我国生物燃料乙醇产业发展条件分析
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我国是一个化石能源资源十分短缺的国家，已探明的原油、天然气储量仅占世界储量的2.4％和1.2％。随着我国经济的快速发展。石油消费持续增长。消费的增长速度快于产量的增长速度，对国际石油的依存度也不断走高。2004年起。中国已成为仅次于美国世界上第二大石油消耗国。2006年全年生产石油1.84亿吨，同比增长1.7％；消费石油3.47亿吨，同比增长9.1％；进口石油1.45亿吨，增长14.5％；进口成品油3600万吨，增长15.7％；石油进口依存度达到47.0％。能源短缺形势渐趋严重，这将对我国的经济发展、社会稳定和能源安全构成严重的影响。因此，大力发展替代能源，减少对化石能源的依赖，对于保障国家能源安全具有重要的战略意义。
生物燃料乙醇是以淀粉质(玉米、小麦、薯类等)、糖质(甘蔗、甜高粱茎秆)等为原料，经发酵、蒸馏制成乙醇。脱水后再添加变性剂(车用无铅汽油)变性的无水乙醇。它不是一般的酒精。而是它的深加工产品。燃料乙醇既可以直接替代汽油等化石燃料，又可按照一定的比例与汽油混合，作为汽油的增氧剂和高辛烷值调和组分。在汽油中加入一定比例的燃料乙醇(称为车用乙醇汽油，加入比例通常为10％，简称E10)，可显著降低汽车尾气排放的污染物，既有利于减少对进口能源的依赖，保障国家能源安全，又有利于增加农民收入和提供就业机会。
上个世纪末，在粮食相对过剩的条件下，我国开始利用陈化粮制取生物燃料乙醇。“十五”期间，国家投资50余亿元，批准4个示范工程。分别在黑龙江省(年产20万吨)、吉林省(年产60万吨)、河南省(年产30万吨)和安徽省(年产6万吨)，以陈化粮为原料生产燃料乙醇，并由石油部门调合成车用乙醇汽油按国家标准10％的添加比例，在9省进行推广。车用燃料乙醇汽油销量达到1000万吨左右，占当年全国汽油消费量的20％左右。
综合分析国家发展改革委能源研究所、国际能源署(IEA)、美国能源部(EAI)和欧佩克(OPEC)等机构的研究结果表明，2010年和2020年中国汽油需求量分别为0.60亿吨～0.66亿吨和0.86亿吨～1.10亿吨。如果按照10％的添加比例计算，预测到2010年，燃料乙醇需求量为600万吨～660万吨；2020年为860万吨～1100万吨，未来需求潜力很大。
国家可再生能源中长期发展规划中提出“到2010年，增加非粮原料燃料乙醇年利用量200万吨。到2020年，生物燃料乙醇年利用量达到1000万吨”。但是，目前我国对于发展燃料乙醇还存在着不同声音，认为挤占了耕地和粮食。特别是美国利用玉米发展燃料乙醇产业，引起国际相关农产品价格不断上涨等问题，更是引起了人们的警觉。我国发展生物燃料乙醇产业，必须研究和思考原料来源、技术成熟度等相关条件。
燃料乙醇原料来源分析
