朱云杰 法国巴黎Agro Paris Tech学校

李光明 同济大学环境科学与工程学院

世界人口的不断增长以及工业化的持续发展造成了对能源的需求日益攀升，煤、石油和天然气的大量消耗造成了温室气体排放量增多，导致全球变暖问题愈加严重，到2013年，全球二氧化碳浓度比19世纪中期高出40%。近年来随着开发和勘探技术的提升，石油和天然气储备量还在扩展，致密油和页岩气的开发也使能源产量进一步提升[1]，然而，煤、石油等化石燃料的不可再生性加上全球不断增长的能源需求量，随着时间的推移，导致能源耗竭、价格上涨等问题终将接踵而至[2]。二次世界大战后，受石油危机和全球气候变化的影响，替代能源的研发得到了加速，由于生物燃料资源丰富、可再生、低污染等特点，巴西、美国和欧盟等国均开始积极发展生物燃料技术以应对能源需求的增加和全球变暖的加剧。

随着技术的革新，生物燃料已经发展到了第四代：第一代生物燃料主要生产生物乙醇和生物柴油，但会和经济作物争夺种植空间引发粮食危机；第二代生物燃料通过转化纤维素技术缓解了能源作物与经济作物之间的竞争；第三代生物燃料通过海藻或微生物制成生物柴油和氢，不用考虑土地利用变化，单位面积的产率为高等植物的数十倍。第四代生物燃料通过利用藻类代谢途径，使其直接利用光合作用吸收二氧化碳合成生物乙醇和生物柴油，达到了生产的同时也有助减排。还有通过生物质固化技术制成的高密度、高热值、高热效的颗粒状燃料，是替代煤炭的良好选择[3]。由于拥有丰富的木质资源，欧洲在第二代生物燃料和生物质固化技术的发展尤为迅速，位居世界前列，这为中国生物能源的发展提供良好的案例。

1 欧洲生物能源利用

1.1 欧洲生物能源资源与利用

欧盟的化石能源资源相对贫乏，50%的国家需要依赖进口，然而欧洲拥有丰富的生物能源资源可用来推进可再生能源领域的发展，2010年，欧洲森林可提供木材储量达到218亿m³，且以每年净增量2.89亿m³的速度增加。作为世界上木炭颗粒的主要生产者和消费者（图1），欧洲十分重视农业资源和林业资源的储备与开发。这也为欧洲发展生物能源奠定了基础，到2012年，欧洲一次能源生产燃料中可再生能源超越煤、石油和天然气，达到1.77亿t[4]。

在利用方面，欧洲生物能源消耗增长迅速，2011年，生物柴油和生物乙醇的消耗量均逐步提升， 2011年交通领域对生物燃料的消耗总量已达到了2006年3倍（图2）。据国际能源署（IEA）预测，到2050年，全球生物燃料消耗量将达到32艾焦，占全世界交通运输燃料27%。对于拥有丰富的木质生物资源储量的欧洲来说，在生物能源国际市场中他们的竞争力十分强，同时也能有效应对欧洲能源需求的增长。

1.2 欧洲生物能源发展政策

图1 2013年世界木炭颗粒生产/消费比重（100万t）

图2 近7年间欧盟道路交通生物燃料的消耗量

自1992年召开地球峰会，及1995年的《欧洲能源政策》白皮书、1997年的京都议定书的颁布，欧洲委员会制定了以发展生物燃料替代化石燃料为目标的相关指令。为确保能源供应，能源价格稳定、提高欧盟竞争力以及节能减排等目的，欧盟对不同年限制定了相应的能源战略，旨在生产安全、竞争力强且可持续的能源：到2020年，温室气体的排放相对1990年应减少20%，能源总消耗量中可再生能源应占到20%，能源效率应提升20%，可再生燃料占道路交通能源的10%；到2030年，温室气体的排放相对1990年应减少40%以上，可再生能源的利用应占有能源总消耗量的27%以上，能源效率应提升27%以上；到2050年，欧盟旨在大幅消减温室气体排放量，发达国家作为一个整体，要求通过努力使温室气体的排放较1990年降低80% ~ 95%，使欧洲成为一个高效节能的社会，同时低碳经济也将提振欧洲经济、创造就业机会并加强欧洲竞争力。

