生物燃料如何在新“藍海”中掘金
顧永強 能源戰(zhàn)略學者
美國生物燃料產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展
在全球聚焦可持續(xù)發(fā)展與生物經(jīng)濟的浪潮中，合成生物學與生物制造正成為引領時代變革的關鍵力量。據(jù)麥肯錫預測，到本世紀末，合成生物將應用在占全球1/3以上的制造業(yè)，創(chuàng)造30萬億美元的價值。這足見合成生物制造潛力之大。
美國生物燃料產(chǎn)業(yè)正在蓬勃發(fā)展。由于未來幾年市場對可再生柴油和可持續(xù)航空燃料的需求增加，睿咨得能源預測，到2035年，美國生物燃料產(chǎn)量將從2023年的85萬桶/日升至2035年的130萬桶/日，增長53%。
美國能源領域的生物技術正經(jīng)歷深刻變革與迅猛發(fā)展，展現(xiàn)出多元化的發(fā)展路徑。其中，微生物燃料電池技術取得顯著進展。這一技術通過對特殊微生物進行篩選與基因改造，使其能夠更高效地分解有機物質并產(chǎn)生電能。一些新型微生物菌株被發(fā)現(xiàn)可在更廣泛的環(huán)境條件下工作，甚至能利用污水、農(nóng)業(yè)廢棄物等作為原料，大大拓展了燃料來源的多樣性，提高了能源轉化效率。
生物制氫技術也成為研究熱點。借助合成生物技術，科學家們設計出能夠進行高效光解水制氫或發(fā)酵制氫的生物體系。通過對藻類等生物的基因編輯，增強其光合作用效率和氫氣產(chǎn)生能力，為大規(guī)模、低成本制氫提供了可能。
美國在生物能源領域的布局同樣具有深遠的影響力。美國政府持續(xù)加大對生物能源研發(fā)的資金支持力度，如美國能源部投入大量資金用于生物燃料生產(chǎn)工藝優(yōu)化研究，旨在提高生物柴油、生物乙醇等傳統(tǒng)生物燃料的品質與產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本，以增強其市場競爭力。2024年8月，美國農(nóng)業(yè)部宣布了一項戰(zhàn)略投資計劃，旨在通過在26個州實施160個項目來加強其國內(nèi)生物燃料的生產(chǎn)和清潔能源的應用。今年1月，美國能源部生物能源技術辦公室和美國環(huán)境保護署宣布提供600萬美元資金，支持關于提高生物燃料生產(chǎn)技術的性能和降低其生產(chǎn)成本的研究。
在行動策略上，美國積極推動生物能源與傳統(tǒng)能源系統(tǒng)融合。一方面，鼓勵企業(yè)開發(fā)適配生物燃料的發(fā)動機技術與能源存儲技術，提升生物能源的利用效率與穩(wěn)定性;另一方面，構建生物能源產(chǎn)業(yè)集群，促進產(chǎn)學研之間的深度合作與資源共享，加速生物能源技術從實驗室走向商業(yè)化應用。
通過這些舉措，美國不僅致力于保障自身的能源安全與可持續(xù)發(fā)展，也在全球生物能源技術發(fā)展的浪潮中扮演著關鍵的引領者角色。睿咨得能源數(shù)據(jù)顯示，到2035年，美國將在全球生物燃料市場占據(jù)主導地位，產(chǎn)量占全球生物燃料總產(chǎn)量的40%;歐洲將成為第二大生物燃料生產(chǎn)地區(qū)。
石油公司生物燃料投資加快
生物制造產(chǎn)業(yè)的蓬勃興起，為面對能源轉型挑戰(zhàn)的石油公司提供了新的發(fā)展選項。其可持續(xù)性與多元化發(fā)展特質，與石油公司尋求戰(zhàn)略轉型的訴求精準對接。殼牌、道達爾能源、bp、埃克森美孚、雪佛龍和埃尼等公司均表示，已將生物燃料納入更廣泛的能源轉型戰(zhàn)略。
