生物质能源是重要的可再生能源,在地球上的资源较为丰富,通常包括农作物秸秆、林木能源、沼气、燃料乙醇、油料植物、动物粪便、生物柴油和生物质燃烧发电等。
面对全球性的气候变暖,减少化石能源消耗、控制温室气体排放已是大势所趋,生物能源燃料既有助于促进能源多样化,帮助我们摆脱对传统化石能源的依赖,还能缓解对环境的压力。据悉,每年地球上仅通过光合作用生成的生物质总量就达1500亿吨,其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10〜20倍,但其利用率不到3%。目前这种可再生、低污染、分布广泛的能源产业的规模和水平远远低于风能、太阳能等其他清洁能源,其发展可谓是任重而道远。
国外生物能源发展状况
早在1991年美国能源部就提出了生物质发电计划,并在1979年就开始建设生物质能源计划的第一个项目。美国国会在2000年通过了《生物质研发法案》,并在2002年成立生物质项目办公室和生物质技术咨询委员会。2008年,生物质能占美国能量供给的3%,成为国内最大的可再生能源来源。截至2010年,美国将新增约1100万千瓦的生物质发电装机。美国可再生能源生产税为生物质发电提供了每千瓦时1.8美分的税收优惠。美国计划2020年使生物能源达到能源总消费量的25%,2050年达到50%,每年减少碳排放量1亿吨和增加农民收入200亿美元。
德国政府多年来一直重视生物质的开发和利用,2001年国会通过了《生物质能条例》。2003年生物柴油产量达到71.5万吨,成为全球生产和使用生物柴油最多的国家。德国政府从2004年1月起开始实行免税政策,免征纯生物燃料或混合燃料部分税款。2005年,德国拥有140多个区域热电联产的生物质电厂,同时有近80个此类电厂在规划设计或建设阶段。
法国从2005年1月起实施促进生物质能开发的新计划,并在2006年宣布,投资10亿欧元建设10套生物燃料装置。2008年生物燃料占燃料消费的比例达到5.8%,2010年达到7%。目标截至2030年,可再生能源占欧盟能源消费总量的20%,生物燃料占欧盟运输燃料消费总量的10%。
我国生物质能源的发展之路
我国是石油资源相对贫乏的国家,随着近几年石油进口依存度不断升高,大量的燃油燃煤造成的污染使我国的生态环境急剧恶化。与此同时,我国拥有丰富的生物质能资源,据测算,我国理论生物质能资源至少为10亿吨的标准煤,还有约20亿亩宜农、宜林荒山荒地可用于发展能源农业和能源林业。目前可利用的生物质能源主要有油菜、大豆、向日葵、油棕榈等油料作物加工成的生物柴油和从玉米、薯类作物或农作物秸秆中提炼的乙醇燃料。此外还有从农林加工剩余物、工业有机废水废渣、城市生活垃圾中提取的气体燃料、固体燃料。
从20世纪 70年代开始,我国就在农村试点开发沼气池技术。
2000年我国开始了燃料乙醇试点工作,年产燃料乙醇100万吨,先后在黑龙江、河南、安徽等5省封闭使用。
2006年以来,生物质燃油在上海、江苏、安徽、重庆、新疆、贵州等地陡然升温,民营资本、国有资本乃至外资加速进入。到2006年9月底,全国各地大大小小的生物质燃油项目已近百个,生物质燃油的产出已正式进入产业化生产。
到2010年全国已建成500个秸秆固化成型燃料应用示范点,利用量年达100万吨。吉林省利用林业剩余物为原料生产高密度颗粒燃料,生产能力为年产量4.5万吨。
我国正在大力发展生物质能源,规划到2015年,生物质能发电将达1300万千瓦的目标。据统计,农业产出物51%转化为秸秆,年产能6亿吨,约3亿吨可作燃料使用,折合1.5亿吨标准煤;林业废弃物年可获得量约9亿吨,约3亿吨可能源化利用,折合2亿吨标准煤;甜高粱、小桐子、黄连木、油桐等能源植物种植面积达2000多万公顷,可满足年产量约5000万吨生物液体燃料的原料需要;畜禽养殖和工业有机废水理论上可产沼气约800亿立方米。
发展生物质能源是解决农业、环境、能源问题的重要途径之一,对于发展农村经济、增加农民收入,建设环境友好型社会,满足能源需求、改善能源结构都具有重大的意义。虽然我国重视发展生物质能源,各地各部门相继制定了有关的促进政策和措施,但总体上看,我国的发展还处于起步阶段,没有在全国范围内普及,其中还面临一系列的困难和问题。
原料资源短缺有待技术突破
生物质能源作为一个产业想要在中国规模化发展,充足、稳定的原料供应是首要前提。现在世界各国都将各类植物纤维素,如作物秸秆、木质纤维素等作为丰富、廉价的原料来源。
在我国,生物质能源的原料主要来源于废弃的生物质资源,如农作物秸秆、林业加工废料、甘蔗渣和城市垃圾等。然而,受到粮食资源不足的制约,目前以粮食为原料的生物质燃料已不具备大规模生产的条件。如今,生物质燃料乙醇生产已转为用适宜在盐碱地、荒地等恶劣地质条件和干旱地区种植的甜高粱、黄连木等为主要原料。虽然中国有大量的荒山、盐碱、荒漠型土地可以种植甜高粱、麻风树和黄连木等油料植物,但由于目前缺乏对这些土地利用的合理评价和科学规划,导致其数量偏少,不足以支撑生物燃料的规模化生产。
