编者按：随着我国经济的不断发展，能源短缺、资源匮乏、环境污染等问题越来越突出。发展生物能源替代传统能源，突破国民经济发震中的能源瓶颈是事关我国经济能否可持继发展的重大问题。近年来许多国家都在积极研究传统能源替代相关技术、大为发展相关产业，生物能源的研发将是未来30-50年科技发展的重中之重。生物能源研发作为国家级的重大科技攻关项目，是落实科学发展观、转变经济增长方式，保持我国国民经济持续健康快速发展的客观要求，在这方面公共财政大有可为。在农业、林业领域种植出国民经济所需要的原料和燃料，这不仅将彻底解决传统能源污染和能源短缺问题，也将对我国转变经济增长方式、统筹城乡经济社会发展、构建社会主义和谐社会起到重大作用。到那时，我们的头顶将是一片蓝天。

能源是国民经济的命脉，也是人类赖以生存的重要物质基础。几千年的农业社会，人类生活在以植物为基础的生物质经济（Biomass economy）时代；18世纪末期的工业革命后，煤成为主要能源，而到了20世纪中叶以后，人类又进入石油、天然气为主的烃经济（Hydrocarbon economy）时代。石油除用于运输燃料外，塑料、合成纤维、合成橡胶、合成氨等2500多种人类必须的化工产品也来自石油中的C1（甲烷）、C2（乙烯）、C3（丙烯）、C4（正丁烷、异丁烯）组分。

石油改变了人类的生活方式，也决定了人类的生活方式。由于世界经济飞速发展，全球的石油需求量越来越大。2004年，全球石油产量和消费量超过8000万桶/天，美国联邦能源情报机构预测到2025年将增加到11650万桶/天以上。化石能源终将枯竭，再加上温室气体效应，石油价格的飙升，使人类再次把获取能源的目光转向了可再生的生物质。这不是简单的轮回，而是在生物科学与工程技术迅猛发展基础上产生的一次质的飞跃，是人类社会的一次重大进步。到21世纪中叶，生物质化工将会替代石油化工，人类即将迎来了新的生物质经济时代。

寻求日益突出的石油供需矛盾解决方案

上个世纪末，在欧美曾进行了较大规模的用煤（或天然气，当时天然气极其便宜）基甲醇替代运输燃油的试验，但都先后放弃。以美国为例，甲醇主要是用于生产汽油添加剂（MTBE），由于这种汽油添加剂在美国逐渐被限制使用，美国的甲醇产量逐年下降，2002年为360万吨，2005年下降到120万吨。美国甲醇燃料试验早已于上个世纪停止。1996年，加里福尼亚州大约有13000辆灵活燃料车，以及500辆公共汽车（包括学校巴士）和卡车使用甲醇燃料，建了80多个M85（85%甲醇燃料+15%汽油）加油站，然而现在所有的甲醇加油站都关闭了，都是缘于使用过程中的储存问题和腐蚀问题。从1989年开始，在甲醇公交车项目耗费了1.02亿美元以后，洛山矶郡的交通管理官员宣布甲醇防（空气）污染项目失败，原因是这些车辆需要经常修理。经过5年的试验后，西雅图城市交通署的官员也不得不撤消甲醇车示范项目。项目试验结果显示，当车辆运行6-7万英里后会产生严重的发动机故障，主要是由燃料的腐蚀性造成的。甲醇的毒性、腐蚀性（氧化后变为甲酸）、低热值（仅为汽油的46.3%）、易污染空气（燃烧不完全产生甲醛）和地下水（极易溶于水）是其自身缺陷。而其最致命的缺点为：一是生产和使用1吨甲醇燃料，将向空气中释放9.625吨的二氧化碳。包括1吨甲醇燃烧过程中释放出1.375吨的二氧化碳，以及用煤生产1吨甲醇过程要释放出8.25吨的二氧化碳（一般生产1吨甲醇需要1.3-1.5吨原料煤和2吨以上燃料煤）。二是煤与石油一样不可再生。目前世界上还没有任何国家用煤基甲醇作为运输燃料，也没有类似计划，而仅把它们用做氢燃料电池的产氢原料。

