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各国政府均认同生物燃料是一种有潜力的化石燃料替代选择,其产业发展与减缓气候变化、繁荣农村经济、缓解全球和国家能源安全的联系已促动了主要国家在领域纷纷展开行动。但是,产量和贸易的迅速膨胀引起了许多环境和社会经济问题的争论。因此,检讨生物燃料产业发展的本质,探寻治理途径时不待我。
1. 生物燃料产业扩张:一种新的全球性变化
全球生物燃料生产从2000年到2009年已经翻了20倍,生产国从巴西一枝独秀扩展至美国、欧盟、中国等主要农业国,俨然成为了新能源产业中最具潜力、最重要的化石能源替代产品。尽管这番蓬勃景象一方面归功于生产效率的提高,原料作物种植扩张也“功不可没”,有越来越多的作物用于该产业生产。产业扩张带来了以下巨大影响:
1.1由生物燃料产业扩张引起的生态变化
对环境的影响是复杂的:生物燃料替代化石燃料、减少温室气体排放是快速扩张的根本动力。但是,仍要对生物燃料整个生命周期排放做出全面评估。比如,原料作物的生产使用化肥、杀虫剂,最后就在减少温室气体排放的同时消耗化石燃料。机器化大生产带来更多甲烷气体,而甲烷对全球变暖的作用远远大于二氧化碳。另外,土地使用目的的转变可能导致大量的温室气体排放。因此,关于排放平衡必须考虑整个生命周期。
单一种植原料作物带来生物多样性丧失、土壤质量下降、给水资源质量带来冲击,即使大多数作物可依靠降雨生长,但是当提高生产率成为优先选择的话,灌溉则会成为首选。最后,生物燃料生产有外来物种侵害原有生态的风险。
1.2由生物燃料产业扩张引起的社会经济变化
对农村经济的影响体现在包括国家、区域和全球的各个层面:
国家对该产业利润的保证使大量投资涌入种植业,尤其是以农业为主要支撑的发展中国家。这就促使农民成为农业工人,丧失对土地的传统控制权。虽然产业扩张确实增加了农村人口就业机会,但是劳动条件却不尽人意,劳动安全难以保证。
除了对农村本地的影响,生物燃料生产也打乱了粮食生产和供应。因为主要粮食作物既可以供人食用也可成为生产原料,因此全球粮食价格随需求大增而屡创新高。生产者虽可从中获利,但那些农村和城市的低收入者无法负担充足食物费用,恶化了全球粮食安全状态。
1.3由生物燃料产业扩张引起的南北关系变化
发展中国家相对发达国家可获土地数量较高、原料价格较低、劳动力成本低廉,被认为是最有潜力生产生物燃料。主要消费者却是发达国家,即便全球产量不断提高也无法满足发达国家的消费目标,进口需求便产生了。于是发达国家和发展中国家签订了许多相关贸易协定。这种供求关系的发生本应带来全球双赢局面,但是发展中国家生产大规模扩张却给自身带来了巨大挑战,包括森林退化、土地冲突、传统耕种方式的遗失等等。
发展中国家是该产业发展负面影响的主要承受者,但却没有充分机会参与全球治理议程。即使参与,也只是该国的大企业,而不是那些受实际影响的大多数人,这无疑增加了北方对南方国家的控制力。
2. 生物燃料治理框架现状与评价
2.1生物燃料治理现状
国家、区域、国际已出现了应对生物燃料影响并促进其可持续发展的政策和治理结构。
2.1.1国家生物燃料治理议程:以主要生产国为例
随着气候变化成为全球议程中的重大问题,许多国家构建了可再生能源战略,其中就包括生物燃料。使用生物燃料不仅能替代化石燃料和提高能源安全,更重要的是还可以扩大农产品的出路和收益。在此促动下,各国普遍采用的政策是颁布燃料混合国家命令、税收豁免、对农民或生产者直接支付、对进口产品适用关税壁垒。除此之外,主要生产国美国和巴西面对负面影响,也采取了有限的政策调整。
