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美国、巴西农业生物质能产业发展实践与经验借鉴

作者:admin 时间:2017-06-20 10:50 来源:世界农业 点击:次 字体大小:

摘要:本文分析了美国、巴西两国农业生物质能产业的发展实践及相关政策措施,总结出制订符合本国实际情况的农业生物质能产业发展规划、法规政策;积极出台生物质能源产业发展促进政策;为生物质能源产业发展提供技术支持;发挥市场机制,培育完整产业链条是其成功的主要经验。最后提出了制订符合中国国情的农业生物质能发展规划及产业政策,加大生物质能的研发技术,做好农业生物质资源普查以及避免农业生物质能产业发展对粮食安全的不利影响等建议。

  本文基于美国、巴西农业生物质能产业发展的实践,阐述了这两个国家发展生物质能的相关政策及具体措施,以期对中国农业生物质能产业发展提供有益的借鉴与启示。

  一、农业生物质能的含义

  农业生物质能就是太阳能以化学能的形式储存在生物质中的能量形式,它直接或间接来源于植物的光合作用,可以转化为常规的固态、液态或气态燃料。农作物、农业生产废弃物、农业加工废弃物及农业能源作物均可以作为农业生物质能源的载体,农业生物质能具有清洁低碳、原料丰富、可再生生性强等特点,是一种重要的可再生能源。国际自然基金会在2012年发布的《能源报告》中预测,到2050年世界上70%的工业燃料及工业供热将会采用农业生物质能。目前国外生物质能源产业发展迅速,已经进入了较为成熟的开发利用阶段。

  二、美国、巴西农业生物质能产业发展的实践分析

  (一)美国

  美国农业发达,国土辽阔,森林覆盖率达到了33%,农场及牧场占据国土面积的40%,可耕地面积占到国土面积的20%以上。在这些土地中,至少有55%以上的土地具有开发农业生物质能源的潜力。另外夏威夷、阿拉斯加等州还种植了大量芒草等能源作物,在农业生物质能源开发利用上具有得天独厚的优势。目前,美国已研发出了从玉米中提取乙醇的技术,每年能够生产总量达70亿L的生物乙醇燃料,占其能源总量的1/10左右。美国计划在2000—2020年这20年间使生物质能源的生产总量达到全国能源消耗总量的1/4,到2050年达到能源消耗总量的1/2[1],为此美国制定了刺激生物质能源发展的政策及相关措施。

  1.制定相应的政策法规  美国联邦政府2005年颁布了《国家能源政策法案》,2007年颁布了《能源安全法案》,2008年颁布了《农业新能源法案》,2010年颁布了《生物质能研发法案》等,这些法案为生物质能等新能源的开发利用提供了宏观上的法律支持与政策规划,并就可再生能源的范围、生产标准、中长期目标、资金支持等提出了具体的计划。例如在《国家能源政策法案》中,明确规定了乙醇燃料的生产能力及产量。

  除此之外,联邦及各州政府还鼓励通过采购、直接投资与贷款等手段来支持生物质能产业的发展,还要求农村地区积极为发展生物质能提供相应的原材料。为了推广生物质能源的市场范围,美国农业部颁布了“生物能源计划”,能源部颁布了“生物燃料系统计划”及“清洁能源替代计划”等,要求美国30%的汽油中需要混合乙醇。2009年颁布的《空气洁净法修正案》更是强制要求2010年以后生产的机动车使用含氧汽油及乙醇汽油新配方燃料。这些具体的法规政策有效地开拓了乙醇等生物质能源的市场。

  2.加大研发技术的支持力度  农业生物质能源产业在美国发展迅速,在很大程度上得益于美国政府在生物质能研发利用等方面给予的技术支持。早在20世纪80年代,美国就制订了生物质能源技术发展规划与政策,鼓励有条件的地区发展生物质能源产业。自美国国会通过《生物质能研发法案》后,生物质能源产业进入了快速发展期。根据该法案,成立了联邦生物质能技术研究中心,为生物质能技术研发提供资金及相关的技术支持,并协调各州所属机构与投资生物质能的企业之间开展合作。为了继续加强生物质能技术的研发工作,美国能源部于2013年1月成立了生物质能计划管理办公室。该机构负责执行美国的生物质能计划,重点开发将生物质能转化为燃料、热能、动力、化学材料等方面的技术,其目标是逐步减少美国对国外石油的依赖,促进新兴生物能源工业的发展。

  3.积极发展生物质能能源转化技术  美国是世界上最早研发生物质能的国家,其在生物质能源转化技术方面也处于世界领先地位。目前,美国生物质能利用在一次性能源消耗中占4%左右,利用生物质能发电装机总容量已达12000MW,单机容量在10~35MW。美国在生物柴油技术发展及商业应用上也走在世界前列,目前美国年产生物柴油总量为115万t,计划在2016年达到330万t。此外,美国沼气发电技术也很发达,纽约的斯塔特垃圾处理站采用湿气处理垃圾并回收沼气用于发电,年收益可达200万美元。美国利用纤维素废料生产乙醇、用稻壳发电等生物质能能源转化技术已经开始在实践中使用。其他的生物质能配套技术也在积极研发中。

