生物燃油研发篇1
一、国内生物燃料产业发展现状及存在的主要制约因素
（一）国内生物燃料产业发展现状
1、燃料乙醇开始规模化应用
“十五”期间，我国在黑龙江、吉林、河南、安徽4省，分别依托吉林燃料乙醇有限责任公司、河南天冠集团、安徽丰原生化股份有限公司和黑龙江华润酒精有限公司四家企业建成了四个燃料乙醇生产试点项目进行定点生产，初步形成了现有国内燃料乙醇市场格局。到2007年，我国燃料乙醇产能达160万吨，四家定点企业产能达144万吨。值得注意的是，为不影响粮食安全并改善能源环境效益，我国已确定不扩大现有陈化粮玉米乙醇生产能力的政策，转向以木薯和甜高粱等非粮作物为原料生产燃料乙醇，并开始商业化生产。目前，广西木薯乙醇项目的生产能力超过20万吨，2008年全国燃料乙醇总产量达172万吨。此外，生物液体燃料也已开始在道路交通部门中初步得到规模化应用，我国燃料乙醇的消费量已占汽油消费量的20%左右，在黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽5省及湖北、河北、山东、江苏部分地区已基本实现车用乙醇汽油替代普通无铅汽油。
2、生物柴油步入快速发展轨道
自2002年经国务院批示，国家发改委开始推进生物柴油产业发展以来，生物柴油年产量由最初的1万吨发展到现在的近20万吨，总设计产能约200万吨/年，生物柴油被纳入《中华人民共和国可再生能源法》的管理范畴。2008年，为鼓励和规范生物柴油产业发展，防止重复建设和投资浪费，根据生物燃料产业发展总体思路和基本原则，结合国家有关政策要求及产业化工作部署与安排，国家发改委批准了中石油南充炼油化工总厂6万吨/年、中石化贵州分公司5万吨/年和中海油海南6万吨/年3个小油桐生物柴油产业化示范项目。截止目前，我国生物柴油产业已初步形成以海南正和生物能源公司、四川古杉油脂化工公司和福建卓越新能源发展公司等民营公司、外资公司以及中粮集团、航天科工集团和三大石油集团共同参与的格局。
（二）生物燃料产业发展需突破的主要制约因素
目前，我国生物燃料产业的快速发展还面临许到原料资源供应、产业发展的技术瓶颈、商业化应用市场和政策、市场环境不完善等制约因素。
1、原料资源供应严重不足
无论是燃料乙醇还是生物柴油都面临着“无米下锅”。
从燃料乙醇看，如果完全用玉米来生产，按照1∶3.3比例计算，2020年将达4950万吨，加上其他工业消费对玉米需求的增长，未来我国玉米生产将难以满足燃料乙醇生产的工业化需求，而且随着陈化粮食逐步消耗殆尽和玉米价格的不断上涨，玉米燃料乙醇的发展可能威胁到我国粮食安全，因此完全使用玉米生产燃料乙醇在我国并不现实。
从生物柴油看，国内仅有的几个项目都是以地沟油、植物油脚等废弃油脂做原料，而全国一年的废弃油脂也只有600―700万吨，其中相当比例还要用于化工生产，每年可供生物柴油企业利用的废弃油脂不足50万吨。按照1.2吨废弃油脂生产1吨生物柴油计算，40多万吨废弃油脂能满足的产能只有30多万吨。目前，我国很多企业处于部分停产或完全停产状态，行业发展陷入了困境。
2、产业发展中的技术、标准瓶颈制约
目前，我国生物质能产业发展尚处于起步阶段，产业发展中的生产技术、产品标准、生产设备等问题已成为阻碍生物燃料产业快速健康发展的重要问题之一。
从燃料乙醇的发展看，一方面，我国的自主研发能力还比较弱，缺乏具有自主知识产权的核心技术。目前国内以玉米、木薯等淀粉类为原料的生产技术已经进入商业化初期阶段，以甜高粱、甘蔗等糖质类为原料基础的燃料乙醇生产技术大多处于试验示范阶段，还需在优良品种选育、适应性种植、发酵菌种培育、关键工艺和配套设备优化、废渣废水回收利用等方面作进一步研究。而国外以淀粉、糖质类为原料的燃料乙醇生产技术已经十分成熟，并进入大规模商业化生产阶段。此外，我国的纤维素乙醇还处在试验阶段，技术还有待完善，尤其是如何降低纤维预处理和纤维酶的成本，高效率的发酵技术等方面，总体而言与国外发达国家相比差距较大。另一方面，国内还缺乏以不同生物质为原料的燃料乙醇相关产品和技术标准。尽管我国于2001年颁布了变性生物燃料乙醇（GB18350－2001）和车用乙醇汽油（GB18351－2001）两项强制性国家标准，在技术内容上等效采用了美国试验与材料协会标准（aStm）；但上述标准主要是基于淀粉类原料而制定的，而制备燃料乙醇的原料种类较多且生产工艺也大不相同，在某些技术指标上也会有所差异，单一基于淀粉类原料制定的标准在一定程度上制约了我国燃料乙醇产业的快速发展。
从生物柴油的发展看，我国主要采用化学酯化法生产生物柴油，已形成较完备的技术体系和方法，但由于酯化过程要进行水洗、除渣、酯化、分离、蒸馏、洗涤、干燥、脱色等一系列过程，因此，转化率低，成本较高，而且产品质量难以保障。此外，虽然我国在2007年颁布了《柴油机燃料调和用生物柴油（BD100）国家标准》（GB/t20828－2007），但由于生物柴油的酸度、灰分、残炭均高于石油类柴油，常会以B5或B20等BX类生物柴油与石化柴油混用。而我国至今没有B5或B20标准，更没有对生物柴油企业的生产设计和运行进行技术规范，生物柴油质量难以保证，导致难以进入中石油、中石化的销售终端，大量生物柴油卖给企业用作烧锅炉等用途，极大地制约了我国生物柴油产业的快速健康发展。
3、生产成本过高，商业化应用缺乏市场前景
从燃料乙醇看，目前，除巴西以甘蔗为原料生产的燃料乙醇成本可以与汽油相竞争外，其他国家燃料乙醇的成本都比较高，而我国燃料乙醇由于受原料成本高、耗能大、转化率低等因素影响，燃料乙醇的生产成本更高；从生物柴油看，在原料价格高峰时，生物柴油的生产成本是每吨接近7000元，而售价是6000元左右。因此，不依靠政府补贴，大规模的商业化应用缺乏市场前景。
4、政策法规和市场环境尚需改进
虽然我国在2005年2月28日通过了《可再生能源法》，并于2007年8月出台了《可再生能源中长期发展规划》，但主要是以利用再生能源发电作为目标和重点的，缺乏对包括燃料乙醇、生物柴油等生物燃料开发利用的明确性规定。另外，在生物燃料产业发展方面缺乏利用税收减免、投资补贴、价格补贴、政府收购等市场经济杠杆和行政手段促进发展的政策性法规；而且，部分出台的优惠政策行业内企业很难享受。此外，我国生物燃料产业的市场化竞争和运作环境也有待进一步完善。
二、我国生物燃料产业发展的路线图
（一）发展目标
按照因地制宜、综合利用、清洁高效的原则，合理开发生物质资源，以产业发展带动技术创新，通过加强生物质的资源评价和规划，健全生物燃料产业的服务体系，包括完善科技支撑体系，加强标准化和人才培养体系建设，完善信息管理体系等途径促进生物燃料产业的发展，实现生物燃料产业发展从追赶型到领先型的转变。到2020年，燃料乙醇年利用量达1000万吨，生物柴油年利用量达200万吨，年替代化石燃料1亿吨标准煤。
（二）发展路线
近期（2011―2015年）：在燃料乙醇方面，应维持玉米乙醇、小麦乙醇的现有发展规模，继续提高玉米乙醇、小麦乙醇项目的生产效率；重点发展木薯乙醇、马铃薯乙醇等非粮淀粉类燃料乙醇；努力完善木薯乙醇、马铃薯乙醇等非粮燃料乙醇的生产工艺，提高生产经济性；进行甜高粱乙醇、甘蔗乙醇等糖类原料的直接发酵技术的示范；同时，加大纤维素遗传技术研发力度，争取在纤维素酶水解技术上有所突破；开展抗逆性能源植物的种植示范。在生物柴油方面，仍将维持以废弃油脂为主，以林木油果等为辅的原料供给结构；开展高产木本油料种植技术研究；开展先进酯化技术示范；制定生物柴油技术规范和B5或B20等BX类生物柴油与石化柴油混用的产品标准，并建立部级的质量监测系统。
中期（2016―2020年）：在燃料乙醇方面，加大以甜高粱等糖类作物为原料的燃料乙醇的产业化利用，应用耐高温、高乙醇浓度、高渗透性微生物发酵技术，采用非相变分离乙醇技术；戊糖、己糖共发酵生产乙醇技术实现突破，纤维素乙醇进入生产领域；耐贫瘠能源作物在盐碱地、沙荒地大面积种植，提高淀粉作物中淀粉含量、糖作物中的糖含量技术成功，燃料乙醇在运输燃料中起到重要作用。在生物柴油方面，大力开发以黄连木、麻风树等木本油料植物果实作为生物柴油主要原料的生物柴油，高产、耐风沙、干旱的灌木与草类规模化种植技术取得突破；高压醇解、酶催化、固体催化等生物柴油技术广泛应用。
远期（2020年以后）：在燃料乙醇方面，燃料乙醇逐步替代汽油并探索利用更高热值产品（如丁醇等）；植物代谢技术取得突破，减少木质素含量提高纤维素含量，大规模生产木质纤维类生物质燃料乙醇的工业技术开发成功并实现产业化。在生物柴油方面，以黄连木、麻风树等木本油料植物果实作为生物柴油主要原料的生物柴油的生产工艺不断成熟且生产经济性不断提高，规模不断扩张；工程微藻法技术逐步完善并走向成熟且实现产业化。
三、促进我国生物燃料产业发展的保障措施
（一）统一思想，合理规划，有序推进
向全社会广泛宣传发展生物燃料产业的重要意义，切实提高对发展生物燃料产业重要性的认识，把生物燃料产业的发展提高到国家经济和社会发展的战略高度予以考虑。同时，要借鉴先发国家在生物燃料产业发展过程中的经验和教训，仔细分析生物燃料产业发展过程中可能会出现的问题。此外，各地区也要按照因地制宜、统筹兼顾、突出重点的原则，做好生物燃料产业发展的规划工作，根据生物质资源状况、技术特点、市场需求等条件，研究制定本地区生物燃料产业发展规划，提出切实可行的发展目标和要求，充分发挥好资源优势，实现生物质能的合理有序开发，走出一条具有中国特色的生物燃料产业发展路径。
（二）开展资源评价，发展能源作物
必须通过生物质资源的调查和评价工作，搞清各种生物质资源总量、用途及其分布，为发展生物燃料产业奠定良好基础。一是开展调查研究，做好资源评价。二是在生物质资源普查与科学评价基础上，制定切实可行的能源作物发展规划，以确定在什么地方具有大规模种植何类能源作物的条件。在不毁坏林地、植被和湿地，不与粮争地，不与民争粮的原则下，调整种植业比例，优化种植结构，根据主要能源作物品种的性能、适宜的边际性土地等资源数量、区域分布现状，科学制订能源作物的种植规划。在种植基础好、资源潜力大的地区，规划建设一批能源作物种植基地，为生物燃料示范建设和规模化发展提供可靠的原料供应基础。
（三）加大生物燃料产业前沿技术研究和产业化示范工作
必须要坚持点面结合、整体推进的原则，将近、中远期目标相结合，并结合我国生物质资源特点，加大对生物燃料产业前沿技术和技术产业化研究的支持力度。一是制定生物燃料产业发展的技术路线图，通过政府、企业和研究机构的共同工作，提出中长期需要的技术发展战略，有利于帮助企业或研发机构识别、选择和开发正确的技术，并帮助引导投资和配置资源。二是加强生物燃料产业技术的试点和产业化示范工作，设立生物燃料产业研究发展专项资金，增加研究开发投入，加大生物燃料产业技术的研发力度，加快推进生物燃料产业技术的科技进步与产业化发展。三是重视生物燃料产业技术和产品的标准体系建设，制定生物燃料产业技术和产品标准，发挥标准的技术基础、技术准则、技术指南和技术保障作用，并建立部级的质量监测系统加强市场监督工作，促进生物燃料产业的健康发展。
（四）加强财政、税收和金融政策的引导和扶持
一是可以给予适当的财政投资或补贴，包括建立风险基金制度实施弹性亏损补贴、对原料基地给予补助、具有重大意义的技术产业化示范补助和加大面对生产生物燃料产品企业的政府采购等措施，以保证投资主体合理的经济利益，使投资主体具有发展生物燃料项目的动力。二是加大对投资生物燃料项目的税收优惠，包括对投资生物燃料项目的企业实行投资抵免和再投资退税政策，对生产生物燃料产品的企业固定资产允许加速折旧，对科研单位和企业研制开发出的生物燃料新技术、新成果及新产品的转让销售在一定时期可以给予减免营业税和所得税等措施，以鼓励和引导更多的企业重视、参与生物燃料产业发展。三是积极引导金融资本投向生物燃料产业，包括对生物燃料龙头企业实施贷款贴息，支持有条件的生物燃料企业发行企业债券和可转换债券，支持符合条件的生物燃料企业以现有资产做抵押到境外融资以获得国际商业贷款和银团贷款，鼓励和引导创业投资增加对生物燃料企业的投资等措施，鼓励以社会资本为主体按市场化运作方式建立面向生物燃料产业的融资担保机构，以降低生物燃料企业的融资成本，扩充和疏通生物燃料企业的融资渠道。
（五）加强部门间合作，建立产业服务配套体系，完善市场体系建设
一是建设和完善服务保障体系。整合资源，建立和完善产业服务配套体系，针对生物质资源分布广、收集运输难等问题，建立生物质资源收集配送等产业服务体系；积极引导农民发展能源作物种植、农作物秸秆收集与预处理等专业合作组织，建立生物质原料生产与物流体系；尽快建立完善生物燃料产业技术的推广服务体系、行业质量标准和产品检测中心等配套服务体系，加强生物燃料产业技术、管理人才队伍的建设。二是必须尽快开发具有自主知识产权的生物燃料产业的国产设备，重点开发有利于生物燃料产业发展的装备设计与制造技术，包括大型专用成套设备和成熟的生产工艺路线。三是完善市场体系建设。要通过市场带动，积极发展上下游企业和相关配套产业，整合资源，优化结构，建立完善的市场体系。
生物燃油研发篇2
关键词：柴油发动机；掺水燃烧；排放
引言
现代社会人们对能源和环境问题给予了越来越多的关注，与此同时，人们对作为污染物的主要排放源的汽车也提出了越来越苛刻的要求。
柴油机的主要排放污染物是noX和颗粒物，而多方面的研究表明，柴油掺水能够在不同程度上降低柴油机的这两种排放污染物。
1柴油机氮氧化物产生的机理
noX是no、no2、n2o、n2o3、n2o4、n2o5等的总称。在发动机排放出的noX中有约99%是no，其形成机理较为复杂。通常可以表达为[1]：
这些反应是连锁反应，由氮分子与氧原子、氮原子与氧分子碰撞生成no，由公式（1）和（2）可知氮原子与氧原子的生成则取决于反应时的温度。而发动机燃烧时的反应速度却远高于化学平衡的速度，所以除燃烧气体温度和氮氧浓度外燃烧时停留在高温的时间也是影响no的重要因素。
2柴油掺水可降低氮氧化物排放的机理
对柴油机的进气工质进行加湿可以有效地降低发动机混合气燃烧的最高温度，减少混合气停留在高温的时间，同时，水蒸气分子在发动机燃烧室温度条件下极易分解成具有一定催化作用的离子对no的生成也具有抑制作用。
2.1微爆理论
微爆理论是1962年原苏联学者B.H.依万若夫提出的。当雾化的燃油喷射入气缸时，油滴高速撞击水滴，使二者变得更细。水流的涡动增加了油和水碰撞及接触的机会，从而形成了油吸附于并包围着水滴的微粒即油包水的油水乳化液，并较均匀地分布于燃烧室。当油滴中水过热到超过油的表面张力时，水蒸气将突破油包水的膜壳。微爆效应使大直径的油滴变成小直径的油滴，提高了油滴的燃烧速率，从而提高了能量的转换速率，使原有燃油燃烧得更加充分，从而达到节油降排放的目的[2-3]。
同时，水蒸气的比热容远大于干空气的比热容（见图1[3]），水的大热容量可以降低缸内燃烧温度，防止局部富氧，从而抑制氮氧化物和颗粒物的生成。
2.2加水燃烧机理的定量分析
傅维标等对柴油掺水的节油机理进行了定量分析，从多组分液体燃料蒸发的基本方程出发，定量地算出放热速率、燃尽速率以及他们随曲轴转角的变化，解释了柴油掺水燃烧节油的机理有三个原因，即水的快速蒸发使纯柴油直径变细并强化了燃烧；处于高温高压的蒸汽与燃气一样会做功；水的加入使排烟温度下降总能量损失减少。
研究人员同时还进行了实验研究认为，第一个原因是最重要的，且油掺水燃烧的最大节油率为4%左右[3]。
3柴油不同掺水方法对柴油机排放的分析
柴油机掺水燃烧方法主要有乳化柴油（Fwe），进气空气加湿，燃烧室直喷（Dwi）三种。每种方法都可以不同程度的降低柴油发动机的排放，但在控制排放量、对发动机结构的改动以及降低燃油消耗等方面却有着很大的差异。
3.1乳化柴油
乳化柴油是指水（或甲醇）和柴油通过乳化剂、助乳化剂在一定乳化设备经乳化而形成的油包水（w/o）型（透明）乳液。这种柴油通常要经过复杂的制备工艺、制备流程和制备设施。
对柴油乳化质量的主要影响因素有乳化剂种类的选择、乳化剂的用量、乳化温度等。每一个影响因素的微小变化都会直接影响到乳化柴油的质量。
国内外对乳化柴油的研究展开的比较早，且取得了一些成果。陈镇和孙平等人研究的微乳化生物柴油对柴油机性能的影响中就提及了在动力性不变的情况下，微乳化生物柴油在燃油消耗率基本不增加，甚至相对于生物柴油的燃油消耗率更低的情况下还能够显著地减少nox和碳烟的排放，其环保效果十分明显。但乳化温度且表面活性剂、水、油比例的确定对油品质量影响较大[3]。
3.2燃烧室直喷
向燃烧室直接喷水的方法是一种需要对柴油发动机的结构进行较复杂改装的一种柴油掺水燃烧方法。
燃烧室直喷往往要对柴油发动机的硬件有一定的要求，即Dwi系统采用双孔喷嘴，由电磁阀控制喷射。由于共孰电喷喷油器一般安在气缸盖中心，因此Dwi最近的发展是把水喷嘴置于汽缸盖侧端。
有研究表明随着喷水量的增加，nox成比例地下降。但是同时油耗也大幅增加。鉴于此，一般只用Dwi系统降低nox的排放至imo标准要求的一半，以控制油耗的增加率。Dwi方法要较大改动柴油机结构，喷水嘴的使用寿命较短，需要相对高的投入[4]。
3.3进气空气加湿
进气空气加湿是对柴油机从进气管部分就增加空气湿度，这种方法从混合气进入发动机的最前端即对其进行处理，既避免了乳化柴油的复杂制备工艺，也避免了燃烧室直喷方式对柴油机结构的改装。
进气空气加湿可以大幅降低nox排放、控制不同工况下喷入水分的总量，目前采用对进气空气进行加湿的方法来降低柴油发动机的燃烧已经成为了国内外研究的热点。
2013年廖文蓉和王铁等人的研究结果表明进气空气加湿能够改善了柴油机的做功能力和循环效率；nox的生成量显著降低，降幅均在10～30%之间；而且柴油机的热效率有所提高[5]。
4结束语
经过对柴油机不同掺水燃烧方式在控制排放量、对发动机结构的改动以及降低燃油消耗等方面的对比分析，在三种燃烧方式中进气空气加湿是容易实现且降排效果最明显的一种方式，且在工艺上容易实现和控制。
参考文献
[1]高延龄.汽车运用工程[m].北京：人民交通出版社，1999：128.
