生物能源开启新能源时代之门

“农田作物有可能逐渐取代石油成为获得从燃料到塑料的物质来源，‘黑金’也许会被‘绿金’所取代。”《今日美国》里的一篇文章这样说。

　　传统的加工工业是以化石资源为原料和能源进行的，面对化石资源日益枯竭的窘境，世界正孕育着一场用生物可再生资源代替化石资源的资源战略大转移。一个全球性的产业革命正在朝着以碳水化合物为基础的经济发展，这是可持续发展的一个重要趋势。目前正在开发的燃料乙醇、多聚乳酸、多聚氨基酸、多羟基烷酸以及各种功能寡糖等可视为这个碳水化合物经济时代来临的前奏。到2020年，预计将有50%的有机化学品和材料产自生物原料。  

    ——编者按

　　几年前，身为世界首富的微软总裁比尔·盖茨曾向全世界宣称：下一个超过他成为世界首富的人，必定出自生物技术领域。

　　这是真的吗？许多人在心里小心翼翼地询问。

　　生物工程被誉为本世纪最富价值的产业，国际公认其市场规模是网络经济的１0倍。凝聚着人类高度智慧的生物技术将会给我们这个时代以怎样的惊喜？当时光走过2005年的时候，人们依稀看到了答案。

　　就在这一年，生物能源浮出水面。

　　2005年的年底，安徽省传来令人振奋的消息：利用秸秆生产车用燃料乙醇的关键技术获得了重大突破。

    油价疯涨的2005

　　回望刚刚过去的2005年，最受人关注、给人印象最深的当属油价的高涨。2005年8月31日这一天，纽约期货交易所西得克萨斯轻质原油期货价格创出了每桶70.85美元的历史纪录，而且自10月份以来一直在57美元至63美元的区间波动。这次国际油价涨幅之高、高位震荡的时间持续之长，为上个世纪70年代两次石油危机以来所罕见。

　　我国面临的形势更为严峻。中国是石油资源相对贫乏的国家，专家测算，石油稳定供给不会超过20年。我国自1993年起，即成为石油净进口国。过去的10年中，我国石油需求量几乎翻了一倍。2004年进口原油1.2亿吨，比上年增长34.8%，占国家石油总供给量40%以上。有关专家预计，近期我国石油进口依存度将会超过50％。到2010年，我国石油消费总量将达4亿吨，而国内生产能力仅为1．6亿吨。

　　另外，大量进口的不仅是石油，由石油派生的石化产品不少也依赖进口，如各种聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙稀的消费量每年约1700万吨，其中约50％国内生产，20％回收利用，30％依靠进口。石油化纤聚酯年需求量1100万吨，50％原料PTA、乙二醇依靠进口。

　　据权威人士分析，2006年油价仍然难以回落。美国麦克唐纳投资公司首席分析师克鲁津斯基认为，由于需求强劲，炼油能力有限，2006年国际油价仍将居高不下。近日，路透社财经新闻对美、日及欧洲的31家投资分析机构进行了一项调查，几乎所有能源分析机构都预测2006年原油价格仍会在高位运行。

    盖茨投资生物能源

　　上帝在关上一扇门的时候，会打开另一扇窗。

　　当一种产品价格高企的时候，市场会去寻找一种能够代替它的新的产品，来满足人们的需求。

　　在这一年里，发展生物能源的呼声一浪高过一浪。

　　集中国科学院院士、中国工程院院士、第三世界科学院院士于一身的石元春，亲自撰写文章，普及生物质产业的科学知识，呼吁：“三农”问题是全党工作的重中之重，石油短缺已威胁到国家经济与国防安全，环境的压力越来越大，是该采取重大战略行动和创造奇迹的时候了。

　　石元春院士用诗一般地语言告诉人们：为农业开辟第三战场和种出个“绿色大庆”，似乎匪夷所思和过于大胆，但又是那么现实、可行，离我们那么近。

　　他说，新中国成立之初，为了打破橡胶封锁，国家组织农林科技工作者冲破了北纬10度的地理极限，将橡胶树种到了北纬18度至24度；为了打破核讹诈，在经济和技术条件还极其薄弱的情况下，创造了“两弹一星”的奇迹。当前，在石油价格猛涨、能源频频告急的时候，发展生物能源替代传统能源，不仅完全可能，而且也是现实的迫切需求。

