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农林植物也能替代石油:生物质液化燃料的发展前景及应关注问题 作者:wanghd  来源:网络  发布时间:2005-11-01
关键词:科技简报
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生物质液化燃料(英文简称BTL),是指利用生物质人工合成的燃料,它与液化天然气(GTL)和液化煤(CTL)一起,被认为是最有希望在未来替代石油用于交通的能源。生物质液化燃料具有可再生性和对环境友好特征,因此被越来越多的国家所重视。

一、国外生物质液化燃料发展动向

可生产生物质液化燃料的原料很广,如油菜、蓖麻、大豆、玉米、甘蔗、速生林木柴等农林植物。目前,国外主要根据本国土壤及气候条件,选择种植适合本国的能源作物,通过政府政策、技术指导、市场化运作等方式,推广发展生物质液化燃料。

1980年,美国制定的国家能源政策,就明确提出了以生物柴油替代化石柴油战略。美国出台的“生物质研究和发展法案2000”,确定了由美国生物质能技术研究与开发委员会联手,具体运作生物质能的研发计划和制定相关政策。该委员会制定的一项长期目标是,把生物质液化燃料占总运输燃料的比例由2001年的0.5%提高到2010年的4%,2020年达到10%,2030年达到20%。

2001年,德国通过了《生物质能条例》,鼓励生产和消费生物柴油。到2004年,德国消费的生物柴油已达110万吨,成为全球使用生物柴油最多的国家。

2005年,法国将出台一项促进生物质能开发的新计划,使能源作物种植面积达到100万公顷,从而成为欧洲最大的能源作物生产国。

2003年5月,欧盟也通过了《在交通领域促进使用生物燃料油或其他可再生燃料油条例》,要求到2005年,欧盟生物质燃料应占总燃料比例的2%,2010年达到5.75%。

长期以来,巴西就将推广乙醇燃料作为国家重要的能源政策之一。2004年11月,巴西政府批准在普通柴油中添加2%的生物柴油,并计划在数年内将这一比例提高到5%。

自20世纪80年代以来,美国等发达国家就开始了能源植物种的选择,引种栽培了大量富油物种,并建立了“柴油林林场”。目前,国际上已有40多种不同的植物油在内燃机上进行过评价试验,其中包括大豆油、油菜籽油、棉籽油、葵花籽油、棕榈油、蓖麻籽油和麻疯果油等。

各国政府都鼓励农民因地制宜地种植能源作物。美国大规模种植的能源作物主要是大豆、玉米和向日葵,另外有银合欢树和黄鼠草。欧盟国家主要种植油菜、杨树等,另外,还高效利用农作物秸秆。巴西则大量种植可生产乙醇燃料的甘蔗,2002年乙醇燃料替代石油的比例已接近50%。巴西的东北部适合种植蓖麻的土地有200万公顷,几年之内,巴西蓖麻的年产量可达到200万吨,能生产生物柴油1.12亿公升,并创造10万个新的就业机会。印度在德国专家的指导下开始试种麻疯果树,计划利用麻疯果生产生物柴油。印度总理称,如果能成功实施“麻疯果计划”,就有可能为3600万人提供就业,使3300万公顷贫瘠干旱的土地变成“油田”。

国外开发生物质液化燃料并非只是政府行为,更多的是发动企业参与开发,政府则给予政策扶持。德国对生物柴油的生产企业实行全额免税,以保证其销售价格能低于普通柴油。在政府的优惠政策下,企业从长远的利益考虑,愿意对生物质液化燃料的生产和应用技术进行风险投资。德国戴姆勒-克莱斯勒公司是众多积极参与的企业之一,公司已投资数千万欧元开发生物质液化燃料生产技术,同时还开发了相应的汽车发动机改装技术,仅对印度的“麻疯果计划”该公司就投资了130万欧元。德国Choren公司发明了“可再生生物燃料工艺”,它能将能源作物的所有部分都加工成生物柴油。德国计划到2010年,利用该工艺建立5个大型生物柴油厂,年产量达到500万吨。该计划得到戴姆勒-克莱斯勒公司和大众汽车公司的资助。

美国和欧盟国家促进生物质能的政策大都集中在鼓励技术发展和商业化进程。目前,由于生物质液化燃料与化石燃料相比价格还比较贵,在市场起步阶段,政府需要对生物质燃料的生产给予一定的补贴,并在税收上给予优惠。德国生物柴油的销售价格现在每升比普通柴油便宜15欧分,因此深受消费者满意,消费者中个人占1/3,卡车运输公司占2/3。在市场培育阶段,政府通过政策,促使机关、团体、公司率先使用清洁能源具有重要意义。同样在能源作物种植方面,政府也积极引导农民。据德国农业部农作物研究所(FNR)的评估,1公顷土地能源作物平均可年产乙醇2500升(相当于1653升汽油),年产生物柴油3325升。能源作物的潜力很大,德国政府向农民阐明道理,使农民真正看到实惠,并愿意种植能源作物。德国农业专家还建议农民多种玉米和向日葵,这两种作物不仅生长快,产量高(每公顷年产量约25吨),每公顷土地还可以获得15吨的干秸秆,可生产3000升柴油。

