第44卷第8期當代化工Vo1.44,No.82015年8月Contemporary Chemical Industryugust, 2015纖維素乙醇產業(yè)進展林鑫,武國慶1.國家能源生物液體燃料研發(fā)(實驗)中心,北京100020;2.中糧營養(yǎng)健康硏究院,北京102209)摘要:燃料乙醇已發(fā)展成為世界可再生能源產業(yè)之一,在經濟、環(huán)境、能源等領域發(fā)揮著重要作用。利用能量及環(huán)境效益更佳的木質纖維素作為原料生產燃料乙醇,已是這一產業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基石。自2014年下半年開始劇烈下跌的原油價格雖然帶來了一些不確定因素,但在政策性因素引導下,世界燃料乙醇產業(yè)有序發(fā)展,在年產量創(chuàng)出新高的同時,纖維素乙醇示范裝置也在加速建設。2017年纖維素乙醇生產能力有望突破100萬噸。本文在綜述世界燃料乙醇產業(yè)發(fā)展現狀基礎上,詳細介紹了纖維素乙醇的產業(yè)進展,并對纖維素乙醇的發(fā)展趨勢作了展望。關鍵詞:燃料乙醇;纖維素乙醇;產業(yè)化中圖分類號:TQ21文獻標識碼:A文章編號:1671-0460(2015)08-2028-04Industry progress of Cellulosic ethanolLIN Xin", WU Guo-qing(l National Energy Research(Experimental)Center of Liquid-Biofuels, Beijing 100020, China2. COFCO Nutrition Health Research Institute, Beijing 102209, China)Abstract: Fuel ethanol has become one of the world s renewable energy industries, and plays an important role in areasIch as economy, environment and energy. To use lignocellulose with good energy efficient and environment benefit asraw material to produce fuel ethanol has become a footstone for the sustainable development of the fuel ethanolindustry. Although sharp decrease of crude oil price has brought some uncertainties in the second half of 2014, theworld ethanol industry continued development with positive policies. Not only the annual production set a new record,but also the construction of cellulosic ethanol commercial facilities accelerated. It is expected that the cellulosicethanol production capacity will exceed I million tons in 2017. In this paper, current status of the fuel ethanol industryas introduced, progress of the cellulosic ethanol industry was reviewed, and development trend of the cellulosiethanol industry is also discussedKey words: Fuel ethanol; Cellulosic ethanol; Industry progress燃料乙醇作為優(yōu)質的液體運輸燃料,在促進農以來一路下行,美國西德克薩斯輕質原油WT和北村發(fā)展"、改善大氣環(huán)境、減少溫室氣體排放、海布倫特原油價格至2014年12月已下跌近50%。