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王建勛1，2，黃慶德2，1，黃鳳洪2，王江薇2，黃沁潔2
(1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，湖北武漢430070；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所，湖北武漢430062)
摘要：綜述了世界各國(guó)生物柴油開(kāi)發(fā)及應(yīng)用現(xiàn)狀、各國(guó)為發(fā)展生物柴油而采取的相應(yīng)措施以及主要的油料資源。重點(diǎn)介紹了我國(guó)生物柴油研究開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀及產(chǎn)業(yè)化情況、我國(guó)為發(fā)展生物柴油產(chǎn)業(yè)制定的相關(guān)法規(guī)及扶持政策和我國(guó)能源油料資源的研究和開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀，指出了我國(guó)生物柴油發(fā)展中存在的主要問(wèn)題并提出了相應(yīng)的建議，展望了我國(guó)生物柴油的發(fā)展前景。
生物柴油是指利用植物油和動(dòng)物脂肪等可再生的資源與甲醇的進(jìn)行酯交換而形成的長(zhǎng)鏈脂肪酸甲脂混和物，是一種可以部分替代石油柴油的新型液體燃料，具有可再生性、環(huán)境友好性和優(yōu)良的可替代性等突出優(yōu)勢(shì)。上世紀(jì)70年代初以來(lái)，能源危機(jī)的頻發(fā)和生態(tài)環(huán)境的不斷惡化使各國(guó)政府面臨著能源與環(huán)保的雙重壓力，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，走可持續(xù)發(fā)展的道路成為各國(guó)政府的共識(shí)。而作為新興能源的生物柴油由于其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)引起了越來(lái)越多的國(guó)家的關(guān)注。
1國(guó)外生物柴油開(kāi)發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀
1.1美國(guó)
美國(guó)是研究、生產(chǎn)和應(yīng)用生物柴油最早的國(guó)家。生物柴油是美國(guó)發(fā)展最快的替代燃油，美國(guó)生物柴油專業(yè)組織biodiesel board的數(shù)據(jù)顯示，在2003年，美國(guó)生物柴油的產(chǎn)量約為2000萬(wàn)加侖，到2004年產(chǎn)量上升到2500萬(wàn)加侖，目前美國(guó)的生物柴油直接生產(chǎn)能力可以達(dá)到每年11000萬(wàn)加侖。截至2005年4月，包括籌建的工廠在內(nèi)，美國(guó)共有生物柴油工廠60家，大部分分布在美國(guó)東部地區(qū)。在美國(guó)，主要使用的是B20(生物柴油20%)生物柴油，大巴和卡車運(yùn)輸公司使用較多，美國(guó)政府和軍方也非常重視生物柴油的使用。
目前，全美約有450家加油站供應(yīng)生物柴油，生物柴油在美國(guó)的零售價(jià)格約為0.33~0.59美元L，已達(dá)到和石油柴油價(jià)格相當(dāng)?shù)乃健?002年，在美國(guó)參議院提出的減稅計(jì)劃中，生物柴油享有了和乙醇燃料同樣的減稅政策，在2004年10月下旬，美國(guó)總統(tǒng)布什簽署的聯(lián)邦公司稅賦法案中，美國(guó)政府首次將生物柴油燃料的應(yīng)用和公司稅優(yōu)惠法案掛鉤。財(cái)政上，2001年11月起兩年，美國(guó)農(nóng)業(yè)部每年拿出1.5億美元補(bǔ)貼生物柴油等生物燃料的使用。生物能源研究協(xié)會(huì)建議2006年對(duì)生物量和生物精煉廠體系的研發(fā)(能源供給和保護(hù))的全部撥款為8800萬(wàn)美元，以支持生物質(zhì)能源的研發(fā)和使用。
美國(guó)生物柴油的生產(chǎn)原料主要有大豆油、黃脂膏和牛油脂等，大豆油是主要生產(chǎn)原料，大豆油為原料生產(chǎn)的生物柴油在美國(guó)生物柴油市場(chǎng)上占有率達(dá)88.5%，此外，美國(guó)人造黃油產(chǎn)業(yè)中蘊(yùn)涵著至少11000萬(wàn)加侖的生物柴油生產(chǎn)潛力。
美國(guó)國(guó)家可更新實(shí)驗(yàn)室(NREL)通過(guò)現(xiàn)代生物技術(shù)培育的“工程微藻”是一種新的生物柴油生產(chǎn)原料，在實(shí)驗(yàn)室條件下油脂含量可以增加到60%以上，在戶外也可以達(dá)到40%，藻類制生物柴油的規(guī)模可以達(dá)到數(shù)千萬(wàn)噸。
1.2歐盟
歐洲是世界上生物柴油產(chǎn)量最大和使用最廣的地區(qū)，2003年歐盟生物柴油產(chǎn)量為204.8萬(wàn)t，預(yù)計(jì)到2010年，生物柴油產(chǎn)量將達(dá)到830萬(wàn)t。