中国林业科学研究院林产化学工业研究所所长蒋剑春在报告中指出:“原料供给是生物质能源发展的瓶颈。而且生物质能源的原料缺乏实际上是对于技术的发展提出了更高的要求,迫切需要通过应用基础和关键技术的研究,在基础理论、过程和装备等技术方面获得新的突破,为生物质资源的高效、高值的利用提供强有力的技术支撑。”
《国家能源科技“十二五”规划》中明确指出:“针对木质纤维素原料预处理技术成本过高,以及多元化生物质资源规模化培育与利用技术转化率低等问题,相关各方将着重围绕规模化和降低生产成本开展研究,重点突破纤维素原料预处理技术和转化等关键技术,开发出具有自主知识产权的工艺路线,为燃料乙醇、丁醇和生物汽油等的规模化生产提供原料保障。” 由此可见在未来几年,生物质能源的原料短缺对相关技术提出了更高的发展要求。
成本过高缺乏市场竞争力
受耕作制度的限制,我国生物质资源分布广泛而又分散,这大大提升了收集、储存、运输的成本,从而导致农业废弃物的规模化供应十分困难。国家能源局史立山副司长曾表示:“‘十一五’以来,全国建设的一批生物质发电厂面临的共同问题是生物质资源收集难度大,成本高,导致一些缺乏合理布局的地区生物质电厂存在原料供应短缺问题。”
实际上,生物质发电原料主要有两种,一种是垃圾,一种是秸秆。垃圾可以说是没有成本的,但它属于市政项目,无法轻易拿到。因此大部分生物质发电使用秸秆。企业发展秸秆燃料,在原料收集时一般是去找农民付费收取,地区不同价格也不一样,平均每吨200〜300元。但是,秸秆的成本主要来自运输。在我国大部分地区,秸秆产量大约在每平方公里300吨左右,有些贫乏的地区则在每平方公里100吨左右。在半径10公里的范围内,如果秸秆利用率以30%计算,一般农业地区可获得的原料仅有5万〜7万吨。10公里以内农用车运输成本在每吨30元左右,10公里以上则需要专用运输工具,运输费高达60元每吨。除了运输成本,人力成本也不可小觑。如果要收购20万吨秸秆,按我国户均10亩耕地计算,需要大约10万农户来完成,那么收购时要一批批货装车,还要有专人负责开票。
中科院战略问题咨询研究中心的周主任表示:“中国非粮生物质能源不能与粮争地,随着用地成本提高以及农户分散等因素带来的收集成本增加,生物质能源还未具备成本优势。”我国现有的生物质能开发企业大多为中小企业,其生产运营极易受原料来源、价格等因素的影响。如果收集半径过大,需要农民花费大量时间收集、运输,那农民就会要求按外出打工时间来计算人力成本,如此一来,企业为原料支出的成本就会大大提高。
以甜高粱、木薯等为原料生产的燃料乙醇的成本约为每吨4000元。按等效热值与汽油比较,汽油价格达到每升8元以上时,燃料乙醇才可能赢利。在目前的技术和市场条件下,以甜高粱和麻风树为原料的燃料乙醇和生物柴油的产业化程度还很低,在成本方面的竞争力还比较弱。因此,生物质燃料的成本也是制约其发展的重要因素。
政策与产业模式不健全
生物质能源产业是具有环境效益的弱势产业,政府的政策支持是生物质能源市场发育初期的原始动力。不论是发达国家还是发展中国家,生物质能源的发展均离不开政府的支持,例如投融资、税收、补贴等一系列的优惠政策。
燃料乙醇作为生物质能源的一种近年来被国家组织试点生产和销售,建立了包括燃料乙醇的生产基地、技术标准、税收优惠和财政补贴等在内的政策体系。但是,由于以粮食为原料的燃料乙醇发展潜力有限,为避免对粮食安全造成负面影响,国家对燃料乙醇的生产和销售采取了严格的管制。近年来,虽有许多企业和个人试图生产或销售燃料乙醇,但由于受到现行政策的限制,不能普遍享受到财政补贴,也难以进入汽油现有的销售渠道。与此同时,即使是国家提倡的非粮燃料乙醇也因销售不佳而遭遇重重阻力。例如,广西中粮就是以木薯作为原料发展非粮燃料乙醇生产技术的企业之一,年产20万吨燃料乙醇。但是从2010年开始,由于销售困难,生产的燃料乙醇成品已无法存放,北海木薯乙醇工厂开始大幅度减少木薯收购量。
在生物柴油方面,国家还没有制定相关的政策与标准,也没有生物柴油正常的销售渠道。此外,生物质能源的其它应用包括燃烧发电、规模化畜禽养殖场沼气项目等,因其前期投入巨大,需要政府优惠的投融资政策降低成本。政策的不够完善在一定程度上制约了生物质能源企业的规模,阻碍了整个生物质能产业的发展,并形成恶性循环。
生物质能源被视为替代燃料之一,对缓解能源危机有重要作用。生物质能源资源分散、季节性强的特点决定了其适于简单技术设备就地化生产,这与我国传统工业模式出现了矛盾。我国的国情决定了追求单一项目的规模效益的结果就是收效甚微,而发展分布式生物质能源的利用方式,形成整体效益才应该是我国发展生物质能源产业的重要目标。但是我国的生物质能源开发利用分散,项目规模较小,产业化进程较缓慢。
与风能、太阳能等其他可再生能源相比,生物质能源的发展需要面对原料、技术、产业结构等诸多挑战,任重而道远。现阶段生物质能源在我国还是应该立足于未来能源战略,促进技术创新与商业模式创新的有机结合,调整产业结构,推动其健康可持续发展。