美国最近提出解决石油替代问题的四项措施：一是煤炭多联产技术（IGCC），即作为近期的替代选择，用煤生产FT合成油的同时，又联产化工产品和热、电；二是第2代生物燃料，即纤维素乙醇和生物质多联产技术（BIGCC）；三是开发页岩油；四是二氧化碳采油，即把二氧化碳注入油井实现“四次采油”（能按1∶1比例置换出石油），还解决了温室效应问题。

生物质对石油的替代可以从可再生、减排温室气体、发展农村经济等方面得到巨大的经济效益、环境效益及社会效益。具体的替代措施为两个方面：

一是作为运输燃料替代燃料石油。即用乙醇或丁醇代替汽油，用生物柴油代替柴油，用对污染物厌氧消化产生的沼气净化后得到的甲烷再压缩替代天然气作为运输燃料。2005年全球燃料乙醇产量2900万吨，其中巴西1250万吨（甘蔗为原料）；美国1200万吨（以玉米为原料，有600万辆使用乙醇燃料的灵活燃料汽车）；中国102万吨（陈化粮玉米、小麦为原料）。2005年世界生物柴油产量400万吨，主要是欧洲以油菜籽为原料生产300万吨（其中德国165万吨）。

二是用生物质替代石油中的C2、C3、C4组分，生产化工产品以及塑料、化纤等高分子材料。1990年，美国嘉吉（Cargil1）公司用玉米淀粉生产的可生物降解塑料聚乳酸（PLA）面市，生产聚乳酸需要的能量比石油基塑料低30-50%，是目前唯一具备经济竞争性的可生物降解高分子材料。聚乳酸还可以纺丝，感觉与棉花或聚酯一样，用其生产的可生物降解服装面料（Ingeo）深受消费者欢迎。2005年沃尔玛公司宣布其将只使用可生物降解塑料作为包装材料，最近又宣布从2007年开始，其在中国的商店也将使用可生物降解塑料作为包装材料。目前可生物降解塑料、纤维的产量约20万吨/年。现在全球每年已有超过1000万吨的化工产品来自淀粉、林产品、植物油脂等生物质原料。

生物质产业已成为全球共同推进的新兴工业

2006年9月5日，由巴西总统卢拉倡议，有中国、巴西、印度、南非、美国及欧盟五国六方政府参加的“世界燃料乙醇论坛”筹备会议在巴西利亚召开。中国代表团提出“替代石油的生物质产业应成为全球共同推进的新兴工业”。会议一致同意中国代表团的观点，认为应建立完善的生物燃料国际贸易市场，以此进一步促进生物燃料产业，弥补石油短缺，带动世界经济发展。

生物质产业已成为发达国家的重要能源战略。美国总统布什在2006年1月31日的国情咨文讲话中发誓，要使美国显著改善环境、构建远离石油的新经济、让对进口石油的依赖成为过去。美国加快了生物燃油替代石油的步伐，提出了“25×25”和“30×30”口号，即到2025年用25%的生物燃油替代25%的石油，到2030年用30%的生物燃油替代30%的石油，并在2020年使20%的化工产品来自生物质。欧盟委员会也适时修改了生物燃料发展目标，把到2010年生物柴油、燃料乙醇等生物燃料替代石油运输燃料的比例，由原定5.75%提高到6%，到2020年超过20%。欧洲国家以前一直以生物柴油为主替代运输柴油，近几年也把燃料乙醇作为主要替代能源，瑞典、丹麦等国在纤维素乙醇技术研究方面已属国际先进水平。2006年，瑞典政府宣布其生物能源占总能源的消耗比例已达到25%，并表示要为2020年成为“无油”国家做好心理上和技术上的准备。日本虽然生物质资源并不丰富，目前进口巴西乙醇，但在纤维素乙醇技术研究方面也不甘人后，并希望在本国大规模生产乙醇，初步计划在2012年年产乙醇500万吨以上。

美国已把燃料乙醇工业视作恢复经济发展的催化剂。2005年美国用其16%的玉米生产燃料乙醇1200万吨（据新公布的消息，2006年已达1500万吨），这一新产业当年对GDP的贡献为177亿美元；创造了15万多个就业机会，使美国家庭增加收入57亿美元；为联邦政府增加税收19亿美元、为州政府增加税收16亿美元；减少进口原油1.7亿桶、节省购油款87亿美元。美国65%的原油需要进口，是其贸易赤字的主要成因，燃料乙醇产业将有助于减轻石油进口依赖和减少贸易赤字。预计到2015年乙醇工业对美国国民经济的贡献将是460亿美元，并在2005到2015年间减少37亿桶进口原油，平均每年减少3.7亿桶。