美国玉米业已饱受诟病,尤其是玉米乙醇生产:减排水平低;超大型农业公司的控制使小生产经营者无利可图;由于美国是世界玉米的主要供应者,对生物燃料的加大投入引起全球大宗食品的价格动荡。即便是这样,美国仍然一再提高燃料使用比例,要求到2017年生物燃料替代汽油消费达到20%,对加工商提供每加仑0.51美元的补贴,对进口燃料乙醇适用每加仑0.54美元的进口关税。虽然,新能源计划提倡木质纤维素乙醇技术的发展,但是美国近期对生物燃料的需求增长仍不可避免从传统生产中获得。
巴西是世界第二大生物燃料生产国。甘蔗乙醇转化率比玉米乙醇高。但种植园的迅猛扩张对亚马逊森林造成了负面影响;甘蔗乙醇的生产对水需求量较大;单一种植扩张也带来了严重的土地冲突。但巴西政府仍决定每年新建25个甘蔗乙醇生产厂。尽管计划逐年有所微调,但传统大型甘蔗生产仍然占据主要地位。
由此可见,可持续关注在美巴两国并不是最优先考虑事项。但是生物燃料净进口国和地区却对生产的可持续性进行了更为积极的应对,主要体现在欧盟及成员国。
2.1.2区域生物燃料治理议程
欧盟生物燃料治理分为成员国个别要求和欧盟共同要求。就成员国而言,英国和荷兰生物燃料标准最为典型,因此将从英、荷、欧三个方面分析区域治理工具。
生物燃料可持续性争议包括减缓气候变化,生物多样性保护,水、土壤、空气保护,土地所有权保护,劳工标准,社会经济发展和粮食安全7个方面。
关于减缓气候变化,三者要求类似:首先都禁止将高碳封存土地用于原料作物的种植。英国要求温室气体减排至少为40%,每年增加5%,但性质是建议式的;荷兰规定了最低30%的强制减排,到2017年逐步增加到80%-90%;欧盟强制性要求将最低减排量提高到35%。
关于生物多样性,荷兰和欧盟都禁止将具有高生物多样性区域用于生物燃料生产;英国禁止生产毁损以上区域即允许合法生产。荷兰要求要远离高生物多样性区域5公里以上。
关于水、土壤和空气保护,三者具有区别。英国要求没有土壤退化、污染或水资源耗尽或空气污染。荷兰要求实行最佳保护实践;遵守《斯德哥尔摩农药使用公约》或国内法;禁止生产焚烧。欧盟除了就国家保护措施进行年度报告外,无具体要求。
关于土地所有权,英国要求对土地权和当地社会关系没有负面影响。荷兰要求在土地原始使用者同意下谨慎使用土地;尊重原主人传统制度。欧盟仅要求进行年度报告。
关于劳工标准,英国要求对劳工权利和工作关系没有负面影响。荷兰要求遵守《普遍人权宣言》和关于跨国公司及社会政策的国际劳工原则。欧盟除了就《国际劳工公约》的国家授权和执行进行年度报告外,没有具体的要求。
关于社会经济发展,英国和欧盟仅要求就此履行年度报告义务。荷兰要求生物燃料生产必须利于当地繁荣;要求就生产影响当地人口和利于当地经济发展进行报告。
关于粮食安全,英国仅要求检测对粮食价格的间接影响。荷兰和欧盟除了就土地使用改变形式、土地和粮食价格影响进行报告外没有具体要求。
只有满足上述标准的产品才能计入欧盟2020年运输领域可再生能源10%的强制性目标,进而才会获得市场准入好处和税收豁免、直接支付等利益。欧盟在证明产品是否符合标准的问题上采取灵活做法,即权力下放到欧委会认可的自愿性生物燃料认证制度,认可时效为五年。可见,就世界最大的生物燃料进口市场的准入而言,得到具有资格的认证制度的认证是关键。截止2011年7月,有2BSvs、Bonsucro、Greenergy、ISCC、RBSA、RSB、RTRS七个生物燃料认证制度得到了欧委会的认可,此外还有18个认证机会等待欧委会的批准。