　　而在大洋彼岸的美国，比尔·盖茨也以他的实际行动，投了生物能源一张信任票。

　　据《每日经济新闻》报道，比尔盖茨通过他旗下的投资公司向以玉米生产乙醇的Pacific  Ethanol公司砸下8400万美元（约合人民币6.8亿元），买入该公司525万优先股。Pacific  Ethanol公司计划于今年3月份上市。盖茨此举充分表明了他对生物乙醇燃油发展前景的看好。Pacific  Ethanol公司总裁表示：“盖茨的这笔投资反映出以玉米生产生物燃油乙醇，将是替代石油的可行选择，只要油价维持在每桶50美元以上，乙醇行业就一定有潜力。”

　　比尔·盖茨心动生物能源是有理由的。2005年美国总统签署实施的新能源法案中提出，到2012年，燃料乙醇的产量要达到75亿家仑，产量比现在翻一番。在中国，近日国家发展与改革委员会有官员表示，“十一五”期间乙醇汽油推广利用空间广阔，依靠现有的基础和条件，产量可以再翻一番。

　　从全球范围来看，乙醇汽油的发展正迎来一个黄金时代。

    回归生物能源时代

　　在中学课本里，我们就被告知，今天人们所用的石油、煤炭等，都是由树木、植物等腐败变成的，完成由生物体到化石能源这一过程，大自然用了上亿年的时间。

　　其实，在工业文明时代之前，人类赖以生存发展的能源就是生物能源。生物能源（又称绿色能源）是指从生物质得到的能源，它是人类最早利用的能源。古人钻木取火、伐薪烧炭，实际上就是在使用生物能源。但是通过生物质直接燃烧获得能量是低效而不经济的。随着工业革命的进程，化石能源的大规模使用，使生物能源逐步被以煤和石油天然气为代表的化石能源所替代。

　　但是，化石能源的使用不是无限的。大自然经过上亿年的漫长历程积累下来的化石能源，在200年的工业文明的强力挖掘下，很快将面临着枯竭。人类的文明进步和社会生产力的发展使得人类对能源的需求越来越大，而严峻的能源形势日益成为全世界关注的焦点。经科学测算，地球上亿万年积累的化石能源（石油、天然气、煤等），仅能支撑300年的大规模开采。人们终于认识到，未雨绸缪，利用现代科技发展生物能源，是解决未来能源问题的一条重要出路。

　　人类对能源的依赖和获取正面临着重大转折。

　　在这场巨变和转折中，生物能源必将担负一个十分重要的角色。

　　“万物生长靠太阳”，生物能源是从太阳能转化而来的，只要太阳不灭，生物能源就取之不尽。其转化的过程是通过绿色植物的光合作用将二氧化碳和水合成生物质，生物能的使用过程又生成二氧化碳和水，形成一个物质的循环，理论上二氧化碳的净排放为零。

　　生物能源是一种可再生的清洁能源，开发和使用生物能源，符合可持续的科学发展观和循环经济的理念。因此，利用高新技术手段开发生物能源，已成为当今世界发达国家能源战略的重要内容。

    让农产品和能源搭桥

　　在由传统的化石能源向生物能源转向的巨大变迁中，对市场最敏感、反应最快的一定是企业。

　　前不久，丰田公司用白薯淀粉基塑料制成了汽车配件；富士通公司用玉米淀粉基塑料替代了计算机的塑料外壳；杜邦公司用玉米生产1，3-丙二醇（POD）的成本比化学法降低了25%。卡杰尔-道氏公司用玉米淀粉发酵生产了聚乳酸（PLA）和其他多种聚合物塑料后，美国生物工程技术协会宣称：“我们开始看到以玉米淀粉为原料的PLA生物材料在制造业的所有部门中得到应用，这可能会彻底改造旧经济。用转基因作物和家畜改变了农业，现在它正在改造工业。”

