生物質(zhì)能蓄勢待發(fā)系列報道①：生物質(zhì)能發(fā)展未來可期
2022-08-08
近年來，隨著能源轉(zhuǎn)型進程進一步加快，作為世界公認的繼煤、油、氣后第四大能源庫，生物質(zhì)能的應(yīng)用呈持續(xù)增長趨勢。我國也提出在“十四五”期間穩(wěn)步發(fā)展生物質(zhì)發(fā)電，積極發(fā)展生物質(zhì)清潔供暖，加快發(fā)展生物天然氣，大力發(fā)展非糧生物液體燃料。
生物質(zhì)能直接或間接地來源于綠色植物光合作用，以化學(xué)能形式貯存太陽能，是重要的能源載體，也是唯一的可再生碳資源。它具有可再生、環(huán)境友好、清潔低碳等獨特優(yōu)勢，以固、液、氣等多種形態(tài)將能源、材料和化學(xué)品緊密聯(lián)系在一起，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、生活等多個領(lǐng)域。
在現(xiàn)代能源體系中發(fā)展生物質(zhì)能，不僅有利于促進農(nóng)業(yè)規(guī)模化發(fā)展，還將為應(yīng)對氣候變化、能源短缺和環(huán)境污染等難題起到積極作用。
在交通運輸領(lǐng)域內(nèi)發(fā)展的生物質(zhì)能主要是燃料乙醇、生物柴油和生物航煤等生物質(zhì)液體燃料。未來，隨著生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策環(huán)境進一步完善，技術(shù)水平進一步提高，生物質(zhì)能多元化開發(fā)利用或?qū)⒂瓉砼畈l(fā)展新機遇。
燃料乙醇是綠色交通重要支撐
燃料乙醇是目前消費量最大的生物質(zhì)液體燃料。根據(jù)美國可再生燃料協(xié)會數(shù)據(jù)，2015年以來，燃料乙醇產(chǎn)量持續(xù)增加，2019年達到8672萬噸，混配出約6億噸乙醇汽油，超過同期車用汽油消費總量的60%。
全球共有66個國家和地區(qū)推廣使用乙醇汽油，各國根據(jù)自身的資源稟賦等條件發(fā)展燃料乙醇產(chǎn)業(yè)。美國、巴西是燃料乙醇產(chǎn)業(yè)規(guī)模最大的國家，約占燃料乙醇總產(chǎn)量的83%。其中，美國以玉米為主要原料生產(chǎn)燃料乙醇，成為世界第一大燃料乙醇生產(chǎn)國，2020年產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的53%，E10乙醇汽油（含有10%的燃料乙醇）在美國已基本實現(xiàn)全境覆蓋。近期，地緣政治緊張導(dǎo)致能源價格上漲，為降低工薪家庭成本、抑制能源價格增長，美國有意增加乙醇汽油的使用量，銷售E15乙醇汽油（含有15%的燃料乙醇）。
巴西平均年產(chǎn)甘蔗6億多噸。基于豐富的甘蔗資源，巴西已發(fā)展成為全球第二大燃料乙醇生產(chǎn)國和消費國，2020年產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的30%。目前，巴西是世界唯一不使用純汽油作汽車燃料的國家，燃料乙醇摻混比例已提高到27%。
在我國，生物燃料乙醇已實現(xiàn)部分汽油替代，為綠色交通提供了支撐。根據(jù)統(tǒng)計，2020年我國燃料乙醇產(chǎn)量達到274萬噸，表觀消費量約為277萬噸。2021年7月，國家能源局印發(fā)《2021年能源工作指導(dǎo)意見》明確提出，要加快推進纖維素等非糧生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)示范，指出了發(fā)展纖維素燃料乙醇將是生物燃料乙醇的重點方向。