[2]张东兴，杨瑞，谢伟超.柴油机电控单体式喷油器（eUi）开启压力测试装置[J].森林工程，2013，29（6）：89-91.
[3]鄢岚，任自中.气缸工质加水对柴油机noX排放的影响[C].中国内燃机学会第四届青年学术年会中国内燃机学会第四届青年学术年会论文集，2006.
生物燃油研发篇3
石油安全驱动了生物液体燃料产业
世界不少国家已经开始发展生物燃油产业（包括生物燃油加工业以及其相关产业，如能源农业和能源林业），其中共同的目的在于保障石油安全。巴西生物燃油产业利用蔗糖发酵制取生物乙醇，2002年消费量达到了104亿公升，替代率接近40％。
2004年中国石油净进口量为1.2亿吨，消费量为3.1亿吨，进口依存度达到了38.7％；国际能源署（iea）预测中国到2010年、2020年石油进口依存度将达到61.0％和76.9％。石油进口量和进口依存度的迅速攀升给中国石油安全带来了日益严重的影响；中国的石油安全问题也引起了一些国家的顾虑。
国产的石油和石油替代燃料能否“养活中国”呢？与资源有限的煤炭液化和国内油气资源开发等手段相比，资源可再生而且潜力巨大的生物燃油技术也受到了越来越多的关注。
生物燃油产业将带来显著的环境效益
能源农林业的大规模发展可以有效地绿化荒山荒地、减轻土壤侵蚀和水土流失。大量使用生物燃油对中国大气环境的保护和改善也有着突出的意义：与化石燃料相比，生物燃油的使用很少产生nox和Sox等大气污染物；生物质能源利用导致的Co2排放远低于常规能源。
到2050年生物燃油开发量如果能达到1.05亿吨（这一数据是基于能源研究所2005年“中国能源中长期开发利用前景分析”研究项目的生物质能部分的情景分析），则可绿化约3000万公顷荒山荒地，减排约3.1亿吨Co2。
发展生物燃油产业将为中国“三农”问题的解决做出相当的贡献
建设从能源农林业到生物燃油加工业的产业链将：
——带动农业经济和林业经济。
2020年生物燃油开发量预计为1900万吨左右，初步估算可给国家和地方创产值1000亿元。到2050年生物燃油开发量如果能达到1.05亿吨，将创造5000亿元左右的年产值、吸纳1000万个以上的劳动力、带动农村经济发展将：
——创造大量就业特别是农村地区的就业。
可以吸纳1000万个以上的劳动力，主要是农村劳动力将：
——为中国的城镇化建设提供有力支持。
一方面，中国的城镇化建设提高了人均能源需求量，特别是人均燃油需求量；另一方面，城镇化建设需要与之相伴的产业建设和就业机会的创造：能源农林业（和生物燃油加工业）在这两方面都可以发挥重要作用。
中国生物液体燃料的潜力
土地资源是生物燃油的矿床：
——有土地就有了生物燃油的原料地
——不能与农作物争土地
——应培育与开发粮、能兼收的能源作物，既产粮，又产油，实现土地的高效利用
生物燃油土地资源开发潜力：1.8亿公顷
1）农业用地
现有耕地1.3亿公顷，其中可粮能兼收的耕地0.043亿公顷
现有宜农荒地1亿公顷
扣除后备耕地0.0947亿公顷后，可作生物燃油的荒地0.26亿公顷
盐碱地0.1亿公顷
田坎地0.1亿公顷
沼泽地0.04亿公顷
可用于生物燃油的农业土地资源潜力0.54亿公顷
2）林业用地
林地面积2.63亿公顷
其中：有林地1.26亿公顷
无林地0.57亿公顷
宜林荒地0.54亿公顷
退耕还林地0.15亿公顷
可用于生物燃油的林地资源潜力1.26亿公顷
可用于生物燃油的土地资源潜力1.8亿公顷
土地资源分布
宜农荒地：主要在新疆、内蒙等2000万公顷
盐碱地：青海、新疆各自超过400万公顷
沼泽地：黑龙江、内蒙等大于200万公顷
田坎地：甘肃、四川、重庆等
宜林荒地：东北三省、内蒙、、西南
西北：新疆、甘肃、陕西
西南：云南、四川、贵州
大规模集约化种植和开发地区：新疆、内蒙、青海、黑龙江等
分散式种植和开发地区：东北、西南、西北等
中国生物液体燃料发展战略讨论
“以国家先期投入为主导，以企业、科研机构为主力”的技术研发战略
技术的成熟性和经济性对新兴的可再生能源产业来说是至关重要的，不少国家在可再生能源技术研发方面都有丰富的经验，特别是美国。美国可再生能源技术发展的核心战略是一贯的、明确的：以国家先期投入为引导，吸引产业界参与研制和开发长期（20年乃至50年后）可以发挥重大作用的关键技术，加速其商业化并形成相应的装备制造体系。
为确保生物质能研发及推广工作的开展，美国能源部计划在4年内投入500万美元研究经费，吸引相关单位对其拟定的项目进行申请。目前在美国已掀起新一轮的生物质能研发利用高潮，有大量的机构参与到该项目中。
中国借鉴美国经验、强化国家先期投入的引导作用是十分重要的（特别是考虑到中国政府对能源部门、农业部门的高度控制）：关键技术的发展可以得到足够的资金；各种相互支持或相互竞争的技术可以在一个系统性的框架中得到公平的筛选和发展。
“以政策扶植为必要辅助，以市场机制为根本基础”的产业发展战略
能源农林业和生物燃油加工业是有显著的能源、社会、环境效益的产业，应当得到一定的政策支持，比如税收优惠、贴息贷款等。这对于起步中的新兴产业尤为重要。中国已出台《可再生能源法》，但和之前的《大气污染防止法》、《节约能源法》、《清洁生产促进法》等相关法律一样，在对生物质能等可再生、清洁能源的支持上基本上都属于原则性而非操作性的法律；尚待具体、明确的规章出台。此外，中国常规燃油行业尚存在相当程度的垄断，制约了生物质液体燃料产业尽快进入市场。这类问题的解决也有赖于国家政策。
美国的生物柴油产业之所以落后于欧盟，主要原因就在于它相关激励政策的滞后。2004年底，美国总统布什签署的联邦公司税收法案中包含了对生物柴油的优惠政策，生物柴油的预期产量随之大增。
从长远来看，市场竞争机制是成本下降、竞争力提升的根本保证。
“少占、不占粮食耕地，充分利用林地、荒地”的土地利用战略
虽然中国耕地生产力还有较大提高空间，但大规模的能源农林业还是更依赖于中国面积巨大的无林地（属于林业用地）和宜林荒山荒地。
把林业生产和能源供给结合起来的思路对带动林业发展和增加燃油供给有着重要意义。值得一提的是，印度在发展能源林业上显示了巨大的决心。印度总理称：“如果我们能启动从植物中生产生物柴油的麻疯果计划，那么就可能为3600万人提供就业，3300万公顷贫瘠干旱的土地就可以开垦成油田。”
目前，中国国家林业局已经开始重视能源林业的发展可能，并组织了能源林业相关的一些基础调研工作。
发展建议
开展深入的资源潜力研究
作为未来生物燃油加工业的主要原料供给者的能源农业、能源林业，其潜力和意义仍未得到充分重视，目前在这方面的数据极为缺乏，建议国家有关部门部尽快开展如下工作：
开展土地可利用性的调研工作，包括可利用的土地资源的种类、面积和分布；
各类可能的能源植物的适宜性，及可能的发展潜力和分布；
将能源农业、能源林业纳入农业、林业发展战略研究的范畴，制定切实的发展战略和规划，加强技术研发；
高产、高含油且环境适应性强的能源植物（作物）新品种的选育；
能源作物收获、储存、运输等相关技术和设备，高效加工转换工艺和设备的研发；
产品生产、质量和使用的标准化研究；
作为后备生物燃油技术的BtL技术的研究等
扩大产业示范
中国初步实现了以粮食为原料燃料乙醇的规模化生产，从发展的观点看，为来生物燃油必须以非粮食的农业和林业作物为主要原料，因此，必须加快扩大产业示范，建设各种原料的从能源植物种植到生产液体燃料的完整产业链的示范工程，为规模化生产奠定基础。
扩大政策扶持范围
能源农林业和生物燃油加工业是有显著的社会和环境效益的产业，应当得到一定的政策支持。近年来，为推动生物燃油产业发展，出台了针对生物乙醇的补贴政策（对生物柴油还没有经济激励政策出台），但它属于随项目而定，缺乏连续性，还没有一套由国家主管部门出台的系统性的激励政策体系。
生物燃油研发篇4
摘要：利用废弃油脂制备生物柴油不仅具有可观的经济效益，而且具有良好的社会效益和环境效益.为研究生物柴油掺水微乳化的燃烧和排放性能，在同一台双缸四冲程直喷式柴油机上进行了对比试验，测量燃料的燃烧压力和排放浓度.研究结果表明：与生物柴油相比，生物柴油掺水微乳化燃料的峰值燃烧压力的相对高低随发动机负荷变化.在排放特性中，生物柴油掺水微乳化燃料的烟度和nox排放量显著降低，这证明掺水微乳化燃料能够改善燃烧状况，控制柴油机主要污染物排放.
关键词：
微乳化；生物柴油；燃烧特性；排放特性
中图分类号：tp392文献标志码：a
我国每年餐饮业废弃油脂产量达250多万t[1]，将其转化成生物柴油不仅可解决地沟油重返餐桌这一食品安全问题，同时也有利于减轻我国逐年加剧的能源紧缺问题.
由于生物柴油含有10%的氧，造成排放中nox含量较高.在环境保护日益受到重视的条件下，关于如何降低生物柴油nox排放的研究越来越多.生物柴油掺水微乳化燃料是生物柴油、水以及表面活性剂组成的具有热力学稳定性的混合物.它能够结合生物柴油和掺水燃烧的优点，而且长期稳定不分层[2].本文通过在生物柴油中掺入乙醇和水形成微乳化燃料，并与生物柴油进行燃烧和排放对比研究，为废弃油脂生物柴油的推广使用提供了试验、理论依据.
1试验仪器与方法
1.1试验发动机及测试仪器
试验采用的发动机为直列、水冷、四冲程、直喷式燃烧室Ct2100Q型.其主要技术参数如表1所示.
试验中采用由CB-566型燃烧分析仪、电荷放大器、压力传感器、光电传感器和曲轴转角发生器等组成的一套动态测试分析仪，测量发动机的示功图；废气排放采用aVLDiGas4000型发动机排气分析仪测量；烟度采用aVLDiSmoke4000型部分流不透光烟度计测量.
1.2试验燃料的配制
首先将生物柴油与乙醇按照9∶1的体积比混合配制成100mL基础燃料.乳化剂由于密度和黏度大且用量相对较少，采用称取质量的方法将乳化剂加入100mL燃料油中，然后按照试验要求分别掺水1mL和3mL搅拌形成生物柴油掺水微乳化燃料，分别用w1和w3表示.生物柴油用B100表示.试验用生物柴油的理化特性如表2所示，三种燃料的配制比例如表3所示.
1.3试验及处理方法
1.3.1燃烧特性试验及处理方法
选择转速为1500r・min-1，平均有效压力分别为0.1770mpa、0.1904mpa、0.3046mpa的工况点进行测试.燃烧压力通过燃烧分析仪直接测出并采集，连续采集100个循环并进行平均计算.
1.3.2排放特性试验及处理方法
试验中，选择转速分别为1500r・min-1和1800r・min-1的负荷特性（平均有效压力为0.0762～0.3427mpa），对比分析生物柴油掺水微乳化燃料与生物柴油的氮氧化物和炭烟排放特性.
2试验结果分析
2.1燃烧特性的对比分析
图1为转速1500r・min-1下，平均有效压力分别为0.0762mpa、0.1904mpa、0.3046mpa时燃料w1、w3与B100燃烧压力对比.从图中可看出：
（1）在小负荷下，w1和w3的峰值燃烧压力略低于B100.这是由于微乳化燃料中掺入水和乙醇，小负荷下缸内热力状态低，水的汽化潜热高，形成混合气需要吸收更多热量；乙醇的十六烷值低，同时水不能燃烧，使得微乳化燃料的着火性变差，影响燃烧过程，导致做功行程边燃烧边做功，峰值燃烧压力降低.由于w3中的掺水量比w1大，因此峰值燃烧压力低于w1.
（2）随着负荷的增加，w1、w3的峰值燃烧压力逐渐大于B100.造成微乳化燃料峰值燃烧压力升高的原因是：虽然w1和w3燃料的低位热值明显低于B100，但乙醇的含氧量为34.78%，远高于生物柴油，在燃烧过程中，w1和w3的高含氧量将使燃烧加速，放热也更加集中.同时，水作为微乳化燃料的内相，燃烧过程中水吸热汽化产生微爆效应，相当于对燃料进行二次雾化，从而使燃烧更加完全.而且，随着负荷的进一步增加，气缸内的热力状态提高，乙醇对燃烧的加速作用和水的微爆效应进一步得到体现.
（3）在高负荷状态下，随着负荷增加，循环供油量增加，进入气缸内的水增多，水汽化需要消耗更多的热量，因此造成峰值压力降低[3-6].
从试验结果可得出：随着负荷的增大，乙醇对燃烧的加速作用和水的微爆效应逐渐明显，但负荷增大到一定程度时这两个作用的影响逐渐减弱.
2.2排放特性对比分析
2.2.1nox排放对比
转速分别为1500r・min-1和1800r・min-1时w1、w3与B100的nox排放量对比如图2所示.从图中可看出，w1、w3的nox排放量明显低于B100，而且随着负荷增大，降低的幅度增大.转速为1500r・min-1时，在试验的六个工况点，微乳化燃油w1、w3的nox排放量相对于生物柴油分别降低了12.4%和16.1%.在微乳化燃料燃烧过程中，虽然乙醇的加入会使得微乳化燃料含氧量进一步增加，导致nox排放量增加；但是水的汽化潜热高于B100，在燃烧过程中吸收热量使得燃烧温度低于B100，并且水的微爆效应有利于燃油的充分雾化，防止局部富氧，从而使得微乳化燃料nox排放量降低.w1的nox排放量相对高于w3，这是由于w3的掺水量大，汽化对气缸内温度降低的影响大[7].
随着负荷增大，三种燃料的nox排放量逐渐增加，到达一定峰值后开始减小，特别是在转速为1500r・min-1时.对于柴油机而言，小负荷时，混合气中有较充足的氧，但燃烧室内温度较低，故nox的排放量较低；随着负荷增大，燃烧温度升高，故nox的排放量升高；大负荷高转速时，虽然燃烧温度升高，由于氧含量降低以及反应时间缩短，nox的排放量低.
