HB集团生物质能产业链网的构建与分析
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摘要： 本文以工业生态学、循环经济学为理论依据，首先构建了hb集团生物质能产业链网结构，从企业链、产品链、生产链、技术链四个方面进行了详细解析，分析了产业链网的生态特性、循环经济特性和产业链网结构特性，在此基础上，又从纵向延伸和环向耦合的角度，进一步提出了完善HB集团生物质能产业链网的若干建议。
Abstract: Based on the theory of industrial ecology and recycling economics, this paper described the structure of the bio-energy industrial chain of HB Corporation in Mongolia, which has the three characteristics of the ecological, recycling economics and network chain. On this basis, from the perspective of the longitudinal extension and circumferential process, this paper further put forward several suggestions on perfecting the network of the bio-energy industrial chain.
关键词： 生物质能产业；生态产业链网；循环经济；生态工业
Key words: bio-energy industry chain；ecological industry chain network；recycling economy；ecological industry
中图分类号：F273文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）01-0109-03
0引言
生物质能作为一种化学态能，不仅能够发电、供热，而且还能转化为液态燃料和生物基产品，是唯一可大规模替代化石燃料的能源，主要发达国家的技术专家和决策者都非常重视生物质能产业的开发[1]。近年来，伴随着针对生物质能产业创新而发生的“车人争粮”、“人道危机”、“环境问题”等激烈论争，在此背景下，生物质能产业基于循环经济理论、工业生态理论所建立的生物质能生态产业链网具有良好的经济效益和环境效益，已成为生物质能产业发展的新的趋势和特点。
1HB集团生物质能产业链网结构解析
HB集团发展生物质能产业，主要是利用各种植物秸秆、林作物以及不能作为食用油的油作物等。HB集团所在城市耕地面积中有可耕地1100万亩，灌溉面积900万亩，有待开发面积760万亩。其主要粮食作物包括小麦、玉米，种植面积各为190.8万亩、208万亩，另外还有油葵、食葵等经济油料作物，这为HB集团生物质能产业的发展提供了足够的纤维类原料；巴彦淖尔市边际性及周边的土地多为沙荒地、盐碱地、荒坡地，共有2000万亩，其可作为生物质能产业发展的林木种植基地，种植面积可达300万亩以上。HB集团现已在该市边际性土地上建立石油植物园，重点培育油料作物文冠果，该植物为落叶灌木或小乔木，生长周期为2年，主要产于内蒙古地区，适应性强，喜生于沙质肥沃土壤，根系深，有抗干旱的优良特性，一般在干旱沙荒地带生长良好。
目前集团开发的生物质能三大产品包括生物甲醇、生物柴油和燃料乙醇。该集团以石油植物园、甲醇基燃料系统、生物柴油――生物油联产系统、纤维制乙醇系统、热电联产系统、环境综合处理系统为框架，各系统之间通过中间产品和废弃物的相互交换而互相衔接，从而形成了一个比较完整的生物质能产业链网（图1）。本文将从企业链、产品链、生产链、技术链四个方面对HB集团生物质能产业链进行阐释。