生物柴油市場供需前景兩旺
生物柴油幾乎不含硫和芳烴，十六烷值高，是廣泛認可的清潔低碳燃料。2021年以來，受到原油價格上漲、歐洲油脂產(chǎn)量下滑、需求增高等因素影響，生物柴油價格持續(xù)上漲，同比上漲35%，最高時超過1.1萬元/噸。
與化石燃料相比，生物柴油的二氧化碳排放量減少50%至90%。市場上銷售的生物柴油包括傳統(tǒng)的酯型生物柴油（主要是脂肪酸甲酯，F(xiàn)AME）和加氫脫氧型生物柴油（HVO）。
2020年全球生物柴油產(chǎn)量約為4290萬噸，同比增長2.8%。生產(chǎn)生物柴油的關(guān)鍵原料是動植物油脂，主要包括大豆油、棕櫚油、菜籽油、廢棄食用油等。其中，棕櫚油是生物柴油最主要的原料，占比約39%；大豆油和菜籽油占比分別為25%和15%；廢棄油脂原料約占10%。
美國、歐盟、巴西、印度尼西亞等基于豐富的油脂資源成為生物柴油的主要產(chǎn)地。其中，印度尼西亞主要以棕櫚油為原料生產(chǎn)生物柴油，生物柴油產(chǎn)量約占全球總產(chǎn)量的19%，是最大的生物柴油生產(chǎn)國。
歐盟把生物燃料作為主要替代能源開發(fā)和使用。在一系列相關(guān)政策法規(guī)鼓勵和要求下，歐盟已經(jīng)成為全球最大的生物柴油生產(chǎn)和消費區(qū)，生物柴油產(chǎn)量約占全球總產(chǎn)量的30%。在政策和市場需求的驅(qū)動下，歐盟生物柴油產(chǎn)量和消費量逐年增加，但總體仍處于“供小于求”的狀態(tài)，需要進口生物柴油以滿足消費市場。
數(shù)據(jù)顯示，2015年以來，歐盟生物柴油的進口量迅速攀升，2018年以后，生物柴油年進口量超過260萬噸。受疫情影響，2020年歐洲生物柴油進口量約273萬噸，同比降低14%。其中從阿根廷進口量約90萬噸，占比33%，主要為大豆油基生物柴油；從中國進口約85萬噸，占比31%，主要為廢棄油脂基生物柴油，較2019年提高15%；從印度尼西亞與馬來西亞合計進口約63萬噸，占比23%，主要為棕櫚油基生物柴油，較2019年降低25%。根據(jù)2021年7月歐盟《可再生能源指令（RED II）》修訂后的指令，到2030年，可再生能源在歐盟能源消費總量中的份額將上升到40%，其中可再生燃料在運輸部門的占比達到26%。由此可見，包括生物柴油在內(nèi)的可再生能源又將迎來新的發(fā)展機遇。
我國油脂資源相對匱乏，主要用廢油脂為原料制備生物柴油，并從2010年開始商業(yè)化供應(yīng)B5生物柴油（柴油中添加5%的生物柴油）。到目前為止，上海已有231座加油站供應(yīng)由地溝油制備的B5生物柴油。2021年，我國生物柴油產(chǎn)量約150萬噸，同比增長16.8%，出口量約130萬噸，同比增長45%，幾乎全部出口到歐洲。
生物航煤是航空業(yè)減碳關(guān)鍵
根據(jù)國際清潔交通委員會（ICCT）的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2019年全球客運和貨運航班共排放二氧化碳9.2億噸，約占全球溫室氣體排放量的3.5%。雖然占比較低，但是航空業(yè)產(chǎn)生的溫室氣體主要排放在平流層，對氣候變化影響更大。早在2016年10月，國際民航組織（ICAO）第39屆大會就通過了有關(guān)建立國際航空碳抵消及減排機制（CORSIA）的決議，成為全球第一個行業(yè)性減排市場機制，強力推行航空業(yè)減排計劃。CORSIA提出，2025年國際航班生物航煤使用量達500萬噸，2050年國際航班生物航煤使用比例將達到50%的目標(biāo)。
