燃料乙醇的应用

燃料乙醇

生命科学学院生物工程3班司庆刚 20102917能源是人类生存和发展的基本需求。随着社会经济的持续高速发展，用以支撑社会进步的一次性能源的代表－－石油，已成为现代文明赖以生存的“血液”。然而，地球上的一次资源是有限的，并且已呈逐渐枯竭之势。据联合国能源组织多次评估，地球上的石油储量再有五十年左右大工业化开采将趋结束。我国的时间将更短，据专家预计只有三十年左右。能源短缺已是现代社会面临的一个重大问题。如果没有能源，人类生活就无从谈起，现代社会文明就无法继续。为了寻求替代能源，几十年来，人们做了不懈的努力。通过大量的研究、对比和实践，来寻找可方便制取并使用的可再生能源。近些年来，许多人都把目光又集中在传统产品乙醇上来。二十一世纪，燃料乙醇将会成为主要的新兴能源之一，将会逐步发展成为新能源的亮点，焕发出朝阳产业的无限生机。

一、对本世纪乙醇将形成新的基础产业的基本认识

1、乙醇是自然界难得的一种永远可再生的无限闭路循环的清洁物质。

乙醇和植物（包括粮食）一样，是太阳能的一种表现形式。自然界的植物通过光合作用，产生生产乙醇的基本原料，在乙醇的生产和消费过程中，又全部分解为植物光合作用的原料，周而复始，永无止境。用学术的话讲，植物光合作用的主要产物为六碳糖，六碳糖是纤维素和淀粉的基本分子。在生产乙醇的过程中，六碳糖中的两个碳转化为二氧化碳，四个碳转化为乙醇。乙醇做为能源经使用消费之后，又转化为四个二氧化碳回归自然界。这六个二氧化碳分子经光合作用，又原封再合成一个六碳糖，就这样永远闭路地在大自然界中循环。这一科学而又神奇的功能，决定了乙醇的可再生、资源丰、无污染特性。

另一方面，乙醇又是一个极具兼容功能的物质。它既卫生，又安全，广泛地应用于食品、饮料、医药、香精香料领域，渗透到了人们生活的各个方面。它又是一种优良的化工基本原料，从精细化工、有机化工到石油化工，都有它不可替代的广泛用途。同时，它又是一种难得的清洁、方便、安全的能源。所有这些特性，造就了乙醇理所应当地成为目前世界上可再生资源研究的重点方向。

2、乙醇未来的三大市场方向。

乙醇既是一种化工基本原料，又是一种新能源。尽管目前已有着广泛的用途，但仍是传统观念的市场范围。未来乙醇作为基础产业的市场方向将主要体现在三个方面：一是车用燃料，主要是乙醇汽油和乙醇柴油。这就是我们传统所说的燃料乙醇市场，也是近期的（10年内）容量相对于以后较小的市场（在我国约1000万吨/年）。美国政府已制定了一个大力发展燃料乙醇的计划，计划到2011年，将汽油中（不包括柴油）的燃料乙醇用量由每年15亿加仑（约450万吨）至少提高到44亿加仑（约1360万吨）；二是作为燃料电池的燃料。在低温燃料电池诸如手机、笔记本电脑以及新一代燃料电池汽车等可移动电源领域具有非常广阔的应用前景，这是乙醇的中期市场（10-20年内）。乙醇目前已被确定为安全、方便、较为实用理想的燃料电池燃料。乙醇将拥有新型电池燃料30—40%的市场。市场容量至少是近期市场的5倍以上（主要是纤维原料乙醇）；三是乙醇将成为支撑现代以乙烯为原料的石化工业的基础原料。在未来二十年左右的时间内，由于石油资源的日趋紧张，再加上纤维质原料乙醇生产的大规模工业化，成本相对于石油原料已具可竞争性，乙醇将顺理成章地进入石化基础原料领域。在我国的