歐盟生物柴油的迅速發(fā)展同歐盟執(zhí)行的一系列政策有著緊密的關(guān)系：一是1992年歐盟的共同農(nóng)業(yè)政策制定的一個(gè)土地閑置計(jì)劃；二是歐盟已經(jīng)批準(zhǔn)了有關(guān)廢氣排放和環(huán)境保護(hù)的《東京議定書(shū)》，并在2003年5月14日歐盟當(dāng)局發(fā)布了供各成員國(guó)轉(zhuǎn)化為本國(guó)法律的指示性指標(biāo)。歐盟國(guó)家的生物柴油生產(chǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀見(jiàn)表1。
1.3世界其他國(guó)家
日本從1995年開(kāi)始研究生物柴油，主要以廢棄食用油為原料，在1999年建立了259L天用煎炸油生產(chǎn)生物柴油的工業(yè)化實(shí)驗(yàn)裝置。目前日本生物柴油年產(chǎn)量可達(dá)40萬(wàn)t，在東京和長(zhǎng)野有4個(gè)廠，使用循環(huán)烹飪油為原料。日本的生物柴油主要在社區(qū)公車和食品配送車上使用，售價(jià)低于石油柴油。巴西被譽(yù)為“乙醇沙特”，具有開(kāi)發(fā)和利用生物質(zhì)能雄厚的技術(shù)基礎(chǔ)和豐富的經(jīng)驗(yàn)以及發(fā)展生物柴油產(chǎn)業(yè)豐富的資源。2003年，當(dāng)時(shí)新總統(tǒng)盧拉頒布了大力發(fā)展生物柴油的法令，使生物柴油上升到同乙醇燃料同等重要的地位，并規(guī)定在2012年強(qiáng)制使用B5生物柴油。馬來(lái)西亞是世界棕櫚油的主產(chǎn)國(guó)和主要輸出國(guó)，具有發(fā)展生物柴油產(chǎn)業(yè)得天獨(dú)厚的資源優(yōu)勢(shì)。目前，馬來(lái)西亞計(jì)劃通過(guò)生物柴油立法，在2007年在全國(guó)范圍內(nèi)使用B5生物柴油，但其生物柴油產(chǎn)品主要用于出口，預(yù)計(jì)世界生物柴油在2007年后需求將達(dá)到1050萬(wàn)t，馬來(lái)西亞將占據(jù)10%的份額。
2我國(guó)生物柴油開(kāi)發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀、相關(guān)政策法規(guī)和油料資源
2.1我國(guó)生物柴油研究及應(yīng)用現(xiàn)狀
我國(guó)發(fā)展生物柴油的課題首先由閔恩澤院士在《綠色化學(xué)與化工》一書(shū)中明確提出，系統(tǒng)的生物柴油研究始于中國(guó)科學(xué)院的“八五”重點(diǎn)科研項(xiàng)目——燃料油植物的研究與應(yīng)用技術(shù)。隨后，國(guó)內(nèi)多家研究機(jī)構(gòu)，高等院校和企業(yè)紛紛開(kāi)展了生物柴油的研究工作，研究涉及到油料作物資源分布的調(diào)研、油料作物的選擇、培育和遺傳改良、催化劑的篩選、生產(chǎn)工藝設(shè)備的研發(fā)和改進(jìn)、生物柴油燃燒和排放特性等多個(gè)領(lǐng)域，部分科研成果已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了向產(chǎn)業(yè)化的轉(zhuǎn)化。目前，我國(guó)生物柴油已經(jīng)開(kāi)始了產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，2001年9月，海南正和生物能源有限公司在邯鄲建成了一座年產(chǎn)1萬(wàn)噸的生物柴油試驗(yàn)廠，產(chǎn)品經(jīng)石油化工科學(xué)研究院和環(huán)境科學(xué)院測(cè)試，性能達(dá)到美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn)，這標(biāo)志著我國(guó)生物柴油產(chǎn)業(yè)的誕生。
表2是我國(guó)現(xiàn)已擁有的主要生物柴油生產(chǎn)企業(yè)的一個(gè)統(tǒng)計(jì)匯總表。
2.2相關(guān)政策法規(guī)
《中華人民共和國(guó)可再生能源法》于2005年2月28日通過(guò)，自2006年1月1日起實(shí)施，法中生物柴油的法律地位得到明確，取得和乙醇燃料相當(dāng)?shù)姆傻匚唬涣腥氚l(fā)展指導(dǎo)目錄，重點(diǎn)扶持。2005年，由侯祥麟院士主持的替代燃料發(fā)展戰(zhàn)略研究開(kāi)始進(jìn)行，替代燃料中包括了生物柴油。2005年4月，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)工業(yè)司主辦了生物能源和生物化工產(chǎn)品科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)，包括生物柴油。2005年5月，國(guó)家“863”計(jì)劃生物和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域決定提前啟動(dòng)“生物能源技術(shù)開(kāi)發(fā)與產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目，已發(fā)布了指南，其中設(shè)有“生物柴油生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)化”課題。中國(guó)農(nóng)科院已將生物質(zhì)能源研究列入“十一五”6大農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新行動(dòng)之一，其中生物柴油占有重要位置。