可再生能源的发展在世界范围内的竞争非常激烈，欧盟也将可再生能源发展的目标定为世界第一[5]。为促进欧洲生物燃料的开发和营销，欧盟成员国颁布了大量的减税政策，从2007年开始逐年减少减税比例直到2015年，从2007年的减税33%到2012年的减税14%。此外，为使生物燃料较化石燃料更具有竞争力，2011年， 欧洲议会免除了生物柴油90%的税收，利用差别税收的手段以及对能源作物（如油菜籽）的生产补贴以促进生物柴油产业快速发展。

1.3 欧洲生物能源发展趋势

煤、石油等化石燃料资源的枯竭使其价格上涨成为必然趋势。国际能源署IEA在2012年1月发布的2011年世界能源展望，对煤、石油以及天然气进口价格的预测均呈上升态势，到2050年其价格或将达到新的高度（图3），这对能源进口大国来说将是一个沉重的负担。摆脱对进口燃料的过度依赖、寻求新能源的开发作为替代势在必行。

图3 化石燃料进口价格变化曲线及预测

2013年欧洲委员会发布了2050年前欧洲能源、交通以及温室气体排放量发展趋势的预测报告，通过对输电配电损耗、能源分支、交通运输、第三产业、家庭供能、工业用能（包括碳捕捉（CCS））等领域的计算和预测，研究分析能源从2015年到2050年的消耗量变化，如，可再生能源在2010年的消耗量占欧洲能源消耗总量的8%，到2020年，消耗量将上升至11%，到2050年，欧洲工业领域中可再生能源消耗量所占比重将持续上升至14%，而石油的比重则下降到8%，天然气的比重将下降至29%，这意味着可再生能源拥有巨大的潜在优势，其在能源中的地位在未来将不断攀升。另外，在住宅领域和第三产业，可再生能源也都将保持在15%和5%左右。

近年来，欧盟各国对生物质能的生产技术进行了积极的研发，2010年，生物柴油产量达1920万t，相比2008年前增长了20%[6]，德国、法国、荷兰等国的发展尤为迅速，其生物燃料产量总和约占欧盟总产量的50%[1]。同时，生物质能在能源消耗中所占比重也在上升，如在交通领域，生物燃料在2010年还只占有4%，到了2030年，其所占比重将达到8%（图4）。

在产能方面，生物质能在电力生产的比重也在上升，从2010年起，欧盟加大生物质能发电的比重，预测到2050年，生物质能应用于电力生产的比重将达到8%，是2010年的2倍。这意味着生物质产能技术的进步和规模的扩大，其在产能领域的竞争力也将和其他可再生能源一样超越传统不可再生能源，如煤炭的比重将严重下滑（图5）。

图4 交通领域根据燃料类型区分的终端能源需求变化及预测

图5 根据能源种类划分的产能比重及预测

从欧盟对生物质能在各领域的预测以及近年来生物质产量的增长率看，生物质能的技术和市场均有进一步发展的潜力，加上政策的扶持，生物质能较不可再生能源拥有更良好的发展前景。我国也有宏大的生物能源发展计划，在发展程度上虽不如欧洲，但我国拥有庞大的生物能源资源和生物能源需求，作为世界第二大经济体，我国必将大力开发本国资源，在国际生物能源市场占据一席之地。

2 我国的生物能源利用情况

2.1 生物能源资源

中国地域辽阔，中国生物能源资源具有品种多、数量大、分布广的特点，可分为农业资源、畜禽粪便、森林资源、有机污水以及城市固体废物等5大类。不同的生物质资源在不同地区的竞争力受产量、产能效率等因素影响而产生差异。如，由于我国不同地区的发展侧重点的差异，生物能源资源不同品种的分布也不同，农业生物资源（如秸秆）主要集中分布于东中部主要农区和西南部分省市；畜禽粪便主要分布在养殖业和畜牧业较发达的地区，如河南、四川、河北、山东等地；林业资源则主要分布在我国主要的林区，如西藏、云南、黑龙江、吉林等[13]。我国生物能源资源丰富，生物能源资源储备量也在不断上升。据国家统计局2014年数据，我国森林面积达到20769万公顷，造林总面积达到6030千公顷，这为生物能源提供了丰富的木质纤维资源，为发展第二代生物燃料和生物质固化产品提供了良好的基础。

