我国生物柴油产业发展的制约因素研究
王强1 封颖12
（1. 北京大学环境科学与工程学院，北京 100871；2. 中国科学技术信息研究所，北京 100038）
1.生物柴油的概念及制造流程
生物柴油以大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黄连木等油料林木果实、工程微藻等油料水生植物以及动物油脂、废餐饮油等为原料经酯交换反应获得，是优质的石油柴油代用品。[1]在普通柴油中掺加一定比例的生物柴油，不但可降低普通柴油的消耗量，还可减少二氧化碳、、硫化物、多环苯类致癌和黑烟等污染物的排放，生物柴油本身无毒、无害，能自行分解回归自然[2]。
2.我国生物柴油产业发展的制约因素
根据2007年8月发布的《可再生能源中长期发展规划》，到2010年，中国可再生能源消费量将达到能源消费总量的10%，到2020年达到15%。其中生物柴油年利用量将于2010年达到20万吨，2020年达到200万吨（2020年中国生物柴油的设计产量将达到2005年的40倍）。
根据联合国粮农组织2008年10月发布的《生物能源：前景、风险和机遇》报告，2007年，全球植物性生物柴油产量达到756万吨，其中欧盟产量达452万吨，美国产量125万吨，中国为8万吨。截至2007年底，我国已有数十家生物柴油企业，2007年产量年产30万吨左右，生产能力超过300万吨/年。国家对生物柴油的发展规划是：“十一五”工业示范，“十二五”工业推广，“十三五”大发展。
2.1 产业原料的供应。
发展生物柴油，原料是关键。一般来说，原料的价格占生物柴油成本的70％～80％。植物油的性质和组成决定加工流程与产品方案。油料亩产量影响生产装置规模（年产几千吨到20×104t）。油料收集、运输、物流半径和油品市场则影响厂址选择。
美国生物柴油主要原料是转基因大豆油。巴西是蓖麻油和转基因大豆油。欧盟、加拿大等国则以双低菜籽油为原料，因为欧洲油料作物供给量远大于食用量。马来西亚、印尼则是以其盛产的棕榈油来发展生物柴油。微藻被世界各国作为长远发展战略资源在大力开发和研究。早在1980年代初，美国可再生能源国家实验室就开始利用微藻制备生物柴油的研究[3]，但目前还处于研发阶段。
而中国生产生物柴油的原料，可以分为四类：包括高熔点和高酸的隔油池的废油和废弃动物脂肪，高熔点和低酸的动物脂肪和剩饭菜所含的油脂，低熔点和高酸的酸化油脚和变质植物油，以及低熔点和低酸的植物油，如菜籽油、大豆油等。
从2005年以来，由于技术门槛比较低，中国大量企业涌入生物柴油行业，他们一般采用地沟油、动物油和植物油厂的下脚料为主要原料，产品则提供给公交系统、柴油发电厂使用。2006年开始，生物柴油在上海、福建、江苏、安徽、重庆、新疆、贵州等地陡然升温，10万吨以上产能的项目纷纷上马。如安徽国风生物能源有限公司的设计产能达60万吨/年生物柴油、南京清江生物能源科技有限公司的设计产能达75万吨/年生物柴油项目等。全国各地大大小小的生物柴油项目近百个，在建、拟建项目总产能超过300万吨/年。
由于政府缺乏管理，生物柴油的价格体系非常脆弱。2008年以来，由于对生物柴油工业的过度投资，从隔油池垃圾中提取的废油价格飞涨，从2002年的每吨1800元上升到2006年的每吨3600元。高昂的价格限制了废油在生物柴油工业中的应用。由于原料价格的暴涨，国内生物柴油产业遭遇 “寒冬”。咨询公司投中集团（ChinaVenture）公布了《2008年中国生物柴油行业投资价值研究报告》，指出目前中国在建生物柴油产能高达300万吨/年，但是由于原料短缺及价格高涨等原因，2007年，中国生物柴油产量仅有约30万吨，产能利用率只有10%。我国生物柴油原料较为单一，主要集中在地沟油与酸化油等原料上。同时，由于部门管理混乱，缺乏有效的组织体系，所以地沟油、餐馆废油、牛羊皮废油等各种废弃油资源真正得到利用的只是很少一部分。
2.2 生物柴油产业的“政策链”和“产业链”尚不健全
我国尚未制订促进生物柴油生产、销售、使用等相关政策，更没有生物柴油进入成品油市场的正规销售渠道，对于生物柴油原料收集处理的相关政策还没有形成一个完整的体系。这一系列产业“链”的缺失严重制约生物柴油产业发展。
企业搞生物能源不仅要关注技术和市场推广，还要对原料选取、育种和种植投入很大精力。可以说整个产业链都要自己培养、建立。生物柴油的产业化仅靠一个行业、一家企业自身的力量还远远不够，需要政府对产、学、研以及跨行业协作进行组织协调，共同攻关，建立起完善的产业链，才有可能使这一新兴产业健康、快速发展。
