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燃料乙醇是指體積濃度達(dá)到99.5%以上的無水乙醇，它不僅是優(yōu)良的燃料，也是燃油的增氧劑。與汽油相比，燃料乙醇最突出的優(yōu)點表現(xiàn)在清潔和可再生兩方面。近年來，隨著煤炭、石油能源危機(jī)和空氣污染、全球變暖等環(huán)境問題日趨嚴(yán)重，燃料乙醇受到極大關(guān)注。

燃料乙醇的代際演變

按照技術(shù)和工藝的發(fā)展進(jìn)程，目前業(yè)界一般將燃料乙醇分為以下幾類：以玉米、小麥等糧食作物為原料的第1代糧食乙醇；以木薯、甘蔗、甜高粱莖稈等經(jīng)濟(jì)作物為原料的第1.5代非糧乙醇；以玉米芯、玉米秸稈等纖維素物質(zhì)為原料的第2代纖維素乙醇以及以微藻中碳水化合物為原料的第3代微藻乙醇。

第1代和第1.5代燃料乙醇均屬于淀粉基乙醇。

第2代纖維素乙醇使用纖維素物質(zhì)為原料，經(jīng)預(yù)處理后通過高轉(zhuǎn)化率的纖維素酶，將原料中的纖維素轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵的糖類物質(zhì)，然后經(jīng)特殊的發(fā)酵法制造燃料乙醇，在技術(shù)上同糧食乙醇和非糧乙醇存在較大的差別；在原料上也脫離了農(nóng)作物的范疇，而利用玉米芯、玉米秸稈等農(nóng)林廢棄物，充分發(fā)掘生物質(zhì)資源的價值，目前是燃料乙醇的新興研究方向，且已有國內(nèi)企業(yè)規(guī)模化量產(chǎn)。

第3代燃料乙醇以微藻中含有的淀粉、纖維素、半纖維素等大量碳水化合物為原料。微藻具有遠(yuǎn)高于陸生植物的光合效率，生長周期短，原料生產(chǎn)方面較傳統(tǒng)作物有巨大優(yōu)勢；同時微藻生長過程中以大氣中的CO2為主要碳源，對減少溫室氣體排放具備極大的價值。微藻乙醇目前還處于研發(fā)階段，各項技術(shù)瓶頸逐步攻克中，還未達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)水平。

全球燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況

燃料乙醇開始于上世紀(jì)初期。上世紀(jì)30年代乙醇濃度，燃料乙醇作為汽油添加劑在美國出現(xiàn)，但當(dāng)時由于各種原因并未得到廣泛應(yīng)用。七十年代時，兩次石油危機(jī)的沖擊使全球油價暴漲，也使得所有工業(yè)化國家的經(jīng)濟(jì)增長放緩，各國開始加大對可降低石油依賴度的替代性能源的重視程度。1973年第一次石油危機(jī)發(fā)生時，許多國家意識到燃料乙醇的戰(zhàn)略意義并開始大力扶植該產(chǎn)業(yè)，尤其是一些石油資源匱乏但生物質(zhì)資源豐富的國家。環(huán)境保護(hù)的因素也在很大程度上促進(jìn)了各國在政策和法規(guī)等方面對燃料乙醇予以傾斜。

目前全球燃料乙醇產(chǎn)量近270億加侖，其中生產(chǎn)和消費量最大的國家是美國，2017年產(chǎn)量近158億加侖，占到全球產(chǎn)量的58%，超過其他國家產(chǎn)量的總和；其次是巴西，全年產(chǎn)量約70.1億加侖，占全球產(chǎn)量的26%。這兩個燃料乙醇的生產(chǎn)大國形成了絕大部分市場，其余國家貢獻(xiàn)的總量僅16%。雖然我國現(xiàn)在已經(jīng)成為世界上燃料乙醇的第三大生產(chǎn)和消費國家，但2017年的產(chǎn)量占比僅有3%，距離發(fā)展完善的市場還有極大的提升空間。

美國

美國燃料乙醇產(chǎn)能情況

美國是目前世界上最大的車用乙醇汽油生產(chǎn)和消費國，目前美國已經(jīng)有50個州都在使用車用乙醇汽油，大部分地區(qū)使用的是10%比例的乙醇汽油（E10），部分地區(qū)使用的是更高比例的E15乙醇汽油。當(dāng)前美國燃料乙醇的生產(chǎn)量和消費量逐年上升，2017年，美國在產(chǎn)的玉米燃料乙醇生物煉制廠共211家，在建6家，分布在28個州，生產(chǎn)能力達(dá)到162億加侖。

美國燃料乙醇進(jìn)出口情況

2017年美國出口將近14億加侖燃料乙醇，超過了2011年創(chuàng)造的12億加侖的記錄。美國在2017年進(jìn)口乙醇相較2016年有所增加，但是相對量較少(7700萬加侖)，美國也連續(xù)8年成為乙醇凈出口國。由于玉米生產(chǎn)和乙醇產(chǎn)能已經(jīng)超越了國內(nèi)乙醇消費乙醇濃度氫氣報警器，美國在燃料出口方面超過8年保持增長。在2017年，美國燃料乙醇出口至35個國家，超過半數(shù)出口至巴西和加拿大。