1.1 HB集团企业链解析从图1中可以看出，HB集团主要由三条企业链组成，企业链①：石油植物园生物柴油、生物油联产系统环境处理系统，是以环境综合处理系统为链中下游企业，该系统的物料投入主要是来自集团内生物质能生产系统和热电联产系统生产过程中排出各种废水、废渣和废气等废物；企业链②：生物甲醇系统生物柴油、生物油联产系统石油植物园，以环境综合处理系统为链中上游企业，它表示废水、废渣和废气等经该系统处理后，被集团内其他系统循环利用的过程。其中该系统主要利用回用水工程，将废水经过处理以后，达到了工业用水的要求，因此又重新被集团中甲醇基燃料系统、燃料乙醇系统所利用；企业链③：石油植物园燃料乙醇系统环境综合处理系统石油植物园，以热电联产系统为链中上游企业，它表示该系统以利用甲醇基燃料系统的余热和其他投入为基础，将产生的电、汽、热全部应用于集团内三大生物质能产品系统的生产过程。
另外，可以看出环境综合处理系统、热电联产系统与集团内三大生物质能产品系统的联系紧密，实现了集团内的水循环、能量循环。
1.2 HB集团产品链解析从产品结构视角看，产品链是指以某项核心技术或工艺为基础，以市场前景比较好的、科技含量比较高的、产品关联度比较强的优势企业和优势产品为链核，以产品技术为联系，投入产出为纽带，上下连结、向下延伸、前后联系形成的产品链。产业链中，上一个企业的产出是下一个企业的投入――这是产业链的“基础内含链”[2]。
从企业链的角度来讲，HB集团仅有三个生物质能产品系统，但从产品链的角度来讲，HB集团生物质能产品共有五种：生物甲醇、生物柴油、生物油、燃料乙醇、碳酸二烷酯等。从生物柴油、生物油联产系统的工艺流程看出，油酸甘油酯通过酯交换、酯化，分别生成了生物柴油、生物油两种生物质能产品；甲醇基燃料系统最终生产出生物甲醇、碳酸二烷酯两种生物质能产品，碳酸二烷酯以生物甲醇为原料，由生物甲醇进一步加工而生成。另外生物甲醇作为中间投入，用于生物柴油、生物油系统中，作为最终生物质能产品生物柴油的中间投入，由此便形成了HB集团生物质能产品链。
1.3 HB集团生产链解析生产链是与最终产品生产直接和间接相关的诸多企业及社会经济的若干部门之间的一种相互依存、相互制约的链状经济技术关系。
生产链结构及运行有两个突出特点[3]：一是各个环节在空间上的并存性和运行时间上的继起性。所谓空间并存性，是指链条的基本环节在空间上不能空缺，也就是在同一时点上各个环节都必须同时存在；所谓时间的继起性，是指生产链的每一个生产环节的运动不仅自身不能停止，而且必须一个继一个地有序地跟着前进；二是链状结构之间的比例性和运动的平衡性。只有各环节在组织规模与作业数量保持一定的比例，才能保持各环节在运动中的动态平衡，也只有保持链状环节的动态平衡，才能保持整个生产链良性互动，并产生出整合的前推力量。
对于HB集团的五个系统，各个系统之间是相互联系、相互作用的。其中任何一个系统产品产量和规模的变化都会给其他系统带来影响。如：热电联产系统，该系统存在的意义是保证集团各系统的电、汽、热及时、保质保量供应给其他的系统，这样才能保证集团生物质能产品的正常生产。但是如果三大生物质能产品系统中任何一个企业想要扩大生产规模，那么该系统对电、汽、热的需求便会增加，此时就应该相应的扩大热电联产系统的规模。
1.4 集团技术链解析产业链中每个企业为了保证产品生产的质量，都有一系列的技术支撑，所有不同环节企业的技术之和便构成了产业链的技术链[4]。由于每个企业都有自己的核心竞争力，因此每个企业也都有独特的技术，这些技术是企业的竞争优势所在。当市场需求发生变化时，首先就要引起产业链的技术链的变化，只有技术链能顺利对接才能保证产业链生产上的对接，才能保证产业链的稳定运行。HB集团各系统之间存在着紧密的经济技术联系，没有了各种生物质能技术的支撑，就不能形成生物质能产业链。