比如说生物柴油的标准体系、销售渠道、税收优惠问题。
我国已发布《柴油机燃料调和用生物柴油（BD100）国家标准》（GB/T20828-2007），但由于该标准所针对的是100%生物柴油，而在柴油发动机中使用100%的生物柴油几乎是不可能的。在欧美，基本上都是在石化柴油中添加5%到15%的生物柴油，这样对发动机本身和汽车的动力都不会有明显影响。这就意味着，要让它进入加油站，还必须有相应的掺混标准，出台BD5，BD10这样的标准。
虽然《可再生能源法》确定了生物柴油的合法地位，但时至今日生物柴油仍然没有进入加油站主渠道。因为国家对成品油的监管非常严格，而目前生物柴油的质量参差不齐，如果在加油站销售，质量无法保证。另外，产量太小也是制约生物柴油走进正规加油站的重要原因。
我国《可再生能源法》和政府有关文件中，虽然明确了优惠的税收政策，支持生物柴油的发展，然而在实际中并没有兑现。相反，由于废油生产厂家没有正式的发票，生物柴油的增值税远远高于其它石油化工或化工产品。由于我国至今没有生物柴油B5或B20标准，因此生物柴油不能进入正规加油站。
2.3 产业生产装置和设备落后，产业工艺过程尚不够环保
为了适应成分复杂的原料，我国生物柴油技术形成了原料适应性较强的工艺路线。目前，形成了以废弃油脂和野生树木种子为原料，以常规酸碱和改性酸碱，固体分子筛为催化剂的实用工业技术以及脂酶为催化剂和超临界无催化剂的技术储备体系。我国生物柴油生产技术相对成熟，但生产设备比较落后，生物柴油厂的生产设计和运行没有技术规范，存在安全隐患。技术标准、产品检测和认证等体系不完善，没有形成支撑生物柴油产业发展的技术服务体系。
目前生物柴油工艺过程尚不够环保，超临界反应需高温、高压、高醇油比，生产过程中常用的均相催化剂容易腐蚀设备，难于分离，产生并排放大量废水、能耗大。酯交换制取的生物柴油，馏程分布较窄，粘度高、低温启动性能差，雾化性能差。采用生物柴油与常规柴油混配技术以及可控分段裂解技术，优化生物柴油的馏程分布是发展的必然趋势。
3.相应的解决对策
3.1 确保廉价稳定的生物柴油原料供应
短期来看，当前我国还应加强地沟油等餐饮废油的捞取、运输、加工的机械、方法研究。要积极发展以各种废弃油脂为原料生产生物柴油。我国现在每年消耗各种动植物油脂在1500万吨～1650万吨。在油料加工和使用（包括食用和食品加工）过程中产生大量的废弃食用油脂，如油料加工厂的各种油脚、煎炸废油、泔水油等，其总量也在百万吨以上。回收废弃油脂并用于生物柴油生产，既可以解决废弃物排放对环境污染的问题，同时还能变废为宝。目前，我国隔油池垃圾和其它废油的收集、运输和处理没有明确的政府部门负责。而在新加坡、中国香港、澳大利亚和美国等国家和地区，其环保部门对隔油池垃圾和整个再利用过程负责。目前我国处理隔油池垃圾没有一个完整而可行的法规可依据，隔油池垃圾和其它废油的收集、储藏和处理实际上出于失控状态，作为生物柴油工业资源的废油，要么流入污水管道浪费掉，要么非法掺入人畜的食品中。中央电视台曾经多次播出禁止非法企业用废油制作食品的节目。相比之下，中国香港地区有环保部门制定的《隔油池垃圾处理条例》，对与隔油池垃圾处理的相关事宜专门做出规定。我国目前隔油池垃圾的处理过程，包括含油污水、刺鼻怪味的处理等没有国家标准。其后果之一是，先进的环保技术不能有效而广泛地得以应用，隔油池垃圾提取的整个技术水平仍很低[6][7]。
从长期来看，木本能源植物是生物柴油一条很有潜力的希望之路，它们可以种植在不适宜粮食作物生长的山区。作为更大规模“绿色减贫”行动的一部分。据统计，中国每年有6亿吨秸秆等农林废弃物，有近20亿亩的宜农、宜林荒山荒地，可用来发展能源农业和能源林业 [5]。据初步调查，全国野生木本油料植物含油量在15％以上的约有1000种，其中含油量在20％以上的约有300种。另外，我国山地资源丰富，据统计，山地、高原和丘陵约占国土总面积的69％。由于山地土层薄、肥力差、缺水等因素，不宜农作物生长。而木本油料植物则野生性、耐寒、耐贫瘠[6] 。