市场容量至少也在2000万吨/年以上。乙醇生产乙烯的技术目前就是成熟的，随着石油资源的日趋短缺和价格的上涨，乙醇将会逐步进入乙烯原料市场，很可能将最终取而代之。如果要做一个形象而夸张的比喻的话，二十世纪后半叶国际石油大亨的形象将在二十一世纪中叶为“酒精考验”的乙醇大亨所替代。

3、新技术将突破粮食生产乙醇的传统概念。

更值得提出的是，随着大量的现代科技和基因技术应用于乙醇生产研究领域，已推动乙醇生产出现了突破性进展，快速转化木糖的酵母已经问世，使单用粮食生产乙醇而存在的资源贫乏的困扰，出现了大的转机。纤维质原料生产乙醇正在成为现实，其经济性也开始逐步显现，估计再有10年左右的努力，纤维质生产乙醇将完成大工业化的进程。纤维质是地球上资源量最丰富的可再生资源，真正是取之不尽，用之不竭。据测算，我国每年仅农桔杆资源的一半转化为乙醇，它的量将超过我国年汽油消费量的1.2倍以上。只有纤维做为乙醇的原料，才能满足人类在后石油时代和石油后时代对液体能源的大量需求。

因此，在二十一世纪前三十年左右的时间内，随着石油资源的日益紧缺和乙醇生产技术的革命性突破，乙醇将形成新的基础产业和新的能源产业，这将是一个不可逆转的方向，也完全符合国际社会的“可持续发展”和“绿色经济”发展的总趋势。

二、燃料乙醇生产与国家粮食安全

1、正确树立新形势下新的粮食安全观

当前，困扰中国的粮食问题，已经不再是传统的由于生产力水平低下而经常出现的供给短缺的问题。当前中国的粮食问题，一方面是粮食供给的品种结构和质量水平不能适应变化了的市场需求，市场上出现了过剩和短缺并存的现象；另一方面主要是农业生产力水平得以质的提高而出现的阶段性过剩，又没有相应的转化方向所造成的粮价下跌，谷贱伤农的问题。这是当前中国粮食生产及整个农业生产所面临的主要矛盾，也是新形势下粮食安全问题的症结所在。

自九十年代以来，我国粮食的总供给经历了“多－少－多”这样一个明显的曲折过程，并由此引起粮食价格的“过低－暴涨—过低”现象。应该明确这样一个观点：粮食过多而不被转化和粮食短缺供应过少都是不安全因素。由于我国历史上曾长期受到粮食短缺的困扰，国民上下对缺粮的严重威胁刻骨铭心，久而久之，便形成了传统思维定式的以粮食短缺为内涵的粮食安全概念。相反，对于粮食安全的另一方面，由于粮食阶段性过剩带来的不安全，却很少提及并认真研究它。没有有效加工转化能力和转化方向支撑的粮食生产同样是不安全的。

正确地讲，要确保国家粮食安全，既需要切实保护粮食生产能力，以求在需要的时候能够保证在最短时间内增加粮食总生产量，又需要拥有可控、巨大、稳定的粮食转化能力和转化方向，以求在农业部门稳定提高劳动生产率的情况下（这在我国尤为重要），可以迅速消化过剩粮食，支持农民完成扩大再生产，形成增产－消费－刺激再生产的良性循环。也就是说，在农业生产力水平有了质的提高的情况下，必须有相应的加工转化能力给予支撑和保障，这样才能真正保证粮食安全。在这一基础上，逐步形成灵活的市场机制，充分利用国内、国外两种资源、两个市场来调控粮食供求平衡，真正实现确保粮食安全。纵观当今发达的农业国，走的都是这么一条路。美、欧等农业资源大国对粮食的加工转化能力均为粮食生产能力的60-70%，而我国目前只有20%左右。确立这样一个全面、正确的粮食安全观念对于我们当前所处的阶段是非常重要的，它可以从根本上为拓宽粮食加工转化领域提供依据。

燃料乙醇产业作为促进农业产业化的载体，是促进综合保障粮食安全问题的有效途径之一。发展燃料乙醇产业会带动一系列相关产业的发展，可以有效扩大粮食转化的方向，调整产粮结构，刺激粮食生产，逐渐建立一个新的农产品转化市场，促进农业生产的良性循环，进而可得到一个长期、稳定、可控的粮食转化市场，保障粮食安全，增强和巩固加入WTO后我国粮食生产的基础地位，为实现农业产业化走出一条新途径。