2.2 能源消耗

随着中国工业化与城镇化的推进，中国对能源的需求量不断攀升，2010年，能源消费总量超过35亿t标煤，到2012年，能源消费总量突破40亿t标煤，到2014年，能源消费总量再创新高，达到了42.6亿t标煤（表1）。中国也是世界上最大的能源消费国，占全球能源消费量的23%，占能源消费净增长的61%。

表1 国家统计局国家数据网数据：2010年到2014年能源消费总量 （万t标煤）[13]

能源消耗量的持续增长使中国对进口能源的依赖也在增长，到2013年，中国的煤进口量已经突破3亿t，原油进口量也接近3亿t（图6）。能源依赖度是衡量能源安全程度的元素之一，如果中国原油用于出口海外而非补足国内消费市场，这将造成能源依赖度的再度提升，并将导致能源安全问题的发生，甚至出现“石油危机”等严重打击中国经济和社会稳定的事件发生。

图6 国家统计局国家数据网数据：2010年到2013年煤和原油进口量[13]

2.3 能源结构调整与生物能源生产

中国能源需求在不断增加，到2035年，中国的能源产量将增加47%，而消费量将增加60%[7]。但从能源结构角度看，由于中国能源结构的持续改进，不同能源在不同领域的比重及发展趋势是不同的，如在发电方面，石油和煤炭的比重逐渐下滑，新能源发展迅速，作为可再生能源，生物燃料在发电领域的发展前景良好（图7）。

农业、森林等生物能源资源种类和数量的丰富致使中国的生物能源生产潜力巨大，到2013年，中国在生物燃料产量已经接近欧洲生物燃料生产大国水平，当然和美国以及欧盟整体相比，仍有较大差距。但在中国巨大的能源需求和能源结构调整形势下，生物能源的产量有望进一步提高（表2）。

3 讨论与启示

图7 中国的发电燃料比重趋势[8]

中国作为能源消费大国，能源消耗量依旧持续增长，二氧化碳排放量也随之上升，到2012年，我国二氧化碳排放量占世界排放量的23.33%，位居世界第一。2013年，雾霾事件集中爆发，涉及范围达国土面积1/6。到2035年中国二氧化碳排放量将增长37%，占世界总量的30%[7]。由此可见，中国环境已受到巨大压力，在改善空气质量、延缓温室效应方面将面临强大的挑战，急需加大力度发展生物能源，调整能源结构，实现节能减排。我国拥有较长的生物能源利用史，但是开发程度低、转化技术落后，然而我国拥有丰富的生物能源资源，有较大的开发潜力，有能力成为未来生物能源领域强大的竞争者。同时，我国虽然生物能源开发已经起步，但是在规模和效率上依然离世界先进水平有所差距，从可持续发展的角度来看，我国需要综合环境、社会、经济三大因素，从技术、政策、市场三个方面入手，改善中国生物能源的生存条件，为其提供良好的发展空间。

（1）从2014年美国开发致密油达到大幅增产的案例可以看出科学技术始终是第一生产力，建立生物燃料技术平台是保证生物燃料市场竞争力的有效措施之一。从欧洲能源消费结构来看，未来煤在欧洲能源消费结构中所占的比重越来越少，而可再生能源比重则是持续增加，这意味着新能源竞争力的提升，生物能源在能源效率提升方面拥有巨大的潜力。从技术角度来看，第三代和第四代生物燃料技术的完整开发甚至可以成为改变能源消费结构的标志之一。中国现在是用煤大国，虽然中国能耗整体在增长，但在节能减排的要求下，煤的消费增量将有所减少，这是清洁能源进入中国能源市场的好时机，以弥补能源需求的增加和煤炭用量的减少。目前，中国正在加速研究第三代和第四代生物燃料技术，虽然还未投入大量生产，但这是中国发展生物能源的必经之路。另外，体系的精简优化是潜能开发的重要环节，也是产业发展必经之路。从生命周期评价和成本评价的角度看，生物能源在原料的生产、物流系统的建立、转换程序的排放以及成品消耗过程中所造成的环境问题和开支削减也需要保持关注并完善相应的指标和改善措施，做到全过程的系统性监管，从而更好地完成节能减排和提高能效。