2.1.3国际生物燃料治理议程
和生物燃料多少相关的国际协定在各个领域早已出现,例如气候、能源领域。目前虽没有针对全球生物燃料挑战专门国际协定,但国际社会已开始以以下形式展开努力:
首先,联合国开发计划署(UNDP)、联合国环境规划署(UNEP)、联合国粮农组织(FAO)、联合国能源机制(UN-Energy interagency),在其报告和研究中均已提出生物燃料问题。但是,他们的行动大多仅局限于分析和建议,并没有就其各自的领域达成国际协定。国际能源署(IEA)以及经合组织(OECD)发挥了更为积极的作用,通过IEA生物能源部的第40工作组为生物燃料贸易认证构建了可持续性标准。
其次,新近建立的论坛和伙伴关系开始在生物燃料全球可持续发展崭露头角。最为典型的就是2005年发起的全球可再生能源伙伴关系。该制度目的是促进可再生能源的继续发展和商业化,支持更广泛的、符合成本效益的生物质和生物能源发展尤其是发展中国家。生物燃料国际贸易大幅增加,2007年巴西、美国、中国、欧委会等建立了国际生物燃料论坛。
最后就是专门针对生物燃料可持续性问题成立的、新的国际倡议,采取的形式是多利益攸关方组成的圆桌会议,讨论和构建可持续性环境和社会经济标准。但覆盖产品范围各有不同,例如责任大豆圆桌会议以及意图进行普遍适用的可持续生物燃料圆桌会议(RSB)。
2.2对目前治理框架的评价
随着全球生物燃料贸易的提高,作为主要进口者的欧盟国家生物燃料治理议程对市场准入和不同可持续性产品的竞争力影响在逐步提高,甚至成为了全球治理生物燃料的风向标。但是,从欧盟和成员的可持续性标准来看,主要局限于对生态环境的要求;像是当地经济发展、公平正义以及粮食安全等与发展中国家紧密相关的社会经济问题关注不够。而间接土地使用转化问题也被忽略掉,甚至都不存在报告制度。值得注意的是这些标准既适用于外国生产者也适用于欧盟国家,但制定决策时却没有主要供应国——发展中国家的参与,也就是发展中国家的观点和他们的关注没有得到体现。
似乎国际治理议程给参与性带来了一些新的变化,但也有自身弱点:
首先,不同国际生物燃料治理议程仍局限在自己业务范围内处理环境和社会经济影响。国家合作多集中于研究和技术发展,而不是应对扩张带来的更为严重的粮食安全影响。
其次,通过给当地提供能源生产和供给的方式来促进当地发展,这种生物燃料发展的替代模式几乎被这些治理议程所忽略,即他们主要以生物燃料贸易为预设前提而展开谈判。
第三,有些国际议程如IEA、OECD具有明显的发达国家倾向,当然会以它们的能源需求为优先考虑,因而主要关注发展中国家的出口为导向的生产,而不是发展中国家的当地需求。而全球生物能源伙伴关系也代表主要国家团体利益。甚至像RSB由多利益有关方组成的圆桌会议也不对称地给来自工业部门和发达国家的参与者更多的关注和投票权。21位RSB发起委员中仅有5位来自发展中国家,而这5位代表中有3位代表了像巴西的甘蔗联盟这样的工业团体利益。很明显利益受到主要影响的大多数人并没有能充分表达意见。
最后,现有的国际行动没有形成多层次、协调统一、相互支持、相互影响的治理方式。许多国际倡议或国际行动虽然博兴,但十分分散,关注自己覆盖的争议领域,并在其框架下的国家行动仍被符合本国利益的议程所主导。这种情形实际导致生物燃料问题仍然是“无治理领域”,试想有各自利益的国家和企业一旦发生纷争,将如何公正、合理的解决争议?