我们应着手开展木本能源植物的资源和土地评估工作，弄清楚有多少非食用农作物种植用地可以用于能源农业和能源林业。我国还应建立粮食影响评价制度，对以粮食为原料生产生物能源，政府将实行严格的计划控制，对以甜高粱等非粮农林作物为原料生产生物能源，必须配套建设原料基地，原料基地建设要开发利用荒山荒坡等未利用土地，不能占用现有耕地和基本农田。生物柴油产业发展必须科学发展、合理布局，不能一哄而上。要结合土地资源状况，研究分析原料供需总量和区域分布，围绕产业经济性和目标市场，因地制宜确定产业发展的指导思想、发展目标、项目布局原则和生物柴油的混配、储运、销售和使用实施方案，以及配套政策、法规工作等，统一规划，规范和引导生物柴油产业发展。要建立生物柴油方面的行业准入标准，防止投资过热，使得一个地方有过多生物柴油企业，造成互相抢夺资源，造成整个社会资源的浪费；应该对生物柴油的生产建立有效的监管机制，防止发生生产事故。
3.2 尽快制定生物柴油相关政策体系，培育生物柴油产业集群
美国发展生物柴油的特点是，在政府推动下，产量迅速增长，广泛推广应用，并形成了生物柴油的产业集群。美国生物柴油产业的发展带动相关产业的兴起。如全国生物柴油协会，包括添加剂、催化剂的化学品供应商、负责油罐清洗的清洁公司，以及设备制造、施工管理的工程建设单位；广告、业务策划、可行性研究、质量保证、选址、危机管理等的咨询服务公司；教育培训、人才招聘；包括土木、电气、工艺设计的工程施工；包括油品销售站、油品调配、分销站等；运输，包括公路运输、铁路车轮租赁等。除此之外，美国还出版生物柴油期刊，专著，以及油罐生物柴油技术或学术会议也频繁召开[4]。
我国应制定完善的生物柴油产业政策，包括研发投入、标准体系、销售渠道、税收减免等。以标准体系为例，应包括B100、B5、B20等不同混比的产品标准，氧化安定性标准，生物柴油抗氧化添加剂标准，生物柴油原料储存标准，麻风树、黄连木种子采集、干燥、储存、榨油标准，隔油池垃圾的收集、运输、处理标准、设备、酯交换反应釜、减压蒸馏塔的设计规范和流程标准等。所有这些标准应该形成一个完备的标准体系，这样我国生物柴油才能在国际上形成竞争力。
3.3 产业技术和工艺的改进
目前生物柴油生产装置还是间歇性的，产量小、设备腐蚀严重.研究开发一种产量高、能耗小、操作条件温和、环境友好的生产工艺是当前研究方向和发展趋势。在这方面，催化精馏工艺有着其独特优势。例如，反应与分离在塔内同时进行；塔顶部份回流，实现某种反应物在塔内的过量，加速反应的进行，因而是实现生物柴油连续化生产的理想工艺之一。要实现催化精馏，高活性、高稳定性的固体催化剂是关键，固体催化剂具有高催化活性，易于分离，环境友好等特点，如果其稳定性能够得到进一步改善，势必将推进生物柴油的大规模推广应用[8][9]。
要从生物柴油产业链来分析，每一环都要降低成本，再加上采用投资少、成本低的清洁生产柴油生产工艺。若要大幅提高利润，则关键是要从生物柴油（脂肪酸甲酯）和甘油来生产附加值高的化工产品。利用生物质原料植物脂肪酸或脂肪酸甲酯生产合成洗涤剂和表面活性剂的原料——高碳醇，比以石油乙烯等原料具有优越性。以甘油为原料还可以生产环氧氯丙烷这种重要的有机化工原料。从脂肪酸甲酯和甘油还可以生产大宗化工产品，这方面也颇具广阔前景。这在国外已开展了大量研发工作，有的已实现了工业化。如在泰国，2007年10月投产了全球第一座棕榈油为原料生产生物柴油和脂肪醇的一体化工厂，其中，生物柴油生产规模为20万吨/年；2008年1月投产了脂肪酸，生产规模为10万吨/年[4]。
参考文献：
[1] 国际能源署(IEA)《世界能源展望 2007》报告
[2] 欧盟国家发展生物柴油的经验与启示，2007年220号，调查研究报告
[3] http://energy.datasunny.com/show.php?itemid-7858/page-1.htm,14th,Oct,2006
[4] 生物质能源是一个“朝阳产业”——两院院士闵恩泽谈生物柴油产业的发展，陈伟立，中国石油和化工经济分析，2008年2期
[5] 闵恩泽，张利雄.生物柴油产业链的开拓——生物柴油炼油化工厂[M].北京：中国石化出版社，2006：61－83
[6] 我国生物柴油产业发展应注意的几大问题，冀星等，国际石油经济 2007年 第02期
[7] 我国大型石油公司如何应对生物乙醇与生物柴油发展潮流， 冀星等，国际石油经济，2008年2期
[8] 中国生物柴油产业发展前景分析 王孝峰，中国石油和化工经济分析，2008年2期
[9] 生物柴油发展思路和政策建议，国务院发展研究中心技术经济部李志军，李志军，中国经济时报2008年04月07日
(本文发表于《中国科技成果》2009年第2期)