在全球范圍內(nèi)，不少石油公司已廣泛涉足生物制造全產(chǎn)業(yè)鏈。在生物燃料領域，它們憑借在化工工程與能源生產(chǎn)領域積累的技術經(jīng)驗，成功將生物質原料轉化為生物柴油、生物乙醇等可再生燃料。這既顯著降低了對傳統(tǒng)化石燃料的依賴度，又巧妙契合了清潔能源市場需求不斷增長的趨勢。諸多國際石油公司在生物燃料生產(chǎn)基地建設和技術研發(fā)合作方面不惜投入重金，成效顯著。一些石油公司的生物燃料產(chǎn)量呈逐年上升態(tài)勢，在能源供應結構中已占據(jù)一席之地。埃克森美孚計劃，2025年在加拿大斯特拉斯科納煉廠生產(chǎn)生物燃料，初期產(chǎn)能為2萬桶/日。同時，該公司還計劃啟動另外12個生物燃料項目，以實現(xiàn)2030年日產(chǎn)20萬桶生物燃料的目標。
生物化工領域同樣有石油公司涉足。它們或與生物技術企業(yè)強強聯(lián)手，或自主研發(fā)攻堅，生產(chǎn)出生物塑料、生物潤滑劑等高附加值化學品。相較于傳統(tǒng)石化產(chǎn)品，這些生物基化學品具有更高的環(huán)境友好性與可降解性。部分公司已順利推出生物基化學品產(chǎn)品，并在市場推廣中收獲頗豐。
中國的石油企業(yè)也穩(wěn)步推進在生物制造領域的布局。在生物燃料方面，中國石油依托自身強大的科研實力與堅實的產(chǎn)業(yè)基礎，積極開展生物柴油等新型生物燃料的研發(fā)與生產(chǎn)試點。中國石油在部分地區(qū)的試點項目已初步實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，產(chǎn)品質量達標并應用于當?shù)亟煌ㄟ\輸?shù)阮I域。在生物化工領域，中國石化與國內(nèi)頂尖高校及科研機構深度合作攻克關鍵技術難題，加速生物塑料等產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化進程，通過示范生產(chǎn)線提升產(chǎn)量，同時積極開拓市場，與下游企業(yè)構建長期穩(wěn)定的合作關系，為生物基產(chǎn)品廣泛應用筑牢根基。
需要注意的是，無論是國外石油公司還是國內(nèi)石油企業(yè)，在生物制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展中都面臨諸多挑戰(zhàn)。一方面，與傳統(tǒng)油氣技術相比，生物制造技術的門檻與復雜性較高，這就要求石油公司在技術研發(fā)與人才培養(yǎng)上投入大量資金與時間。另一方面，產(chǎn)業(yè)鏈的不成熟與有限的市場規(guī)模，在一定程度上限制了投資回報預期。此外，政策法規(guī)的變化與激烈的市場競爭等不確定性因素，也迫切需要石油公司全方位提升風險應對能力，這樣才能使其在生物制造這片新“藍海”中破浪前行。
我國生物燃料發(fā)展前景可期
生物制造蘊含的巨大潛力，使其成為國際競爭的前沿陣地。近年來，我國生物制造研究取得顯著進展，在底層工具、關鍵技術等方面取得了重要突破，一些領域的探索走在世界前列。中國的石油企業(yè)也積極參與其中，并借鑒美國及其他國家的經(jīng)驗探索前行。
在能源供給上，該產(chǎn)業(yè)潛力驚人。通過合成生物技術，生物燃料能深度轉化為生物質資源，生產(chǎn)出生物柴油、生物乙醇等清潔能源產(chǎn)品，顯著減少溫室氣體排放量，推動能源綠色轉型。例如，先進生物煉制廠利用廢棄油脂等生產(chǎn)生物柴油，在中國部分地區(qū)與傳統(tǒng)柴油混合使用，有效降低交通領域碳排放量。中國石油在四川成都大邑縣成功將生物天然氣并入城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)，此舉無疑為中國在生物天然氣領域的發(fā)展注入了新的活力，也標志著中國石油在新能源領域不斷深化的布局。中國石化積極推進可持續(xù)航空燃料生產(chǎn)。2020年8月，我國首套10萬噸/年生物航煤生產(chǎn)裝置在中國石化鎮(zhèn)海煉化建成，2022年5月進行首批規(guī)模化試生產(chǎn)，標志著我國自主研發(fā)生物航煤從規(guī)模化生產(chǎn)走向規(guī)模化應用。這些都是為了更好地將生物制造融入現(xiàn)有能源體系。