3. 新多边生物燃料治理框架愿景
3.1建立新多边生物燃料治理框架的原因
目前生物燃料治理制度无论从国内还是从国际层面都无法满足治理需求,建立新多边治理框架的迫切需求和原因有以下几点:
第一,该产业发展的主要推动力均具有重要的全球要素和关联。可再生能源替代化石燃料就是由《联合国气候变化框架公约》促动的。化石燃料的可用竭性是一个全球难题,而动荡的国际关系又是国家追求能源安全的巨大障碍。生物燃料农业尤其在发展中国家又是由发达国家的消费目标促发的出口繁荣所驱动的。以上每个环节都具有“全球烙印”。
第二,生物燃料生产带来的环境影响是无法依靠个别国家得以解决的。该产业对气候变化、对水等自然资源的需求以及对土地使用改变的累积作用都具有明显的全球关联。
第三,个别国家解决生物燃料扩张带来的社会经济影响能力有限,比如对农产品市场和全球粮食安全的影响。
第四,生物燃料的争论从一开始出现就具有南北关系的特性,是以一方的主要社会、政治和环境利益为代价而使另一方获利的问题。
第五,关于生物燃料生产存在许多相互冲突的观点和看法,因此不仅需要有效的治理框架,更需要体现公平、合法性、责任性、代表性的统一治理制度。
以上各个方面均体现了建立全球生物燃料治理框架的必要性,但这里的全球性并不意味着所有国家都就此进行谈判,但至少是一个与现有治理框架不同且能够反映生物燃料产业核问题的不同视角,能通过多边平台包括国家和非国家参与者构建的负责而合法的方式进行治理和调控。那么,这种新多边治理框架究竟应该具备怎样的条件和内核呢?
3.2新多边生物燃料治理框架的建构
3.2.1多边生物燃料治理框架应具备的基本特征:多部门、多层次和多参与者治理
生物燃料产业发展并不仅是一种能源战略,它和粮食、农业、贸易、气候和生态保护等多方面都具有重大关联,而这些领域都有各自的政策制度。因此气候谈判、可再生能源议程、全球贸易和农业发展、保护生物多样性和生态系统战略均涉及到了生物燃料问题。以上不同领域的各自政策必须避免冲突、寻求协调,这就需要多部门协调来应对生物燃料治理。
其次,生物燃料治理需要多层次协调。如果没有国家、当地政府以及当地生产者的协助多边框架很难成功,这也是目前国际相关治理制度的欠缺。这种协调既要体现在国际政策的成功执行上,比如认证计划的实施,也要体现在不同层面的规制活动上。
第三,不同参与者和平行决策体系间的协调也是必要的。这会减少重复劳动、避免政策冲突,比如生物燃料治理政策和WTO规则之间的冲突,多参与者治理意味着允许各种主体使用有效参与资源。
3.2.2新多边生物燃料治理框架的制度设计:趋利避害
虽然需要进一步协调不同产业部门、参与者和治理层次,但是何种制度设计才能最好发挥功能却是一个大问题。从实现的可能性出发,有两种路径可以选择:
第一种,在某一类宽泛的领域建设治理制度,能源和农业领域可供选择。
在能源领域探讨生物燃料治理制度的优势是能够很容易地将该问题并入可再生能源政策;能够让业界对照其他生物能源对液态生物燃料做出评估。弱点是由于目前与能源相关的、行之有效的政策制度本身就十分分散,加之联合国相关机制治理权力也十分有限,新建立的国际可再生能源机构(IRENA)固然令人欣慰,但是像巴西、中国等这些主要生产国尚未加入,因此治理很难从全球能源制度中获得有益的制度支持;加之,如果国家将生物燃料单纯看作是国家能源安全问题,由于敏感性,将会使多边谈判变得异常艰难;最后由于生物燃料是由许多作物提炼而来,因此对农业部门的影响也举足轻重,将其作为能源问题处理自然会导致对粮食安全、农村地区和土地政策的影响关注不够。
在农业领域处理生物燃料问题最大的优势是可以借助FAO现有的各种制度;可使业界更加关注粮食和农村发展问题;也会从国际农业协定中最终获利。但是国际农业贸易谈判频频陷入僵局,这必将阻碍该产业的可持续发展;也会割裂生物燃料与可再生能源政策的联系。