  (二)巴西

  巴西是拉美地区面积最大、人口最多、经济最发达的国家,其良好的自然条件也造就了该国发达的农业。然而巴西的煤炭、石油等能源比较贫乏,对外依存度较高,其中有60%的煤炭和50%的石油需要从国外进口。20世纪70年代,巴西就已经开始利用甘蔗为原料生产乙醇燃料,其乙醇燃料生产技术及应用水平现已位居世界首位。目前,巴西国内已经不供应纯粹的石油燃料,所有的汽油、柴油中均混合了乙醇。在生产乙醇的过程中,甘蔗渣也可以用来发电,乙醇生产企业普遍将蔗渣作为电力和热力来源,实现动力自给自足,而不需要添加任何化石燃料。

  除了用甘蔗生产乙醇燃料技术之外,其他的生物质开发利用技术也发展很快。自1985年颁布《巴西联邦国家森林法》之后,林业部门在巴西东北部地区大量种植薪炭林,目前已种植约5000万hm2的薪炭林。2012年巴伊亚州建成了单机为25MW的薪炭林生物质发电[2]。可见,生物质能利用在巴西整个能源体系中占据重要地位。巴西生物质能源原料来源多样化,能源类型也异常丰富(表1)。

  1.制订生物质能源产业发展规划  巴西政府成立了专门的农业生物质能源发展管理机构,负责制定相关政策及措施,并积极协调各个部门的工作。2003年成立了由农业部、能源部及商业部牵头的生物质能源委员会,该机构负责管理全国生物质能源研发技术及相关产业生产布局,同时在各州成立分中心,具体负责各州事务。2008年巴西联邦政府又出台了《巴西生产与使用生物柴油计划发展方案》,明确了生物柴油的发展目标及具体发展规划。2011年巴西联邦议会颁布了《巴西生物质能源开发法》,该法将生物质能技术开发与产业发展作为巴西社会可持续发展的重要战略,并将生物质能开发利用与消除贫困、开发农村结合起来,在发展生物质能过程中,促进巴西亚马孙地区的发展,对甘蔗、大豆、椰子、棕榈、大豆等种植户给予相关的政策优惠及资金补贴。

  2.积极推动生物质能源原料种植及研发技术  从2012年开始,巴西联邦政府每年投入4500万美元用于甘蔗基因的改良、提高甘蔗种植的机械化水平、改造乙醇转化工艺生产线。截至2013年,巴西甘蔗平均产量已经达到76t/hm2,相比于20世纪70年代,提高了50%。计划在2020年,巴西甘蔗平均产量达到88t/hm2,乙醇产率达到90L/t,每公顷甘蔗生产乙醇达到7200L左右。2013年1月,巴西联邦科技部宣布建立生物乙醇科技研发中心,进一步加大对全国乙醇等生物质研究机构的支持,加强对农民及生产工人的技术培训,在亚马孙地区建立专门的科研机构,提高生物质转化率,积极开发纤维素转化乙醇等技术。

  3.合理利用耕地,平衡糖醇关系  巴西现有3.5亿hm2耕地,实际耕作面积为6400万hm2左右,有7800万hm2的可利用耕地,还有5.5亿hm2的森林及保护性土地,巴西政府严控制各类审批用地,加强宏观调控,集约高效、科学合理地利用土地。巴西是世界上最大的蔗糖出口国,蔗糖出口是巴西创汇的主要来源。在利用甘蔗发展生物质能的过程中,必须要平衡好蔗糖生产与乙醇生产的关系。目前,巴西的甘蔗种植面积大约为2250万hm2,如果全部用来生产乙醇,可以生产1.1亿t乙醇,能够满足全球汽油消费的10%,然而不能将所有的甘蔗都用来生产乙醇,需要平衡糖醇之间的关系,现在糖醇比例大概为1∶1,糖醇各占45%左右,还有10%的甘蔗被用作水果直接食用。巴西政府考虑到目前国际蔗糖市场相对较为稳定,乙醇替代汽油市场不断扩大,从2014起开始调整糖醇比例,计划到2015年糖醇比例达到35%与55%;2020年达到31%与59%。

  三、美国、巴西农业生物质能产业发展的经验

  1.结合本国实际正确制订农业生物质能源发展规划与战略  在发展新型能源的过程中,需要根据自身自然资源、气候状况、社会经济发展水平、综合经济实力及科技水平等来制定符合本国国情的新能源发展规划。由于生物质能源其自身的特点与优势,在新能源发展战略中占有重要地位,大部分国家都将生物质能源作为本国发展新型能源的重要选择。并且各国根据自身的产业情况,在进行生物质能源产业化的过程中适时调整发展方向,如美国玉米乙醇工程、巴西甘蔗乙醇计划无不体现了这种战略变化。