2.2.2烟度排放对比
转速分别为1500r・min-1和1800r・min-1时w1、w3与B100的烟度排放量对比如图3所示.从图中可看出，小负荷时，w1、w3的烟度排放量高于B100，中高负荷下低于B100.小负荷下气缸内热力状态较低，水汽化进一步降低缸内温度，易于造成燃烧不完全，因而炭烟排放高.随着负荷的增加，气缸内热力状态提高，微乳化燃料中水的微爆效应使混合气均匀度提高，减少了局部缺氧现象，燃烧更加完全；而且水汽化使缸内温度下降，可防止气缸内局部高温区的形成，同时喷油嘴的温度有所下降，改善了喷油状况，燃烧中原有的高温缺氧、脱氢裂解大大减少.同时，燃烧过程中形成的C会与水蒸气发生水煤气反应，使气缸内的颗粒炭转化为Co2.因此，掺水燃烧后，炭烟排放减少.
三种燃料的炭烟排放量随负荷的变化趋势基本一致，都是先降低再升高.柴油机的烟度大小与工况密切相关.小负荷时柴油机的缸内状况（温度、压力、空气运动状况等）以及燃油喷射特性（喷射压力、喷雾贯穿度、燃油雾化质量等）均不佳，不利于燃烧完全进行，易于形成炭烟.在大负荷时因为过量空气系数小，烟度比中等负荷时的大.
综合以上分析，生物柴油掺水燃烧后可以有效降低nox和烟度，而且掺水量越多nox降低越多.
3结论
本文通过试验研究可以得出以下结论：
（1）在废弃油脂生物柴油中加入乙醇和水形成的微乳化燃料具有很好的稳定性，长时间放置不分层，可以在柴油机上直接使用，并且具有良好的性能.
（2）在水的微爆效应和汽化吸热、乙醇对燃烧的加速作用和低十六烷值的影响下，与生物柴油相比，生物柴油掺水微乳化燃料的峰值燃烧压力随着发动机负荷的增加而升高，负荷增大到一定程度时，微乳化燃料的峰值燃烧压力又相对降低.
（3）生物柴油掺水微乳化燃料燃烧时，由于水汽化吸热降低了燃烧温度，以及水的微爆效应改善燃油雾化，使得发动机nox排放明显降低，而且掺水量越多降低的幅度越大；炭烟排放在小负荷时较高，中高负荷时较低.
参考文献：
[1]中国网络电视台.全国每年数百万吨废弃油脂回流餐饮业[eB/oL].[2012-11-23].http：///20110630/105204.shtml.
[2]陈昊，李亚鹏，祁东辉，等.ZH1105w柴油机燃用生物柴油柴油甲醇的性能研究[J].公路与汽运，2012（5）：22-25.
[3]袁华智，朱铭，李阳阳，等.柴油机生物柴油甲醇混合燃料燃烧与排放特性[J].长安大学学报（自然科学版），2012，32（5）：97-101.
[4]任学成.微乳化生物柴油发动机燃烧和排放特性研究[D].西安：长安大学，2009.
[5]陈昊，祁东辉，边耀璋，等.柴油机燃用生物柴油乙醇水微乳化燃料性能研究[J].内燃机工程，2010，31（1）：21-26.
生物燃油研发篇5
关键词：爆震现象，汽油抗爆剂，发展概况
辛烷值是反映车用汽油质量的一个重要指标，体现了一个国家炼油工业和汽车工业水平。而添加抗爆剂就是提升辛烷值的一个重要手段。从1882年汽车工程师发现爆震现象以来，人类一直在寻找一种高效优良的抗爆剂来消除或减弱爆震。1912年凯瑟林和米奇里在没有任何理论根据指导下开始了抗爆剂的研究，1916年美国科学家小托马斯米基利发现了第一种抗爆剂--碘，1917年他又和CharlesKettering发现将乙醇加入汽油中能改进汽油的辛烷值，1921年小托马斯米基利将乙醇和汽油的混合研究成果申请了专利[1]，同年12月他又发现了高效抗爆剂四乙基铅（teL），1923年teL开始在车用汽油中大量使用，自此四乙基铅被认为是汽油中不可缺少的添加剂，1959年teL是唯一被世界使用的辛烷值改进剂，1960年后才开出现新的汽油抗爆剂。但自1970年日本东京新宿区发生铅中毒事件后，由烷基铅抗爆剂造成染引起了人们的广泛重视。研究结果表明，烷基铅本身和它燃烧后的产物都有毒，对环境和人体的危害大，1980年以来美国和西欧逐步禁止teL在汽油中添加，我国已于2000年7月在全国停止销售和使用含铅汽油，这就导致了优质不含铅的车用汽油的需求量也日益增加，促使各国都去努力探索高效而经济的途径来提高汽油的辛烷值。
一、汽油爆震燃烧及抗爆剂的工作原理
汽油在气缸中按自由基反应机理燃烧，包括链引发、链传播、链分支、链终止等步骤。爆震是一种当汽油机的压缩比燃料的辛烷值不匹配时出现的不正常燃烧现象，产生的原因为：点火后，随着最初火焰中心在气缸中传播，未燃混合气体受已燃气体压缩和热传递作用，温度和压力急剧升高，氧化反应增强，过氧化物迅速分解，自由基支链反应剧增，未燃混合气体局部的温度在最初火焰前锋到达之前超过其自燃点而产生爆炸性燃烧，在气缸内产生两个或多个燃烧中心，各火焰前锋相向推进，形成爆震波，随即产生爆震现象[2]。爆震现象能造成磨损机件，烧蚀气门、活塞或气缸等主要部件，使发动机过热，功率下降，油耗增加等危害。为了避免爆震现象的产生，需要在汽油中加入抗爆剂。抗爆剂的作用就是抑制燃烧反应自动加速，将汽油的燃烧速度限制在正常范围内，即在火焰前锋到达之前，抑制烃类自燃，使未燃混合气体的自燃诱导期延长，或使火焰的传播速度增加，达到消除燃料爆震燃烧的目的[3].
二、汽油抗爆剂的种类与发展过程
几十年来国内外所研发的无铅汽油抗爆剂种类繁多，主要有烷基铅、甲基环戊二烯三羰基锰（mmt）、甲基叔丁基醚（mtBe）、甲基叔戊基醚、叔丁醇、甲醇、乙醇等。但从元素组成来分类，可分为金属类抗爆剂和非金属类抗爆剂。接下来就各种抗爆剂进行讨论。
1、金属类抗爆剂
金属类抗爆剂主要包括金属羰基化合物和碱金属有机物两大类。金属羰基化合物与四乙基铅具有类似的结构和抗爆机理。金属羰基类抗爆剂主要有锰、镍、铁、铬等金属类羰基化合物。1890年路德维希・蒙德首次合成四羰基镍[4]，发现其具有抗爆性，1924年momepom发现了五羰基铁可作为内燃机汽油中的抗爆剂[5-7]，其抗爆性略好于四羰基镍，金属羰基类化合物在抗爆性方面最具有代表性的是锰羰基类化合物。可作抗爆剂的锰羰基类化合物有：五羰基锰、环戊二烯三羰基锰、十羰基二锰甲基环戊二烯三羰基锰，由于五羰基锰和环戊二烯三羰基锰的熔点分别为154℃、77℃，常温下为固体，均不便实际使用，得到广泛应用的是甲基环戊二烯三羰基锰，简称mmt。1959年美国ethyl公司在市场上推出了甲基环戊二烯基三羰基锰（mmt），作为四乙基铅的辅助抗爆剂使用，该抗爆剂能有效地提高汽油，特别是高石蜡烃组成的汽油的辛烷值。1990年ethyl公司以Hitec3000作为mmt商品使用牌号。
甲基环戊二烯三羰基锰具有下述优点：
1）、能有效地改善汽油品质，提高汽油辛烷值，抗爆效率高而添加量小，按万分之一添加，锰的含量不超过18毫克/L，可提高汽油2-3个辛烷值（按金属单位重量计的辛烷值高于四乙基铅的二倍以上）。
2）、燃烧性好，能随燃料一同完全燃烧而不产生沉淀或残渣，节油效果明显；
3）、无副作用，对燃料其它性质无不良影响；
4）、易溶解，在室温下即能溶解于汽油而不溶于水；
5）、性质稳定，在空气中不分解，沸点较高，不易蒸发损失；
6）、熔点低，不易结晶，便于实际使用。
mmt具有以上众多优点，但作为金属抗爆剂也存在不少缺点，mmt的燃烧排放物会沉积在燃烧室、进气阀和火花塞表面，缩短进气阀寿命，使火花阻塞不能正常点火[8]，影响发动机正常工作，并对汽车尾气净化剂有中毒现象。mmt本身毒性就很强，mmt可以引起肺气肿及肺出血等症状，也可以引起呼吸道、肝和肾的恶性病变，特别对呼吸道损害严重。鉴于mmt的种种缺点，eeC国家（eeC国家指欧洲共同体国家）和日本已禁止使用mmt作为汽油添加剂，但在我国，由于社会经济的发展程度，目前仍在使用。
20世纪40至70年代碱金属有机抗爆剂得到广泛的研究，碱金属有机类抗爆剂最初是作为铅类汽油的抗爆助剂被研究，到后来作为单独的抗爆剂研制。碱金属有机抗爆剂燃烧后的氧化物熔点低、易排出、对环境危害小、不会造成三元催化剂中毒。制作碱金属有机抗爆剂成本低，工艺简单[9]。但碱金属燃后的金属氧化物为离子化合物，不易挥发，易在吸气管中沉积，造成油路堵塞。有些碱金属有机抗爆剂需加助剂，还会造成汽油诱导性变差。碱金属有机抗爆剂在抗爆领域未能得到广泛应用。
2、非金属抗爆剂
由于金属类抗爆剂产生的颗粒物污染和对三元催化器的损害等问题，对其研究处于相对停滞阶段。各国对抗爆剂的研究重点放在了非金属类，非金属类抗爆剂主要有醚、醇、酯类等[10]。
2.1醚类抗爆剂
目前醚类抗爆剂主要有甲基叔丁基醚（mtBe）、二异丙醚（Dipe）、叔戊基甲基醚（tame）、乙基叔丁基醚（etBe）。醚类物质本身具有较高的辛烷值，加入到汽油中可以有效的提高汽油的辛烷值，该类抗爆剂目前应用的较为广泛，其中甲基叔丁基醚（mtBe）是我国最主要的抗爆剂。
mtBe是一种无色透明、粘度低的可挥发性液体，具有特殊气味，含氧量为18.2%的有机醚类。它的蒸汽比空气重，可沿地面扩散，与强氧化剂共存时可燃烧。20世纪70年代，mtBe作为提高汽油辛烷值的汽油调和组分开始被人们注意。mtBe的基础辛烷值Ron：118，mon：100，是优良的汽油高辛烷值添加剂和抗爆剂。mtBe与汽油可以任意比例互溶而不发生分层现象，与汽油组分调和时，有良好的调和效应，调和辛烷值高于其净辛烷值。mtBe化学性质稳定，含氧量相对较高，能够显著改善汽车尾气排放，降低尾气中一氧化碳的含量。而且燃烧效率高，可以抑制臭氧的生成。它可以替代四乙基铅作为汽油抗爆剂，生产无铅汽油。现在约有95%的mtBe用作辛烷值提高剂和汽油中含氧剂。但是mtBe有很强的溶水性，可以渗入土壤污染水体，而且mtBe不容易降解，地下水中的mtBe需要十年以上的时间才能降解到没有威胁性。2010年，美国已全面禁用mtBe，由于mtBe对水造成严重污染，世界各国也纷纷禁用mtBe，虽然亚洲还没有出台对mtBe的禁令，但对mtBe的争论也制约了mtBe的发展。
2.2醇类抗爆剂
醇类添加剂原材料广泛，有很大的市场潜力，目前有甲醇、乙醇、叔丁醇等低碳醇作为汽油添加剂使用。因为甲醇和叔丁醇具有较强的毒性，限制了它们的发展应用。乙醇通常采用谷物、薯类及甘蔗等农作物生产。粮食转化为乙醇，乙醇燃烧放出二氧化碳和水，农作物经光合作用消耗二氧化碳，再生成粮食。是一种可再生资源。将乙醇添加到汽油中后，可提高汽油辛烷值，增加氧含量，使汽油燃烧更完全，降低汽车尾气中有害物质排放。测试表明，含乙醇10%（体积）的车用乙醇汽油比同牌号汽油，汽车尾气中一氧化碳排放量可下降30%，烃化物排放下降10%，使用车用乙醇汽油有利于改善环境。目前美国、巴西、欧盟正广泛使用乙醇汽油，巴西更是唯一只销售乙醇汽油的国家。我国也正大力推广乙醇汽油，已经在几个省份运行，市场反应良好。
2.3脂类抗爆剂
作为汽油抗爆剂，酯类化合物中碳酸二甲酯（DmC）最受关注，被认为是最具发展前途的辛烷值改进剂。另外，研究表明，加入DmC后，对汽油的饱和蒸汽压、冰点和水溶性影响不大。DmC和mtBe相比，DmC的含氧量高，汽油中达到同样氧含量时，DmC的添加体积只有mtBe的40%左右。另据美国专利报道，丙二酸酯添加剂可以提高汽油的辛烷值。如在基础汽油中加入体积分数为10%的丙二酸二甲酯，可将汽油的辛烷值由89.25提高到99.45。这种添加剂不会增加发动机的磨损，不损坏尾气催化转化器、不违背防污染法规，而且加水后也不发生相分离。实验室研究结果表明汽油机燃用掺混1.2%DmC的汽油，燃烧速度快、tHC排放效果改善明显，降低20%，汽油机在小负荷时一氧化碳排放降低45%；在低负荷和高负荷时nox排放降低20%，非常有利于环保。目前对DmC使用效果的评价仅限于实验室。
3复配类抗爆剂
复配类抗爆剂系采用不同高辛烷值物质复配，形成良性协同效应的复合抗爆剂产品。抗爆效能较金属抗爆剂弱，但比其他几类抗爆剂更强，添加量不受限制，且不对其他质量指标产生负效应，为各类抗爆剂中最具前景的新型抗爆剂，目前仍处于理论研发阶段。
综上所述，抗爆剂的发展主要经历了以下几个阶段：（1）没任何理论的摸索阶段（2）四乙基铅的发现和广泛应用阶段（3）认识四乙基铅的危害及寻找替代的阶段（4）mmt的使用以及存在的问题（5）mtBe为代表醚类抗爆剂的广泛应用及其对环境的危害（6）乙醇汽油的推广使用（7）新型抗爆剂的研究阶段。目前，正在使用的多为mmt、mtBe、乙醇三种抗爆剂，前面我们已经讨论了mmt、mtBe对生态环境和人身健康的危害性，以后会逐步淘汰，而乙醇虽然毒性小，利于环保，但是其对汽车部件腐蚀大，吸水性强易分层等不良特性也会对以后的发展产生制约。
根据上述我们讨论的抗爆剂的发展阶段和存在的问题，在以后的发展方向上要结合环保、经济、节能等因素综合考虑，研制无毒、工艺简单、生产成本低、高效、环保、可再生的新型汽油抗爆剂。
参考文献：
[1]方泽军，纪常伟，江硕峰.汽油添加剂的现状与发展趋势[J].小型内燃机与摩托车，2008，17（1）：87-91
[2]石怀枝，张秋香.汽油抗爆剂在呼石化公司的应用现状及发展方向[J].内蒙古石油化工，2010年第9期：63
[3]袁晓东.烃类爆震燃烧机理和抗爆剂作用机理的探讨[J].石油与天然气化工，2002.31（2）：79-81
[4]王炳根.羰基物替代四乙铅提高汽油辛烷值[J].四川有色金属，1994，（4）：40-46.
[5]GibsonHJ，LigettwB，warrentw.moreDataonmanganeseantiknock[J].petroleumRefiner，1959，38（6）：104-198.
[6]CordesJF.whichantiknockwillitBe-aromaticsormmt[J].ChemtechChtedd，1978，8（8）：484-487.
[7]BrownJe，LovellwGa.newmanganeseantiknock[J].industrialandengineeringchemistry，1958，50（10）：1547-1550.
[8]杜德魁，潘勇.燃油抗爆剂mmt对火花塞的影响[J].技术与市场，2005，4（7）：25.
[9]袁海欣，郑远洋，郭秋宝.含碱金属的有机抗爆剂[J].石油商技，2004，22（2）：25-28.
