生物燃料技术为碳中和的有机能源解决方案。生物燃料技术是一种利用生物质能,通过物理转换(固体成型燃料)、化学转换(直接燃烧、气化、液化)、生物转换(发酵转换成甲烷)等形式将其转换为固态、液态和气态燃料加以高效利用的科学与技术。生物燃料技术可以利用多种可再生有机资源,如植物油等,来生产汽油、柴油、汽油和柴油的混合物等,与传统的煤炭和石油燃料技术相比,更易于操作,具有更高的能源密度,并且可以有效减少温室气体排放。
生物质能源化利用技术包括:直接燃烧利用(发电或供热)、制成型燃料、制气态燃料(沼气、生物天然气等)、制液态燃料(生物乙醇、生物柴油等)。生物质能源化利用呈现以下发展趋势:多元化分布式应用;生物天然气、成型燃料;生物液体燃料形成燃料乙醇、混合醇、生物柴油等能源衍生替代产品,扩展到航空燃料、化工基础原料等应用领域。
随着国际社会对保障能源安全、保护生态环境、应对气候变化等问题日益重视,加快开发利用生物质能等可再生能源已成为世界各国的普遍共识和一致行动,也是全球能源转型及实现应对气候变化目标的重大战略举措。生物基材料、生物质燃料、生物基化学品是涉及民众生活质量和国家能源与粮食安全的重大战略产品。
根据世界生物质能协会(WAB)的 Global Bioenergy Statistics 2023 报告,可再生能源对全球热量生产的贡献在 2000—2020 年间翻了一番,其中 96%的可再生热能来自生物质能。经济合作与发展组织(OECD)发布的“面向 2030 生物经济施政纲领”战略报告,预计 2030 年全球将有大约 35%的化学品和其他工业产品来自生物制造。生物质能源已成为位居全球第一的可再生能源。
1 目标雄心
仅有欧盟国家设定了生物质燃料市场占有率目标,多数国家设定的是生物燃料掺杂比例目标。生物质燃料市场占有率目标反映了国家对该技术部署的雄心,2023 年 3 月底,经过长达两年的密集谈判和磋商,欧盟委员会、欧洲议会和欧盟理事会就新的可再生能源指令 RED III 达成一致,对可再生能源指令 REDII(2018)进行了几项重大修改,其中包括将 2030 年 PartA 先进生物燃料在交通领域占比目标下限从 3.5% 增至 5.5%。
大多数欧盟国家都响应了可再生能源指令,例如,芬兰设置了 2030 年先进生物燃料在交通领域占比 10%的目标,意大利设置了 8%的目标,荷兰设置了 7%的目标。生物质掺杂比例目标反映了对生物质燃料品质要求的雄心,该目标制定受技术水平、资源条件、国际形势等因素制约。根据 USDA 系列报告,印度尼西亚在生物柴油混杂目标上最具雄心,2021 年,在技术成熟的前提下,已实现 2025 年 30%的生物柴油掺杂目标;2023 年,实施了 35%的生物柴油掺杂规定。据印尼生物燃料生产商协会(APROBI)数据显示,2023 年印度尼西亚全年生物柴油总产量增长 13%。
2 部署进展
生物燃料技术在全球范围内部署进展呈现较大的区域和技术类型差异,也和当地资源禀赋相关。关于燃料乙醇的部署进展,美国和巴西在生产和出口上处于全球领先;中国的燃料乙醇供应相对紧张,目前仍处于产能建设阶段。关于生物柴油的部署进展,欧盟在产量和消费量上处于全球领先,进口量大且对原料有所限制。中国产量高于消费量,补位出口的能力强劲。
基于 USDA 系列报告,推广应用燃料乙醇的主要国家和地区有美国、巴西、欧盟、中国、印度、加拿大、泰国、阿根廷等。由于自然条件、基本国情、技术投入、资金支持等多重因素的影响,燃料乙醇在全球范围内的开发和利用呈现出明显的不对称性。其中,美国为解决能源安全及粮食产能过剩问题,于 20 世纪 80 年代开始大力发展燃料乙醇,在政府扶持和玉米产量大幅增加的推动下(大量种植转基因玉米),美国燃料乙醇产量一路攀升,近年来产量以年均 1.6%的速度增长,是当前全球燃料乙醇最大生产国、消费国及出口国,生产的燃料乙醇出口到世界数十个国家和地区。
目前,美国燃料乙醇总产量占到全球产量的 50%以上,主要出口到加拿大、巴西、印度、韩国等。巴西是世界上最早推行燃料乙醇应用的国家。20 世纪 70 年代,巴西将燃料乙醇产业发展提到了国家战略的层面,得益于完善的政策支持体制和庞大的甘蔗产业资源优势,近年来巴西燃料乙醇产量以年均 2.0%的速度增长,产量中约 90%用于国内替代石油燃料,其余出口到国外市场,燃料乙醇的推广使巴西从石油净进口国一跃成为出口国。中国燃料乙醇产业起步较晚,但发展迅速,燃料乙醇生产量从 2013 年的 2934 百万升增长到 2023 年的 3900 百万升,年均增长 2.9%。但目前整体来看,中国燃料乙醇还处于产能建设阶段,相关生产技术也还在研究阶段。
推广应用生物柴油的主要国家和地区包括欧盟,主要使用菜油、动物油、废弃食用油;印度尼西亚、马来西亚、泰国,主要使用棕榈油;美国、巴西、阿根廷,主要使用豆油;中国,主要使用动物油、废弃食用油。根据美国农业部(USDA)系列报告,在主要生产/消费国中,印度尼西亚呈现以国内消费为主、出口为辅的使用模式;美国、巴西呈现自产自销的使用模式;欧洲地区则呈现产量和进口双高的使用模式;阿根廷、中国、印度尼西亚、马来西亚为出口大国。