  2.积极出台生物质能源产业发展促进政策  美国、巴西结合自身实际情况,采取了务实的生物质能源产业发展政策,两国政府在产业发展初期均积极制定相关的法律法规,保障生物质能源产业发展方向,在生物质能源产业发展过程中均通过市场、财税、技术支持、资金扶持等具体政策来对产业发展进行调控[3]。同时,为了推广生物质能源,2国政府还制定了其他的配套政策与措施,如美国研发并推广斯特林发动机,积极促进生物质能源产业链的形成。为了推广乙醇燃料新能源,巴西在机动车技术上也做了相应改造,大部分汽车已经装备灵活燃料燃烧系统,自2007年以后,巴西销售的汽车95%都是装有灵活燃料系统,使得乙醇汽油(含20%~25%乙醇)和100%乙醇在发动机中可以互相切换。

  3.为生物质能源产业发展提供技术支持  农业生物质能源产业是一项新兴的技术产业,对社会的可持续发展有重要的意义。美国、巴西两国政府都积极投资生物质能源发展的关键技术,加强国家技术研发部门与企业的合作,通过建立公立或政府性科研机构来协调技术、产业的投资、运作,引入市场化机制,促进技术的商品化与产业化。如巴西政府成立生物乙醇科技研发中心,积极加强该中心与企业、种植园主、农民之间的联系,协调各州立科研机构的研发合作,达到了较好的效果。

  4.充分发挥市场机制作用,培育产业发展体系  生物质能源产业的健康发展,离不开上游及下游相关产业的支持。生物质能源产业在发展初期,成本相对较高,市场未能得到完全开拓,需要政府出台相关的支持政策,保证生物质能源企业的运转。巴西等国家的实践表明,在甘蔗乙醇计划的初期,从甘蔗的种植培育、运输加工及销售,再到生产乙醇、燃料乙醇销售均有政府扶持。当产业形成一定规模之际,就变成市场为主,政府扶持为辅,着力培育产业发展体系,建立完善的生物质能上下游产业,形成了一个整体产业链。

  四、美国、巴西农业生物质能产业发展的启示

  发展生物质能不仅能够缓解能源危机,还能带来环境效益[4],因此是当今能源产业的必然选择。但是也应该看到农业生物质能的发展对粮食供应、粮食安全可能带来负面影响。所以,中国应借鉴国外生物质能源产业发展的成功经验,又应采取一切合理措施,将其对粮食安全的不利影响降低到最低限度,以保证中国生物质能源产业的健康发展。

  1.制订符合中国国情的农业生物质能发展规划及相关产业政策  2007年农业部发布了《农业生物质能产业发展规划(2007—2015年)》,该规划明确了中国农业生物质能产业发展的目标、方向、实施途径及预期效益。中国是一个农业大国,其小农经济的发展方式不同于美国、巴西的大农场、大种植园经营方式,因此在借鉴国外发展生物质能产业方面成功经验的同时,还需要立足中国国情,从农业、能源、环境等方面综合考虑,制定相应的农业生物质能产业发展规划及法律法规,建立并完善生物质能源产业激励与扶持政策,通过政府引导、税收优惠、资金补贴等宏观调控措施来保障生物质能产业的发展。

  2.加强生物质能产业研发技术  无论是美国还是巴西,其生物质能产业之所以能够居于世界领先地位,技术创新是关键,政府都加大了对生物质能研发技术的支持力度,国家拨有专门经费来支持研发工作,确立了技术研发与产业转化的相关政策。中国需要借鉴美国、巴西的成功经验,加大对生物质能研发利用技术的支持力度,积极吸收世界先进技术,努力实现核心技术的国有化,明确技术研发与产业转化之间的衔接工作。

  3.加大农业生物资源普查力度  在发展生物质能产业之前,美国、巴西等国事先做了大量的普查工作,对本国的农业生物资源进行了详细调查并收集翔实资料,再依照这些资料及普查工作统筹规划制定相关的发展战略,避免了产业发展的盲目性。中国是农业资源大国,生物质资源异常丰富,因此需要全面调查中国农业生物质资源的分布、数量、产量、种类及发展生物质能源产业的可行性,全面掌握第一手资料,在此基础上制订相关的发展规划。

  4.避免发展生物质能产业对粮食安全的负面影响  美国农业部在2012年举办的农业发展论坛的主题就是“能源发展、农业政策与粮食安全”,与会专家一致表示,生物质能产业的发展会给粮食安全带来影响,美国在发展生物质能产业过程中需要统筹规划,减少生物质能产业发展对粮食价格、生产体系等方面的不利影响。当今,农业的功能已经发生了一定程度的改变,不仅需要提供粮食及农产品,还需要提供能源产品。从长远来看,农业生物质能发展与粮食安全肯定有所冲突。因此,中国在制定生物质能产业发展规划上,应该从农业发展、能源战略、粮食安全、人口增长及耕地面积等方面统筹考虑,确保农业安全、能源安全与经济社会发展的持续性。

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