研究院生物质燃料与新能源研究室主任李建忠,进一步了解和探讨生物燃料发展。

  政策引导是生物燃料的发展动力

  生物燃料的定位应该是化石能源的补充和优化品。小比例添加生物燃料,对节约化石能源来说起不到大的作用,但它的环保效能不容忽视。

  最初,生物燃料作为化石能源替代品出现。但从目前的发展来看,它的定位应该是化石能源的重要补充和优化品,按一定比例添加在化石燃料里使用。小比例添加生物燃料,对节约化石能源来说起不到大的作用,但它的环保效能不容忽视。因此,当前阶段的生物燃料,环保效益大于经济效益。

  以航煤为例。传统化石航空煤油使用所带来的温室气体排放对全球气候变化的影响越发受到关注。2016年,国际民航组织(ICAO)第39届大会上,包括中国在内的191个成员国和国际组织会员共同通过国际航空碳抵消和减排计划(CORSIA)决议,自2019年1月1日开始,将监测2019年至2020年各国民航业碳排放数据,力图实现2020年至2035年民航业碳排放零增长、2050年较2005年温室气体减排50%的目标。

  该计划要求各履约国航空公司须购买国际民航组织认可的可持续航空燃料,或碳指标完成相应减排任务。据民航系统测算,中国航煤消费量年均增长10%,按照碳交易价格10至15美元/吨计,自2021年起15年间,中国民航业(大陆地区)将累计购买碳减排指标至少1000亿元人民币。同时,航空生物燃料需满足质量标准ASTM D7566以及即将正式颁布的ICAO“航空燃料可持续性标准”,掺混调和所得生物航煤还需满足质量标准ASTM D1655(或“航空涡轮生物燃料国家标准”)。这些都将对现有化石航煤生产、质控运行体系产生影响,形势紧迫。

  因此,生物航煤以其优良的燃料性质、显著的碳减排性能和与化石航煤及飞机、航空引擎、燃料供给系统的良好兼容性,而成为首选的替代燃料。

  乙醇汽油亦如此。行业发展的主要动力来自政策。2017年9月13日,国家发改委、国家能源局、财政部等15部委联合下发了《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的实施方案》,明确到2020年,在全国范围内推广使用车用乙醇汽油。文件明确指出,以生物燃料乙醇为代表的生物能源是国家战略性新兴产业。在国务院办公厅发布的《关于加快推进农业供给侧结构性改革,大力发展粮食产业经济的意见》中也提到,要发展纤维素非粮燃料乙醇并在保障粮食供应和质量安全的前提下,适度发展粮食乙醇。

  受环保形势及经济效益的推动,生物柴油的研发和推广工作也与乙醇汽油和生物航煤同步进行。

  站在全球角度看生物燃料

  上世纪70年代,美国联邦政府颁布了一系列政策措施来推动生物燃料乙醇产业发展。为促进生物燃料产业的发展,巴西运用税收优惠、政府投资、新技术政策奖励等手段来刺激生产与消费。

  就全世界的生物燃料研究现状来看,美国发展较为成熟,尤其是在燃料乙醇方面。2017年全球生产生物燃料乙醇8124万吨,美国就占4719万吨,占全球产量的57.9%。其次是巴西、欧洲等国家和地区发展较为迅速。

  具备大规模的农作物种植是美国发展生物燃料的有利条件。上世纪70年代,美国联邦政府颁布了一系列政策措施,来推动生物燃料乙醇产业的发展。一是通过税法来促进行业发展,二是实施财政补贴政策,三是实施强制性燃料标准。按照美国联邦政府要求,2022年每年必须将360亿加仑的可再生燃料掺混到交通燃料中。

  生物航煤方面,美国联邦航空局牵头,航空运输协会、北美国际机场理事会和宇航工业协会共同成立商用航空替代燃料倡议署(CAAFI)。

  从CAAFI提出的生物航煤使用路线图不难看出,美国在生物航煤方面下了很大的决心——2040年实现全美航空燃油消耗量的50%来自生物航煤。

  另一个生物燃料大国是巴西。大量的甘蔗种植为巴西奠定了发展乙醇汽油产业的基础。早在上世纪20年代,巴西就已经将乙醇与汽油混合使用。为促进生物燃料产业的发展,巴西运用税收优惠、政府投资、新技术政策奖励等手段来刺激生产与消费。公开资料显示,从1975年至2000年,巴西因发展乙醇汽油而节约的石油进口费用高达435亿美元。由此带来的环境效益也非常明显,乙醇替代汽油直接减少二氧化碳排放高达920万吨。