2、燃料乙醇的生产过程既是劣质粮食转化过程，又是优质蛋白质的生产增殖过程。

燃料乙醇有一个业外人士不十分了解的一个极具优势的生产特性，就是在生产过程中只消耗粮食中的淀粉，同时对蛋白质等其它营养物质是一个浓缩过程，并使不易被利用蛋白转化为优质酵母蛋白的过程。也就是说，燃料乙醇的生产过程也是优质高蛋白饲料生产的同一过程，是饲料蛋白资源的增值优化过程。以传统的玉米原料生产酒精为例，每生产1吨酒精约需要3吨玉米，同时可生产1吨DDGS蛋白饲料（可溶和不溶性干酒糟的总称）。DDGS饲料是国际市场公认的优质蛋白饲料，蛋白含量达30％左右，富含氨基酸、维生素和矿物质，是优良的配合饲料原料。

可以说，经过酒精发酵中酵母的消化、吸收、代谢后，原料中的蛋白质实现了优化增值（部分普通蛋白转化为优质酵母蛋白），消化吸收率得以提高，饲养价值得到提升。这一业外人士很少知道的优异特性，也是燃料乙醇能大规模综合利用和生产的重要因素之一。国外燃料乙醇工厂的业主一般都为农场主或饲料业主，原因也就在这里。

再说畜牧业，我国畜禽产量的80％来自农村，大都基本沿用传统粗放的毛粮饲养方式，资源利用率低，效果不经济。如果能把这些直接饲喂的粮食加工成配合饲料，至少可以增加饲料量20％。据专家统计，还依据毛粮饲养所需的等量粮食，如果用现代化饲料生产供给不同类型的配合饲料，即使不用改造成为规模化养殖形式，也完全可以在现有基础上再增产480－640万吨猪肉（活重）。这个增产量相当于节约了1700－2000万吨饲料粮。另一方面，随着人们生活水平的不断提高，肉、蛋、奶的消费比重越来越大，我国的畜牧业必定会快速发展，落后粗放的饲养方式必将为现代科学的饲养方法所代替。我国现在每年的饲料用量大约为15000万吨，今后将会更多。结合乙醇的生产特性，从社会资源配置角度，国家完全可以通过宏观调控和市场机制，把用来直接做饲料的粮食资源，先生产燃料乙醇，然后使副产物DDGS再回到饲料市场。这样，饲料的蛋白总量非但不会减少，反而会得到很大的改善和提高。社会资源得到了有效的综合利用，这也符合新型工业化原则的要求。

三、燃料乙醇的正确定位

1、燃料乙醇是油品的优良品质改良剂，燃料乙醇不是“油”。

乙醇具有许多优良的物理和化学特性。燃料乙醇按一定比例加入汽油中，不是简单做为替代油品使用，这种认识和宣传是大错而特错的。燃料乙醇是优良的油品质量改良剂，或者说是增氧剂。它还是汽油的高辛烷值调合组分。它是和我国石油行业在九十年代后期为提高油品质量才开始发展的MTBE起同样的作用。乙醇的增氧效果比MTBE要好一倍。美国法定的汽油改良剂有三种：MTBE（甲基叔丁基醚）、乙醇和ETBE（乙基叔丁基醚），2002年，美国能源部在给我国

介绍燃料乙醇使用经验时，还庆幸我国MTBE刚刚起步，就选择了用燃料乙醇来替代的路子。美国走了20年MTBE的弯路之后，现在又回过头来再走乙醇代替MTBE的路子。美国的经验教训，可帮助我们更正确的认识燃料乙醇。乙醇汽油之所以可以改善尾气污染，改善动力，根本的原理就是乙醇里所含的内氧，部分地补充了汽油在油缸内燃烧外界供氧不足的问题，另外又较好地解决了汽油的高辛烷值组分问题，“两好合一好”，使乙醇的物理化学特性得以充分的发挥。知道了这些，燃料乙醇的定位就自然正确了，把乙醇单单做为“油”的概念，会使我们进入误区，大大地折扣了燃料乙醇的功能和价值。