從生產(chǎn)方式創(chuàng)新而言，合成生物可將微生物改造成“生物工廠”，把簡單碳源轉化為氫氣、甲烷等能源物質，這種生產(chǎn)方式原料廣泛且可循環(huán)利用，有望突破對化石資源的依賴。我國石油企業(yè)也在積極與科研院校合作，努力在生物制造能源生產(chǎn)技術上取得突破，為規(guī)模化生產(chǎn)創(chuàng)造條件。
不過，生物燃料的規(guī)模化推廣還需應對公眾認識不足、信任度低的挑戰(zhàn)。同時，企業(yè)也因設施適配性等問題不愿輕易改變能源的使用方式。美國在推廣生物能源初期也遇到過類似情況。他們通過大量的科普宣傳和示范項目逐步改變公眾和企業(yè)的觀念。中國的石油企業(yè)也可以借鑒此經(jīng)驗，在能源基礎設施升級改造中探索生物能源與傳統(tǒng)能源的融合應用。
生物能源技術轉化效率較低的問題也需要解決。美國、巴西等國家在生物能源技術研發(fā)投入、生物質原料收集體系構建以及基礎設施完善等方面有諸多成功經(jīng)驗。我國可以積極借鑒其相關經(jīng)驗，加大研發(fā)投入的力度，建立生物質原料收集預處理產(chǎn)業(yè)體系，完善生物燃料相關設施，努力突破瓶頸，推動我國生物制造能源產(chǎn)業(yè)進一步發(fā)展。
當生物燃料更多應用于航運業(yè)
航運業(yè)減碳是大勢所趨
航運業(yè)作為國際貿(mào)易的重要組成部分，承擔著全球大約90%的貨物運輸。盡管其貢獻巨大，但航運業(yè)所產(chǎn)生的溫室氣體排放對氣候變化的影響也越來越受到關注。生物燃料由于大多能與現(xiàn)有發(fā)動機技術相契合，且能有效降低燃料全生命周期的溫室氣體排放量，因此被視為航運業(yè)實現(xiàn)脫碳的重要途徑。
當前，全球多國航運業(yè)相繼提出了雄心勃勃的減碳計劃。歐盟計劃將其2030年溫室氣體排放量降低至1990年的55%，即實施“Fit for 55”減排計劃，其中涉及航運業(yè)的，包括歐盟碳排放交易體系(EU ETS)納入航運業(yè)、歐盟海運燃料法案(FuelEU)等。
2024年1月1日起，航運業(yè)被納入歐盟碳排放交易體系。所有進出歐盟港口且總噸位超過5000噸的大型客貨船舶，均被要求監(jiān)測、報告其二氧化碳排放數(shù)據(jù)。這對航運業(yè)低碳轉型帶來深遠影響，意味著航運公司需要向歐洲主管部門繳納碳配額(EUA)(每排放一噸二氧化碳繳納一個碳配額)。如果不盡快采取有效的降碳措施，航運公司的運營成本將顯著上升。
歐盟海運燃料法案(FuelEU)于2025年1月1日生效。海事界普遍認為，從長遠來看，F(xiàn)uelEU對航運業(yè)的影響比歐盟碳排放交易體系更為深遠。該法案旨在激勵船東使用全生命周期溫室氣體強度較低的替代燃料。該法案要求，2025年，船舶燃料溫室氣體強度降幅為2%(與2020年相比)，到2030年降幅達到6%，2035年降幅達到14.5%，而到2050年，則降幅將達到80%。
同時，國際海事組織(IMO)也發(fā)布了行業(yè)減排目標，即到2050年實現(xiàn)?溫室氣體凈零排放?。其中，到2030年，全球海運每單位運輸活動的平均?二氧化碳排放量與2008年相比至少降低40%，并努力爭取降低70%;到2040年實現(xiàn)溫室氣體排放總量與2008年相比減少70%，并爭取達到80%。
生物燃料受到航運業(yè)青睞
人類對生物燃料的使用可以追溯到幾千年以前。從農(nóng)耕文明進入工業(yè)文明后，煤炭、石油、天然氣等化石能源成為人類社會的基礎能源，生物燃料則成為補充能源。20世紀70年代的兩次石油危機，讓人們開始意識到以棕櫚油等為原材料的生物燃料替代化石能源具有重要意義。當前，隨著全球各國碳中和目標的確立與實施，生物燃料正在重新走到能源轉型舞臺的中央。