第二种不同的制度设计路径就是将生物燃料作为独立的焦点问题进行制度设计,而此种方式根据所设计的制度框架以生物燃料问题的一个方面还是多个方面为治理对象分为单一框架和复合并行框架。不论是单一政策框架还是符合政策框架同样各具优、缺点:
在有效性方面,复合型平行框架更有利于不同政策工具的创新、彼此竞争和实践检验;在公平性和权力分配方面,复合平行框架更易于禁止权力集中,并且在一定程度上会增加发展中国家在决策中的影响力。缺点就是遵守和执行成本较高。
而单一框架由于设定的制度具有很强的针对性和局限性,因此遵守和执行成本较低;所设定的单一规则更容易和像WTO这样的现有国际规则协调一致;也更易于吸收多参与者的集中关注并利用他们可提供的资源。缺点是过分支持某类参与者的风险过高;灵活性和调节性较差;由于会吸引更多的参与者,因此达成一致意见就更为困难。
综上,新多边生物燃料治理框架是一个开放性议题,只有把握住合理合法内核,比较各种选择路径的优缺点,在实践中逐步探索。
参考文献:
[1] Patrick Lamers. International Bioenergy
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[2] Thomas Vogelpohl. The Institutional sus-
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全球出现粮源危机
2006年10月,联合国粮农组织了一份名为“农业收成预计和粮食现状”的报告。该报告显示,由于天灾人祸,全球正面临巨大的粮食危机,有40个国家急需国际粮食的援助。
根据联合国粮农组织公布的名单,这40个粮食短缺国中包括26个非洲国家(安哥拉、埃塞俄比亚、肯尼亚、利比里亚、尼日尔、坦桑尼亚、乌干达、津巴布韦等),10个亚洲国家(阿富汗、印尼、伊拉克、朝鲜、巴基斯坦等),3个拉丁美洲国家(哥伦比亚、古巴、海地)以及俄罗斯(指车臣共和国)。
目前,全球的粮食储备只够勉强支撑人们50多天的需求,已经跌破粮食储备70天的安全线,整个世界有可能陷入30年来最为可怕的粮食危机。近18个月来,农产品价格开始上涨,糖价已经翻了一番,玉米和小麦价格也上涨了1/4。对于世界上最贫困的人口来说,不断上涨的粮食价格将很快威胁到他们的生存。而随着世界粮食非粮用途的持续快速增长,粮源的战略地位日益突显,业内专家认为,由此极可能导致“世界粮源争夺战”的发生。
车与人展开争粮大战
就世界范围来看,越来越多的国家正在不断扩大燃料乙醇的生产量。据2006年世界可再生能源报告,全球生物乙醇产量从2004年的305亿升增长到了2005年的330亿升。2005年,巴西机动车中约有70%的车辆采用“混合燃料”。欧盟的燃料乙醇产量增长更为迅速,2005年增幅高达70%以上。日益增多的国家将粮食用作工业燃料的加工生产,必然导致世界范围内对粮食的消耗量急剧上升。这样,发达国家的汽车与发展中国家的贫困人口,将不可避免地展开争粮大战。
为贯彻落实《中华人民共和国可再生能源法》(20*年*月*日起实施),鼓励生物质能的发展,加强生物质发电项目的环境影响评价管理工作,现就有关问题通知如下:
一、根据《可再生能源法》、《可再生能源产业发展指导目录》、《可再生能源发电有关管理规定》和《可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法》,生物质发电项目主要为农林生物质直接燃烧和气化发电、生活垃圾焚烧发电和垃圾填埋气发电及沼气发电项目。