由于能源和环境是全球性的问题,因此,发达国家在开发生物质液化燃料中重视开展国际合作,尤其与发展中国家中的大国进行合作。从战略利益考虑,发达国家希望正在崛起的发展中大国在能源供应上应更加自立,减少与发达国家在国际市场上的竞争;同时希望发展中的大国承担更多的减少温室气体排放义务。为此,德国、法国、日本等国已明确表示希望加强与发展中大国在生物质能开发方面的合作,并愿意转让该领域最新的技术。联合国开发机构、世界银行、国际货币基金组织也非常愿意资助发展能源作物和生物质液化燃料这样的项目,目前,印度的“麻疯果计划”已得到了德国联邦经济援助和发展部所属的德国投资和发展协会(DEG)的大力资助。

二、发展生物质液化燃料值得关注的问题

目前,发达国家已从传统方式利用生物质能过渡到用先进技术发展生物柴油、生物质燃料电池等,生物质液化燃料的发展已形成了一定的规模。然而,在确保粮食作物的前提下,全球有多少土地可以用来种植能源作物?种植某种高产的能源作物是否会产生生物物种的单一性?如何确保生物质能的可持续供应?这些问题还有待于深入研究。

对能源作物的种植潜力需进行科学评估。欧洲生产的生物柴油目前是美国的17倍,仅德国2004年就比2003年增加25%,销售的生物柴油数量达到120万吨。一些发展中国家也开始关注生物质液化燃料的发展,准备大规模种植能源作物,但对能源作物的种植潜力,全球一直存在争议。

德国的农业专家预测,如果德国所有的柴油汽车都使用菜籽油转化的生物柴油,则德国的油菜种植面积至少需要2/3的国土面积。英国伦敦帝国大学的伊勒密·伍德的结论是:如果英国仅把交通能源的5%采用生物质燃料,那么种植油菜需要12%的全国耕地面积;如果将全部交通能源采用生物质燃料,则英国的全部国土面积也远远达不到要求。可见,有许多原因使全面推广生物质能变得不太现实,因为人们不仅需要足够的地方居住,而且需要更多的地方种植赖以生存的粮食作物。

预测生物质能满足全球能源供应的数据一直差别很大,从不到10%,到多于300%。荷兰乌德勒支大学研究小组对全球生物质潜能的一项研究表明,有17份权威研究报告预测2050年至2100年期间,生物质能可满足全球能源需求的50%。德国环境部生态研究所在《生物能:德国的新生力量(2004)》报告中认为,随着农业技术的不断进步带来的作物增产以及人口的减少,到2030年,德国1180万公顷耕地中将有440万公顷可以调整用来种植能源作物,届时能满足能源需求总量的25%。而德国环境部的另一份报告则给出了一个较为悲观的结果,该报告认为到2010年,只有20万公顷的土地可以调整用来种植能源作物,这个预测数据还将根据到2020年的德国人口数量是否明显减少而定。

尽管有人认为对生物质能前景估计过高了,但多数看法是未来生物质能可以满足25%%—30%的能源需求这一上限还是现实的。根据联合国环境计划署的统计,原欧盟15国共有320万平方公里的森林面积可生产生物质能,而全球约有4500万平方公里面积的森林。德国农业部据此认为,全球5%的森林面积生产的生物质能就能满足每年新增的石油需求;除了森林和耕地种植能源作物外,全球还有4900万平方公里干旱、贫瘠的土地未被利用。另外,即使植物喂了动物,其转化的能量也可以被利用。1头牛每天要产出100升至200升含甲烷的排泄物,仅德国就有400多万头牛,这也是一个很大的产业,德国已利用生物气体研制新型燃料电池。

开发能源作物必须防止自然界物种多样性遭破坏。生物质二氧化碳的排放总的来说是能够达到平衡,即消耗能源作物生产液化燃料时释放二氧化碳,而种植能源作物时又吸收二氧化碳,因此对环境的友好特性远超过石油。但大面积种植单一的能源作物也可能导致严重的负面效应,如土地碱化、动物和昆虫的多样性受到破坏等。一些国家曾为了种植快速生长的速生林而大面积砍伐原始森林和当地特有的林木,结果造成当地的动物、昆虫等物种明显减少,严重的甚至影响到当地气候。因此,能源作物种类的选择需要充分考虑当地气候、环境、物种多样性等多种因素。欧洲农业专家还指出,随着现代生物技术的发展,一些转基因高产能源作物品种也有可能被大面积推广,各国在引入转基因能源作物过程中,也应该对其在生态环境方面的潜在影响进行科学的评估。

幸运的是,目前生物质能产业还没有被某种“超级植物”所垄断,不同种类、不同方法都在试验。当然,人们也应该了解哪种植物能够提供最多的生物质能。对于如何确保生物质能的可持续发展,专家的意见还无法统一。澳大利亚专家认为,最多容许30%的初级能源使用生物质能,或者说只能容许30%的木材被砍伐,否则无法确保森林的可持续发展。一些国家如海地,其森林已基本砍光,这将造成严重的自然灾害。2004年发生在菲律宾的水灾就是因为林木被过度砍伐,地表土壤无法吸收和存储过量雨水而造成的。在柬埔寨、斯里兰卡、缅甸、刚果、利比里亚都存在类似的问题。

对于发达国家来说,不应忘记帮助发展中国家利用生物质能时应该考虑到生态和环境因素,以便减少因发展生物质能而带来的对全球环境的负面影响。(科技日报)

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