2.3油料資源
我國(guó)幅員遼闊，地域跨度大，水熱資源分布各異，能源油料作物資源種類豐富多樣，主要的科有大戟科、樟科、桃金娘科、夾竹桃科、菊科、豆科、山茱萸科、大風(fēng)子科和蘿摩科等。能源油料作物選育和種植技術(shù)的相關(guān)研究在我國(guó)已有數(shù)年的基礎(chǔ)，早在“八五”重點(diǎn)科研項(xiàng)目——燃料油植物的研究與應(yīng)用技術(shù)中，就完成了金沙江流域燃料油植物資源的調(diào)查及栽培技術(shù)的研究，“八五”期間還完成了光皮樹(shù)油制取甲酯燃料的工藝及其燃燒性能的研究。1999-2002年，由湖南省林業(yè)科學(xué)院主持完成了“能源樹(shù)種綠玉樹(shù)及其利用技術(shù)的引進(jìn)”項(xiàng)目，“耐鹽經(jīng)濟(jì)植物海濱錦葵聚合育種的研究”現(xiàn)已列入國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目。青島海洋大學(xué)承擔(dān)了多項(xiàng)國(guó)家及省部級(jí)海藻育苗育種生物技術(shù)研究，擁有一批淡水和海水藻類種質(zhì)資源和積累了海洋藻類研究開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模養(yǎng)殖高產(chǎn)油藻。此外，據(jù)目前統(tǒng)計(jì)，我國(guó)能源林業(yè)可利用的土地資源大約有6750萬(wàn)平方公頃，按種植黃連木或麻瘋樹(shù)計(jì)，則可生產(chǎn)生物柴油約2億t，而且能源林業(yè)用地與規(guī)劃中的林業(yè)用地沖突性較小。
在農(nóng)業(yè)方面，我國(guó)是世界油菜籽生產(chǎn)大國(guó)，油菜是我國(guó)農(nóng)村的主要經(jīng)濟(jì)作物之一。我國(guó)適宜種油菜區(qū)域的耕地面積在l5億畝以上，僅長(zhǎng)江流域和黃淮地區(qū)適宜種油菜的冬閑田就有3億畝以上，可以避免與主要糧食爭(zhēng)地的矛盾。在油菜育種方面，中國(guó)農(nóng)科院油料作物研究所選育的“中雙9號(hào)”，平均單產(chǎn)量和含油量分別可以到達(dá)2482.2kghm2和42.66%；浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院原子能研究所培育出的“超油2號(hào)”含油量高達(dá)52.82%，是目前世界上含油量最高的油菜。根據(jù)農(nóng)業(yè)部2001年提出能源農(nóng)業(yè)的思路，即利用南方閑散地大面積種植高含油的油菜，這個(gè)方案的實(shí)施可每年為生物柴油至少提供原料1000萬(wàn)t左右，能夠充分保證了我國(guó)生產(chǎn)生物柴油的原料來(lái)源。
此外，我國(guó)每年消耗植物油1200萬(wàn)t，直接產(chǎn)生下腳酸化油250萬(wàn)t，大中城市餐飲業(yè)的發(fā)展也產(chǎn)生地溝油500萬(wàn)t。這些廢油脂能夠加以充分的利用，轉(zhuǎn)化成為生物柴油將有很大的市場(chǎng)潛力。
3現(xiàn)階段我國(guó)生物柴油發(fā)展存在的問(wèn)題及建議
3.1原料分散
我國(guó)雖然具有豐富的油料作物資源和產(chǎn)量巨大的廢油脂，但油料作物種植缺乏規(guī)模，存在著原料來(lái)源分散，廢油脂難以收集和品質(zhì)難以保證等制約生物柴油產(chǎn)業(yè)發(fā)展的原料問(wèn)題。原料成本占生物柴油成品成本的70%~80%，原料的收集和運(yùn)輸困難將導(dǎo)致我國(guó)生物柴油成品失去價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。就此，中國(guó)工程院閔恩澤院士提出了4點(diǎn)建議來(lái)解決我國(guó)生物柴油原料供應(yīng)問(wèn)題：
(1)以菜籽油為原料建設(shè)5~20萬(wàn)t/a的生物柴油煉油廠；
(2)以棉籽油為原料建設(shè)5~10萬(wàn)t/a的生物柴油煉油廠；
(3)利用進(jìn)口轉(zhuǎn)基因大豆發(fā)展我國(guó)生物柴油；
(4)開(kāi)發(fā)適應(yīng)木本植物油料特點(diǎn)、興建小于1萬(wàn)t/a的生物柴油煉油廠。
中國(guó)農(nóng)科院油料作物研究所所長(zhǎng)王漢中研究員提出油菜生物柴油計(jì)劃。此外，各級(jí)政府應(yīng)盡快制定有關(guān)廢止廢棄食用油進(jìn)入下水道以及食用系統(tǒng)的法規(guī)，為廢棄食用油進(jìn)入生物柴油生產(chǎn)系統(tǒng)提供法律保證，例如北京市和上海市分別出臺(tái)的《北京市餐廚垃圾收集運(yùn)輸處理管理辦法》和《上海市廢棄食用油脂污染防治管理辦法》。