二、现阶段,采用流化床焚烧炉处理生活垃圾的发电项目,因采用原料热值较低,其消耗热量中常规燃料的消耗量按照热值换算可不超过总消耗量的20%。其他新建的生物质发电项目原则上不得掺烧常规燃料,否则不得按照生物质发电项目进行申报和管理。国家鼓励对常规火电项目进行掺烧生物质的技术改造,当生物质掺烧量按照热值换算低于80%时,应按照常规火电项目进行管理。
三、建设生物质发电项目应充分发挥当地的优势,合理规划和布局,防止盲目布点。生活垃圾焚烧发电项目建设要以城市生活垃圾集中处置规划为基础,确定合理的布局及建设规模。秸秆发电项目原则上应布置在农作物相对集中地区,要充分考虑秸秆产量和合理的运输半径;林木生物质发电项目原则上布置在重点林区;沼气发电项目要与大型畜禽养殖场、城市生活污水处理工程、工业企业的废水处理工程配套建设。在采暖地区县级城镇周围建设的农林生物质发电项目,应尽量结合城镇集中供热,建设生物质热电联产工程。
四、生物质发电项目必须依法开展环境影响评价,除生活垃圾填埋气发电及沼气发电项目编制环境影响报告表外,其他生物质发电项目应编制环境影响报告书。生活垃圾焚烧发电项目环境影响报告书应报国务院环境保护行政主管部门审批,其他生物质发电项目环境影响报告书(表)报项目所在省、自治区、直辖市环境保护行政主管部门审批。各省、自治区、直辖市环境保护行政主管部门应在审批完成后三个月内,将审批文件报国务院环境保护行政主管部门备案。
五、在生物质发电项目环境影响评价及审批工作中,应重点做好以下几项工作(具体技术要点详见附件):
(一)切实做好生物质发电项目的选址和论证工作。根据区域总体规划及生物质资源分布特点,深入论证生物质发电项目选址的可行性。一般不得在大中城市建成区、规划区新建生物质发电项目。
(二)做好污染预防和厂址周边环境保护。应根据项目污染物排放情况,明确合理的防护距离要求,防止对周围环境敏感保护目标的不利影响。
(三)结合生物质发电项目的发展现状,明确严格的污染物治理措施,确保污染物排放符合国家和地方规定的排放标准。引进国外设备的,污染物排放限值应不高于引进国同类设备的排放限值。
如今,面对油价高企和环境污染的困扰,在大豆、玉米等生产生物燃料近年来争议不断的情况下,海藻燃料产业正在加速发展,多国科学家正在致力于寻找在经济和环境上可行,且可以商业规模生产海藻燃料的方法。
产油率是其他作物数十倍
西班牙一家生物公司日前与欧洲合作伙伴共同启动了一项绿色工程,其在位于西班牙北部的奇克拉纳市建造了海藻养殖池,利用污水处理场的废水作为养料,通过海藻的光合作用生产并提炼出生物燃料,希望以此向人们展示这一技术的广阔前景。不同菌种的海藻生产不同种类的燃料―一些海藻用来生产像大豆或其他油料作物生产出来的那种甘油酯,其他的海藻则用来生产类似碳氢化合物的混合物。此项目预计将在一年时间里生产出500升生物燃料和1500立方米甲烷。
研究人员将富含有机物的废水输入养殖池中,通过光合作用加速海藻的繁殖。当海藻繁殖到一定程度,就会被取出。经过脱水、液化和高压处理后,就能够获得几乎与目前石油一样的生物燃料。
与甘蔗、油菜籽等其他能够产生生物燃料的作物相比,海藻相当高产。美国能源部一份报告中提及,目前特定藻类的出油量已经达到大豆的60倍。
公司创新与技术部经理弗兰克表示,如果将现有的养殖池扩大到10公顷,那么每年将产出20万升生物燃料和60万立方米甲烷,足以供400辆汽车使用一年,而且生产过程绿色环保,这家公司希望尽早推动这项技术的商业化运营。
投入商业运营尚需十几年
海藻产油研发专家表示,这一产业前景之所以诱人,是因为海藻生产出来的燃料不仅和现行的汽车的油路结构如管道、油箱和油泵等兼容一致,而且燃烧起来比化石类柴油更清洁。
目前很多公司已经看到了这一技术的潜在商机,纷纷加大力度进行研究,但是许多研究人员认为将这一技术投入商业运营可能还需要十几年时间。因为,要想真正在未来取代石油,就必须要过“价格关”。