生物燃油研发篇6
关键词能源供给能源价格波动燃料乙醇
一、引言
中国的经济持续增长伴随着能源消耗的同步增加，在我国能源消费结构中，原油占到总量的20%左右，它与电力构成能源体系中两大主要能源类型。近年来，高增长下的中国通过大量进口石油，保证经济快速发展。2010年，我国原油表观消费量首次突破4亿吨，而进口原油达2.39亿吨，对外依存度已经突破50%。我国国内原油产能已经接近饱和，对国际原油输入的依赖越来越大，这将导致我国面临能源供给和能源价格安全的双重压力。为了缓解能源供给安全压力，国家已经在海外积极拓展油田投资和开发，着力解决原油供给问题。但是，现阶段国际形势为我国原油的海上运输蒙上了一层阴影，以日本、韩国及其列岛构成的我国外海第一岛链①，若出现政治动荡，会对石油海运造成阻隔之势。马六甲海峡是我国航海贸易运输的主要咽喉，从该海峡运输的石油占总进口石油的4/5以上（马晓宇等，2007），而美国在东南亚（特别是泰国）的势力渗透更是试图掐住马六甲海峡这个国际海运的咽喉，若遭遇紧张国际形势，中国的原油输入障碍将直接影响能源安全和国民经济运行。另一方面，我国没有国际石油的定价权，大量原油输入国内，其价格传导效应将十分明显，国际原油价格的居高不下将会影响国民经济运行的成本，甚至可能会引起通货膨胀。
能源从供给和价格两个方面对经济造成影响。一方面，能源的充足供给保证经济稳定发展。龚志民（2006）从可持续发展角度出发测算了能源缺口下的中国经济；东部地区能源与经济之间的互动机制基本形成（于全辉和孟卫东，2008），能源缺口一旦出现，将直接导致我国经济增长的重点区域的产出减少。能源缺口对产业的影响程度不一，能源密集型产业较非能源密集型产业更易受到供给影响（Leeandni，2002），所以，我国以劳动密集型和能源密集型产业为主的产业结构对能源的依赖程度理应引起我们的警觉。赵涛等（2009）利用嵌入能源消费的CD函数模型，推导并实证研究了能源与经济增长之间相互依存相互影响的辩证关系，再次验证了能源作为基础要素投入的重要性。另一方面，能源作为工业产出的基础性原料，其价格波动将通过生产成本反映在价格体系的各个层面。DavisandHaltiwanger（2001）通过分析油价波动对创造就业和失业的影响，发现石油价格和货币政策造成的失业作用要比创造就业的作用大得多。林伯强和王锋（2009）研究了能源价格上涨对我国一般价格水平的影响，指出各类能源价格上涨导致指数上涨幅度最大的是ppi和GDp平减指数，并可能引起成本推进型的通货膨胀。
在国际能源价格出现波动和全球能源供给紧张的局面下，众多学者将目光转向液态生物质燃料的发展。然而中国发展液态生物质燃料的必要性一直存在争议，争议的焦点在于：第一，生物质燃料是否是缓解原油安全威胁的唯一途径；第二，全面发展生物质燃料是否会导致对耕地资源配置的影响；第三，全面推广生物质燃料是否会影响使用燃料的机械设备的技术改进或者替换问题；第四，生物质燃料较传统能源是否具有优越的成本收益率。明确回答上述问题是后续研究的重要前提。
首先，石油产品（汽油和柴油等）是交通运输和动力机械的能源，不能被煤炭直接替代，电力替代（如电动汽车）的可能性从短期来看也不高。这是因为：液态能源的发动机已经广泛深入社会生活，通过液态质的生物质燃料替代具有较好的可持续性，巴西、美国和欧盟等国家和地区的生物质燃料利用给出了很好证明。目前巴西的汽车均使用100%生物乙醇或22%~25%的混合乙醇汽油；欧盟出台政策规定将生物柴油使用混合比例到2020年提高至10%；美国更是通过立法明确了燃料乙醇作为替代燃料的社会地位（曹俐和吴方卫，2010）。上述各国的生物质燃料产业的发展，一方面充分发掘了当地的资源禀赋（如巴西甘蔗含糖量居世界首位，美国的玉米产量世界第一），另一方面在生物质燃料的技术研发方面有重要成果。反观中国，国民经济处于快速发展阶段，对燃料的需求将持续一段时间，因此通过各类能源作物的生产来提炼生物燃料存在可行性。
其次，中国液态生物质燃料，特别是燃料乙醇的原料已经过渡到非粮食作物的阶段，即通过边际土地的开发避免“与粮争地”问题的出现。2007年出台的《可再生能源中长期发展规划》中也明确提出不再增加以粮食为原料的燃料乙醇生产能力，合理利用非粮食生物质原料生产燃料乙醇，提出扶持以木薯、甘薯、甜高粱等为原料的燃料乙醇技术。在这个前提下，中国液态生物质燃料的发展不会对有限耕地的配置造成负面影响。
第三，发展液态生物质燃料的可能影响属于外部性范畴。液态生物质燃料在生产和利用过程中的正负外部性并存。正外部性包括：在能源安全约束和经济持续增长背景下，当石油供给出现缺口时，生物质燃料弥补汽油和柴油所带来的经济溢出，表现在对整体经济的促进、对资本和劳动要素合理配置的优化和吸纳农村剩余劳动力的贡献；非粮能源作物种植、原料搜集和燃料利用过程，生物质燃料具有在固碳释氧、保持水土、温室气体减排等方面的生态溢出效应。而负外部性指的是生产液态生物质燃料过程中的能源消耗以及燃料推广使用过程中的成本，甚至包括原料种植对生态环境的可能影响。对上述问题的既有研究还没有明确结论，特别是对外部性问题涉及的研究不多。但是从宏观经济层面分析，中国正处于能源需求的关键阶段，增长对中国而言十分重要。虽然液态生物质燃料的生产成本较传统能源没有优势，甚至略高于传统能源，表面上不具有竞争力，但由于液态生物质燃料发展存在外部性，发生了市场失灵现象。只要清醒认识影响生物质燃料产业市场失灵的真正原因，充分分析该产业的对社会经济作用机理，理清正外部性和负外部性的综合影响，通过政府补贴等手段，就可以达到既能弥补能源缺口又能健康发展液态生物质燃料产业的目地，而国外生物质燃料利用较好的国家就是良好例证2009年，美国燃料乙醇产量突破2000万吨油当量，巴西也突破1300万吨油当量，欧盟的生物柴油产量在2010年为2200万吨，而中国的燃料乙醇仅有100万吨左右，生物柴油则更少。。
众多学者也对液态生物质燃料的社会经济影响做了研究。中国的能源安全和粮食安全因石油价格和生物原料将受到国际市场波动的影响(Yangetal.，2008)，寻求发展新的生物质燃料原料将十分必要，同时能够给供给不足的汽油提供有益的补充。发展非粮液态生物质燃料能够避开可能的“与粮争地”和“与人争粮”困境。张锦华等（2008）通过构建燃料乙醇的行为分析框架，分析了短期和长期动态均衡下的生物能源发展对粮食安全的影响，并给出通过开发非粮食原料来补充能源供给缺口和避免粮食安全的建议。王子博（2009）利用历史数据构建潜在产出测算模型，认为液态生物质燃料（燃料乙醇和生物柴油）作为汽油或柴油的替代品，对缓解能源缺口具有重大意义。章辉和吴方卫（2009）通过对未来汽油市场的供给情况的预测，分析模拟了我国发展燃料乙醇对我国能源安全和经济发展的影响，得出燃料乙醇对缓解汽油需求和保障经济可持续增长具有一定作用的结论。上述研究从不同层面分析了液态生物质燃料发展的可能影响，但是较少将液态生物质燃料乙醇的补充对原油供给和原油价格波动同时联系起来。
液态生物质燃料产业发展正外部性中的经济溢出是值得关注的话题，特别是对经济增长的影响不容忽视。为此，需要准确分析发展燃料乙醇对我国能源供给不足和价格波动的潜在威胁缓解机理进行梳理。同时，当我国面临因能源供给不足造成的产出不足以及因价格传导引致的成本推进型通货膨胀时，燃料乙醇的补充途径如何？对其研究具有指导性意义。本文首先分析目前中国能源结构与国际能源价格对中国的影响，进而建立一个以燃料乙醇为例的理论模型及分析框架，基于原油供给不足和原油价格过度波动所引起的国民经济影响，并结合我国液态生物质燃料产业的实际状况，回答生物质能源的发展对国家能源安全、国民经济的影响及可能的解决路径。
二、中国燃料乙醇产业发展必要性的现实依据：能源结构与价格冲击
（一）能源结构、原油对外依存度与燃料乙醇利用现状
1990年以来，中国的GDp从4.5万亿增长至2009年的34万亿元以上2009年不变价格计算。。在这个过程中，能源消费总量也呈现同趋势增长。1990年全国能源消费总量仅为9.7亿吨标准煤，而到2009年已经超过30亿吨标准煤。从增长速度分析，历年GDp增速一直维持在8%以上，并于1992年和2007年前后达到高位。相对而言，能源增长速度的波动较为明显，整体呈现波浪型曲线。在1999年前后的能源消耗增速一度下降至原点，随后与2005年前后达到高位，在2008年国际金融危机后下滑势头较为明显。
中国能源消费的绝对数量一直不断增加，而能源消费结构长期以来没有发生根本性变化。原煤比重远远高于其他能源，一直维持在70%左右。原油的消费比重仅次于原煤，平均维持在20%左右。其余能源的比重与前两类能源差距明显。
中国原油消费数量不断上升，2009年达到3.8亿吨。中国原油国内产量一直维持在较为稳定的水平，较大幅度提升国内产能很难实现。因此，随着中国经济的发展，对原油需求剧增，从国际进口原油成为主要选择。例如，2003年中国原油净进口量超过1亿吨，到2009年已经突破2亿吨，对外依存度已经高达53%。在煤炭和电力充分自给的情况下，中国原油供给出现了不容忽视的危机。居高不下的能源强劲需求以及无法逆转的原油大量进口，导致中国的经济增长面临能源供给安全问题。
燃料乙醇是汽油的有益补充，而中国的燃料乙醇产量2008年仅为102万吨油当量数据来源：2010年《Bp能源统计年鉴》。，2009年仍然维持在这个水平，但是汽油的消费量在2008年已经达到6145万吨，是燃料乙醇总量的60倍左右，明显的能源结构差异反映出中国燃料乙醇产业整体规模不足的状态。按燃料乙醇生产原料划分，中国的燃料乙醇产业发展可以分为以粮食作物为原料和以非粮食作物为原料两个过程。中国最早的燃料乙醇研究和发展规划开始于20世纪80年代中期。发展初期的侧重点是燃料乙醇生产技术的实验室科学研究。20世纪90年代后期，燃料乙醇生产开始进入试点阶段，这个阶段的特点是国家投入资金建设燃料乙醇的生产基地，并给予相应的政策扶持。随着中国陈化粮的消耗和中央政府对粮食安全的逐步重视，以粮食作物为原料的燃料乙醇项目受到限制。2007年颁布的《可再生能源中长期发展规划》中明确提出，不再增加以粮食为原料的燃料乙醇生产能力。在这个背景下，2007年政府批准在广西建立以木薯为原料的燃料乙醇企业，年生产能力为20万吨，并于2008年初正式投产。纤维素生产燃料乙醇研究工作已接近完成实验室研究阶段，步入中试和产业化培育阶段，其中，中国科学院于在2007启动了“纤维素乙醇的高温发酵和生物炼制”重大项目，山东大学微生物技术国家重点实验室也有相应研究课题，同时来自华东理工大学、天津大学、中国农业科学院麻类研究所和陕西师范大学等高校和研究机构都在进行创新性研究。虽然纤维素产业化生产尚未实现，但是现有的以粮食作物为原料的燃料乙醇生产企业也在积极拓展纤维素应用的领域。中国的燃料乙醇生产技术正在不断创新，更高效率的提炼技术推陈出新。美国、巴西和欧盟的经验说明，燃料乙醇是目前技术最成熟、使用最大且商业化程度最好的生物燃料，乙醇混合汽油的性能与传统汽油相似，可以预见，中国的生物质燃料产业具有广阔的市场前景。
（二）国际原油价格的冲击：燃料乙醇产业发展的现实依据
外部冲击对国内能源价格存在影响（中国经济增长与宏观稳定课题组，2008），而国内能源价格上涨对经济体系也会产生影响：外部价格输入将提高下游产品的生产成本，之后会移动一国的菲利浦斯曲线并造成通货膨胀的压力。能源价格上涨主要通过两个渠道影响中国的价格水平，第一是通过生活资料的渠道直接反映到消费者价格指数（Cpi）上，第二是以原材料和生产要素价格上涨的形式，从工业产业链的上游传导到下游，间接地影响生产者价格指数(ppi)和消费者价格指数（林伯强和王锋，2009）。
向量自回归（VaR）模型可用于时间序列系统的预测和随机扰动对变量系统的动态影响。该方法避开了结构建模方法中需要对系统中每个内生变量关于所有内生变量滞后值函数的问题。在向量自回归的基础上，可以通过脉冲响应函数随机扰动项的一个标准差变动来考察它对内生变量及其未来取值的影响。为了反映国际原油价格对国内各类价格体系的影响，本文下面进行VaR脉冲响应分析，考察随机扰动所产生的影响以及其影响的路径变化。
下面利用VaR脉冲分别对国际原油价格与燃料动力价格、工业品出厂价格指数（ppi）和居民消费价格指数（Cpi）变动进行分析。对平稳性检验结果分析可知（如图3、图5和图7所示），VaR模型的全部特征根倒数均在单位圆内，这说明VaR模型平稳，进而可以分析国际原油价格变动对国内燃料动力购进价格、工业品出厂价格指数（ppi）和居民消费价格指数（Cpi）的冲击影响。从脉冲结果可知（如图4、图6和图8所示），国际原油价格波动对上述三类价格的冲击存在明显稳定性，国际原油价格对国内燃料动力购进价格、工业品出厂价格指数和居民消费价格指数都有正向影响，这进一步说明原油对外依赖将带来对国内市场冲击的威胁的判断。
通过上述分析可知，中国的能源结构和国际能源价格环境都显现出液态生物质燃料产业发展的必要性，而其中燃料乙醇产业如何缓解可能的能源安全威胁需要进一步分析。
三、模型的基本假设
本研究着眼于汽油和燃料乙醇构成的液态能源市场。D(x)代表液态能源市场的总需求，S(x)代表液态能源市场的总供给，在局部均衡分析中，取得均衡时满足：
D(x)=S(x)（1）
把总需求分成两个部分：x1代表汽油数量，x2代表燃料乙醇数量，表示总需求的液态生物质燃料需求部分，并且假定化石燃料和燃料乙醇的使用效果相近，即两者具有明显替代性。总需求表达式为：
D(x)=D(x1)+D(x2)（2）
通常情况下，影响液态能源市场的总需求有如下因素：汽油的价格（pp），燃料乙醇价格（pb），政府对燃料乙醇消费的补贴（ps），居民收入（Y），国内生产总值（G）。通过下述函数表示：
D(x1)=F1(p－p,pb+,Y+,G+)（3）式中函数F1中的自变量都是D(x1)的自变量，自变量变动对通过影响x1后作用于D(x1)，下同。（3）
D(x2)=F2(p+p,pb－,Y+,G+,p+s)（4）
其中，字母上方符号表示该变量变动对函数的影响，如p－p表示pp价格上升将导致D(x1)需求量下降。
由此，总需求可表示为：
D(x)=F(pp,pb,Y,G,ps)（5）
在现有文献中需求分析的主要方法有：近似理想需求模型（almostidealDemandSystem，简称aiDS）、线性近似模型（LinearapproximatealmostidealDemandSystem，简称La/aiDS）、Fao需求预测中的各种恩格尔曲线模型以及恩格尔函数模型。考虑到本研究的一般性探讨，本文采用较易分析的双边对数形式，即：
lnD(xt1)=a′1lnptp+a′2lnptb+a′3lnYt+a′4lnGt（6）
lnD(xt2)=a″1lnptp+a″2lnptb+a″3lnYt+a″4lnpts+a″5lnGt（7）
lnD(x)=a1lnptp+a2lnptb+a3lnYt+a4lnpts+a5lnGt（8）式中a1和a2的符号是由（6）（7）两式对应系数决定，考虑到现阶段汽油使用的绝对性比重，燃料乙醇的替代不会对整体能源结构产生根本性改变，认为合并后的（8）式中的符号与（6）式符号相同。（8）
另一方面，本文把总供给分成两个部分，即：液态化石燃料汽油的供给函数S(x1)和生物乙醇供给函数S(x2)，其中S(x1)包含国内原油产出和国外原油进口，可表示为：
S(x)=S(x1)+S(x2)（9）
通常情况下，影响总供给的因素有：燃料乙醇价格（pb），汽油提炼的技术进步（t1），影响原油供给的冲击（Shock）（包括国际原油供给不足和国际原油价格过快上涨），燃料乙醇生产的技术进步（t2），生产燃料乙醇的生产补贴（i），燃料乙醇原料的开发和生产成本（C）通过下述函数表示：
S(x1)=G1(p+p,p+b,t+1,Shock－)（10）