部分替代化石能源等方面都有許多貢獻。在美國許多人擔心會波及燃料乙醇的產量和利潤,實際情和巴西的帶動下,世界已有50多個國家或地區(qū)制定況如何呢?以美國為例,燃料乙醇的價格跟隨石油了生物燃料配套政策,包括規(guī)定摻混指標或指令、價格大幅下跌,利潤縮減。然而第3、4季度美國燃給予稅收激勵。據RFA統計,2014年世界燃料乙料乙醇的產量卻仍維持在93-94萬桶/的高位,RIN醇產量將達到創(chuàng)紀錄的7382萬t,較上年增長5%。(每個RN代表1加侖對應生物燃料)的價格也燃料乙醇已發(fā)展為一個世界性的新興可再生能源產在不斷上升。石油價格大幅下降后,美國汽油的業(yè)。纖維素乙醇較1代乙醇在凈能量、溫室氣體排消費量在達到飽和后開始復蘇,燃料乙醇的需求量放方面有較大的優(yōu)勢,作為二代燃料乙醇在美國、隨之增加,這不僅緩解了懸而未決的“添加上限”問巴西、歐洲、中國等國已建成上百套中試裝置,題,也促進了低價燃料乙醇產量的穩(wěn)定。據美國能業(yè)化裝置也已陸續(xù)投產源信息署(EIA)統計,2014年美國燃料乙醇產量當前原油價格的急劇下降是否會影響燃料乙較2013年增長8%,達到歷史新高4271萬t,預計醇、特別是二代纖維素乙醇的繼續(xù)發(fā)展已成為關注全年混配的燃料乙醇會占到汽油消費量的9.9‰%。纖的焦點。國際市場原油價格自2014年6月達到高點維素乙醇也未中國煤化工第5套纖維高技術研究發(fā)展計劃(“863”計劃),項目號:2012AA022304;國家高技術研CNMHG14AA021906。林鑫(1984-),男,湖北十堰人,碩士,2011年畢業(yè)于德國亞琛工業(yè)大學生物技術專業(yè),研究方向:生物質能源與化工、工業(yè)酶制劑的應用。E-mail:linxin@cofco.com第44卷第8期林鑫,等:纖維素乙醇產業(yè)進展2029素乙醇裝置投入運行后,美國總的2代乙醇產能將后,宣布了新的《可再生燃料標準》(RFSⅡ),要超過25萬ta求到2020年可再生燃料消費量達到360億加侖。截另一方面,燃料乙醇的生產成本受到玉米等原止2015年1月,美國在其29個州建有213家燃料料價格、副產品價格以及消耗的化石能源價格等諸乙醇工廠,數量接近20070年的兩倍,在建及擴建工多方面的影響,這些因素的疊加在一定程度上會減3家,預計將增加產能30萬t。據RFA統計,2014輕石油價格波動所帶來的行業(yè)沖擊。雖然美國燃料年美國燃料乙醇行業(yè)共生產了4271萬t燃料乙醇乙醇價格在2014年總體下降10%,但玉米價格在及副產品飼料3900萬t,創(chuàng)造就業(yè)約38萬個(直2014年較上年下降約13。根據愛荷華州立大學的接就業(yè)84000個),貢獻530億美元GDP,帶來270研究,對于一個典型的愛荷華州干法玉米乙醇廠億美元家庭收人和103億美元稅收。燃料乙醇在美基于可變成本的凈回報率在2014年增加了54%。因帶動了眾多相關行業(yè)的發(fā)展,包括農作物種植、目前的原油價格對于許多北美新油井來說已低于成農業(yè)機械生產、谷物加工及儲存、酶制劑和酵母產本價格。在未來石油行業(yè)調整生產,供需水平重業(yè)、法律及會計等服務行業(yè)。燃料乙醇除了對經濟新達到平衡后,原油價格可能會走出新一輪的高價發(fā)展有重要貢獻外,對美國的能源安全也起到了周期,屆時,燃料乙醇將徹底擺脫當下的困境。定的作用。美國的原油對外依存度已由2005年60%的峰值下降到2014年的28%,其中燃料乙醇貢獻在我國,燃料乙醇的價格與汽油價格掛鉤,為了7%。