我国可用于生产生物燃料乙醇的主要原料来源包括粮食(玉米)、薯类(木薯、甘薯)、甜高粱茎秆、甘蔗及农作物秸秆等。我国人多地少，耕地资源紧缺，粮食供需处于紧平衡，以玉米为原料的燃料乙醇发展空间受到极大的限制，原料多元化势在必行。以玉米等谷物类作物为原料生产燃料乙醇。弱化了传统的玉米食物属性，增强了工业属性。如果消耗过多的玉米生产燃料乙醇，在中国人多地少的国情下，势必会挤占用于生产食物的耕地面积；另一方面是与畜争粮，抬高玉米市场价格，增加饲料成本，对养殖业发展将产生连锁反应，所以应严格限制玉米等粮食作为生产燃料乙醇的原料。以甘蔗为原料生产燃料乙醇具有单位土地面积产量高、生产成本较低、化石能源替代效益较为显著等优点，但由于我国食糖的长期供需形势趋紧，也不宜作为主要发展方向。应在确保国家粮食安全基础上，坚持“不与民争粮、不与粮争地”的原则，开发利用盐碱地、荒山和荒地等后备土地资源，采取提高单产及间套作等措施，因地制宜地种植薯类(木薯、甘薯)、甜高粱等非粮能源作物，为燃料乙醇提供原料。
不同的非粮燃料乙醇原料特性见表1。
利用后备土地资源发展燃料乙醇前景分析
后备土地资源是指在一定自然、技术、经济、生态环境下可以开发利用但目前尚未利用的土地资源。据2002年度全国土地利用变更调查显示，如果把未利用或未充分利用的土地资源如苇地和滩涂以及未利用地中的荒草地、盐碱地、沼泽地、裸土地和其他未利用土地都作为后备土地资源，其面积可达8873.99万公顷，占全国土地总面积的9.33％。其中，根据2000～2003年国土资源部在新一轮国土资源大调查中进行的全国耕地后备资源调查评价，我国有集中连片、具有一定规模的耕地后备资源734.4万公顷，仅为后备土地资源的8.28％。其中，可开垦耕地701.66万公顷，可复垦土地32.72万公顷。
根据我国耕地后备资源的面积、类型、光热条件，可将全国的耕地后备资源划分为8个区域。考虑到生态环境保护、耕地动态平衡、城镇化以及能源作物的适应性和增产等因素，采取分步骤实施的开发策略，设定2010年开发10％的后备耕地、2020年最大开发50％，则2010年我国非粮能源作物燃料乙醇生产能力约为255万吨，2020年约1355万吨(见表2)。
当然。这部分土地多数位于我国西北部。由于受到热量条件、水资源条件、风沙盐碱等条件限制，开发利用的成本较高。此外，上述后备耕地资源是目前经济技术条件下可供开发利用的。随着科学技术和现代工业交通运输业的发展。土地开发成本是可以逐步降低的；或由于土地产品需求增加，价格上涨。而使经济效益提高，可以使原来利用不够经济的土地变成比较经济，从而增加了土地的经济供给量。所以，后备土地资源的经济供给量是动态变化的、有弹性的。
提高能源作物单产发展燃料乙醇前景分析
木薯
目前，我国广西木薯种植的主要品种是上个世纪30、40年代引进的南洋红，约70％木薯种植面积使用该品种，由于种植时间长。该品种退化严重，产量低。2005年，广西木薯平均产量为1.2吨～1.3吨／亩，同国际上平均产量最高的国家――印尼的1.6吨／亩相比，产量低1／4。如果引进推广优良新品种以及配套的栽培管理技术，亩产可达3吨～5吨。而且提高了淀粉含量。以广西为例。2010年如果亩产达到2吨。可年新增燃料乙醇产能75万吨；2020年如果亩产达到3吨。可年新增燃料乙醇产能222万吨。
甘薯
我国是世界第一大甘薯种植国，甘薯常年种植面积保持在700万公顷左右，甘薯总产1.5亿吨，占世界总产86％。虽然我国甘薯的种植面积和产量均居世界首位，但甘薯的加工业发展却很缓慢。如果将30％的甘薯用作生产燃料乙醇．目前可生产燃料乙醇450万吨。目前，我国甘薯亩产仅在1.5吨左右。通过培育推广高淀粉含量新品种以及配套的栽培管理
技术，亩产可达3吨～5吨。2010年如果亩产达到2吨，可年新增燃料乙醇产能150万吨；2020年亩产达到3吨，年新增燃料乙醇产能450万吨。