2、乙醇汽油属于国际上通行的新配方汽油，是无铅汽油的升级换代产品。

了解了上面的内容，对乙醇汽油的认识就客观多了。实际上，尽管我国2000年才全面推广无铅汽油，2001年才在北京、上海、广州三市推广新配方汽油（添加MTBE的清洁汽油），但在国际上，无铅汽油早已被以MTBE及乙醇为添加剂的新配方汽油所代替。也就是说，新配方汽油是我国现用的无铅汽油的升级换代产品。我们宣传燃料乙醇时说可以“替代”能源，那是指宏观资源的概念，不能理解为把乙醇加在汽油里凑和使用，是无奈之举。添加乙醇的汽油，国际上称为“增氧汽油”或“含氧汽油”，一般根据MTBE、乙醇是单独使用或混合使用，有一系列灵活的配方，所以又称为新配方汽油。汽油里加入10％的乙醇，油品的含氧量可达到3.5％，辛烷值（我国的汽油标号）可提高近3个标号，又降低了油品的芳烃含量，使油品的燃烧性能、动力性能和环保性能均得到了改善。认识乙醇汽油的准确定位，才能正确向消费者宣传乙醇汽油。

3、乙醇汽油推广宣传的策略

前一阶段，在燃料乙醇试点区域的宣传中，主要是从国家角度、环境保护、节约能源和农产品转化三大意义，这都是必要的。但对老百姓和消费者距离太远，应增加适宜一般百姓特别是消费者（司机师傅）容易认知的内容。我们可以换一个角度，从以下几个方面入手。

首先要明确乙醇汽油是无铅汽油的升级换代产品，是增氧汽油。减轻消费者的乙醇汽油是低档货、代用品等的误解，我们当初呈报项目时，就是以增氧汽油、汽油增氧剂的名义提出的，这符合我国的国情，特别是广大的司机师傅，一般中学文化水平者较多，增氧有助于燃烧的基本常识大家都是有的，不用多解释都理解和认同其优越性。国外发达国家成年人大都受过高等教育，对乙醇含氧、有助燃烧的基本认识大多数人就有基础。所以在我国直呼其为增氧汽油在我国的适应度会高，接受理解的程度高，效果也就好。国家标准的名字也可改为“车用乙醇增氧汽油”，简称“增氧汽油”，并在标准中依法强制规定“增氧剂只允许使用乙醇”的条款。这样各方衔接联系顺畅，便于使用和推广。

再者，目前城市大气的主要污染源是汽车尾气。城市居民人人身受其害，应唤起民众自身保护的意识。一方面是政府重视，立法建制，并直接投资，从宏观环境上进行治理。另一方面，造成污染的人（或法人）也必须履行社会责任。按现行法规的要求，谁污染谁治理，拥有汽车的人，理所应当的要承担责任，治理污染，而不是愿与不愿的问题，使用乙醇汽油是最有效的降低污染措施，利已利民，简单有效，何乐而不为呢？

其三，大力推广乙醇汽油的国家，大都是农业资源国，大都是把它作为一个经济政策来使用，以支撑庞大的农业生产。我们可以非常实际地结合国家当前对“三农”问题的重视程度和全社会对“三农”问题的关注程度，借鉴巴西、美国政府当时非常流行的一个宣传口号，“为了农民兄弟，请使用汽油醇（乙醇汽