目前，國際航運業(yè)主要使用的燃料是柴油等常規(guī)化石燃料。為應對逐步攀升的碳成本以及未來潛在的更嚴格的減排要求，航運公司正在加速布局生物柴油、生物甲醇等綠色航運燃料，以替代傳統(tǒng)化石燃料。例如，航運公司馬士基在其可持續(xù)發(fā)展報告中明確指出，其碳中和路徑包括應用生物柴油、綠色甲醇、綠氨等。
盡管燃燒生物燃料本身從實際上來說還是會產(chǎn)生二氧化碳，但生物質在生長過程中，吸收了大氣中的二氧化碳，而在燃燒后則將其釋放出來循環(huán)利用，不會對環(huán)境造成額外的碳排放。無論是國際通用的碳排放核算規(guī)則，還是國際航運以及歐盟的碳排放核算規(guī)則，生物質燃燒產(chǎn)生的碳排放量都不計入碳排放總量中。也就是說，包括生物柴油、綠色甲醇等在內(nèi)的生物燃料是切切實實的“零碳燃料”。
考慮到綠氨作為船運動力燃料在技術上尚不成熟，因此，在可預見的未來，生物燃料或將成為國際航運公司減排的重要選項。
首先，包括農(nóng)業(yè)和林業(yè)殘留物在內(nèi)的大量生物質資源的可獲得性，為生物甲醇等生物燃料生產(chǎn)提供了可持續(xù)的原料。其次，生物質氣化和催化轉化技術的進步正在提高生物燃料生產(chǎn)的效率和效益。航運業(yè)尤其對生物甲醇作為一種潛在的低碳船用燃料倍感興趣，生物甲醇符合更嚴格的排放法規(guī)。再次，支持生物質技術開發(fā)和部署的政策和激勵措施正在進一步加速生物質綠色甲醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。中試和示范工廠的開發(fā)對于驗證技術和擴大生產(chǎn)規(guī)模至關重要。
總而言之，生物質燃料的行業(yè)趨勢是積極的，越來越多的研究和商業(yè)化努力都為其在各個領域的更廣泛應用鋪平了道路。
需要注意的是，目前全球沒有通用的生物燃料認證標準。相對而言，應用最廣泛的是ISCC標準，即國際可持續(xù)發(fā)展和碳認證。這一標準又細分為ISCC EU、ISCC plus、ISCC CORSIA等標準，分別用于不同場景。例如，獲取ISCC EU認證可以進入歐洲市場，獲取ISCC Plus認證可以得到國際海事組織的認可等。ISCC標準的總體要求是，燃料的原料來源必須為生物質或城市垃圾等，且其全生命周期內(nèi)的碳排放必須在指定限額以下。簡而言之，船東使用的燃料必須以廢棄物或生物質為原料，且制備過程中碳排放量小于一定基準值。以綠色甲醇為例，符合ISCC標準限定的工藝路線主要有兩種：一是全生物質合成制備綠色甲醇，二是生物質生成二氧化碳或一氧化碳后與綠電制氫耦合成綠色甲醇。這和目前主流航運公司的減排路徑是不謀而合的。
在成本與低碳目標中尋找平衡
生物燃料因其可再生性和環(huán)境友好性，近年來發(fā)展迅猛。根據(jù)英國能源研究院(EI)發(fā)布的《世界能源統(tǒng)計年鑒2024》，生物燃料在全球能源市場中發(fā)揮重要作用，自2022年以來，生物燃料產(chǎn)量增長了17%以上。而國際能源署則預計，到2030年，在可再生燃料增長比例的貢獻中，生物能源將幾乎占據(jù)全部份額。
從長期來看，2050年全球航運業(yè)實現(xiàn)碳中和是確定性的目標，而生物燃料是必然的選擇，同時生物燃料顯然也是一個巨大的市場。但從中短期來看，以綠色甲醇為代表的生物燃料的發(fā)展面臨巨大的成本壓力。如何進一步優(yōu)化與控制生物燃料原材料采購、生產(chǎn)、運輸、加注等全流程的成本，并獲得相關國際組織認證，從而進入全球航運市場，是生物燃料投資者必須解決的難題。