以纤维制乙醇为例，该工艺与发酵法纤维乙醇相比，成本相当于其58%，投资低65%，生产规模是其2-3倍，与天然气制醇类燃料相比，大大节省了温室气体CO2的排放（是其26%），该技术工艺是由HB集团自己开发的。
HB集团吸纳国内三所在生物质炼制领域技术领先的重点大学作为股东，共同办企业。由大学教授与企业科研人员共同组成课题组；用大学的基础研究设施和企业的应用研究、小试生产、中试生产设施共同完成科研开发；由大学的基础理论研究与企业的产品研发、应用技术研究结合。队伍精干、具备一流的研发试验设施，形成灵活高效的运作机制，显著的自主创新优势和突出的技术特色，能够持续不断地为生物质炼制产业技术进步提供有力支撑。
2HB集团生物质能产业链的特性分析
2.1 生态产业链特性生态产业链一般是指依据生态学原理，以恢复和扩大自然资源存量为宗旨，为提高资源基本生产率和根据社会需要为主体，对2种以上产业的链接所进行的设计（或改造）并开创为一种新型的产业系统的系统创新活动[5]。生物质能产业链本身是一种借助于高新科技将“生态工业系统”与“自然生态系统”相耦合而形成的产业链，因此其必定具有一定的生态特性：
2.1.1 从集团发展生物质能的原料来看，甲醇基燃料系统、纤维制乙醇系统均以植物纤维、草这样的农林废物为原料，这些纤维素类物质是地球上最丰富、最廉价的可再生资源，对其的利用不但可恢复、扩充自然资源增量，还会减少这些废物对生物生存空间的侵占和一定的环境污染；另外该集团利用巴彦淖尔市边际性土地（沙荒地、盐碱地、荒坡地）种植文冠果果树等生物质能林木，原料供应不但做到了“不与人争粮”，“不与粮争地”，从而避免以往生物质能产业引起的“车人争粮”、“人道危机”、“环境问题”等激烈论争，而且将能源林基地建设与防风固沙、城市周边绿化融为一体，更是很好的体现了该集团生物质能产业链的生态特性。
2.1.2 从生物质能产业链的“生态工业系统”角度来讲，集团研发部依据生物质C、H、O循环机理、生物质炼制与环境的协调性、生物质产品技术经济分析等设计和改进生物质能生产工艺，其生产过程中处处体现绿色、无毒和安全的特性。例如：在生物柴油、生物油联产系统整个工艺生产过程中，利用国际领先的工艺（生物柴油生产过程采用国际先进的汉高法；生物油生产过程采用国际先进的有利凯玛法，这些方法为国际通称的“绿色精细化工”行业），不添加任何对环境可能造成污染的添加剂，且工艺安全合理。另外，在生产过程中，涉及外运的易燃易爆品为工业溶剂油和甲醇，将采用专用车、专用道、专用时间运输。
2.1.3 从生物质能产品利用的角度来讲，生物质能产品较石油能源产品来讲，其本身具有很好的环境友好特性。生物柴油具有优良的环保特性，主要表现在由于生物柴油中硫含量低，使得二氧化硫和硫化物的排放低，可减少约30%（有催化剂时为70%）；生物柴油中不含对环境污染的芳香族烷烃，因而废气对人体损害低于柴油。
一直以来，煤炭作为不可再生的化石能源，是我国主要依赖的能源，在一次能源消费中其比例高达70%，然而煤炭的利用给我国带来了巨大的环境问题，CO2、SO2等有害气体的大量排放，造成环境污染的同时也制约着我国经济社会的可持续发展。生物质能作为世界第四大能源，是唯一既可再生又可直接储运的能源，其开发利用可使人类摆脱对化石能源的依赖，对生态环境保护具有重要的意义。
2.2 循环经济特性循环经济是指为保护环境，实现物质资源的永续利用及人类的可持续发展，按照生态循环体系的客观要求，通过清洁生产、市场机制、社会调控等方式促进物质资源在生产中循环利用的一种经济运行形态。资源的循环利用是循环经济的核心内涵，“循环”则是循环经济的中心含义。“循环”是指经济赖以存在的物质基础――资源在国民经济再生产体系中各个环节的不断循环利用[6]。