替代种植发展燃料乙醇前景分析
我国高粱种植面积较低，而且甜高粱亩产籽粒达200千克～400千克。略低于普通高粱产量。因此，利用现有高粱土地种植甜高粱对粮食生产不会有太大的影响。2005年我国高粱种植面积为57万公顷。2010年按10％的甜高粱替代率计算，新增甜高粱茎秆乙醇产能为22万吨；2020年按50％的甜高粱替代率计算，新增甜高粱茎秆乙醇产能为112万吨。
综上所述，利用后备土地资源种植非粮能源作物，提高木薯、甘薯等能源作物的单产以及替代种植等方式，2010年燃料乙醇的可供应量约500万吨，2020年燃料乙醇的可供应量约2000万吨。可以满足近期发展需求。
生物燃料乙醇技术评价
生物燃料乙醇是通过发酵法生产的，即利用微生物的发酵作用将糖分或淀粉转化为乙醇和CO2，也可将纤维素类水解生成单糖后再发酵产生乙醇。用于发酵法制取燃料乙醇的原料，按成分分为三种：糖质、淀粉质和纤维素，后两种原料均需要先通过水解得到可发酵糖；按照发酵过程物料存在状态，可分为固体发酵法、半固体发酵法和液体发酵法；根据发酵醪注入发酵罐的方式不同，可分为间歇式、半连续式和连续式。
糖质原料制取乙醇技术是以甘蔗、甜高粱茎秆为原料，经过物理方法预处理后，采用发酵蒸馏的方法生产燃料乙醇淀粉质原料制取乙醇技术是以玉米、木薯、甘薯等淀粉含量高的生物质为原料。经过粉碎、蒸煮和糖化后，形成可发酵性糖。再进行发酵处理，得到燃料乙醇的技术；纤维素原料制取乙醇技术是以秸秆为原料，经过物理或化学方法预处理，利用酸水解或酶水解的方法将秸秆中的纤维素和半纤维素降解为单糖，然后，再经过发酵和蒸馏生产的燃料乙醇的技术。
三种不同生产工艺技术的特性对比见表3。
目前。我国淀粉类原料发酵法制取乙醇技术比较成熟，并已经进行了工业化生产，中粮集团正在广西北海建设年产20万吨燃料乙醇项目。我国在甜高粱、木薯等能源作物开发和利用方面取得了一定成绩，自主开发的固体、液体发酵工艺和技术达到应用水平，并在黑龙江省建成年产5000D屯的甜高粱茎秆生产乙醇示范装置。但是，目前还存在着发酵菌种培育、关键工艺和配套设备优化、废渣废水回收利用等问题。
据测算，我国农作物秸秆年产量约6亿吨。其中有1.5亿～2亿吨可能源化利用。纤维素原料来源比较丰富，有一定的发展前景。国际能源公司都在竞相改进将纤维素转化为乙醇的技术。但由于技术上的限制，目前世界上还没有一家纤维素乙醇制造厂的产量达到商业规模。我国也正在开展纤维素制取燃料乙醇的技术研究开发。中粮黑龙江肇东酒精有限公司、安徽丰原集团、山东龙力科技有限公司等建立了千吨级纤维素乙醇中间试验装置。
在纤维素生物转化利用的过程中，需要解决木质纤维素分子对生物转化的抗性，将大分子多糖降解为可发酵糖；通过微生物代谢工程和基因工程研究，由可发酵糖进行生物转化；简捷、高效的下游过程技术产物分离等重大技术问题。
以甜高粱、木薯和甘薯等低质糖类和淀粉类作物为原料生产燃料乙醇，具有单位土地面积产量较高、生产成本较低、化石能源替代效益高于玉米燃料乙醇的优点，是近期可行的发展方向；而纤维素燃料乙醇因目前技术尚不成熟，成本最为高昂，其规模化发展仍有赖于重大技术突破和显著成本下降。因此。综合考虑土地生产率、生产成本和化石能源替代效益，近中期我国应主要利用劣质土地发展以木薯、甘薯和甜高粱为原料的非粮燃料乙醇，并加大纤维素燃料乙醇研发力度，力争在中远期实现商业化应用。