　　英荷皇家壳牌石油公司估计，21世纪的前50年，生物质将提供世界化学品和燃料的30%，世界市场份额达到1500亿美元；英国石油公司/美国国际石油公司等也都开始了对生物质能源产品的投资。化工巨人巴斯福公司2003年宣布，将以可再生的生物质资源作为化学品生产的主要原料；杜邦公司剥离石油资产，购买了生物技术公司和组织农业综合企业，将2010年销售额的25%定位于生物质产品；美国的森林工业已开始与电力、石油、化工公司合作，利用林木废弃物生产能源及化工产品。

　　在农业大省安徽，我国精细化工行业的排头兵企业——丰原集团，不仅用玉米生产出了燃料乙醇，而且生产出了有“石化之母”之称的乙烯及环氧乙烷等衍生品，并获得了巨大利润。它让人们实实在在地看到了现代生物科技的巨大魅力。

　　专家认为，目前生物能源的主要形式有沼气、生物制氢、生物柴油和燃料乙醇。燃料乙醇是目前世界上生产规模最大的生物能源。乙醇俗称酒精，以一定的比例掺入汽油可作为汽车的燃料，不但能替代部分汽油，还可替代汽油中添加的ＭＴＢＥ（一种会污染大气、地下水的添加剂），让排放的尾气更清洁。我国的燃料乙醇生产已形成规模，主要是以玉米为原料，同时正在积极开发甜高粱、薯类、秸秆等其他原料生产乙醇，目前产量居世界第三。

　　除此之外，通过工业手段，将燃料乙醇脱水，还可以得到乙烯。乙烯又被称为“石化之母”，人们日常生活中离不开的化工产品如塑料、布料等大都是通过石油得来的。通过玉米、薯类、秸秆等原料生产出乙烯，乙烯又生产出一系列的化工产品，这样，农产品由生产出燃料乙醇和乙烯开始，就与化石能源搭上了桥，只不过两者走的路径不同：传统的石油化工行业走的是从原油开始，到交通用汽油柴油，至乙烯再到塑料等化工产品，而生物能源是从农作物出发，通过现代生物技术手段，得到燃料乙醇、乙烯，再到化工产品。二者殊途同归。

　　在石油资源日趋枯竭的情况下，以取之不尽的生物质能为主要原料、清洁无污染的生物能源，具有巨大的生命力和无与伦比的优势。

    高油价下的蝴蝶效应

　　亚马逊流域的一只蝴蝶扇动翅膀，会掀起密西西比河流域的一场风暴。这种现象被称做“蝴蝶效应”。

　　美国原油的上涨，给中国宿州的人们带来了惊喜。2005年，当有人在为疯长的油价而焦虑不安、彻夜难眠的时候，丰原宿州生化公司迎来了它的第一个高增长年。

　　宿州，中国淮北一个不太知名的小城。2005年，丰原集团所属宿州生化公司生产的环氧乙烷每吨利润高达６000元，利润率高达４0％。这样的高利润令人咋舌。

　　对丰原集团来说，宿州生化的高利润可谓“意外之喜”。这意外之喜便来自于持续上涨的高油价给产品带来的巨大市场需求。

　　丰原集团在宿州的这条生产线年产环氧乙烷2万吨，是我国第一、也是唯一一座以玉米为原料的乙烯类产品生产厂。丰原集团接手的时候，这条生产线已经蒙尘十多年。

　　也就在这个时候，市场发生了巨大的变化。石油价格的坚挺导致原以石油为主要原料的乙烯、环氧乙烷产品异常紧俏，价格也一路攀升。而丰原在发酵、后提取等单元所掌握的国际高端技术，使其在生物乙烯、环氧乙烷的生产过程有了更多的技术进步、技术创新，整条生产线顺利打通。

　　目前，我国的乙烯、环氧乙烷产量十分有限，市场缺口很大，市场对利用乙烯和环氧乙烷进行高附加值产品开发的要求也日益迫切。加上乙烯、环氧乙烷在医药、香料、染料、涂料、特种化纤油剂等方面的开发和应用，其市场需求将会进一步扩大。

　　丰原集团副总经理薛东风分析，只要国际石油价格不低于35美元/桶，玉米价格不高于1400元/吨，用玉米生产乙烯、环氧乙烷，就有利可图。

　　丰原宿州公司乙烯工程项目的建成投产，使之成为丰原集团一个新的利润增长点。据丰原集团董事长李荣杰介绍，丰原宿州生化的2万吨装置全部运行后，每年可消耗玉米10万吨，实现销售收入4亿元，新增税后利润5000万元。在正常生产年份，生产能力达到42.5%时，即可实现盈亏平衡。