2014年美國生產的燃料乙醇相當于替代了93#汽油調撥價的9111,受國內原油價格波動影5,12億桶用于汽油煉制的原油,這些原油比美國每響。截止2014年12月29日,國內油價已出現11l年進口沙特阿拉伯的原油量還多,而所替代的原油連跌,對燃料乙醇企業(yè)帶來一定影響。但與此同時價值近490億美元。而中國原油對外依存度已由國家一如既往地堅持自2006年就已明確提出的非2005年的42.9%上升到2014年的596%。糧生物燃料發(fā)展方向,在“十二五”期間制訂了相應在玉米乙醇工業(yè)發(fā)展成熟后,美國政府及相關的發(fā)展規(guī)劃(如《可再生能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》機構看到2代燃料乙醇的趨勢,從200年開始大力《能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》《國家能源科技“十二推動纖維素乙醇的研發(fā)。2012年1月1日,美國五”規(guī)劃》《生物質能發(fā)展“十二五”規(guī)劃》),并在取消了對糧食燃料乙醇的補貼,而1.01美元的二代2014年5月調整了燃料乙醇財政政策,決心逐步取生物燃料生產商稅收減免政策自2000年頒布之日消1代和1.5代燃料乙醇的補貼,轉而支持纖維素起一直延續(xù)。2012年,美國國家實驗室和工業(yè)合為原料的2代燃料乙醇在燃料乙醇企業(yè)利潤收窄、作伙伴共同完成了使用纖維素原料生產乙醇中試規(guī)燃料乙醇跨入能源項目、審批權限下放、試點規(guī)模模的技術驗證,表明其不僅在技術上可行,而且能擴大、纖維素乙醇補貼政策發(fā)布、大氣污染防治方做到成本有競爭力215美元/加侖。2013年-201案實施等機遇下,纖維素燃料乙醇在國內也有望實年兩年間,美國已建成4套纖維素乙醇示范裝置,現產業(yè)化發(fā)展,這對國家能源安全、社會安定均具產能達到18萬ta有重要戰(zhàn)略意義。巴西燃料乙醇行業(yè)在2000年至2013年經歷了重重危機。2008年金融危機后巴西經濟不景氣、天氣1世界燃料乙醇的發(fā)展現狀因素導致甘蔗減產、國際糖價持續(xù)高企,此外,巴西燃料乙醇在本世紀的頭10年快速增長,年產政府為控制通貨膨脹實施了控制燃油價格的措施,使國內燃料價格一直低于國際價格。2011年,巴西甘量從2000年的1350萬t增加到2010年的6984萬蔗乙醇受此影響產量僅為161萬t,較2010年產量t。之后的兩年由于氣候條件、原料及產品價格等原下跌19.5%,也導致全球生物液體燃料產量10年來因,巴西和美國連續(xù)減產,2013-2014年全球燃料首次下跌。2012年的產量與2011年持平,較2008乙醇產量回暖,2014年產量達到7382萬t。表年降低13.8%。2012年巴西擁有的約400座燃料乙醇列出了2014年世界燃料乙醇估計產量及分布狀況。廠有41座停產,甘蔗單產由208年的115公頃降表12014年世界燃料乙醇估計產量分布低到2012年的69公頃,2011年巴西首次進口美國Table 1 Estimating world fuel ethanol production in2014玉米燃料乙醇。由于燃料乙醇供應量短缺,價格喪失美國巴西歐洲中國加拿大泰國印度阿根廷其他優(yōu)勢,2010-2012年,巴西政府多次降低了乙醇汽油4271184943223315293摻混比例,從中國煤化工擊價格穩(wěn)定。2013年,國CNMHG月上調乙摩美國2007年通過能源獨立與安全法(ESA)汽油摻混比例出2%提同到23%,開且兩次上調20302015年8月汽油銷售價格,并于5月份岀臺法案減免含水乙醇消萬ta規(guī)模的纖維素乙醇示范裝置投λ試運行,累計費稅。據USDA-FAS統計,2013年巴西燃料乙醇產產能超過40萬ta表2和表3列出了世界2我量預計1872萬t,接近2008年生產水平(1933萬國主要纖維素乙醇示范裝置,預計到2017年t),204年的產量與此持平為1849萬t。