S(x2)=G2(p+p,p+b,t+2,i+,C－)（11）
在农业供给分析中，现有研究主要运用一般性里昂惕夫生产函数模型、投入需求系统模型等，本研究运用农业供给反应模型。为便于对比分析，供给分析仍然采用双边对数形式，即：
lnS(x1)=b′1lnptp+b′2lnptb+b′3lntt1+b′4lnShocktb（12）
lnS(x2)=b″1lnptp+b″2lnptb+b″3lntt2+b″4lnit+b″5lnCt（13）
lnS(x)=b1lnptp+b2lnptb+b3lntt1+b4lntt2+b5lnit+b′6lnCt+b7lnShock（14）
四、框架分析与解决路径
框架分析是一种较为理想的分析方法，它依赖严格的前提假设和约束设定。为了满足分析的合理性，本文对液态能源市场进行宏观假定：
第一，能源消费结构中，燃料乙醇对汽油的替代是通过乙醇汽油形式进行，且此种替代可以瞬时完成。
第二，国家为了确保粮食安全和避免因粮价上涨带来的通货膨胀，不提倡使用粮食作物（如玉米）生产液态生物质燃料，本框架中所涉及的燃料乙醇都是指由非粮作物原料生产的燃料乙醇。
第三，国家财政有能力通过补贴和其他倾斜政策促进边际土地开发和非粮作物原料的种植。
第四，燃料乙醇具有替代和互补的双重性。乙醇汽油中的燃料乙醇与该部分汽油是互补的关系，而作为混合状态下的乙醇汽油与传统汽油是替代关系。
（一）开放经济下的市场出清：需求不变，供给结构可变
在短期内，我国经济对能源的需求不变，但是不同的能源结构下的经济运行平稳性不同，本节试图通过能源供给角度分析国际原油价格波动对我国经济生活的影响，回答缓解能源安全的途径和出路。
情形1：短期市场出清下的汽油供给
t期的汽油需求比例为at%，t+1期的比例调整为at+1%，短期市场出清条件下有：
S(xt1)=at%D(xt)（15）
S(xt+11)=at+1%D(xt+1)（16）
因为短期需求不变，当at%≤at+1%，有
S(xt1)≤S(xt+11)（17）
此时出现能源需求结构调整，两边取对数可得：
b′1lnptp+b′2lnptb+b′3lntt1+b′4lnShockt
b′1lnpt+1p+b′2lnpt+1b+b′3lntt+11+b′4lnShockt+1（18）
短期内考虑技术进步不发生变化，tt+11=tt1，则：
pt+1pptp>Shockt+1Shockt－(b′4/b′1)•pt+1bptb－(b′2/b′1)（19）
当中国经济未能改变对传统汽油的依赖时，中国国内油价将受到国际油价波动的直接影响。从（19）式可知，国内汽油价格pp的上升幅度受到国际原油价格（Shock）以及燃料乙醇价格pb的直接影响。由于燃料乙醇在液态化石能源的结构所占比例较小，其价格变动对汽油价格的影响程度有限。由此可知，我国国内汽油价格直接受制于国际市场原油价格。一旦出现短期能源价格过快上涨，高度依存度下的中国国内油价势必同步上涨，从而传导至国民经济的其他行业领域，并最终通过ppi和Cpi等价格指数显现出来。
情形2：短期市场出清下的燃料乙醇供给
t期的汽油需求比例为at%，t+1期的比例调整为at+1%，短期市场出清条件下有：
S(xt2)=(1－at%)D(xt)（20）
S(xt+12)=(1－at+1%)D(xt+1)（21）
因为短期需求不变，当(1－at%)≤(1－at+1%)，有
S(xt2)≤S(xt+12)（22）
此时出现能源需求结构调整，两边取对数可得：
b″1lnpt+1p+b″2lnpt+1b+b″3lntt+12+b″4lnit+1+b″5lnCt+1
短期内，燃料乙醇生产的技术进步t2和开发和生产成本C不变，那么可得：
pt+1pptp
从燃料乙醇发展对国内汽油价格的影响角度分析可以看出，由于乙醇汽油和传统汽油的替代关系，汽油价格pp可以依靠大量的燃料乙醇pb输入市场得到释放，即利用乙醇汽油的价格来影响传统汽油的价格。国家对燃料乙醇生产和使用的补贴越高，燃料乙醇的价格越便宜，由此可以带动传统汽油价格的下降。所以，要降低国内传统汽油的价格波动，可以通过扩大燃料乙醇的市场注入实现。
推论一：在开放经济条件下，国际原油通过价格传导影响我国汽油价格，在需求不变的条件下，我国面临能源价格波动安全隐患。如果我国液态能源市场仍以传统汽油为主，那么国际原油价格的波动将通过价格传导影响我国一般价格水平，甚至导致成本推进型的通货膨胀；如果我国液态能源市场的结构得到优化，可以通过扩大燃料乙醇供给，以及乙醇汽油价格的调控缓解因外部原油价格造成的国民经济影响。
（二）开放经济条件下的长期市场出清：供给可变
在长期状态下，能源供给可变，我国将面临来自国际原油价格波动和原油供给不足的双重压力，本节试图通过分析上述情形出现时的能源结构分配问题，探讨如何通过发展液态生物质燃料乙醇来缓解因能源安全带来的不利影响。
情形1：燃料乙醇供给总量不变条件下的国外原油价格影响
燃料乙醇供给不变，随着我国液态能源需求的增加，能源结构趋向于传统汽油的主导优势的加强。由此，我国传统汽油的供给和需求在第t期和第t+1期可分别表示为：
由（27）可知，我国的原油价格波动方向与国民经济增长的波动方向相同，由于燃料乙醇的供给幅度不变，其价格对汽油价格的波动不造成影响。当不存在外部原油价格冲击时，通过提高我国汽油提炼和使用的技术可以一定程度上保证物价稳定（pp）和经济增长（G）。但是，出现外部原油价格波动时，我国将面临稳定物价和保证经济持续快速增长的矛盾，这是因为中国存在较高的原油对外依存度，要控制国内汽油价格的上升幅度只能通过闲置汽油的使用，这将导致GDp的减少。若要保证国民经济的持续增长，只能通过牺牲高物价带来的社会分配成本。由此可见，我国过高的原油对外依存度将面临成本推进型的通货膨胀与经济增长放缓的双重压力。
情形2：燃料乙醇供给总量不变条件下的国外原油供给影响
如果燃料乙醇供给不变，随着我国液态能源需求的增加，能源结构趋向于传统汽油的主导优势的加强，这时出现k%的原油进口缺口。我国传统汽油的供给和需求在第t期和第t+1期可表示为：
当我国出现外部原油供给不足时，我国GDp面临增速放缓的威胁。此时，原油缺口比例k%越高，GDp增长速度减少的幅度e－(a′4)－1k%越大，来自汽油价格和燃料乙醇的价格缓解将无任何作用。由此可见，在我国燃料乙醇发展空间没有得到扩展时，由于国际原油供给紧张将直接导致我国国民经济产出减少的严重后果。
情形3：燃料乙醇供给增加条件下的国外原油价格影响
假设我国开始扩大燃料乙醇原料的种植，燃料乙醇产量按照m%速度增长。由此，在第t期和第t+1期我国燃料乙醇所占比例分别为qt%和qt+1%：
当燃料乙醇的加快供给未能根本改变能源结构时，即(1+m%)qt%qt+1%>1，此时有：
由此可见，我国仍将面临我国过高的原油对外依存度将面临成本推进型的通货膨胀与经济增长放缓的双重压力。
当燃料乙醇的加快供给已经根本改变能源结构时，即(1+m%)qt%qt+1%
此时可以保证在高增长下的汽油价格波动平缓，还可以利用对燃料乙醇的补贴来降低乙醇汽油的价格，同时完成经济高速增长和价格水平基本稳定的任务。
情形4：燃料乙醇供给增加条件下的国外原油供给影响
假设我国开始扩大燃料乙醇原料的种植，燃料乙醇产量按照m%速度增长，那么在第t期和第t+1期我国燃料乙醇所占比例分别为qt%和qt+1%，此时若出现国际原油供给紧张的局面（k%为正常条件下的原油供给缺口），即：
当燃料乙醇的加快供给未能根本改变原油缺口带来的能源供给不足时，即(1+m%)qt%(1－k%)qt+1%>1，此时有：
所以，我国仍将面临因能源缺口导致的经济增速放缓的困境。
当燃料乙醇的加快供给已经根本改变能源结构时，即(1+m%)qt%(1－k%)qt+1%
此时可以保证在高增长下的汽油价格波动平缓，还可以利用对燃料乙醇的补贴来降低乙醇汽油的价格，同时完成经济高速增长和价格水平基本稳定的任务。
推论二：在开放经济条件下，国际原油通过价格传导影响我国汽油价格。在供给可变的条件下，要解决我国面临能源价格波动安全隐患，需要大力推动我国液态生物质燃料乙醇的供给，改变我国以传统汽油为绝大多数比例的供给结构，缓解国际原油价格的波动对我国一般价格水平波动产生的负面影响。如果我国液态能源市场的结构得到根本性优化，可以保证国内经济保持较快速度增长而不需要受到能源供给安全的威胁。
五、结论
我国国内原油产能上升空间有限，经济增长引致的对原油的需求将从国外进口补充，由此造成的国际原油输入的依赖将威胁我国能源安全和国民经济的运行。
（一）调节能源结构将缓解国际油价的输入性影响
短期市场出清条件下，我国对液态燃料的需求不变，国际原油将从价格渠道影响我国经济增长。外部油价通过价格传导影响我国汽油价格，从而我国面临能源价格波动安全隐患。如果我国液态能源市场仍以传统汽油为主，那么国际原油价格的波动将影响我国一般价格水平，甚至导致成本推进型的通货膨胀。我国若扩大燃料乙醇在能源结构中的比例，使得液态能源市场的结构得到优化，那么当我国遇到国际原油价格波动时，燃料乙醇扩大供给，可以缓解因外部原油价格造成的国民经济影响。
（二）增加燃料乙醇产能将最终缓解能源安全
在长期市场出清的开放经济条件下，国际原油通过价格传导和供给缺口影响我国经济和民生。首先，在供给可变条件下，国际原油价格将快速影响国内汽油价格，进而造成一般物价水平的波动，引起因通货膨胀造成的民生问题。要解决我国面临能源价格波动安全隐患，需要大力推动我国液态生物质燃料乙醇的供给，改变我国以传统汽油为绝大多数比例的供给结构。其次，如果因为政治原因，国际原油供给出现输入，我国的经济增长将面临增速放缓的不利局面，唯有使我国液态能源市场的结构得到根本性优化，加大燃料乙醇的开发利用，才能保证我国的国内经济保持较快速度增长从而不会受到能源供给安全的威胁。
六、政策调整
从现阶段看，国际油价波动和原油的高对外依存度没有对中国经济产生重大影响，但随着中国经济运行不断深入，国际政治风云变幻，能源安全问题将越发突出。从本文的分析结果来看，中国可以通过原料开发政策、研发政策和补贴政策推进燃料乙醇产业的快速发展。
（一）以项目带动原料开发
考虑到发展液态生物质燃料的“与粮争地”和“与人争粮”的潜在威胁，国家发展和改革委员会在《关于加强玉米加工项目建设管理的紧急通知》中明确提出，中国将坚持以非粮作物为主，积极稳妥地推动生物燃料乙醇产业发展。使用非粮的替代产品生产燃料乙醇是解决扩大燃料乙醇生产规模和可持续发展的有效途径。木薯、甘薯和甜高粱是较为理想的生产原料，但是中国现阶段对上述原料的产业化种植仍然处于起步阶段，还未大面积推广。2007年，中国在广西建立以木薯为原料的广西中粮生物质能源有限责任公司，年设计产量20万吨，成为国内首家定点生产非粮燃料乙醇企业。目前，广西北海国发海洋生物产业股份有限公司、广西新天德能源公司等广西木薯乙醇企业已经具备50万吨产能，并已启动的海南椰岛木薯乙醇10万吨/年规划、广东华灵集团木薯乙醇50万吨/年的规划。现有的燃料乙醇企业项目已经考虑到“近原料”的因素，这些做法都是为了避免增加过多的生产成本考虑。考虑到非粮原料的分布，中国可以省级项目为龙头，以点带面逐步铺开开发燃料乙醇原料的道路。通过制定科学合理规划，在资源丰富的区位建立大型燃料乙醇生产汽油平台，根据加工业就近原料基地且交通方便的原则，就近种植和开发当地能源作物，尽量避免来自运输和半成品产业内贸易的成本。
（二）加快第二代生物质能源提炼和运输技术研发
我国的纤维素资源十分丰富，主要有草、秸秆、农作物壳皮、树枝、落叶、林业边脚余料等。但是，利用纤维素生产燃料乙醇仍然受到制约，主要是由于纤维素乙醇存在生产技术和工艺的限制，所以其研究大部分还停留在实验室和中试阶段。中国政府应当在纤维素的预处理、水解和发酵三步重要的生物转化过程同时加强研发力度，同时打造国际交流平台，让国内的研究进入国际同类研究中去，争取早日实现提炼技术的突破。中国已经开始产业化的探索，其中，利用秸秆类纤维素水解提炼的企业和研发单位分布在山东、河南、南京、北京、黑龙江、上海、安徽和苏州等地，涉及到的作物有玉米秸秆、甜高粱秸秆以及其他农作物秸秆等。黄季和仇焕广（2010）指出，以纤维素为原料生产生物燃料乙醇有关键技术需要进一步研究，而影响我国产业化程度最大的是原料预处理技术，其次是纤维素酶的生产技术。
中国应该首先开发廉价高效的木质纤维预处理技术和平台，通过依托此平台不断探索新的预处理技术。其次，开发低成本、高效的纤维乙醇专用水解酶，降低开发成本；开发高效全糖发酵技术，着重关注基因工程方法的运用，降低生产成本。此外，还要完善原料收集和运输体系，试点配备专业搜集工人作业，保证高效安全。
（三）优化燃料乙醇的各阶段补贴
中国对燃料乙醇生产和消费的补贴从2002年开始，经历了保本微利补贴、定额补贴和弹性补贴三个阶段（曹俐和吴方卫，2010）。现有的燃料乙醇补贴应从中间投入环节、附加值要素投入环节、产出环节、消费环节和研发环节进行针对性补贴。面对各个环节的众多补贴，更应该理性对待。
首先，要明确发展燃料乙醇产业的发展地位和目标。居高不下的原油消费催生了燃料乙醇产业发展的条件。2010年，我国原油表观消费量首次突破4亿吨，达4.39亿吨，而进口原油达2.39亿吨，对外依存度已经突破50%。作为我国能源多元化的战略之一的生物燃料乙醇的发展，政府应该根据我国生物燃料乙醇的资源潜力以及当前的技术水平科学测算并规划确定生物燃料乙醇在能源多元化战略中的比重，进而确定生物乙醇的发展数量、速度与规模。
其次，要根据实际情况制定生物燃料乙醇的补贴原则。深入调查研究不同省市国土资源的状况，尤其是可用于种植木薯、甘薯和甜高粱的边际性土地资源的状况以及纤维素乙醇的资源潜力，结合当前生物乙醇的技术水平，切实做好关于相关原料基地的建设和产业规划的全盘部署工作。同时，补贴金额应与国际油价挂钩，采用动态平衡的原则，建立与国际油价挂钩的生物燃料乙醇动态补贴机制，在国际油价涨跌时，根据成本和油价的波动情况，规避在油价持续低迷时企业业绩的不稳定性，实现总体动态平衡。
第三，要继续完善生物燃料乙醇补贴的措施。在中间投入环节，对非粮能源作物的补贴，采取直接价格支持，税收减免，现金直接补贴等手段。对购买非粮能源作物种子以及相应农业机械予以直补，购买化肥可以实行免征增值税等；在附加值要素环节，加大资本领域的补贴力度，对非粮生物乙醇的生产设备，对边际土地资源的开发和利用和从事非粮生物乙醇的劳动力予以直接现金奖励或政策倾斜；在产出环节，适当放宽进入门槛，实施与国际油价挂钩的基于产出的动态补贴；在消费环节，加强对生物乙醇储运、分销、销售环节的设施投入的补贴，可在试点省市的生物乙醇网点的建设上予以税收优惠和贷款贴息；在研发环节，建立生物燃料乙醇的研发专项资金，对于研究机构以无偿资助为主，支持国内研究机构和企业在生物燃料乙醇核心技术方面提高创新能力。
参考文献
Davis,S.J.andJ.Haltiwanger,2001,“SectoralJobCreationandDestructionResponsetooilpriceChanges,”Journalofmonetaryeconomics,48,465512.
Lee,K.andS.ni,2002,“ontheDynamiceffectsofoilpriceShocks:aStudyUsingindustryLevelData,”Journalofmonetaryeconomics,49,823852.
Yang,Jun,HuanguangQiu,JikunHuangandS.Rozelle,2008,“FightingGlobalFoodpriceRisesintheDevelopingworld:theResponseofChinaanditseffectonDomesticandworldmarkets,”agricultureeconomics,39,453464.