受新冠肺炎疫情影響，2020年國際航班驟減，因此ICAO要求以2019年航空碳排放量為基準(zhǔn)（原基準(zhǔn)是2019-2020年的平均值），2021-2035年保持零增長。航煤燃燒排放的二氧化碳約占航空業(yè)排放總量的96%以上，是最大的排放源。以生物質(zhì)為原料生產(chǎn)的生物航煤，具有與化石航煤組成相似、性能接近、減排貢獻大、與發(fā)動機和燃油系統(tǒng)兼容性好等優(yōu)點，因此使用生物航煤被認為是實現(xiàn)航空業(yè)二氧化碳減排最有效的手段。
自2009年以來，生物航煤制備技術(shù)持續(xù)進步，相關(guān)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。歐美發(fā)達國家在技術(shù)研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)認證等方面走在前列。美國、加拿大、挪威、芬蘭等國已經(jīng)建立了從原料到應(yīng)用的完整產(chǎn)業(yè)鏈，初步形成了生物航煤規(guī)模化消費市場。盡管2020年航空燃料使用量急劇下降，但生物航煤市場仍然保持發(fā)展。國際航空運輸協(xié)會（IATA）批準(zhǔn)使用的生物航煤種類已擴大到了7種。截至2020年，有45家航空公司使用了生物航煤，有7家航空公司積極參與投資生物航煤的生產(chǎn)。
2021年，歐盟就其在航空運輸領(lǐng)域減排55%（取代此前減排40%的目標(biāo)）并擴大生物航煤使用的計劃草案舉行了公開磋商，包括強制摻混指令、拍賣機制、資金和監(jiān)督等議題。挪威于2020年開始要求所有航空燃料中添加0.5%的生物航煤。荷蘭從2022年開始為所有阿姆斯特丹出港航班的燃料摻混0.5%生物航煤。法國正在立法，要求從2022年開始使用至少1%的生物航煤，到2025年增加到2%，到2030年增加到5%，2050年增加到50%。德國計劃將生物航煤的使用量在2025年增加到0.5%，2028年增加到1%，2030年增加到2%。瑞典也在計劃出臺航空減排措施，要求航空燃料在2030年減排27%。
為響應(yīng)航空業(yè)碳抵消和減排計劃，滿足國內(nèi)外生物航煤市場需求，我國早在2009年之前就陸續(xù)布局開展生物航煤相關(guān)研究。中國石油在2011年完成了國內(nèi)首次生物航煤驗證飛行，儲備了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的生物航煤制備技術(shù)，并且持續(xù)推動生物航煤技術(shù)研發(fā)以降低生產(chǎn)成本。中國石化2014年完成了生物航煤適航評審，2020年在鎮(zhèn)海煉化建成我國首套10萬噸/年生物航煤工業(yè)化裝置，隨后啟動了生物航煤生產(chǎn)和可持續(xù)性認證工作，并于2021年4月獲得RSB可持續(xù)認證。（張家仁 中國石油石油化工研究院）
歐盟將生物質(zhì)能納入能源轉(zhuǎn)型框架
近年來，歐盟將綠色低碳能源轉(zhuǎn)型作為其經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向，各種傳統(tǒng)化石能源的替代能源都被納入其能源轉(zhuǎn)型框架，并在能源整體發(fā)展戰(zhàn)略以及具體政策上都加以推進，共同構(gòu)建了歐盟能源轉(zhuǎn)型“多點開花”“多路并進”的局面。