廣泛的合作顯然是投資者明智的選擇。各利益相關者需要積極探索創(chuàng)新方案，尋求政策支持以降低轉型成本。正如國際航運公會(ICS)秘書長所說：“航運業(yè)需要與政府加強合作，以確保綠色燃料的生產(chǎn)和供應，這對于行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展至關重要。”他還表示，綠色燃料的短缺及高成本是一個全球性的難題，并非航運行業(yè)所獨有。
總之，在全球應對氣候挑戰(zhàn)的共識下，航運業(yè)必須堅定走向綠色未來。如何在高昂的綠色燃料成本與環(huán)境目標之間尋求平衡，將是未來應重點關注的事項。(記者 馬睿)
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美國
在美國，生物燃料可替代汽油、柴油等傳統(tǒng)燃料，在控制公路運輸車輛、航空飛機等交通工具的碳排放量方面發(fā)揮重要作用，作為能源轉型的重要手段，受到當?shù)卣捌髽I(yè)的高度重視。
近年來，美國生物燃料產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，產(chǎn)量呈現(xiàn)逐年遞增趨勢。美國能源信息署(EIA)報告顯示，2023年美國生物燃料產(chǎn)能增長了7%，至2024年年初達到每年240億加侖，其中大部分是乙醇燃料，增長部分主要來源于可再生柴油及其他生物燃料。鑒于持續(xù)的稅收激勵、工廠擴建和新建計劃，美國生物燃料的生產(chǎn)能力將繼續(xù)提升。美國國家可再生能源實驗室預測，到2030年，美國可再生柴油和可持續(xù)航空燃料(SAF)的產(chǎn)能將達到96億加侖/年。
美國對低碳燃料的需求也在持續(xù)增長。EIA數(shù)據(jù)顯示，生物柴油與可再生柴油目前占美國燃料需求的9%，主要用于運輸、供暖和航運領域。
歐洲
近年來，高度依賴進口天然氣的歐洲一直在尋求替代能源供應方案，具有相對低碳特性的生物燃料市場熱度隨之不斷增加。殼牌、bp、道達爾能源等歐洲能源企業(yè)均已將生物燃料視作重要戰(zhàn)略方向，歐洲以生物甲烷為主的生物燃料產(chǎn)能也在加速增長。數(shù)據(jù)顯示，2023年歐洲生物甲烷產(chǎn)量達到49億立方米，2024年第一季度，歐洲生物甲烷產(chǎn)能達到64億立方米。從終端消費情況來看，2023年歐洲生物甲烷消費主要集中在交通、建筑、發(fā)電以及工業(yè)等高耗能領域。其中，交通領域生物甲烷消費占比達到23%，同時約有15%用于發(fā)電領域。
不過，在業(yè)內(nèi)人士看來，盡管生物甲烷等生物燃料的產(chǎn)能持續(xù)擴大，但其增速仍不足以滿足歐洲的天然氣需求。在歐洲各國對生物燃料加大支持的背景下，歐洲沼氣協(xié)會認為，預計未來6年，歐洲生物甲烷產(chǎn)業(yè)每年將迎來250億歐元投資，到2030年，年產(chǎn)值將達到120億歐元以上。
巴西
作為世界上最大的甘蔗和大豆生產(chǎn)國、第二大乙醇生產(chǎn)國和世界領先的生物柴油生產(chǎn)國，巴西在全球生物燃料市場占有舉足輕重的地位。
生物燃料是巴西去碳化和生物經(jīng)濟戰(zhàn)略的核心，其生物燃料政策旨在促進生物燃料使用，并創(chuàng)建碳市場，發(fā)行碳信用額，以抵消化石燃料的溫室氣體排放量，降低巴西交通部門的碳排放強度。
巴西國家石油天然氣和生物燃料局(ANP)的最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2023年，巴西乙醇和生物柴油產(chǎn)量已達到430億升，生物燃料占運輸燃料的比例為25%，生物乙醇占汽油和乙醇總能耗的49%。這一比例明顯高于其他國家。2024年10月，巴西總統(tǒng)簽署了《未來燃料法》，旨在推動巴西生物能源行業(yè)發(fā)展。該法案提出，將乙醇與汽油的混合比例從22%提高到27%，目標是到2030年達到35%;生物柴油的混合比例到2030年達到20%。