　　专家认为，作为国内唯一一条以生物质为原料生产化工基本原料的生产线，它为我国以可再生的农产品为原料，替代不可再生的石油为原料加工化工产品，开辟了一条崭新的道路。

　　通过生物技术将淀粉质原料转化为生物材料，同样有着巨大的市场前景。丰原与比利时合资生产的３万吨L——乳酸，用于生产聚乳酸生物可降解塑料、聚乳酸聚酯，可替代石油化工生产的聚乙烯、聚丙烯等塑料和石油化工生产的PET、PBT等化纤聚酯。

　　目前，各种聚乙烯基塑料的消费量约１８00万吨／年，其中不可降解的农地膜消费量约１50万吨／年，使用生物可降解塑料，消除白色污染，符合环保要求。此外，利用生物质转化聚乳酸聚酯，制成布料，替代石化生产的化纤聚酯PET、PBT，发展环保型的纺织纤维。利用生物质生产的有机酸及其酯类化合物可部分替代石油化工产品，添加到聚乙烯、聚丙稀塑料里作为增塑剂，添加到油漆涂料里作为无毒溶剂，减少环境污染，节约石油资源，同时促进农业发展，对中国社会的未来发展也有着深远影响。

　　专家分析，生物质能利用，特别是替代石油的能源、材料产业，前端是农业，中间是发酵等生物转化，后端依然是现有的大化工。因此，我国大规模发展生物质能产业，并不会对传统化工工业产生冲击。同时，我国能源、材料需求增长过快、消费量较大，传统石油加工业根本无法满足市场需求，产品供应保障能力薄弱。因此，传统石化领域对生物能源、生物材料普遍看好，中石油公司等国家垄断性石化公司也在力推生物质能利用。

    土地里种出能源

　　我国是发展中的农业大国，农产品总量居世界首位，年总产量占地球总量的24.5％。然而，我国农产品加工的技术能力却远远落后于世界先进水平。发达国家农产品深加工一般都在70％以上，有的达到90％，而我国仅在30％左右，多数产品为初级粗加工，造成资源的严重浪费。

　　作为农产品加工业的龙头企业，丰原集团为改变这一现状进行了不懈地探索。他们坚持“吃干榨尽”的原则，在农产品加工过程中不断延长产业链，将上游产业的废物变成下游产业的原料，提高资源循环利用率。丰原人把农产品加工分成三个阶段：第一阶段，把农产品（主要指玉米、红薯、木薯等非食用性块根类农作物）粗加工转化为米、面、油、糖，提供满足人们日常温饱的生活必需品。第二阶段，利用生物发酵和现代化工分离技术，把农产品转化为有机酸、氨基酸等。而第三阶段，是将农产品加工向能源、生物新材料等方面发展，用可再生的生物质资源转化为工业资源，部分取代不可再生的石油化工产品，缓解能源紧缺局面，维护生态平衡。

　　根据这些理念，丰原集团利用玉米、红薯、木薯、菊芋、甘蔗、甜高粱等非食用性农作物，分步实施每年数百万吨的深加工项目。

　　这些项目，涉及有机酸、氨基酸、酒精、油脂、食品、医药、生物乙烯、Ｌ－乳酸等十几个门类，上百个品种。

　　“土地里能种能源”，这是丰原集团循环经济模式的延伸和发展，开辟了我国农产品加工产业的新纪元。丰原的开拓创新得到了国家的支持，国家发改委批准丰原集团32万吨/年燃料酒精项目，为国家新型能源试点示范工程，2003年开工建设，2004年年底顺利投产。

　　科技部中国生物技术开发中心主任王宏广看了丰原集团燃料酒精工程后指出，发展可再生能源是解决我国能源安全的必然选择，是国际发展的趋势。我国的生物能源关键技术已经基本成熟或接近成熟，已到了产业化的阶段。在玉米小麦综合利用、延长产品后续产业链等方面有重大突破。发展生物能源的潜力很大。丰原集团迈出了突破性的一步。