所謂生物質(zhì)能，從廣義層面講，是指生物來源材料制成的可再生能源。狹義上講，則是生物柴油等生物燃料。國際可再生能源署將生物質(zhì)能分為“傳統(tǒng)”和“現(xiàn)代”兩類，傳統(tǒng)生物質(zhì)能是指木材、動物糞便和傳統(tǒng)木炭等燃料，而現(xiàn)代生物質(zhì)能包括液體生物燃料、沼氣、木質(zhì)顆粒燃燒供熱系統(tǒng)等。歐盟委員會則將生物質(zhì)能定義為將農(nóng)林副產(chǎn)品、城市垃圾、能源作物等轉(zhuǎn)化為電、熱、燃料等能源，利用方式可包括生物質(zhì)發(fā)電、生物氣體和生物燃料等。當(dāng)前，歐盟的生物質(zhì)能消費已經(jīng)占可再生能源總消費的近60%。同時，鑒于歐盟處于后現(xiàn)代發(fā)展階段以及新一輪能源轉(zhuǎn)型的先鋒地位，其生物質(zhì)能事實上更多以“現(xiàn)代”利用方式為主，成為歐盟去化石能源體系中的重要組成部分。
歐盟生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展路徑有著成體系、具有連續(xù)性等特點。首先，歐盟構(gòu)建了生物質(zhì)能發(fā)展的頂層設(shè)計框架。自歐盟單一市場構(gòu)建以來，其共同能源政策就一直在探索中發(fā)展，而隨著生物質(zhì)能逐漸被視作替代化石能源的可行選項之一，歐盟就不斷與時俱進地構(gòu)建相關(guān)政策框架和制度。2003年，歐盟提出了機動車使用生物燃料框架指令，提出生物燃料是應(yīng)對氣候變化的重要一環(huán)，同時制定了2020年生物燃料占歐盟汽柴油消費20%以上的目標(biāo)。2005年，歐盟委員會發(fā)布《生物質(zhì)能行動計劃》，就生物質(zhì)能政策目標(biāo)、燃料標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品貿(mào)易規(guī)則、燃料作物生產(chǎn)用地標(biāo)準(zhǔn)等設(shè)計了發(fā)展路徑，并且將生物質(zhì)能發(fā)展定位為擴大可再生能源消費及應(yīng)對化石能源價格上漲的重要方式之一，構(gòu)建了歐盟生物質(zhì)能發(fā)展的基石。2006年，歐盟發(fā)布《歐盟生物燃料戰(zhàn)略》，提出將生物燃料作為交通領(lǐng)域替代燃料之一加以推廣。此后，歐盟在其制定的能源政策全面性政策框架，以及各版可再生能源指令、交通運輸能源指令等具體領(lǐng)域能源法規(guī)中，均提及了生物質(zhì)能的相關(guān)發(fā)展目標(biāo)。
近期，隨著歐洲能源安全局勢不斷緊張，加之歐盟對實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的堅持，生物質(zhì)能在能源版圖中“補充性作用”的定位日漸清晰。2021年7月，歐盟在Fit55氣候能源一攬子計劃中提出，應(yīng)制定最清潔的生物燃料標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)計其生物質(zhì)能消費總量將增加。同時指出，應(yīng)考慮木材等生物質(zhì)能的“最優(yōu)利用”和“可持續(xù)性”。2022年5月，歐盟委員會發(fā)布REPowerEU能源保障計劃，提出鼓勵包括生物質(zhì)能在內(nèi)的可再生能源生產(chǎn)，計劃到2030年使歐盟生物甲烷產(chǎn)量提升至350億立方米，使實現(xiàn)目標(biāo)的相關(guān)投入達到370億歐元，并在創(chuàng)新、伙伴關(guān)系、基礎(chǔ)設(shè)施等方面加以支持。