曹俐和吴方卫，2010，《中美生物燃料乙醇补贴政策比较研究》，《中国软科学》第12期16―26页。
龚志民，2006，《基于我国能源缺口模型的能源可持续发展探析》，《能源技术与管理》第1期113―115页。
黄季和仇焕广，2010，《我国生物燃料乙醇发展的社会经济影响及发展战略与对策研究》，科学出版社，2010年4月第一版。
林伯强和王锋，2009，《能源价格上涨对中国一般价格水平的影响》，《经济研究》第12期66―79页。
马晓宇、张子阳和胡利明，2007，《中国石油在马六甲海峡运输的安全研究》，《中国水运》第1期28―30页。
王子博，2009，《论中国的产出缺口与宏观经济运行》，《商场现代化》第2期353―354页。
于全辉和孟卫东，2008，《基于面板数据的中国能源与经济增长关系》，《系统工程》第6期68―72页。
赵涛、尹彦和李煜，2009，《能源与经济增长的相关性研究》，《西安电子科技大学学报（社会科学版）》第1期33―39页。
章辉和吴方卫，2009，《经济增长、能源消费与生物燃料乙醇发展――对生物燃料乙醇发展影响宏观视角的实证分析》，《林业经济》第3期39―45页。
关键词：生物能；开发利用；综述；能源植物；生物质能源
abstract
withtheintensificationofworldenergycrisis,theexploitationofbiomassenergyhasbecomeahot
pointatthepresentintheworld.givingaoverviewofthepresentresearchevolvementandtheexploitingandusingstatebothathomeandabroadinenergyplant,productiontechnologyofenergyplantisintroducedsimply,someexistingproblemsareanalyzedandcertainsuggestionswhichaccordedtothecharacteristicsofenergyplantandnationalsituationsareproposedinthispaper.
keywords:bioenergy;exploitationandutilization;recapitulate;energyplant;biomassenergy
0.引言
能源是现代社会赖以生存和发展的基础，随着社会的发展，能源危机已成为当今世界面临的巨大挑战。据世界能源权威机构1999年底的分析，世界已探明的主要矿物燃料储量和开采量不容乐观，其中石油剩余可采年限仅有40年[1]，其年消耗量占世界能源总消耗量的40.5％[2]。从发展的角度看，化石能源终将耗竭，加之其燃烧时产生的有害物质严重污染了生态环境。传统的能源结构已经开始调整，作为未来的主要能源只能依赖于可再生能源和受控核聚变能。因此，国内外的能源研究人员正积极探索发展替代燃料和可再生能源。
生物质是一种重要的可再生能源。生物质能是指利用生物可再生原料和太阳能生产的清洁和可持续利用的能源，包括燃料酒精、生物柴油、生物制氢、生物质气化及液化燃料等。能源植物是最有前景的生物质能之一。本文从能源植物的概念、分类入手，对其国内外研究进展和开发利用现状、生物能源生产技术及存在的问题进行了综述。
1.能源植物定义
绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部，这种生物质能实际上是太阳能的一种存在形式。所以广义的能源植物几乎可以包括所有植物。植物的生物质能是一种广为人类利用的能源，其使用量仅次于媒、石油和天然气而居于世界
能源消耗总量第四位。但以目前的技术水
平，还不能将所有植物都用于能源开发。因此，一般意义上讲能源植物通常是指那些利用光能效率高，具有合成较高还原性烃的能力，可产生接近石油成分和可替代石油使用的产品的植物以及富含油脂、糖类淀粉类、纤维素等的植物[3,4]。
2.能源植物的分类
能源植物种类繁多，生态分布广泛，有草本、乔木和灌木类等。目前全世界已发现的能源植物主要集中在夹竹桃科、大戟科、萝科、菊科、桃金娘科以及豆科，品种主要有绿玉树、续随子、橡胶树、西蒙德木、甜菜、甘蔗、木薯、苦配巴树、油棕榈树、南洋油桐树、黄连木、象草等。为了研究利用方便，这里按其使用的功能和转化为替代能源的化学成分将能源植物主要分为四类。
2.1富含类似石油成分的能源植物
这类植物合成的分子结构类似于石油烃类，如烷烃、环烷烃等。富含烃类的植物是植物能源的最佳来源，生产成本低，利用率高。目前已发现并受到能源专家赏识的有续随子、绿玉树、西谷椰子、西蒙得木、巴西橡胶树等。例如巴西橡胶树分泌的乳汁与石油成分极其相似，不需提炼就可以直接作为柴油使用，每一株树年产量高达40l。我国海南省特产植物油楠树的树干含有一种类似煤油的淡棕色可燃性油质液体，在树干上钻个洞，就会流出这种液体，也可以直接用作燃料油。
2.2富含高糖、高淀粉和纤维素等碳水
化合物的能源植物
利用这些植物所得到的最终产品是乙醇。这类植物种类多，且分布广，如木薯、马铃薯、菊芋、甜菜以及禾本科的甘蔗、高粱、玉米等农作物都是生产乙醇的良好原料
[5]。
2.3富含油脂的能源植物
这类植物既是人类食物的重要组成部分,又是工业用途非常广泛的原料。对富含油脂的能源植物进行加工是制备生物柴油的有效途径。世界上富含油的植物达万种以上，我国有近千种,有的含油率很高，如桂北木姜子种子含油率达64.4%，樟科植物黄脉钓樟种子含油率高达67.2%。这类植物有些种类存储量很大，如种子含油达15%～25%的苍耳子广布华北、东北、西北等地，资源丰富，仅陕西省的年产量就达1.35万t。集中分布于内蒙、陕西、甘肃和宁夏的白沙蒿、黑沙蒿，种子含油16%～23%，蕴藏量高达
50万t。水花生、水浮莲、水葫芦等一些高等淡水植物也有很大的产油潜力。生存在淡水中的丛粒藻（绿藻门四胞藻目），就如同产油机，能够直接排出液态燃油[6]。
2.4用于薪炭的能源植物
这类植物主要提供薪柴和木炭。如杨柳科、桃金娘科桉属、银合欢属等。目前世界上较好的薪炭树种有加拿大杨、意大利杨、美国梧桐等。近来我国也发展了一些适合作薪炭的树种，如紫穗槐、沙枣、旱柳、泡桐等，有的地方种植薪炭林3~5年就见效，平均每公顷（10000m2，15亩）薪炭林可产干柴15t左右。美国种植的芒草可燃性强，收获后的干草能利用现有技术轻易制成燃料用于电厂发电。
3.国内外能源植物研究开发和利用概况
3.1国际能源植物的研究开发和利用
情况国际上能源植物的研究始于20世纪50年代末60年代初，发展于70年代，自80年代以来得到迅速发展。1986年美国加州大学诺贝尔奖获得者卡尔文博士在加州福尼亚大面积地成功引种了具有极高开发价值的续随子和绿玉树等树种，每公顷可收获
120~140桶石油，并作了工业应用的可行性分析研究，提出营造“石油人工林”，开创了人工种植石油植物的先河[7]。至此在全球迅速掀起了一股开发研究能源植物的热潮，许多国家都制定了相应的开发研究计划。如日本的“阳光计划”、印度的“绿色能源工程”、美国的“能源农场”和巴西的“酒精能源计划”等。随着更多的“柴油树”、“酒精树”和“蜡树”等植物的发现及栽培技术的不断成熟，世界各地纷纷建立了“石油植物园”、“能源林场”等，栽种一些产生近似石油燃料的植物。英国、法国、日本、巴西、俄罗斯等国也相继开展石油植物的研究与应用，借助基因工程技术培育新树种，采用更先进的栽培技术来提高产量。
目前，美国已种植有一百多万公顷的石油速生林，并建立了三角叶杨、桤木、黑槐、桉树等石油植物研究基地；菲律宾有1.2万公顷的银合欢树，6年后可收1000万桶石油；日本则建立了5万m2的石油植物试验场，种植15万株石油植物，年产石油100多桶；瑞士“绿色能源计划”打算用10年种植10万公顷石油植物，解决全国一年50%
石油需求量。泰国利用椰子油制作的汽车燃料加油
站在泰国中部巴蜀府开始营业，成为世界上第一个椰子油加油站。巴西是乙醇燃料开发应用最有特色的国家，实施了世界上规模最大的“乙醇种植”计划。2004年，巴西的乙醇产量达146亿l，乙醇消费量超过122亿l。目前巴西乙醇产量占世界总产量的44%，出口量的66%。美国通过采用基因工程技术，
对木质纤维素进行了成功的乙醇转化。从
1980年到2000年的20年内，美国的燃料乙醇生产量由66.24亿l增加到617亿l。
此外，还陆续发现了一些很有前景的能源植物资源。南美洲北部有一种本土植物
——苦配巴(copaíferal.)，主要生长在巴西亚马逊流域的密林和丛林中，其树高大，有粗大的树干和光滑的表皮，只要在树干上钻一个孔，就能流出金黄色的油状树液，每株成年树每年能产油10kg～15kg，成份非常接近柴油。阿联酋大学的瑟林姆教授等人发现了一种名叫“霍霍巴(jojba)”的植物—希蒙得木(simmondsiachinensis(link)schneider)，生长在美洲沙漠或半沙漠地区，种子含油率达44％～58％，其油在国际上被誉为“液体黄金”、“绿色石油”，广泛用于航空、航天、机械、化工、等领域。产于澳大利亚的古巴树(又称柴油树)，每棵成年树每年可获得约
25l燃料油，且这种油可直接用于柴油机。油棕榈树也是一种石油树，3年后开花结果，每公顷可年产油1万kg。柳枝稷(panicumvirgatuml.)是美国草原地区用于水土保持或作为牛饲料的乡土植物，自从发现它可被用来生产乙醇后，美国联邦政府认为这种植物具有成为能源作物的潜力并加紧了对这种植物的研究。澳大利亚北部生长的两种多年生野草—桉叶藤(cryptostegiagrandiflorar.br)和牛角瓜(calotropisgigantean(linn.)dryanderexaitonf.)，其茎、叶含碳氢化合物，可以用于提取石油。这些野草生长速度极快，每周长30cm，每年可以收割几次。美国加州“黄鼠草”(ixerischinensis(thunberg)nakai)，每公顷可生产1t燃料油，如果人工种植，草和油的产量还能提高，每公顷生长的草料可提炼出6t石油[8]。日本科学家最近发现一种芳草类芒属植物“象草”，1hm2平均每年可收获12t生物石油，比现有的任何能源植物都高产，且所产生的能源相当于用油菜籽制作的生物柴油的2倍，但其投入不及种植油菜的1/3，因此是
一种理想的石油植物。
3.2国内能源植物的开发利用现状
我国是“贫油大国”，也是世界能源消费大国。1993年我国由石油净出口国变为净进口国，石油进口量逐年上升，目前对石油进口依赖度已超过1/3[9]。我国对能源植物的研究及开发利用起步较晚，与欧美发达国家相比还存在很大差距。但我国植物资源丰富，早在1982年分析了1581份植物样品，收集了974种植物，并编写成了《中国油脂植物》、《四川油脂植物》，选择出了一些高含油量的植物，如乌桕(sapiumsebiferum(linn.)roxb)、小桐子(jatrophacurcasl.)、油楠(sindoraglabramerr.exdewi)、四合木(tetraenamonglica)、五角枫(acermonomaxim)等。已查明我国油料植物为151科
697属1554种，种子含油量在40％以上的植物154种；新近调查表明，我国能够规模化利用的生物质燃料油木本植物有10种，这10种植物均蕴藏着巨大的潜力，具有广阔的发展前景。
我国对能源植物的利用虽处于初级阶段，但生物柴油产业得到了国务院领导和国家计委、国家经贸委、科技部等政府部门的高度重视和支持，并已列入国家计划。“七五”期间，四川省林业科学研究院等单位利用野生小桐子（麻疯树的果实）提取生物柴油获得了成功；中科院“八五”重点项目“燃料油植物的研究与应用技术”完成了金沙江流域燃料油植物资源的调查研究，建立了小桐子栽培示范区。湖南省在此期间完成了光皮树制取甲脂燃料油的工艺及其燃烧特性的研究；“九五”期间根据《新能源和可再生能源发展纲要》的框架，在中央有关部委和地方制定的计划中，优先项目是：对全国绿色能源植物资源进行普查，为制订长期研究开发提供科学依据；运用遗传工程和杂交育种技术，培育生产迅速、出油率高，更新周期短的新品种；进行能源植物燃料的基础研究和开发研究，包括能源植物燃烧特性，提炼工艺及综合利用和开发[10,11]。中国工程院
有关负责人介绍，中国“十五”计划发展纲要
提出发展各种石油替代品，将生物与现代化农业、能源与资源环境等项目列入国家863计划，把大力发展生物液体燃料确定为国家产业发展方向。据了解,“十一五”期间，我国规划生物柴油原料林基地建设规模83.91万公顷，原料林全部进入结实期后，将形成年产生物柴油125万多吨的原料供应能力。目前，已有一些颇具实力的企业和国外大型能源企业，进入麻疯树生物柴油这一领域，在各地筹建起有相当规模的生物柴油生产企业，预计未来全国麻疯树种植面积至少可达
200万公顷以上，显示了良好的资源开发利用前景。
国内对能源植物产品研究与开发主要集中在生物柴油和乙醇燃料两类上。生物柴油的研究内容涉及油脂植物的分布、选择、培育、遗传改良及加工工艺和设备等。用于生产生物柴油的主要原料有油菜籽、大豆、小桐子、黄连木(pistaciachinensbunge)、油楠等。小桐子含油率40%～60%，是生物柴油的理想原料[12]。海南正和生物能源公司、四川古杉油脂化工公司和福建新能源发展公司都已开发出拥有自主知识产权的技术，并相继建成了规模近万吨级的生物柴油生产厂。德国鲁奇化工股份有限公司、贵州省发改委、贵州金桐福生物柴油产业有限公司就中德合作贵州小油桐生物柴油示范项目签订了合作协议。西南生物柴油生产企业—华正能源开发有限公司，总投资8000万元，年生产能力可达2万吨。
用于生物乙醇燃料加工的原材料主要有甜高粱、木薯、甘蔗等。其中甜高粱具有耐涝、耐旱、耐盐碱、适应性强等特点，成为当前世界各国关注的一种能源作物。我国种植的沈农甜杂2号甜高粱，收获后每公顷可提取4011l酒精。此外，我国自2000年开始启动陈粮转化燃料乙醇计划，目前已年产百万吨燃料乙醇，在吉林、黑龙江、河南、安徽等省普遍推广燃料乙醇-汽油混合燃料。秸秆酶解发酵燃料乙醇新技术已经试验成功，山东泽生生物科技有限公司建成了年
产3000吨秸秆酶解发酵燃料乙醇产业化示范工程。
4.生物能源的生产技术
4.1生物柴油生产方法
生物柴油的生产方法主要有化学法、生物酶法、超临界法等。
(1)化学法国际上生产生物柴油主要采用化学法，即在一定温度下，将动植物油脂与低碳醇在酸或碱催化作用下，进行酯交换反应，生成相应的脂肪酸酯，再经洗涤干燥即得生物柴油[13]。甲醇或乙醇在生产过程中可循环使用，生产设备与一般制油设备相同，生产过程中副产10%左右的甘油。但化学法生产工艺复杂，醇必须过量；油脂原料中的水和游离脂肪酸会严重影响生物柴油得率及质量；产品纯化复杂，酯化产物难于回收，成本高；后续工艺必须有相应的回收装置，能耗高，副产物甘油回收率低。使用酸碱催化对设备和管线的腐蚀严重，而且使用酸碱催化剂产生大量的废水，废碱（酸）液排放容易对环境造成二次污染等。
(2)生物酶法针对化学法生产生物柴油存在的问题，人们开始研究用生物酶法合成生物柴油，即利用脂肪酶进行转酯化反应，制备相应的脂肪酸甲酯及乙酯。酶法合成生物柴油对设备要求较低，反应条件温和、醇用量小、无污染排放。xu以大豆油为原料，采用固定化酶的工艺[14]，酶用量为油的30％，甲醇与大豆油摩尔比为12:1，反应温度40℃，反应10h生物柴油得率为92
％。因酶成本高、保存时间短，使得生物酶
法制备生物柴油的工业化仍不能普及。此外，还有些问题是制约生物酶法工业化生产生物柴油的瓶颈，如脂肪酶能够有效地对长链脂肪醇进行酯化或转酯化，而对短链脂肪醇转化率较低（如甲醇或乙醇一般仅为
40%～60%）；短链脂肪醇对酶有一定的毒性，酶易失活；副产物甘油难以回收，不但
对产物形成抑制，而且甘油也对酶也有毒
性。
(3)超临界法即当温度超过其临界温度时，气态和液态将无法区分，于是物质处于一种施加任何压力都不会凝聚的流动状态。超临界流体密度接近于液体，粘度接近于气体，而导热率和扩散系数则介于气体和液体之间，所以能够并导致提取与反应同时进行。超临界法能够获得快速的化学反应和很高的转化率。kusdiana[15]和saka[16]发现用超临界甲醇的方法可以使油菜籽油在4min内转化成生物柴油，转化率大于95%。但反应需要高温高压，对设备的要求非常严格，在大规模生产前还需要大量的研究工作。
4.2生物乙醇生产情况
生物乙醇的生产是以自然界广泛存在的纤维素、淀粉等大分子物质为原料，利用物理化学途径和生物途径将其转化为乙醇的一种工艺，生产过程包括原料收集和处理、糖酵解和乙醇发酵、乙醇回收等三个主要部分。发酵法生产燃料酒精的原料来源很多，主要分为糖质原料、淀粉质原料和纤维素类物质原料，其中以糖质原料发酵酒精的技术最为成熟，成本最低。木质纤维原料要先经过预处理再酶解发酵，其中氨法爆破
（ammoniafiberexplosion，即afex）技术，被认为是最有前景的预处理方法。随着耐高温、耐高糖、耐高酒精的酵母的选育和底物流加工艺，发酵分离耦合技术的完善，工业发酵酒精的成本还将越来越低。
5.能源植物替代能源存在的问题及建议
目前，对于能源植物的利用还处于摸索阶段，在应用上存在着一些问题，如能源植物原料资源相对匮乏，生物柴油原料短缺，供应量随季节变化；原料的栽培技术及油脂加工技术不成熟，成品生产力不高等；生物柴油理化性质也限制了其应用，如生物柴油油脂的分子较大（约为石化柴油的4倍）、粘度较高（约为石化柴油的12倍）导致其
喷射效果不佳，挥发性低、不易雾化，造成燃烧不完全，形成燃烧积炭,影响发动机运转效率。再有生物柴油生产处于初级阶段，缺乏统一的质量标准，难以形成统一的市场，生物原料价格也是限制生物柴油市场应用的瓶颈。
针对以上的问题并结合我国的具体国情提出以下建议：
第一、制定和完善有关法规政策，为我国生物质能源产业提供良好的政策环境与保障。如加强立法，通过税收及其它经济手段，将能源的外部社会成本和环境成本计入能源成本中，以增强生物质能源的竞争力；对有前景但技术经济性或商业化条件尚未完全过关的技术，要加大风险资金的投入力度；加强生物质利用技术的商品化工作、提高并考验生物质能源的可靠性和经济性，让开发生物质能源有利可图，支持鼓励其工业化生产。
第二、加快能源植物的培育，增加生物能源的资源量。就是要依据植物的生态地理空间分布格局，利用基因工程等生物技术选育产量高、含油量高、与生物柴油的脂肪酸组成相适应的脂肪酸组成高的能源植物，同时高度重视大规模可再生能源基地的开发，因地制宜，变荒山为油田，在保证农业的基础上退耕还林，进行油料作物的栽培，扩大生物原料资源。
第三建立生物质能源系统研究平台，加快科技发展，为可再生能源的开发利用提供有力的科技支撑。根据生物质能源利用的要求和特点，建立相关研究条件和试验基地，选择重点研究内容和关键技术问题，进行技术创新及系统集成，形成从生物质生产、转换机理、技术开发和集成系统应用示范的研究体系。
第四、开展国际合作，引进国际先进技术和资金，推进生物质能源的市场化进程。目前，我国生物柴油因其产量小，还没有进入中国三大垄断石化企业（石化、中石油和中海油）的销售网络，随着产业化规模的扩
大，与石化企业的合作不为是打开未来市场的一条有效途径。
参考文献
[1]王敬诚.世界石油储量还可开采40年[n].经济参考报,2004:6~19.
wangjingcheng.worldpetroleumreservescanonlyexploitfor40years[n].reportofeconomyreference,2004,6-19.(inchinese)
[2]英国石油公司.bp世界能源统计评论[r].