目前海藻产油技术还需要解决产油量低和耗能高的问题。研究员克劳迪奥说:“把生物燃料从水中提取出来还是个技术难题,因为如果生产环节的耗能比产出还高就得不偿失了,更谈不上绿色环保。”
对此弗兰克表示,“我们需要把生产环节的费用降低到目前的五分之一才能与化石燃料竞争。”他所在的公司希望能在2015年之前实现这一目标。
除西班牙外,美国、法国、英国等多国早在几年前就纷纷开始了研究,致力于减少生产过程中的能耗,希望能在海藻产油领域拔得头筹。有的公司选择在封闭的黑暗环境中养殖藻类。封闭式光合反应器的优点在于水分不易散失,可以长期省水省肥地培养藻类,成为比较受欢迎的海藻培养模式,但是研究发现这也并非尽善尽美。
比如,缺少了水分蒸腾这一天然降温手段,就需要额外耗费能量控温。此外,密闭的容器内部容易形成细菌菌落的生物被膜结构,造成细菌大量繁殖,因此需要定期清洁,这也是一大笔开支。还有,一般而言,光合反应器中藻类的密度会比露天池塘大,伴随高密度而来的另一个问题,就是如何确保管中的藻类都能得到足够的光线。为了优化光照,目前采取的通用手段是用泵让藻类不断翻动,结果是消耗了大量的能量,产生了额外的碳
另外,减少排气污染、净化环境已成为车用燃料发展的大方向。以欧盟为例,欧盟15国制定的“汽车-油料发展规划”,要求1995~2020年间,道路运输排放的7种主要污染物(CO、NOX、VOC、苯、柴油颗粒物质PM、CO2、SO2等)要大大降低,除CO2外,其他各种污染物要由1995年相对值为100降低到2010年平均相对值为25、2020年平均相对值为10。
我国汽车保有量现在已超过3000万辆,主要集中在经济发达地区或中心城市,汽车废气排放已成为城市大气污染的主要来源;同时,我国的石油资源严重不足,在未来30年内,我国汽车还将大量增加,大气环境污染、能源短缺问题将更为严重。
目前石油替代产品主要包括四大类:气体燃料(天然气、液化气、氢气)、合成燃料(煤制油、天然气合成油)、醇醚类燃料(甲醇、二甲醚、乙醇)、生物质产品(生物质气化、生物柴油)。以上各种代用燃料均处于不同的应用和发展阶段。
生物柴油是清洁的可再生能源,是指以油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料油通过酯交换工艺制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。生物柴油是典型“绿色能源”,大力发展生物柴油对经济可持续发展,推进能源替代,减轻环境压力,控制城市大气污染具有重要的战略意义。
生物柴油的优良性能使得采用生物柴油的发动机废气排放指标不仅满足目前的欧洲II号标准,甚至满足随后即将在欧洲颁布实施的更加严格的欧洲Ⅲ号排放标准。而且由于生物柴油燃烧时排放的二氧化碳远低于该植物生长过程中所吸收的二氧化碳,从而改善由于二氧化碳的排放而导致的全球变暖这一有害于人类的重大环境问题。因而生物柴油是一种真正的绿色柴油。
生物柴油的特点在于:1.具有优良的环保特性。主要表现在由于生物柴油中硫含量低,使得二氧化硫和硫化物的排放低,可减少约30%(有催化剂时为70%); 2.具有较好的低温发动机启动性能。3.具有较好的性能。4.具有较好的安全性能。由于闪点高,生物柴油不属于危险品。5.具有良好的燃料性能。6.具有可再生性能。作为可再生能源,与石油储量不同,其通过农业和生物科学家的努力,可供应量不会枯竭。 7.无须改动柴油机,可直接添加使用,同时无需另添设加油设备、储存设备及人员的特殊技术训练。
1、国外发展现状