　　10多年来，丰原集团坚持探索循环经济的创新之路，企业规模不断扩大，资产总额已超过100亿元；产业链不断延伸，产品涉及十几个门类、上百个品种；自主专利技术和掌握的世界领先的提取分离技术，已拓展到Ｌ－乳酸、聚乳酸、味精、赖氨酸、燃料酒精、生物乙烯等众多生产领域，成为引领我国农产品加工行业的生化航母。有人称，这是循环经济中的“丰原模式”。

　　丰原集团董事长李荣杰为记者描绘这样的美景：如果我国农产品精深加工率提高１0％，可增收上千亿元，替代石油进口2000万吨。

    秸秆生产燃料乙醇  关键技术已获突破

　　科技部有关专家认为，在生物质转化替代石油方面，我国企业掌握关键技术并达到国际一流水平；在秸秆发酵利用（水解木质纤维素）等关键技术方面，已具有国际领先水平。利用我国企业自主技术形成石油替代产业，是最为现实的选择。

　　目前，我国乙醇生产以淀粉质原料（如玉米、木薯、红薯）为主，近年来受国内外各种因素的影响，原料价格不断上涨，使得乙醇生产总成本中原料消耗所占成本高达70%以上。

　　丰原集团董事长李荣杰说，从我国国情出发，淀粉质原料生产燃料乙醇仍应适度发展；而拓展乙醇生产所需原料，如利用糖质原料甜高粱、纤维素类原料秸秆等，是进一步发展燃料乙醇的关键。

　　目前，世界上许多国家都在开展秸秆原料生产燃料乙醇的研究工作。美国、加拿大的中试装置也已投入了运行，但与丰原的技术路线有所不同。

　　丰原集团作为国内农产品深加工企业，与丰原发酵技术国家工程研究中心一起创造性地提出了秸秆原料生产乙醇先分离后发酵的工艺路线。目前，实验已取得阶段性成果，结果显示，利用秸秆转化燃料乙醇的成本应在4000-4300元/吨，比玉米生产乙醇的成本低300-500元/吨。秸秆按300-400元/吨计算，农民每亩地可多获利不低于300元。

　　我国秸秆资源十分丰富，资源总量不低于10亿吨干物质/年，相当于3亿多吨石油当量，略大于我国目前石油消耗总量。由于收获季节农作物秸秆产量很大，保存困难，来不及利用，许多地区就地焚烧秸秆，不仅浪费能源，而且还导致严重的环境污染。

　　丰原集团董事长李荣杰说，丰原发酵技术国家工程研究中心与丰原集团计划200６年建成年产３00吨秸秆生产燃料酒精的中试项目。如进展顺利，将于2007年推广，实现产业化。此举有望使我国成为世界上率先实现秸秆原料生产乙醇工业化的国家。

　　据测算，全世界秸杆或木质纤维类生物质能约相当于640亿吨石油，而且真正是“绿色”、“取之不尽，用之不竭”，是目前世界上唯一可预测的为人类持续提供能源的资源。

　　按照丰原集团的做法，秸秆利用符合“不与人争粮、不与粮争地”原则，用以生产燃料乙醇，具有诱人的开发前景。当前重点是开发高效廉价的秸秆原料预处理技术、选育优良的纤维素酶生产菌株、构筑能利用五碳糖的菌株以及实现相对高浓度发酵，降低成本。丰原集团目前掌握的关键技术正在进行工业化试验，有望半年内获得突破性进展。

　　据专家测算，如果我国每年能利用全国50％的作物秸秆、40％的畜禽粪便、30％的林业废弃物，以及开发5％的边际土地种植能源作物，并建设约1000个生物质转化工厂，那么其产出的能源就相当于年产5000万吨石油，约为一个大庆油田的年产量。而我国农民也可因此新增收入400亿元和一千多万个就业岗位。

　　一直致力于推动生物质能源发展的三院院士石元春指出，在生物质产业的工艺、设备和产业化方面，我国与发达国家间有较大差距，但在资源和某些技术研究上是有优势的，特别是“三农”、能源和环境三股强劲需求的巨大拉力，使中国在几乎处于同一起跑线上的这项国际竞赛中，有可能跑在最前面。