2002,7.
britishpetroleumcompany.commentontheworldenergystat.inbp[r],2002,7.(inchinese)
[3]翔实.植物燃料的研究现状与发展[j].科技与
经济,1996,12:43~45.
xiangshi.thestudyanddevelopmentonplantfuel
[j].scientificchinese,1996,12:43-45.(inchinese)
[4]秦向华.能源植物姗姗走来[j].森林与人类,
2004,11:49.
qinxianghua.energyplantscomeclosely[j].forestandhumankind,2004,11:49.(inchinese)
[5]杨世诚.绿色能源:植物是明天[j].森林与人
类,2000,(5):11~12.
yangshicheng.greenenergy:plantisthefuture[j].forestandhumankind,2000(5):11-12.(inchinese)
[6]缪晓玲,吴庆余.微藻生物质可再生资源的开
发利用[j].可再生能源,2003,3:13~16.
miuxiaoling,wuqingyu.exploitationofbiomassrenewableenergysourcesofmicroalgae[j].renewableenergy,2003,3:13-16.jamesa.duke.
handbookofenergycrops.unpublished，1983.(in
chinese)
[7]忻耀年,sondermannb,emerslebenb.生物柴
油的生产和应用[j].中国油脂,2001,26(5):72~77.
xinyaonian,sondermannb,emerslebenb.
productionandapplicationofbiodieselfuel．china
oilsandfats,2001,26(5):72-77.(inchinese)
[8]李永新.用科学发展观审视我国能源可持续
发展战略[j].中国能源,2004,9(9).
liyongxin.china'ssustainabledevelopmentstrategyandscientificdevelopmentconcept[j].energyofchina,2004,9(9)(inchinese)
[9]史立山.中国能源现状分析和可再生能源发
展规划[j].可再生能源,2004,5:1~4.
shilishan.analyzedofchineseenergystatusandprogrammingofrenewableenergy[j].renewableenergy,2004,5:1-4.(inchinese)
[10]李改练,王远红,杨继涛,等.中国生物质能
利用状况及展望[j].河南农业大学学报,2004,
38(1):100~104.
ligailian,wangyuanhong,yangjitao.utilizationconditionandoutlookofbiomassenergyinchina[j].journalofhenanagriculturaluniversity,2004,38(1):
100-104.(inchinese)
[11]azammm,warisa,naharnm.prospectsandpotentialoffattyacidmethylestersofsomenon-traditionalseedoilsforuseasbiodieselinindiabiomassbioenergy2005,29,293~302
[12]李为民,章文峰,邬国英.菜籽油油脚制备生
物柴油[j].江苏工业学院学报,2003,15(1):7~10.
university.2003,15(1):7-10.(inchinese)
[13]xuyunyuan.anovelenzymaticrouteforbiodieselproductionfromrenewableoilsina
solvent-freemedium[j]．biotechnologyletters,2003,
25:1239~l24l.
[14]kusdianad,sakas.kineticsoftransesterificationinrapeseedoiltobiodieselfuelas
treatedinsupercriticalmethanol[j].fuel,2001,80:
693~698.
[15]sakas,kusdianad.biodieselfuelfromrapeseedoilastreatedinsupercriticalmethanol[j].
世界不少国家已经开始发展生物燃油产业（包括生物燃油加工业以及其相关产业，如能源农业和能源林业），其中共同的目的在于保障石油平安。巴西生物燃油产业利用蔗糖发酵制取生物乙醇，2002年消费量达到了104亿公升，替代率接近40％。
%26#61607;2004年中国石油净进口量为1.2亿吨，消费量为3.1亿吨，进口依存度达到了38.7％；国际能源署（iea）猜测中国到2010年、2020年石油进口依存度将达到61.0％和76.9％。石油进口量和进口依存度的迅速攀升给中国石油平安带来了日益严重的影响；中国的石油平安新问题也引起了一些国家的顾虑。
%26#61607;国产的石油和石油替代燃料能否“养活中国”呢？和资源有限的煤炭液化和国内油气资源开发等手段相比，资源可再生而且潜力巨大的生物燃油技术也受到了越来越多的关注。
生物燃油产业将带来显著的环境效益
%26#61607;能源农林业的大规模发展可以有效地绿化荒山荒地、减轻土壤侵蚀和水土流失。大量使用生物燃油对中国大气环境的保护和改善也有着突出的意义摘要：和化石燃料相比，生物燃油的使用很少产生nox和Sox等大气污染物；生物质能源利用导致的Co2排放远低于常规能源。
%26#61607;到2050年生物燃油开发量假如能达到1.05亿吨（这一数据是基于能源探究所2005年“中国能源中长期开发利用前景分析”探究项目的生物质能部分的情景分析），则可绿化约3000万公顷荒山荒地，减排约3.1亿吨Co2。
发展生物燃油产业将为中国“三农”新问题的解决做出相当的贡献
%26#61607;建设从能源农林业到生物燃油加工业的产业链将摘要：
——带动农业经济和林业经济。
%26#61607;2020年生物燃油开发量预计为1900万吨左右，初步估算可给国家和地方创产值1000亿元。到2050年生物燃油开发量假如能达到1.05亿吨，将创造5000亿元左右的年产值、吸纳1000万个以上的劳动力、带动农村经济发展将摘要：
——创造大量就业非凡是农村地区的就业。
%26#61607;可以吸纳1000万个以上的劳动力，主要是农村劳动力将摘要：
——为中国的城镇化建设提供有力支持。
%26#61607;一方面，中国的城镇化建设提高了人均能源需求量，非凡是人均燃油需求量；另一方面，城镇化建设需要和之相伴的产业建设和就业机会的创造摘要：能源农林业（和生物燃油加工业）在这两方面都可以发挥重要功能。
中国生物液体燃料的潜力
土地资源是生物燃油的矿床摘要：
%26#61607;——有土地就有了生物燃油的原料地
%26#61607;——不能和农作物争土地
%26#61607;——应培育和开发粮、能兼收的能源作物，既产粮，又产油，实现土地的高效利用
%26#61607;生物燃油土地资源开发潜力摘要：1.8亿公顷
1）农业用地
现有耕地1.3亿公顷，其中可粮能兼收的耕地0.043亿公顷
现有宜农荒地1亿公顷
扣除后备耕地0.0947亿公顷后，可作生物燃油的荒地0.26亿公顷
盐碱地0.1亿公顷
田坎地0.1亿公顷
沼泽地0.04亿公顷
可用于生物燃油的农业土地资源潜力0.54亿公顷
2）林业用地
林地面积2.63亿公顷
其中摘要：有林地1.26亿公顷
无林地0.57亿公顷
宜林荒地0.54亿公顷
退耕还林地0.15亿公顷
可用于生物燃油的林地资源潜力1.26亿公顷
可用于生物燃油的土地资源潜力1.8亿公顷
宜农荒地摘要：主要在新疆、内蒙等2000万公顷
盐碱地摘要：青海、新疆各自超过400万公顷
沼泽地摘要：黑龙江、内蒙等大于200万公顷
田坎地摘要：甘肃、四川、重庆等
宜林荒地摘要：东北三省、内蒙、、西南
西北摘要：新疆、甘肃、陕西
西南摘要：云南、四川、贵州
大规模集约化种植和开发地区摘要：新疆、内蒙、青海、黑龙江等
分散式种植和开发地区摘要：东北、西南、西北等
中国生物液体燃料发展战略讨论
“以国家先期投入为主导，以企业、科研机构为主力”的技术研发战略
技术的成熟性和经济性对新兴的可再生能源产业来说是至关重要的，不少国家在可再生能源技术研发方面都有丰富的经验，非凡是美国。美国可再生能源技术发展的核心战略是一贯的、明确的摘要：以国家先期投入为引导，吸引产业界参和研制和开发长期（20年乃至50年后）可以发挥重大功能的关键技术，加速其商业化并形成相应的装备制造体系。
为确保生物质能研发及推广工作的开展，美国能源部计划在4年内投入500万美元探究经费，吸引相关单位对其拟定的项目进行申请。目前在美国已掀起新一轮的生物质能研发利用高潮，有大量的机构参和到该项目中。
中国借鉴美国经验、强化国家先期投入的引导功能是十分重要的（非凡是考虑到中国政府对能源部门、农业部门的高度控制）摘要：关键技术的发展可以得到足够的资金；各种相互支持或相互竞争的技术可以在一个系统性的框架中得到公平的筛选和发展。
“以政策扶植为必要辅助，以市场机制为根本基础”的产业发展战略
能源农林业和生物燃油加工业是有显著的能源、社会、环境效益的产业，应当得到一定的政策支持，比如税收优惠、贴息贷款等。这对于起步中的新兴产业尤为重要。中国已出台《可再生能源法》，但和之前的《大气污染防止法》、《节约能源法》、《清洁生产促进法》等相关法律一样，在对生物质能等可再生、清洁能源的支持上基本上都属于原则性而非操作性的法律；尚待具体、明确的规章出台。此外，中国常规燃油行业尚存在相当程度的垄断，制约了生物质液体燃料产业尽快进入市场。这类新问题的解决也有赖于国家政策。
美国的生物柴油产业之所以落后于欧盟，主要原因就在于它相关激励政策的滞后。2004年底，美国总统布什签署的联邦公司税收法案中包含了对生物柴油的优惠政策，生物柴油的预期产量随之大增。
从长远来看，市场竞争机制是成本下降、竞争力提升的根本保证。
“少占、不占粮食耕地，充分利用林地、荒地”的土地利用战略
虽然中国耕地生产力还有较大提高空间，但大规模的能源农林业还是更依靠于中国面积巨大的无林地（属于林业用地）和宜林荒山荒地。
把林业生产和能源供给结合起来的思路对带动林业发展和增加燃油供给有着重要意义。值得一提的是，印度在发展能源林业上显示了巨大的决心。印度总理称摘要：“假如我们能启动从植物中生产生物柴油的麻疯果计划，那么就可能为3600万人提供就业，3300万公顷贫瘠干旱的土地就可以开垦成油田。”
目前，中国国家林业局已经开始重视能源林业的发展可能，并组织了能源林业相关的一些基础调研工作。
发展建议
开展深入的资源潜力探究
作为未来生物燃油加工业的主要原料供给者的能源农业、能源林业，其潜力和意义仍未得到充分重视，目前在这方面的数据极为缺乏，建议国家有关部门部尽快开展如下工作摘要：
开展土地可利用性的调研工作，包括可利用的土地资源的种类、面积和分布；
各类可能的能源植物的适宜性，及可能的发展潜力和分布；
将能源农业、能源林业纳入农业、林业发展战略探究的范畴，制定切实的发展战略和规划，加强技术研发；
高产、高含油且环境适应性强的能源植物（作物）新品种的选育；
能源作物收获、储存、运输等相关技术和设备，高效加工转换工艺和设备的研发；
产品生产、质量和使用的标准化探究；
作为后备生物燃油技术的BtL技术的探究等
扩大产业示范
中国初步实现了以粮食为原料燃料乙醇的规模化生产，从发展的观点看，为来生物燃油必须以非粮食的农业和林业作物为主要原料，因此，必须加快扩大产业示范，建设各种原料的从能源植物种植到生产液体燃料的完整产业链的示范工程，为规模化生产奠定基础。
扩大政策扶持范围
能源农林业和生物燃油加工业是有显著的社会和环境效益的产业，应当得到一定的政策支持。近年来，为推动生物燃油产业发展，出台了针对生物乙醇的补贴政策（对生物柴油还没有经济激励政策出台），但它属于随项目而定，缺乏连续性，还没有一套由国家主管部门出台的系统性的激励政策体系。
乔治・w・休伯(Georgew.Hube)(美国马萨诸塞大学化学工程学教授)
布鲁斯・e・戴尔(Brucee.Dale)(美国密歇根州大学教授)
我们应该清醒地认识到,对石油过分依赖,会让国家安全、经济安全及环境安全遭受威胁。我们必须找到新的能源来保障世界运输系统的顺利运转。
生物燃料可以用植物或植物制品为原材料。目前,第一代生物燃料以可食用作物为原料,主要包括玉米、大豆、甘蔗。用可食用作物制造生物燃料是最简单可行的,因为把这些可食用作物转化为燃料的技术是现成的。然而,第一代生物燃料并非长久之计,原因很简单:没有足够的耕地能够满足发达国家10%的液态燃油原料需求。这种对粮食作物的额外需求还使2008年家畜饲料价格大幅上升及部分粮食价格的上涨。一旦将玉米生长、收获及加工期间的所有排放纳入经济成本预算,第一代生物燃料显然并不是我们所期望的、对环境安全具有积极影响的能源形式。
第二代生物燃料主要以纤维素质材料为原料,如富含纤维素、生长迅速的草本植物,因此将英文汽油(gasoline)单词中前缀“gas”去掉,引入“grass”(草),就组成了形象生动的专有名词“草油”(grassoline)。可转化为草油的原料有很多,从木材废料(锯木屑、木质建筑残片)到农业废弃物(玉米秸秆、小麦茎秆),再到“能源作物”(生长迅速、纤维含量高、专门种植用作草油原料的草本和木本植物)。这些原料作物耕作成本低、量大,更关键的是,这些作物的种植生产不会干扰和危及粮食生产。大多数能源作物能够在不能用作农田的边际土地上快速生长。还有一些能够在被废水或者重金属污染的土壤中生长并净化土壤,如生长周期较短的灌木柳树。
美国农业部和能源部的研究显示,在不减少作为人类食物、动物饲料及出口生物质份额的前提下,美国每年能够生产13亿吨(干重)生物质。如此大量的生物质每年至少能够产生1,000亿加仑(约3,790亿升)草油,大约相当于每年美国汽油、柴油消耗总量的一半。放眼全球,每年纤维素类生物质生产量能够转化的生物燃料相当于340亿～1600亿桶原油,已经超过了目前全球每年30亿桶原油的消耗量。纤维素类生物质能够转化成任何类型的燃料,如乙醇、普通汽油、柴油,甚至航空燃油。
现在,科学家仍然更擅长发酵玉米籽粒(有效成分为淀粉),而不是打断纤维素分子链,使它们转变成可发酵单糖,但最近这方面取得了突破性进展。量子化学计算模型之类的强大工具的引入,使化学工程师能够在原子水平控制反应进程。目前科学家将研究重心集中在,如何快速将这种微观尺度的控制级别提升到炼制厂这样的工业水平。尽管此领域依然处于起步阶段,但一些示范工厂已经开始运行,第一个商业化生物燃料炼制厂预计在2011年建成。人类历史上的能源新纪元──草油时代也许很快就要到来。
能量封印
纤维素为植物提供了抵抗重力和生物降解的支撑性架构。为了释放纤维素里的能量,科学家必须先破坏进化赋予植物的这种异常稳定的结构。
一般来说,这种“解封”过程先要将固体生物质解构成聚合度更低的小分子物质,随后将它们转化成燃料。工程师一般采用控温方式进行这种操作。低温(50℃～200℃)情况下,生物质裂解产生的单糖可以被发酵成乙醇或其他形式的燃料,玉米及糖类作物(如甘蔗)采用的就是这种转化方式。生物质在高温(400℃～600℃)下会直接转化为生物质原油(Biocrude),再经过提炼就可以成为汽油或者柴油。极端高温(高于700℃)下,生物质会直接变成气体并进一步转化为液态燃料。