油）！”，既客观、实际，又体现亲情，情系农民，既宣传了政策，明确了诉求，又充满了人情味，提高了社会各方的认同度。

四、燃料乙醇的经济性

1、解读燃料乙醇的财政补贴。

现阶段，燃料乙醇的生产成本较高，燃料乙醇的价格高于汽油价格，含乙醇的燃料如以纯汽油相同的价格在市场上销售，需要政府对乙醇的生产进行财政补贴或税收方面的优惠，但补贴并不是说乙醇生产的经济性差。首先，国家对燃料乙醇的补贴是一种“多赢”之举，起到一种“先予后得”的调控效果。燃料乙醇在我国是一个空白的产业，为了建立一个稳定、可控的粮食转化方向，以“先予”扶持一个产业，用以支撑粮价，带动粮食生产和农民增收，同时创造大量就业机会，并拉动内需、带动相关的流通环节，最终给国家财政带来收益。按我国每年生产400万吨燃料乙醇推算，可拉动160亿元以上的直接消费，可创造约50万个就业岗位。在生产、流通、就业等相关环节都可以给国家创造收入。由于情况复杂，我们没办法计算，但我们可以看看美国财政部官员给我们国家提供的情况：美国为了推广乙醇汽油，政府给燃料乙醇生产的补贴为54美分/加仑（合人民币1488元/吨），在政策上提供了强有力的支持。以1997年为例，美国全年共生产了燃料乙醇近500万吨，使用和转化了粮食1600多万吨，为社会提供了20多万个就业的机会，扣除当年免税补贴之后，联邦政府的税收净增36亿美元。

再者，国家对燃料乙醇生产环节所实行的财政补贴，不应视为财政支出中的增量补贴，是我国在加入WTO前对粮食出口补贴的一种合法代替和置换。在加入WTO前，为鼓励出口，国家对粮食出口进行直接补贴，刺激粮食生产和出口。加入WTO后，世贸规则规定粮食生产国不得对粮食出口进行补贴，我国政府对此也已做出承诺。参照西方发达国家的做法，通过对粮食加工生产企业进行补贴，可以合理合法地绕过这一规则，起到原有补贴政策的效果。拿原来的玉米出口为例，每出口一吨玉米，国家财政直接补贴386元，地方补贴30-50元不等。燃料乙醇对粮食的消费和出口性质是一样的，生产一吨燃料乙醇约需3.5吨粮食，现核定的燃料乙醇补贴值约为1200元/吨，从补贴值上算，同直接与粮补相比，财政上还可节省约80元/吨粮左右。

2、燃料乙醇的综合经济效应

燃料乙醇生产，除了它本身的经济性及对农业、能源的好处之外，还有一些明显的关联经济效应。一方面，燃料乙醇有着巨大的环保效应，随着它的推广，可以大量节省大中城市治理空气污染的费用。北京市每年用于治理空气污染的费用需十几亿元，而现在空气污染的主要来源是汽车尾气。据环保部门监测，北京市空气污染60-70%是汽车尾气造成的。在其它方面投资治理费工、费时、费资金，尾气污染重点要在“油”上下功夫，只有这样针对性强，效果才好。单乙醇汽油一个措施就可使尾气污染减少三分之一，而需要的补贴值只有1.5亿元左右。

另一方面，对于石化行业发展来说，燃料乙醇具有巨大的需求又是十分有利的。我国汽油的品质的提高和石化产品（化纤）的发展，目前都受到石油中高辛烷值组分的制约。提高油品质量，需要高辛烷值组分（如重整油），而发展化工和化纤（如聚酯纤维和苯系化工），也都需要高辛烷值组分。在石油中，高辛烷值组分的量是一定的（一般为石油的6%），双方实际上在争分这有限的资源。由于用于石化和化纤效益远好于汽油，为了满足需要，每年还要专门进口高辛烷值组分原料（石脑油，每年进口200万吨左右，其价格是石油的1.5倍），包括

石化行业后来准备发展的MTBE，也都是为了解决汽油的高辛烷值组分资源不足的问题。我们已经接受了美国的教训，已经确定了不再发展MTBE的产业政策，那么发展乙醇就是最好的选择。我们可以单从全国汽油品质提高所需高辛烷值组分的量来配套发展，用量也是很大的。比如说我们参照美国现行的一些配方，在汽油中只加7.7％的乙醇，也可以加5.7％的乙醇和5%的MTBE混合（均属新配方汽油），年需求量至少在200万吨以上。既解决了高辛烷值组分的紧缺，又节约了大量进口的外汇支出。