其次，歐盟持續(xù)采取行動，推動生物質(zhì)能行業(yè)規(guī)則的塑造。長期以來，歐盟在生物質(zhì)能領(lǐng)域強調(diào)產(chǎn)業(yè)發(fā)展與環(huán)保效果的有機結(jié)合，意圖以相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范內(nèi)部市場以及相關(guān)國際貿(mào)易等。在航空領(lǐng)域，歐盟委員會與空客公司以及歐洲多家大型航空公司和生物質(zhì)能公司在2011年創(chuàng)立了“生物燃料飛行路徑”倡議，共同推動航空業(yè)應(yīng)用生物燃料的進程及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定，并促進投融資、公眾宣傳等活動的推進。在道路交通領(lǐng)域，歐盟劃定不同生物燃料等級，將經(jīng)濟作物以及廢棄食用油脂或動物脂肪等不同原料生產(chǎn)的生物燃料進行分類，還根據(jù)“廢物和殘留物的乘數(shù)”評估其碳排放影響。在生產(chǎn)的環(huán)境影響方面，歐盟在可再生能源指令2008年修訂版和燃料質(zhì)量指令2009年修訂版中引入“間接土地利用變化”（ILUC）準(zhǔn)則，即考慮因生物質(zhì)能原料種植擴大而造成土地碳儲存能力降低和潛在溫室氣體排放等，將全球部分地區(qū)評估為“不適合開發(fā)生物質(zhì)能原料種植”。此后，歐盟分別在2015年和2019年建立“減少生物燃料間接土地利用變化的指令”和“間接土地利用變化授權(quán)條例”，進一步規(guī)范行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并對加拿大、澳大利亞、克羅地亞等國生物燃料油菜籽生產(chǎn)進行評估。此外，2010年歐盟在ILUC原則基礎(chǔ)上還建立了生物燃料認證計劃，并推動成員國制定與歐盟規(guī)則一致的生物燃料標(biāo)準(zhǔn)來約束市場。
在長期多措并舉推動能源轉(zhuǎn)型以及擴大可再生能源消費量和比重的背景下，歐盟生物質(zhì)能在過去數(shù)十年中總體處于穩(wěn)步發(fā)展的態(tài)勢，年消費量從2006年的192拍焦升至2021年的681.9拍焦，占全球的16.1%。2020年歐盟生物質(zhì)發(fā)電量達163.2太瓦時，占歐盟可再生能源發(fā)電的15.4%，甚至高于光伏發(fā)電的144.2太瓦時。未來，隨著歐盟應(yīng)對能源地緣政治挑戰(zhàn)以及推進能源轉(zhuǎn)型的政策導(dǎo)向更為明晰，生物質(zhì)能特別是沼氣、生物質(zhì)發(fā)電等對化石能源替代性強的領(lǐng)域?qū)⒂型M一步發(fā)展。
需要注意的是，鑒于生物質(zhì)能本身的性質(zhì)以及當(dāng)前國際地緣政治的復(fù)雜性，歐盟發(fā)展生物質(zhì)能也面臨不小的挑戰(zhàn)。首先，生物質(zhì)能毋庸置疑具備“可再生”的特性，但其發(fā)展利用是否“低碳”仍飽受質(zhì)疑。事實上，生物質(zhì)中的能量轉(zhuǎn)化為電、熱、光等，通常需要經(jīng)過燃燒及排放二氧化碳等溫室氣體的過程。而燃燒生物質(zhì)（木柴）獲得同等規(guī)模能量所排放的二氧化碳遠高于煤、石油、天然氣等，其碳能轉(zhuǎn)換效率偏低仍是不爭的事實。此外，沼氣還會出現(xiàn)甲烷泄漏等問題。因此，有分析認為，生物質(zhì)能利用很可能與歐盟激進的碳中和目標(biāo)背道而馳。
其次，生物燃料很大一部分是以甘蔗、玉米等食用作物為原料制造，在當(dāng)前全球糧食危機不斷加劇的背景下，擴大生物燃料使用無疑面臨越來越大的道德壓力和成本負擔(dān)。此外，在全球運輸行業(yè)不斷推進電力化和氫能化的趨勢下，歐洲多國進入燃油車淘汰倒計時，這也對生物燃料形成越來越大的擠壓。總體而言，生物質(zhì)能在歐盟乃至全球的未來能源格局中更可能扮演一種補充性角色，其發(fā)展規(guī)模和前景將有明顯上限。