表2 美国、欧洲主要生物燃料生产国、欧盟以及中国的生物燃料产量统计 (1000 t 油当量)[1]

（2）中国地区差异大，与欧洲总体情况类似，因地制宜、细化政策是政府平衡温室气体排放、促进各地优势项目崛起的基本手段。如上海的餐厨垃圾回收物流网可提供大量的生物质废弃物，餐厨垃圾收集规定和补贴是促进建立上海餐厨垃圾回收物流网在政策方面的手段，一套完整的餐厨垃圾回收物流网是高人口密度城市改善城市环境、增加能源供应的有效措施。在沼气生产方面，中国沼气的应用总体规模较大，应用经验也更为吻合中国国情需要，值得以农业为主的省份通过减少税收或者增加补贴以鼓励发展，成为生物能源发展的生力军。

（3）产业的科学运营是维持产业生命力、提高产业竞争力的重要环节。生物能源的进一步发展是从分散、低产的小户向集中、高产的大户发展的阶段，最终形成一套完整、高效的集约型产业链，成为生物能源产业运营和发展的模板。集约型运营的目的是提高市场竞争力、保证生存与发展，一个行业在形成一套完整的体系后就如同拥有一个完整的生态圈，以应对来自国际能源市场方面的冲击。如，“猪沼果”模式下的运营，形成一套完整大规模集约型产业，以大数量的畜禽为源动力，以建立沼气并入燃气管网项目为主，兼以销售猪肉、化肥、处理后沼液等产品并完善猪沼果体系。这种体系的建立可解决畜禽粪便的收集、死猪病猪的集中处理和资源化等问题，同时保证成套体系的可持续运营，增加就业，并可改善低效率粗放型生产模式，生成更多地理资源用以环境改善和经济发展。

4 结语

生物能源具有巨大的发展潜力，而技术的进步、规模的扩大、体系的优化是中国生物能源产业发展的必经之路，也是赶超欧美成为世界生物能源市场强有力的竞争者的基本手段。我国需要生物能源作为经济与环境发展的助力，也需要重视发展生物能源过程中的每一个环节，从历史中寻求道路，从结构上寻求突破，实现生物能源的宏图。

[1]BP世界能源统计年鉴第64版2015年6月Statistical Review of World Energy 2015 CN Final 20150617

[2]British Petroleum Company. BP Statistical Review of World Energy 2008. London: BP plc; 2008

[3]三门峡富通新能源科技有限公司，生物质固化技术，http://www.ftklj.com/om/articleinfo/detail_5_9_999.aspx，2012/7/15

[4]欧洲生物质能协会，2014欧洲生物能源展望。AEBIOM, European Bioenergy Outlook 2014

[5]AEBIOM, EGEC, ESTELA, ESTIF. How to Become Number 1 in Renewables: A contribution from the biomass, geothermal, and solar thermal sectors

[6]詹慧龙、严昌宇、杨照，中国农业生物质能产业发展研究Chinese Agricultural Science Bulletin，中国农学通报2010,26(23):397-402

[7]BP 2035世界能源展望 国家和地区专题 – 中国专题

[8]BP 2035世界能源展望 2015年2月EO 2035 booklet FINAL

[9]BP世界能源统计年鉴2015 “2014中国能源市场”

[10].BP 2035世界能源展望 2015年2月EO 2035 booklet FINAL

[11].康利平、Robert Earley、安锋、马郁峰 国际生物燃料可持续标准与政策背景报告 Background Report on International Biofuel Sustainable Standards and Policies Development 能源与交通创新中心 2013年5月

[12]贺仁飞，中国生物质能的地区分布及开发利用评价，地理学·人文学：能源经济环境硕士论文，教授：牛叔文

[13]国家统计局国家数据网数据