美國向巴西出口的燃料乙醇保持連續(xù)4年增長，2017年達(dá)到了4.5億加侖，并且在美國燃料乙醇中的占比達(dá)到近1/3。加拿大保持了美國燃料乙醇出口的第二大目標(biāo)市場，在2017年進(jìn)口了將近3300萬加侖，同比增長5%。2016年，中國是美國燃料乙醇的第三大進(jìn)口國，然而2017年同比回落了88%。這主要是由于從2017年起中國向美國燃料乙醇增加了5~30%不等的關(guān)稅。關(guān)稅的增長反轉(zhuǎn)了2016年關(guān)稅下降5%的情況，反映了政府對生物燃料的倡導(dǎo)。

美國燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)情況

美國燃料乙醇主要以玉米為原料，現(xiàn)在全美四成的玉米都用于生產(chǎn)燃料乙醇。由于美國玉米種植業(yè)規(guī)模化程度高、技術(shù)先進(jìn)，使得美國玉米種植成本較中國低近40%，具有極大的發(fā)展優(yōu)勢。在美國，燃料乙醇的價格與石油相比，也已經(jīng)具有一定的競爭力。同時中國與美國汽油存在價差，美國乙醇汽油的生產(chǎn)商還可享受政府補(bǔ)貼，種種原因使得美國燃料乙醇產(chǎn)業(yè)具有先天的發(fā)展優(yōu)勢。另外美國、巴西等國的燃料乙醇產(chǎn)業(yè)已發(fā)展近40年乙醇濃度，技術(shù)水平和市場已經(jīng)成熟，而我國燃料乙醇產(chǎn)業(yè)從本世紀(jì)初開始僅發(fā)展十余年，尚有研發(fā)和應(yīng)用等問題亟待解決。

巴西

巴西燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況

巴西是最早開始建設(shè)燃料乙醇項目的國家，1975年推出全國燃料乙醇計劃（PROALCOOL），80年代初便已開始全面使用乙醇汽油。巴西是全球第二大燃料乙醇生產(chǎn)國，是全球最早立法支持生物能源的國家，其主要是發(fā)展以甘蔗為原料的燃料乙醇。2015年2月15日起，巴西政府將乙醇摻混比例由25%提高至27%。2017年，巴西燃料乙醇產(chǎn)量達(dá)到70.6億加侖。

中國

中國燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況

中國是世界上第三大生物燃料乙醇生產(chǎn)國和應(yīng)用國，僅次于美國和巴西。近年來，國際原油價格持續(xù)走低，在國家財稅政策調(diào)節(jié)的引導(dǎo)下，中國燃料乙醇行業(yè)逐漸向非糧經(jīng)濟(jì)作物和纖維素原料綜合利用方向轉(zhuǎn)變，積極開展工藝和示范項目建設(shè)。

中國燃料乙醇產(chǎn)量情況

相比之下，作為世界燃料乙醇第三大生產(chǎn)和消費國家，我國燃料乙醇的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于美國和巴西，2017年中國的產(chǎn)量只有87.5億加侖，僅占全世界產(chǎn)量的3%，年消耗玉米量占我國玉米總產(chǎn)量的3.27%左右。我國汽油年產(chǎn)超1.04億噸，燃料乙醇產(chǎn)量僅占汽油產(chǎn)量2%左右，若未來在全國范圍內(nèi)推廣使用E10乙醇汽油，則所需燃料乙醇還有很大的增長空間，若全部利用玉米進(jìn)行生產(chǎn)，年消耗玉米量將達(dá)到我國玉米總產(chǎn)量的15.64%。

中國燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)情況

目前我國燃料乙醇的主要生產(chǎn)方式有玉米乙醇、纖維質(zhì)乙醇以及煤制乙醇三類路線，而其中玉米乙醇和纖維質(zhì)乙醇屬于生物質(zhì)發(fā)酵制燃料乙醇不同發(fā)展階段的工藝，可歸為生物質(zhì)乙醇大類。

現(xiàn)階段生物質(zhì)發(fā)酵制燃料乙醇仍是我國燃料乙醇產(chǎn)量的主要來源，生物發(fā)酵法制乙醇在我國主要有三個發(fā)展階段階段，分別對應(yīng)三代燃料乙醇產(chǎn)品，即G1，G1.5和G2。

G1代產(chǎn)品以玉米、小麥等陳糧為原料，通過生物酶的發(fā)酵，由淀粉轉(zhuǎn)化為乙醇，再加以提純分離，最終得到可以與汽油摻混的無水燃料乙醇。目前該方法成本在4500-5000元/噸之間。