HB集团循环经济特性主要表现在：
2.2.1 在生产加工过程中对能源原材料的果实、秸秆、叶子等全方位的利用。以石油植物园中生产的文冠果为例，文冠果是我国特有的优良木本油料树种，种子含油量为45%-50%，种仁含油量70%。从能源角度看，是一种理想的能源林植物。HB集团将文冠果果实作为生物柴油、生物油投入的原料；其废枝条用于燃料乙醇和热电联产系统；文冠果叶被采摘直接销售到市场，经其他企业加工生产高级茶叶。
2.2.2 通过适当的技术尽量将生产的副产品进行回收。HB集团三大生物质能产品系统在生产过程中均有一定数量的副产品生成。如：甲醇基燃料系统副产品二氧化碳、堆肥；生物柴油、生物油联产系统副产品甘油、粕；纤维制乙醇系统堆肥。其中，副产品堆肥作为有机复合肥用于石油植物园的中间投入进行使用，以实现节约资源、减少集团开支的作用。另外，副产品甘油、粕等直接流入市场，为集团创造了额外的经济效益。
2.2.3 在各系统生产过程中，一个系统排出的“废物”作为集团内其他系统的最初投入进行生产。以甲醇基燃料系统为例，其在生产过程中产生的“废热”就被热电联产系统所利用；集团内各系统生产过程中所排出的“废渣”、“废水”等废物，均是环境综合处理系统的最初投入。在环境综合处理系统中，通过回用水工程，实现了集团内的水循环。
2.3 产业链网结构特性根据以上论述，HB集团生物质能产业链既具有生态性、又具有循环经济特性。这就造成在集团内部，一条产业链的“下游企业”有可能另一条产业链的“上游企业”。产业链的这种特性，很好的实现了系统间的物质集成、能量集成，通过上下纵向延伸和横向环向拓展，形成产业间的工业代谢和共生关系，构建出生物质能产业共生网络系统。其中上下纵向延伸是对生物质资源进行深加工，环向拓展就是将上下延伸的产业链排放出来的副产品或废弃物再深度加工。
产业链网状结构的构建需要多种技术，除包括循环经济技术中通常使用的替代技术、减量化技术、再利用技术、资源化技术以外，还包括系统优化技术以及共生链接技术。系统优化技术从系统工程的原理出发，通过资源、能源工业代谢分析，实现区域物质流、能量流、信息流、价值流等优化配置的软科学技术，可用于指导产业链网状结构的构建；共生连接技术是在构建产品组合、产业组合、实现产业链链接和产业共生时所需要开始的链接技术，这对于构建生态产业链的成功起到关键作用。
根据前面对集团产业链的解析结果，该集团目前存在的纵向主导产业链有以下几种：文冠果果实――生物柴油――市场；文冠果果实――生物柴油――生物油――市场；文冠果纤维茎秆――燃料乙醇――市场；生物质纤维――生物甲醇――市场；生物质纤维――生物甲醇――生物柴油――市场；生物质纤维――生物甲醇――碳酸二烷脂――市场。
而环向产业链的构建主要是靠集团内两大寄生型共生系统为媒介进行搭建。环境综合处理系统吸收并消化三大产品系统产生的废水、废渣、废气，并实现了废水回用于集团各系统，实现了水系统集成；热电联产系统利用石油植物园中植物纤维以及生物甲醇系统的余热实现发电，并用于集团各系统对于热、电、汽的需求，但是从对该集团生物质能产业链耦合程度的考察结果来看，其在纵向延伸的深度和横向延伸的广度可进一步加强，从而构建出更加健全稳定的生物质能产业链网状结构。
3HB集团生物质能产业链网改进措施
HB集团生物质能产业链网在其结构形成和发展过程中，会不断加深各种链网结构的纵向延伸和横向联系，从而又形成新内容的链状结构，最终形成更复杂的产业链网状结构。根据目前HB集团生物质能产业链网的发展情况，提出了如下改进措施：
3.1 燃料乙醇产业向上延伸与化石能源煤炭产业接轨，利用劣质煤炭褐煤与植物纤维双原料技术，生产乙醇基燃燃料。内蒙古自治区具有丰富的煤炭资源，在该地区煤炭资源开发与利用过程中，一部分劣质煤市场竞争力较弱，价格低廉，在对其开采过程中往往造成很大的浪费；另一方面，集团现有的纤维制燃料乙醇气化技术存在着能量利用率低、过程污染严重等问题，因此该技术亟待改善。本文建议结合当地煤炭资源优势在纤维制乙醇系统中将褐煤这一劣质煤作为原料与植物纤维混合制乙醇，在改进技术工艺的基础上，使生物质能产业向上延伸与煤炭行业接轨。