全球至少有25個項目投產,纖維素乙醇年生產能力巴西蔗渣原料豐富,其國內企業(yè)積極聯合國際超過100萬t知名能源及生物技術企業(yè)開發(fā)以蔗渣為原料的二代目前,在建最大的纖維素乙醇商業(yè)化裝置為杜纖維素乙醇技術。由巴西國家開發(fā)銀行( BNDES)邦公司位于美國 Nevada的9萬ta裝置,正處于項提供3億雷亞爾(約合77億元)貸款, Granbio公目收尾階段,將于2015年初投產。2014年9月和司建設的巴西首套裝置已經投產,項目采用Beta10月 Abengoa公司位于美國雨果頓( Hugoton)以及Renewable的Poes技術,康泰斯公司提供關鍵設POET-DSM先進生物燃料公司位于美國埃米茨堡備,DSM公司提供工業(yè)酵母,諾維信公司提供酶制( Emmetsburg)的75萬ta裝置分別運行投產。巴劑。 grannie公司的目標是到2020年在巴西投產累西的 Granbio公司采用 Beta renewables公司預處理計近79萬t的二代燃料乙醇工廠技術于2014年9月建成65萬ta裝置,該裝置以我國在2000-2001年,為消化陳化糧批準了4稻草和蔗渣為原料,采用 Beta renewables公司個燃料乙醇項目。此后,在黑龍江、吉林、河南、 Presa(R技術,整個工廠分為兩個部分,纖維素乙醇安徽等省陸續(xù)封閉推廣使用加入10%比例燃料乙醇廠投資1.9億美元,蒸汽及電廠投資0.75億美元的乙醇汽油。2007年,陳化糧消化結束,非糧原料電廠除保障2個工廠的全部電力、蒸汽外,可年外燃料乙醇得到發(fā)展。自2007年首套非糧燃料乙醇裝供電力135GW·h。同樣在巴西的 Raizen公司,在置——廣西中糧生物質能源有限公司20萬ta木薯現有甘蔗乙醇工廠的基礎上擴建,采用 logen公司乙醇項目竣工投產以來,非糧燃料乙醇產能已達90預處理技術,在2014年底建成3.2萬ta纖維素乙萬噸/,年節(jié)省糧食約280萬t。其中,2011年,醇示范裝置。河南天冠企業(yè)集團有限公司建成了以木薯為原料總表2世界主要纖維范裝置"6能力30萬ta燃料乙醇生產裝置,同年完成萬噸級Table 2 Main pilot-scale cellulosic ethanol projects in the纖維乙醇項目的建設;2012年,中糧生物化學(安原料及技術方案徽)股份有限公司對原有裝置進行改造,形成15資方及規(guī)模及投資產品方案萬ta木薯乙醇產能;2012年5月,山東龍力生物Ineos biM$植物及木材廢熱化學氣化和細科技有限公司5.15萬ta纖維燃料乙醇項目獲得國美國(OEO.5菌發(fā)酵技術生產2013.081,USDA0.75乙醇+6MW電力家發(fā)展改革委批復,當年投產。1中性汽為促進非糧燃料乙醇的發(fā)展,2013年10月至大60:20竹,乙醇電力條酶銜2013102014年2月,廣東中能酒精有限公司年產15萬t糖共發(fā)酵木薯燃料乙醇項日、中國石化東鄉(xiāng)10萬ta木薯燃稀酸汽爆預處OET-DSM75kua,250玉米秸稈、玉米理,纖維素酶解料乙醇項目、浙江燃料乙醇有限公司年產30萬tM8芯,乙醇+沼氣戊糖尼糖共發(fā)201409木薯燃料乙醇項目、海南椰島(集團)股份有限公司年產10萬t木薯燃料乙醇項目獲得國家發(fā)展改革Cmbi190M8+75醇+1356w∴h技術,諾維信公201409公司共發(fā)酵菌株委批準,產能共計65萬ta。2014年,我國燃料乙稀酸汽爆預處醇年產量約233萬t,其中纖維素乙醇3.2萬t,批5kta,350玉米秸稈、麥秸,理,纖維素酶乙醇+21MW電復產能上升至310萬ta。目前,已經封閉運行、實DOE 134現乙醇汽油試點使用的省市包括黑龍江、吉林、遼稀酸寧、河南、安徽、廣西6省、區(qū)及河北、山東、湖logen& Raizen3l.6ka,100蔗渣、秸稈,乙izen公2014.12北、江蘇、內蒙古5省、區(qū)的30個地市,全國E10甘蔗乙醇乙醇汽油的使用量約占汽油表觀消費量的24%。