欧洲和北美利用过剩的菜籽油和豆油为原料生产生物柴油已获得推广应用。推动欧洲生物燃料市场发展的主要动力来自于欧盟推动生物燃料应用的努力和哥本哈根联合国环境大会的要求。欧盟最新指令要求至2020年生物燃料要占全欧洲的运输能源的10%。欧洲地区2009年生物柴油和生物乙醇消耗量各为710万吨和700万吨,按哥本哈根大会的要求,至2020年,这两个数字有望达到2270万吨和1800万吨,分别增长220%和157%。据分析指出,生物柴油排放的二氧化碳比矿物柴油要少约50%。与常规柴油相比,生物柴油价格要贵一倍以上,全球知名增长咨询公司Frost&Sullivan近期发表研究报告,认为至2020年前,欧洲市场生物燃料市场将保持发展活力。 为此,指令要求欧盟各国降低生物柴油税率,对生物柴油的税率征收仅为石油柴油税率的0―4.6%,并对生物柴油在欧洲汽车燃料中的销售比例作出规定。
美国历来是个相当重视能源战略的国家,积极发展可替代能源是美国能源战略中的重要部分,生物柴油在美国已经发展了相当长的时间。1980年美国制定了国家能源政策,明确提出以生物柴油替代石化柴油战略。1992年的能源政策措施(Energy Policy Act) 规定,到2010年止,计划以非石油的替代燃料替代总进口石油燃料的10%。2003年布什政府迫于国际和国内的压力真正起动了美国的生物柴油发展程序,特别是在2004年美国能源法确定了意在鼓励生物燃油的政府补助方案(即生物柴油厂每生产出1加仑生物柴油政府补贴0.5美金到1美金),美国的生物柴油由此进入了高速发展阶段。与此同时许多州也纷纷立法规定当地所销售的柴油里的生物柴油的含量。美国的生物柴油产量7年内增加了1000倍,但就其产量还远远达不到国内的需求。
2、生物技术及进展
目前生物柴油主要用化学法生产,采用植物和动物油脂与甲醇或乙醇等低碳醇在酸或碱性催化剂和230-250℃下进行酯化反应,生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯生物柴油。
现在,国外开发了一些主产生物柴油新工艺和利用下脚料原料生产生物柴油技术。加拿大BIOX公司生产和销售的生物柴油采用多伦多大学开发的工艺,该工艺将回收的植物油、农业种子油或废弃的动物脂肪、油脂转化为生物柴油。Biox工艺使用较多甲醇增加混合物极性,经保持催化剂离子化,使用单相酸催化步骤转化脂肪酸,循环甲醇和共溶剂,利用冷凝的潜热加热进入的原料等方法,改变了生物柴油生产的经济性。
3、我国的发展机遇
近年来,我国几大国营石油集团如中石油、中石化、中海油和中粮集团都设立了专门的机构研究生物柴油。中石油与国家林业局、云南省及山东省政府签订发展生物质能源的战略合作协议,在云南地区种植麻风树发展生物柴油产业,还在四川南充市建立了研发基地,并建立了生物柴油的中试装置。同时,中海油还在海南种植了面积达数十万亩的麻风树,待原料基地建成并形成规模后,炼油厂原料将转换为麻风树。
除了利用植物制造生物柴油,由“地沟油”炼制生物柴油将是另一个发展方向。我国由于饮食习惯,决定了中国地沟油产量巨大,这些地沟油不能得到相关部门的有利监管,极易为不法份子利用重新回流到千家万户的餐桌。
2011年6月22日,荷兰皇家航空公司宣布,从9月开始,在200架阿姆斯特丹-巴黎航线上使用“地沟油”燃料,形成一条“绿色飞行通道”。根据荷航的声明,航空公司无需对飞机引擎做任何改动,就可以使用“地沟油”燃料。
从地沟油到生物柴油要通过酯化和蒸馏两个步骤,在苏州洁净,其转化率在95%左右,其中,酯化就是将地沟油全部变成脂肪酸甲酯,这就是我们通常所说的生物柴油;蒸馏的作用是去除脂肪酸甲酯中的色素、胶质以及没有被转化的油脂。”
但是,这种生物柴油还不能直接当成航空燃料来使用。荷兰皇家航空公司采用了“加氢可再生飞行燃料”技术。先将生物柴油进行脱氧处理,然后通过一系列的有机化学过程,关键一步是进行加氢裂化,在持续的氢气压力作用下,分子间碳键被破坏,生成较小的碳氢化合物,其产物就是不饱和烃,此时就已经很接近燃料了,然后再进行“异构化”,即将化学物质的自身组成结构进行改变,真正成为所需要的“可再生飞行燃料”。