3.2 延长生物甲醇产业链网生物甲醇系统可进一步利用甲醇催化脱水制备二甲醚、再度脱水制备汽油技术，生成最终产品生物汽油，延长其产业链长度，增加经济效益。生物质能产品的主要风险来自市场的竞争，而产品的价格竞争又是市场发展的重要因素。该项目直接利用本集团生产的生物甲醇来生产生物汽油，降低了原料成本，提高了生物汽油的市场竞争力，与原有生物甲醇产业链相比，其经济效益的提高非常明显。
3.3 扩大环境综合处理系统的规模改进污水处理技术，并将处理后的水用于石油植物油的灌溉和生物柴油系统中，更好发挥集团水集成系统功能。集团环境综合处理系统虽然在一定程度上实现了水集成系统的功能，但是其集成程度并不完善，这直接造成以环境综合处理系统为主导企业的产业链网络中的环链结构不够发达。另外，集团中生物柴油系统也是一个用水量较多的系统，而目前其用水主要来源为新鲜水，因此为节约水资源，提高环境综合处理系统的水处理能力势在必行。
3.4 构建CO2利用产业链纵观本集团生物质能产业链网络，我们发现在其生产过程中，排放的主要废弃物就是CO2，且以生物甲醇系统为最，每生产一吨生物甲醇就会产生0.1吨的CO2。
结合本集团种植业与工业生产相结合的现状，可考虑利用CO2发展生态农业。具体做法是：收集各系统产生的CO2气体用于集团石油植物油温室育苗过程，以达到减少温室气体排放的目的。与此同时，还可利用集团中各系统产生的余热来维持温室温度。
4总结
通过对HB集团生物质能产业链网的分析，得出以下结论：
4.1 生物质能产业链网是一种借助于高新科技将“生态工业系统”与“自然生态系统”相耦合的资源循环利用型产业链，以此发挥该产业在经济部门中的静脉作用。生物质能产业链网的培育要充分发挥产业集成技术与循环经济技术的优势。
4.2 生物质能产品企业的核心技术是提高生物质能产业的生产效率和经济效益的关键因素。HB集团应进一步加大对生物质能技术的开发力度，使其成为产业链中技术创新、专利、标准、品牌等方面具有竞争优势的核心企业，以其良好的发展前景吸引更多的生物质能产品的消费者。
4.3 通过探讨各产业之间的链网结构以及其特性，找到产业链上生态经济形成的原因，并借此进一步提出了完善集团生态产业链网内部的“物质流”和“能量流”的几个建议，以实现整个集团产业链网的和谐健康发展。
参考文献：
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[2]Fischer G，Schratten L．Global Bioenergy Potential Through 2050 [J] ．Biomass and Bioenergy，2001(20)：151-159．
[3]K. Maniatis，G. Guiu and J. Reisgo． The European Commission perspective in biomass and waste thermochemical conversion． In：A.V. Bridgwater，Editor，Pyrolysis and gasification of biomass and waste，CPL Press，Newbury（2003），pp．1-18．
[4]刘贵富．生态产业链研究―产业链基本理论[M]．吉林：吉林科学技术出版社，2006：96-98．
[5]尹琦，肖正扬．生态产业链的概念与应用[J]．环境科学，2002，23（6）：114-118．
[6]邱慧哲．产业层次循环经济实例研究[D].吉林:吉林大学，2007：4-8．