到目前为止,还没人知道到底哪种方法能够以最低的成本获得最高的能量。或许不同生物质材料需要不同的处理方法。比如说木材废弃物需要高温处理,而低温方式对草本植物更为适合。
热化学平台――热解合成油
生物质经高温裂解生成合成气(syngas),是目前技术上最有发展前途的研究热点。合成气是一氧化碳和氢气组成的混合气体,可以由任何含碳的物质制得。通过德国科学家于20世纪20年明的费托合成(Fischer-tropschsynthesis,FtS),合成气通常可以转化成柴油、汽油或者乙醇。第二次世界大战期间,德意志第三帝国就利用FtS将德国的煤矿石转化为液体燃油。目前多数传统化石能源公司都拥有合成气转化技术,准备在汽油价格过高时将这种热油转化技术引入市场。
气化是生产合成气过程的第一步反应。生物质被装入反应器中加热到700℃以上,通入蒸汽或者氧气,产生一氧化碳、氢气和焦油的混合物。清除焦油后,将混合气体压缩到20～70个大气压,使它们通过一种专门设计的固体催化剂反应器生成液体燃料(这种固体催化剂可以捕获单独的反应物分子,优先催化特定的化学反应)。合成气转化催化剂最初是为把天然气及煤矿石转化成燃油而开发的,但它也同样适用于处理生物质。
尽管该技术已经比较成熟,反应器的成本却非常昂贵。2006年在卡塔尔建立的、用FtS将天然气转化为液态燃油的工厂耗资16亿美元,平均每天生产34,000桶液态油。如果一个生物质炼制工厂的投资达到这种规模,该炼制厂必须每天转化5,000吨生物质,持续15到30年,才能生产足够的燃料以收回投资。将这么多生物质集中到一个地点完成生产存在严峻的后勤和经济性挑战,所以合成气技术的研究主要集中在如何降低投资成本方面。
生物原油
埋藏于地下的寒武纪浮游生物及藻类经过上亿年的高压、高热作用,形成了石油。将纤维素类生物质转化为生物质原油的原理与此类似,只不过时间长度大大缩小。在这种情况下,炼制厂在无氧条件下将生物质加热到300℃～600℃间的任意温度,高热量将生物质热解为类似于木炭的固体及生物燃油,并释放气体。这种生物燃料是目前市场上价格最低廉的液态生物原油,与1加仑汽油的能量相当的生物原油价格为0.5美元(按未经处理的生物质计算)。
该技术也可应用到生物质收割地点附近的小型炼制厂,可以大幅降低生物质的运输费用。遗憾的是,这种燃油酸性较高,与石油基燃油无法互溶,其中所含能量也不到汽油的一半。虽然你可以在柴油引擎中直接燃烧生物燃油,但很快会使引擎报废。
但是原油炼制厂能够将这种生物原油转化为便于使用的燃油,很多公司已经开始研究如何利用现有炼制厂设备完成这项工作。一些公司已经能生产出绿色柴油,说明原油炼制厂也能把纤维素生物原油转化为柴油。现在,这些公司正将植物油和动物油脂与石油直接混合进行炼制。Conoco-phillips公司证明这一途径是可行的,该公司在美国得克萨斯州的精炼厂从附近的tyson屠宰场运来牛脂肪,每天可以生产超过45,000升生物柴油。
研究人员还在尝试用化学工程中的“一锅法”来实现两步法工艺,也就是说,在同一个反应器内将固体生物质炼制成“原油”,再炼制出成品油。本文作者之一休伯和他的同事开发出了一种快速催化裂解技术。之所以“快速”,是因为生物质进入反应器后,不到一秒钟就可加热到500℃,将大分子裂解成小分子。这些小分子的体积和形状都与催化剂表面非常契合,极易结合,就像鸡蛋被装在专门设计的纸箱里一样。
一旦结合到催化剂表面的孔隙中,这些小分子就经过一系列反应转化为汽油。汽油中的芳香族成分越高,辛烷值越高。整个过程仅需要2～10秒钟。首个获得该项专利授权的anellotech公司正着手让该工艺走出实验室规模,实现商业化生产,希望能在2014年前建成商业化工厂并投入使用。
生物化学平台-糖的微生物转化
将植物多糖转化为可发酵糖,再发酵生产乙醇或是其他生物燃料,这一方法备受公众和私人投资者的关注,迄今以来,大部分投资者主要依靠传统化石燃料。在理论上,将细胞内难以分解的纤维素和半纤维素裂解为单糖的方法很多。例如热解、伽马射线照射,研磨成浆、高温蒸煮、浓酸、强碱或有机溶剂处理,还可以通过遗传工程培养的微生物菌株来降解纤维素。
遗憾的是,这些实验技术大都无法成功进行商业化生产。
在极端pH和温度条件下处理生物质最可能应用于商业化生产。氨处理法在本文作者之一戴尔的实验室研制成功。氨气爆破法(ammoniafiberexpansion,aFeX)的工艺流程如下:100℃高压条件下,用浓缩氨蒸煮纤维素类原料。当压力释放后,氨蒸发,回收再利用。处理后的原料加酶水解,可以将近90%纤维素或半纤维素转化为糖。在高温或酸性环境中,糖很容易降解,而该技术将这种可能性降到最低,这是糖产量高的部分原因。aFeX是干处理法:整个过程中没有加水稀释,处理前后生物原料都保持较干的固体状态,从而保证了产出的乙醇浓度高、纯度好。
aFeX处理所得产品的成本还有下降潜力,可能会非常低廉。最近一项经济分析显示,如果生物质原料运送到工厂的费用是每吨50美元,aFeX预处理并同时采用被称为联合生物加工(consolidatedbioprocessing,CBp)的高级酶处理法,纤维素乙醇的生产成本可以达到每加仑汽油当量1美元,并以每加仑汽油当量2美元的价格售出。
成本变化
成本决定了绿色燃料的发展速度,相比以石油、油砂和液态煤等石油替代物为原料提取的能源,“草油”也有一定的优势。首先,由于生物原料价格远低于化石能源,只要工厂建成并投入使用,运营成本就可以维持在极低水平。生物燃料将在本地生产,这有利于维护国家的能源安全,对环境的污染也比化石能源更小。
当前，汽油发动机技术已相当成熟，新能源汽车在成本及产业化方面短期内无法与其竞争。因此，传统的“喝油车”在未来相当长一段时间内不可能退出市场，在可预见的二十年，汽柴油的需求依然强劲。
未来二十年将是后石油时代关键的二十年，能源危机加剧及高油价将是前“后石油时代”的显著特征。现阶段我们的主要任务并不是完全替代石油，而是更好的利用石油这一宝贵资源。我们需要的是有利于提高石油利用率的过渡型能源，将化石能源与非化石能源有效结合起来使用。
步入后石油时代，世界各国都加快了开发可替代能源的步伐。如何更有效地利用石油这一宝贵资源已经成为全人类共同面临的重要课题。作为世界生物燃料的领导者，total(达道尔)公司正在开发乙醇、乙基叔丁基醚（etBe）以及酯等产品。这些产品将会用于提高汽车燃料和燃油的利用率。通过结合使用化石能源和非化石能源，可以大大减少一氧化碳的排放量。这些技术不但更加清洁环保，且更经济，更具竞争力。
这里先说明一下，醇类、醚类产品主要用于替代汽油，酯类产品用于替代柴油，即我们通常所说的生物汽油与生物柴油。我国推广的乙醇汽油就属于前者。
在石油价格飞涨以前，各国对巴西的乙醇计划并没有现在这样关注。巴西当年实施燃料乙醇的国家计划就是针对70年代石油危机做出的断臂之举。至今，巴西花了几十年的时间及百亿美元的代价，提升了国家能源安全，并有效减缓了环境污染。
为了缓解石油压力，我国借鉴巴西经验，在《“十五”计划纲要》中明确提出，要开发燃料酒精等石油替代品，采取措施节约石油资源。并在本世纪初开始了对乙醇汽油的试点计划，目前已经扩大到了九个省份。虽然我国替代能源战略起步较晚，但以国家政策的形势推广乙醇汽油，在亚洲我国还是第一个。
作为能源替代的一种尝试，乙醇汽油在一定程度上缓解了能源紧张。财政补贴只是在高油价时代权衡利弊后的无奈之举，而非长远办法。当前，燃料乙醇是我国推广替代能源的最佳选择吗？
我国“十五”乙醇汽油专项规划的目标已如期实现。截至目前，国内四家燃料乙醇定点厂总生产能力达到102万吨／年，累计生产燃料乙醇81万吨。与巴西用甘蔗为原料不同，我国燃料乙醇的生产原料主要是玉米。巴西富产甘蔗且粮食需求压力不大，有足够的土地发展甘蔗生产，生产原料丰富且成本低廉。相比之下，我国燃料乙醇的生产原料供应存在瓶颈，且成本较高。从长远来看，我国要实现乙醇汽油在全国范围内的推广使用存在困难。
从替代汽油的效果上讲，无论燃料乙醇按多少比例参配汽油，已生产的81万吨燃料乙醇只能替代81万吨汽油，相当于我国每年汽油消耗总量5000万吨的1.6%。众所周知，我国以占世界7%的耕地养活了占世界22%的人口，粮食并不能保证长期大量盈余。而生产1吨燃料乙醇需要3.3吨玉米，也就是说，我们替代81万吨汽油的代价是267万吨粮食！
我国在乙醇汽油的推广上下了很大的力气。由于成本降不下来，目前燃料乙醇尚需国家财政补贴。根据国家财政部通知，2005年销售每吨燃料乙醇补贴1883元，2006年补贴1628元，2007年和2008年均补贴1373元。由此估算，在已经生产的81万吨燃料乙醇上，国家财政已经花费几亿美元。
我们可以粗略地算一笔帐，以我国当前年汽油消耗5000万吨计算，实现全国范围推广乙醇汽油的目标需要燃料乙醇500万吨，以每吨燃料乙醇补贴1400元计算，国家财政需要补贴70亿元人民币，而这还只是一年的支出。而乙醇汽油的性能也不尽如人意：乙醇成本较高；乙醇与汽油的互溶性不好，存放过久会分层，只能现用现配；新建大规模乙醇生产基地投资较大；乙醇要消耗大量的粮食等等。
目前在我国，燃料乙醇的产量较之全国汽油消费总量只是杯水车薪。欧盟是世界上发展可再生能源发达的地区，发展经验值得我们借鉴。面对庞大的燃油需求，除了燃料乙醇，同样作为优良汽油添加剂的mtBe、etBe也有广阔的发展空间。从替代的意义上来说，多生产一吨替代能源我们就可以多节约一吨汽柴油，因此，替代能源将呈现多元化的趋势。
同燃料乙醇一样，醚类――主要是甲基叔丁基醚（mtBe）和乙基叔丁基醚（etBe）也都是清洁的汽油调和组分，俗称添加剂。
随着对芳烃及硫的限制越来越严格，作为清洁的汽油调和组分，醚类的优势逐渐显现。特别是在我国，发展醚类生产（当前主要是mtBe）一方面可以解决当前车用汽油辛烷值不足不能上市的燃眉之急，同时也可为日后的碳四副产品解决出路。
目前我国有mtBe生产装置近40套，年产能约达160万吨，年产量约为150万吨，相当于我国每年汽油消耗总量5000万吨的3%。未来一段时间，中东、非洲、东欧和亚太地区的一些国家mtBe需求将相对有较大增长。
但发展mtBe并不是最好的选择。由于mtBe污染地下水，欧盟和美国已相继推出法规限制其使用。欧盟将mtBe工厂改造成etBe工厂，而美国则是将本国过剩的mtBe出口到那些mtBe需求增长较快的地区。
欧盟是世界上发展可再生能源发达的地区，发展经验值得我们借鉴。目前，欧盟已经实现了乙醇、醚类、生物柴油等替代能源的产业化。欧洲绝大多数的乙醇增长可望来自乙基叔丁基醚（etBe）形式，已有好几套mtBe装置被转换生产etBe，其他的装置转换加上少量新建的etBe装置可望在2010年前完成，etBe用量可望增加到215万～257万吨/年。欧洲的乙醇用量（作为直接调合组分或etBe进料）可望提高到107万～150万吨/年。
我国可再生能源虽然起步较晚，但备受国家重视。2005年11月7日，在北京国际可再生能源大会上，国家主席向大会发来书面致辞，强调加强可再生能源的开发利用，是应对日益严重的能源和环境问题的必由之路，也是实现可持续发展的必由之路。
可再生能源纳入国家的能源发展战略，有利于我国后石油时代的能源革命，也鼓励广大科研人员，加快进行生物能源的开发和利用。结合当前能源形势，我们致力于技术创新，从降低乙醇的替代成本入手并结合石化原料（碳四），生产出了新型的过渡型替代能源易能燃料。它的成本低于燃料乙醇，性能优于乙醇汽油。而更为可贵的是，易能燃料还可以完全替代汽油使用。
目前我国秸秆发酵制酒精的技术尚在研究阶段，燃料乙醇主要以玉米为原料，而玉米发酵生产生物乙醇的效率是3.3:1，原料成本较高。从普通的生物乙醇到燃料乙醇，脱水变性是关键，其中脱水环节成为燃料乙醇难以跨越的成本壁垒。
我国现阶段乙醇年生产能力超过500万吨，但企业经济效益低下，装置开工不足，约有250万吨的生产能力闲置。通过技术改造生产燃料乙醇不但成本高昂，且短期内无法大范围实现。此外，我国石化企业的碳四副产品急需消化，特别是西气东输工程投用后，FCC副产的碳四（液化气）必须寻找新的出路。
易能公司在技术创新上下功夫，以普通的含水乙醇替代了高成本的燃料乙醇，再加上石化原料（碳四），研制出了新型的车用替代能源――易能燃料，不但有效地降低了生产成本，还大大提高了混合燃料的性能。
原料：
易能燃料（etBemiXtURe）以普通的含水乙醇和碳四为原料。从上面介绍的情况我们不难看出，易能燃料投产不但有助于充分利用国内富余的乙醇生产能力，带动乙醇工业发展和相关就业，还有助于消化石化企业的碳四副产品，充分利用石化资源，可说是一举两得。
成本：
1．设备成本：与欧洲etBe生产技术和我国燃料乙醇生产技术相比，易能燃料新设备投资额和运转成本相对很低，设备投资不到燃料乙醇的一半。
2．生产成本：较之欧洲生产纯etBe和我国生产变性燃料乙醇，易能燃料使用普通的含水乙醇做原料，降低了生产成本。
3．流通和使用成本：与当前各国广泛推广的乙醇汽油相比，“生物etBe混合物”不需要改进现有供油设施，且不存在不宜长期存放的问题，也不需要改动发动机或清洗油箱，降低了流通和使用成本。
性能：
1．可充当添加剂：易能燃料可以充当汽油添加剂，以15%的比例与汽油参配成生物汽油使用，性能优于我国现行的97号汽油；
2．可完全替代汽油：易能燃料可以在不改变汽车发动机条件下，完全替代汽油使用。
3．比较优势：易能燃料不存在“乙醇汽油”易分离、动力差、生产成本高等问题。
替代效率：
在“易能燃料”生产技术中，乙醇的原料产出比约为1：2.2。也就是说，使用1升含水乙醇原料可生产出大约2.2升“易能燃料”。其替代能力是燃料乙醇的约2.2倍。
我们可以粗略算一下，生产100万吨燃料乙醇需消耗粮食330万吨，而生产100万吨易能燃料最多消耗粮食150万吨。
回报：
1．经济：初期投资约2亿人民币，投资回报期约为4年，初期投资回报率25%，并逐年上升。
2．节能：易能燃料辛烷值比传统汽油高，节能2成以上；
3．环保：易能燃料清洁环保，可达欧Ⅲ标准。
我国当前汽车保有量超过2000万辆，车用油消费超过整个成品油消费的三分之一。2006年，运输行业的发展将成为汽柴油需求增长的主要动力，中国新增石油需求中有三分之二左右来自运输业。而随着汽车产业的发展，到2010年车用油消费可能超过整个成品油消费的一半。
在车用能源增长迅猛的今天，建立车用燃料替代体系势在必行。在新型车用燃料的开发方面，易能公司通过技术合作和技术创新，逐渐形成了以低成本制造技术为核心竞争力，以易能燃料和生物柴油为主要产品的车用能源替代体系。
技术是企业的竞争力，创新则是企业的生命力。没有核心技术，企业将难以生存；没有创新能力，企业就无法发展。易能公司在开发新型替代能源制造技术的过程中，引进了先进的粉碎技术和微生物发酵技术，可大幅度提高原料的发酵效率，从而降低生产成本。同时，易能公司始终致力于自主创新，完成了企业技术的整合。目前，企业拥有先进的易能燃料制造技术及生物柴油生产技术。在生物柴油的技术研究领域，易能公司初步解决了生物柴油低温易凝结的问题。为突破生物柴油产业发展的原料瓶颈，易能公司正尝试用多种油料植物生产生物柴油，并开展微生物油脂的研究，积极探索降低生物柴油制造成本的新技术。
易能燃料制造技术在世界上都属先进的能源制造技术，该技术已在我国和日本等地申请国家技术专利。它不但有利于缓解能源危机，还有利于提高石油利用率，这在后石油时代这个过渡时期非常具有时代意义。而且可以完全替代汽油这一性能，使易能燃料成为一种极具未来意义的替代能源。
经济的增长必须以能源消耗为代价。世界经济的快速发展不但加剧了石油危机，并给自然环境带来了沉重压力，近几年频发的自然灾害就与环境恶化密切相关。尤其是近十几个月来，海啸、地震、飓风、暴风雪等自然灾害频繁出现，地球气候也出现大范围反常，这无疑是向人类发出的警告：环境污染已经成为大自然无法承受之重。生物燃油研发篇7
生物燃油研发篇8
生物燃油研发篇9
生物燃油研发篇10