近90kta,276玉米秸稈、玉米素酶解,戊糖/2015年2年,浙江、江西、廣東、海南等省有望陸續(xù)加入己糖共發(fā)霹初封閉區(qū)域,開展乙醇汽油試點中性汽爆預處Beta- Renewables60kha10芒草和柳枝稷,理,纖維素酶解2纖維素乙醇產業(yè)化進展(USDA 0.99)戊糖尼糖共發(fā)①DOE0.5和中國煤化工擔保的免息貸款至2012年底,世界已建成上百套纖維素乙醇額度(單位:百萬(USDA)提供擔CNMHG9指美國農業(yè)部中試裝置2013~2014年,國內外先后有7套3-7.5醇廠投資19億美元,蒸汽及電廠投資075億差公);③纖維素乙第44卷第8期林鑫,等:纖維素乙醇產業(yè)進展我國已建成的纖維素乙醇裝置有山東龍力以物質熱電聯產、醇一電聯產綜合利用,繼續(xù)推動非玉米芯廢渣為原料的515萬ta裝置和河南天冠的糧燃料乙醇試點,2017年生物液體燃料產能要達到沼氣(主要來自戊糖乙醇(來自葡萄糖)聯500萬t。隨著產業(yè)化環(huán)境的改善,以及各項支持政產裝置。在建及規(guī)劃的項目包括、吉林燃料乙醇引策的落實,纖維素乙醇示范裝置的建設逐步加速。進杜邦工藝的8萬噸/年裝置以及安徽國禎和意大我國燃料乙醇的發(fā)展已步入轉換期,近期纖維素乙利M&G的合資項目、河南天冠的4套3萬ta纖維醇商業(yè)化裝置的正常運行,更預示著燃料乙醇新的素乙醇規(guī)劃項目發(fā)展機遇已經來臨。表3我國纖維素乙醇主要示范裝置參考文獻Table 3 Main pilot-scale cellulosic ethanol projects in[I Renewable Fuels Association. Falling wallstides: 2014 Elhanolindustryoutlook[eb/ol].[2014-01-26.http:/www.ethanolrf投資方及規(guī)模及投項目地點方案技術[2] HEI Special Committee on Emerging Technologies. The Future of山東歲力515k米術清乙糖+渣腰水解:(糖202hnologies: Anticipating Health Benefits andChallenges[C]. Communication 16. Boston: Health Effects Institute.遼河30ka乙醇+沼氣糖發(fā)酵+C5糖產沼氣2013[31smyM, Barone T. Norman K,etl. Ethanol blend effects on direct injection spark-ignition gasoline vehicle particulate matter em吉林燃料乙醇80ka玉米秸稈,乙醇纖維素乙醇生產工藝2017ionsJ. SAE Int J Fuels Lubr, 2010, 3(2): 650-659中糧集團50ka玉米秸稈,乙醇自主研發(fā)稀酸氣爆+酶預計4]靖蘇銅,陽東波,林海龍,等.乙醇汽油對汽車污染物排放影響的研究[交通節(jié)能與環(huán)保,2014(5:003.安微國禎集團,185農作物秸稈5]岳國君,王滿意,林鑫.燃料乙醇溫室氣體排放與能量投人/出的意大利MG維信酶制劑,共發(fā)酵預計MS醇、甘油探討J化工進展,2013,32(11):2599-2603.[6 US Desdependenceonoi[eb/ol].[2014-01-26].http://wwwl.eere.energ3展望[7]岳國君,李北,劉文信.放心使用車用乙醇汽油——百問再答(試3.1二代燃料乙醇綜合效益優(yōu)化,是未來的趨勢讀本)[M北京:中國石油工業(yè)出版社,2015國內外多年來的推廣應用經驗表明,燃料乙醇8EA. Technology Roadmap: Biofuels for Transport([R]. 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