環(huán)保部門(mén)應(yīng)制定廢棄食用油收集標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)行廢棄食用油定點(diǎn)收集，為大城市及周邊地區(qū)建立的以廢油及油脂精煉下腳為原料的生物柴油加工廠提供原料保障。
3.2政策和市場(chǎng)環(huán)境不完善
目前我國(guó)政府尚未出臺(tái)和實(shí)行對(duì)生物柴油產(chǎn)業(yè)的扶持和優(yōu)惠政策，對(duì)生物柴油企業(yè)相關(guān)的政府財(cái)政補(bǔ)貼和減免稅收政策等還未具體實(shí)行，同時(shí)更沒(méi)有制定生物柴油統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)施生物柴油產(chǎn)業(yè)化戰(zhàn)略，缺乏類似于歐盟和美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家制定的生物燃料要占總能源消耗具體份額的生物柴油產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)。尤其是生物柴油沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，造成生物柴油企業(yè)一哄而上，“生物柴油成品”良莠不齊，危害生物柴油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。此外，市場(chǎng)環(huán)境的不完善也的制約著生物柴油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，生物柴油企業(yè)還面臨著一定的市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)。
中國(guó)工程院院士閔恩澤研究員指出，目前各級(jí)政府應(yīng)根據(jù)《可再生能源法》，加快制定加快制訂扶持生物柴油產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策。同時(shí)，國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定機(jī)構(gòu)應(yīng)盡快建立生物柴油相關(guān)的質(zhì)量、生產(chǎn)流程、工藝設(shè)計(jì)以及安全生產(chǎn)方面的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，為各級(jí)質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門(mén)提供執(zhí)法依據(jù)。國(guó)家有關(guān)部門(mén)應(yīng)積極協(xié)調(diào)努力促成優(yōu)質(zhì)生物柴油在加油站系統(tǒng)的銷售，首先在可能的公共事業(yè)部門(mén)如城市公交車輛和長(zhǎng)途貨運(yùn)車輛中使用生物柴油，可考慮將使用清潔的生物柴油作為“綠色奧運(yùn)”的一項(xiàng)內(nèi)容。
4我國(guó)生物柴油發(fā)展前景展望
生物柴油具有可再生性、生態(tài)友好性和優(yōu)良的可替代性等突出優(yōu)勢(shì)，是一種真正的綠色能源。
發(fā)展生物柴油產(chǎn)業(yè)對(duì)保障我國(guó)能源戰(zhàn)略安全、綜合治理生態(tài)環(huán)境和調(diào)整我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重要的意義。此外，生物柴油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還與目前石化行業(yè)調(diào)整油品結(jié)構(gòu)提高柴汽比的方向相契合，生物柴油作為一種石油柴油的替代燃料在我國(guó)前景看好。
經(jīng)過(guò)我國(guó)科研工作者、產(chǎn)業(yè)家和政府20多年的不懈努力，我國(guó)的生物柴油開(kāi)始了產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，并且得到的蓬勃的發(fā)展。隨著我國(guó)對(duì)生物柴油生產(chǎn)關(guān)鍵轉(zhuǎn)化技術(shù)研究的深入，更高產(chǎn)和含油量更高的能源油料作物的選育和規(guī)模種植，政府在生物柴油產(chǎn)業(yè)政策、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、稅收、投資、市場(chǎng)、應(yīng)用等方面統(tǒng)籌規(guī)劃協(xié)同推進(jìn)，人們的環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，可以預(yù)見(jiàn)，在不遠(yuǎn)的將來(lái)必定會(huì)形成我國(guó)的生物柴油產(chǎn)業(yè)。 |