G1.5代產(chǎn)品則以國家提倡的非糧（木薯）農(nóng)作物為原料，也是通過發(fā)酵將淀粉轉(zhuǎn)化為乙醇。該工藝路線避免了消耗大量可做人畜糧食的玉米，但目前該方法原料主要依賴于進(jìn)口，因此帶來了成本不穩(wěn)定的隱患。以年產(chǎn)30萬噸木薯乙醇項目為例（總投資21.6億元，木薯價格1400元/噸），經(jīng)測算其成本在5300元/噸左右。

G2代產(chǎn)品主要是指纖維素制乙醇，更受國家和企業(yè)的青睞。纖維素制乙醇在美國屬于應(yīng)用最為普遍的工藝，其最大的優(yōu)勢在于原料易得便宜，但其對生物催化酶的要求較高。而目前我國酶生產(chǎn)水平較為落后，故成本仍相對偏高，根據(jù)石化緣測算，我國使用秸稈生產(chǎn)的燃料乙醇成本約在5600元/噸左右。目前我國燃料乙醇整體生產(chǎn)水平處于從G1到G1.5代過渡的階段，現(xiàn)階段生產(chǎn)燃料乙醇的主力仍為玉米等糧食制乙醇，但G2代的纖維素將會是未來生產(chǎn)燃料乙醇的主流。

中國燃料乙醇主要企業(yè)產(chǎn)能情況

雖然我國是世界上第三大生物燃料乙醇生產(chǎn)國和消費國，但產(chǎn)能和產(chǎn)量仍然偏小。截至2017年12月底，國內(nèi)共有八家燃料乙醇定點生產(chǎn)企業(yè)，十多個獲批燃料乙醇項目。我國燃料乙醇屬于政策驅(qū)動型行業(yè)，國家相關(guān)能源與農(nóng)產(chǎn)品政策的變化對于燃料乙醇行業(yè)影響較大。目前我國燃料乙醇為國家指令性計劃產(chǎn)品，其生產(chǎn)及銷售按國家專項產(chǎn)業(yè)規(guī)劃發(fā)展要求，國家實施的產(chǎn)業(yè)政策核心可以概括為“核準(zhǔn)生產(chǎn)、定向流通、封閉運(yùn)行、有序發(fā)展”。所謂核準(zhǔn)生產(chǎn)是指燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè)需要國家批準(zhǔn)，但2017年變成燃料乙醇由省政府投資主管部門核準(zhǔn)。自2001年國家批準(zhǔn)四家企業(yè)以來，陸續(xù)批準(zhǔn)了中糧廣西、中興能源、山東龍力等企業(yè)；定向流通則是指生產(chǎn)出來的燃料乙醇需要定向銷售給中石油和中石化等生產(chǎn)企業(yè)，銷售價格為93號汽油的91.1%；而封閉運(yùn)行則是指燃料乙醇推廣區(qū)域限制，目前限于河南、安徽、黑龍江、吉林、遼寧、廣西、湖北、內(nèi)蒙古、山東、河北、江蘇等省份。

小結(jié)

燃料乙醇產(chǎn)業(yè)所屬的生物能源行業(yè)，是我國重要的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，對替代石油等不可再生能源以及對大氣霧霾污染、水土資源污染控制都有十分積極的戰(zhàn)略意義。

從長遠(yuǎn)看，發(fā)展生物燃料乙醇將會更好地促進(jìn)糧食供需平衡，帶動農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展。國際經(jīng)驗表明，發(fā)展生物燃料乙醇可以為大宗農(nóng)產(chǎn)品建立長期、穩(wěn)定、可控的加工轉(zhuǎn)化渠道，提高國家對糧食市場的調(diào)控能力。比如，美國用玉米總產(chǎn)量的37%生產(chǎn)燃料乙醇，維持了玉米價格；巴西通過甘蔗--糖--乙醇聯(lián)產(chǎn)油漆檢測儀，保障了國內(nèi)甘蔗和糖價穩(wěn)定，維護(hù)了農(nóng)民利益。我國生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)經(jīng)過十多年發(fā)展，以玉米、木薯等為原料的1代和1.5代生產(chǎn)技術(shù)工藝成熟穩(wěn)定，以秸稈等農(nóng)林廢棄物為原料的2代先進(jìn)生物燃料技術(shù)已具備產(chǎn)業(yè)化示范條件。2017年，國家發(fā)展改革委、國家能源局等十五部委聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于擴(kuò)大生物燃料乙醇生產(chǎn)和推廣使用車用乙醇汽油的實施方案》,明確了擴(kuò)大生物燃料乙醇生產(chǎn)和推廣使用車用乙醇汽油工作的重要意義、指導(dǎo)思想、基本原則、主要目標(biāo)和重點任務(wù)，燃料乙醇產(chǎn)業(yè)迎來了新的發(fā)展機(jī)遇和更廣闊的發(fā)展空間。

（文/毛開云 范月蕾 王躍 王恒哲作者單位：中國科學(xué)院上海生命科學(xué)信息中心）

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