  2017年,巴西生物燃料乙醇的产量达到2240万吨,约占全球的26%。生物柴油方面,巴西也仅次于欧洲和美国。生物航煤稍弱,但不影响其生物燃料大国的地位。

  国内生物燃料发展与世界接轨

  目前,集团公司正由科技部牵头,石化院作技术支撑,着手研究燃料电池等衍生产品,并与高校、科研机构合作,把相关技术利用工程放大的手段,转化为科研成果落地。

  国内生物燃料要数乙醇汽油规模最大。2017年,生物燃料乙醇产量为260万吨,仅次于美国和巴西,居世界第三位。

  前些年,生物柴油曾出现蓬勃发展的景象,但因生产主体资质不全、产品销路受阻而影响了行业发展。目前,生物柴油已中心获得政府重视。公开资料显示,上海市政府与中国石化合作,计划在上海建成200余座加油站,专门用来销售B5生物柴油,目前已建成100余座。

  值得一提的是生物航煤。2014年,我国成为继美国、法国、芬兰之后第4个拥有自主研发生物航煤生产技术的国家。

  作为大型能源企业,中国石油对生物燃料的研发工作非常重视。

  2001年9月,由中国石油控股经营和管理、吉林省酒精工业集团公司和中粮集团参股的吉林燃料乙醇有限公司成立,2003年投产,目前每年可加工转化玉米180万吨,产燃料乙醇70万吨、酒糟蛋白饲料(DDGS)47万吨、玉米油2.5万吨,同时副产二氧化碳、氢气等产品。投产以来,连续13年盈利,成为目前国内唯一不依靠政策补贴实现盈利的燃料乙醇生产企业。

  2008年,中国石油与美国UOP公司合作,着手在四川南充建设一套6万吨/年生物航煤生产装置。2011年10月28日,双方合作,成功完成国内首次生物航煤试飞活动,带动中国生物航煤产业向前迈出一大步。

  目前,通过石化院牵头承担的“航空生物燃料生产成套技术及工业应用”重大科技专项近3年的实施,中国石油已全面掌握以餐厨废弃油脂、小桐子油、棕榈酸化油等为原料制备生物航煤的具有自主知识产权的生产成套技术,并即将进行6万吨/年生物航煤工业示范装置的建设。

  生物柴油方面,中国石油也进行了积极探索。由石化院研发的植物油脂/餐厨废弃油加氢法制备第二代生物柴油,更加环保,理化性质也更接近化石柴油,应用前景良好。

  此外,中国石油还在密切关注其他新能源技术的进展。目前,集团公司正由科技部牵头,石化院作技术支撑,着手研究燃料电池等衍生产品,并与高校、科研机构合作,把相关技术利用工程放大的手段,将科研成果转化落地。

  整体来看,我国生物燃料产业发展处于世界前列,但还有一些障碍亟待扫除。一是原料资源基础总体薄弱,能源作物的选育栽培、原料多元化供应体系构建等工作尚不完善。二是产品缺乏经济竞争力。由于原料供应不足,关键技术瓶颈有待突破,技术工程化和技术集成进展较慢,企业生产成本较高。三是财税政策支持力度不够,并且缺乏连贯性,同时温室气体排放相关政策不健全,碳排放权交易市场运行监管不到位,使得整个生物燃料行业缺乏国家层面的有力支撑。

  石化院生物质燃料与新能源研究室主任李建忠认为,生物燃料在全世界范围内都处于上升趋势,中国石油应顺应社会潮流,放眼未来,加大生物燃料的研发力度,为建设世界一流综合性国际能源公司、实现企业绿色低碳发展目标提供技术支撑。

  【解读】我国生物燃料乙醇产业发展始于“十五”初期。2001年为了处理大量“陈化粮”问题,改善大气及生态环境质量,调整能源结构,经国务院同意,启动了生物燃料乙醇试点。从“十一五”时期起,根据形势变化暂停了粮食燃料乙醇发展,陆续在广西、内蒙古、山东等地建成多个非粮燃料乙醇示范项目或产业化装置。目前,我国生物燃料乙醇年消费量已占同期全国汽油消费总量的1/5。

  根据《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的实施方案》,除黑龙江、吉林、辽宁等11个试点省份外,今年进一步在北京、天津、河北等15个省区市推广。到2020年,在全国范围内推广使用车用乙醇汽油,基本实现全覆盖,市场化运行机制初步建立,先进生物液体燃料创新体系初步构建,生物燃料乙醇产业发展整体达到国际先进水平。(视觉中国 供图)

  中国石油持续推进生物燃料研究试验,承担国家重要合作项目

  2007年

  炼油与化工分公司课题

  木本油料制备生物柴油研究

  2010年

  国家能源局项目课题

  中国可持续航空生物燃料产业发展战略研究

  2011年

  国家能源局中美能源合作项目

  生物航空燃料试飞用油的生产及试飞验证

  2012年

  国家能源局中美能源合作项目

  木质纤维素生产燃料乙醇关键技术研究

  炼油与化工分公司课题

  浮萍和微藻能源化的资源潜力与过程的中试开发

  股份公司重大科技专项

  航空生物燃料生产成套技术研究开发与工业应用

  2014年

  科技管理部课题

  加氢法生产生物柴油技术小试研究开发

  2016年

  重大科技专项

  航空生物燃料生产成套技术研究开发与工业应用

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