发展中国家亦将生物质产业视作经济发展的难得机遇。巴西是世界上最大的燃料乙醇生产国和使用国，以甘蔗为原料年产燃料乙醇1250万吨。目前国内销售的汽车70%以上是可以使用从纯乙醇到纯汽油的灵活燃料汽车，并生产着世界一半以上的灵活燃料汽车。巴西84%的乙醇供国内使用，约40%的汽车使用甘蔗乙醇做燃料，所有加油站都可以提供纯乙醇、E85（85%乙醇+15%汽油）和E20乙醇汽油、天然气等燃料，2006年已实现能源自给目标，并出口乙醇6.84亿加仑（约205.2万吨），占全球乙醇交易量的53%，计划2010年使乙醇出口量增加1倍，达到410万吨/年。印度从2003年起实行燃料乙醇试点，2006年已在全国强制使用E5汽油，共建有11538个乙醇汽油加油站，并计划到2010年推出E10汽油、2020年推出E20汽油。

我国生物质产业已初步建立起来。“十五”期间建设的4家燃料乙醇企业均已满负荷生产，黑、吉、辽、豫、皖5省及鄂、苏、冀、鲁4省的27地市已推广使用E10乙醇汽油。最近中国国际工程咨询公司已经完成“十五”燃料乙醇试点工作评估，我国2005年燃料乙醇产量102万吨，乙醇汽油占全国的20%，仅次于巴西、美国，居世界第3位，预计2006年我国燃料乙醇产量为130万吨。同时，乙醇还可作为重要的工业原料，安徽丰原生化股份有限公司用乙醇作原料生产环氧乙烷，利润可达每吨3000元以上。2006年11月12日国家发改委召开《生物燃料乙醇及车用乙醇汽油“十一五”发展专项规划》专家论证会，包括14位科学院、工程院院士在内的17位专家一致支持该规划，到2010年我国将以薯类、甜高粱等非粮原料为主生产522万吨燃料乙醇，届时乙醇汽油使用量将占全国的75%。

积极发展我国的生物质新兴产业

我国作为世界主要经济体之一，石油消耗量大、对外依存度高，解决石油替代问题是我国的重大能源战略，国务院领导多次做出重要批示发展生物质产业。温家宝总理2006年3月13日在财政部《关于发展我国石油替代能源的政策建议》报告上批示：加快发展我国石油替代能源，要总体规划、科学论证、确立重点、政策扶持，积极推进。

目前，用液体生物运输燃料、生物质化工产品直接替代石油，技术上可靠，经济上可行，从我国能源发展战略上考虑更应该加快实施进度。面对即将来临的生物质经济时代，对石油进口依赖性强的欧盟和美国等一些主要发达国家，以及巴西、印度等主要发展中国家都有了自己的生物质能源替代石油的发展规划。如若“十一五”时期还不尽快形成我们自己的产业发展战略，随着国外在技术上的突破，如果在技术等方面形成国际依赖，将对我国经济长期稳定发展极为不利，一旦国际环境等发生变化，对我国经济安全将会产生巨大的影响。

综合分析我国生物质资源潜力、技术现状、发展趋势、能源需求、生物质产品市场与产业政策，发展我国生物质产业，替代生产运输燃料与化工产品的具体设想是：用燃料乙醇（及丁醇）和生物柴油代替石油作为运输燃料；用乙醇衍生物、可生物降解塑料、生物质化工产品代替石油生产化工产品；用沼气代替天然气作为运输燃料和民用燃料。根据这些替代设想，到2020年，投资2700-2800亿元，可以建设年产各5000万吨左右的“绿色油田”和5000万吨左右的“绿色煤田”，替代石油25%左右，将进口依存度控制在50%以内。

（一）燃料乙醇替代石油生产运输燃料。中国是一个人口大国，粮食安全非常重要，如用玉米、小麦等粮食作物大规模生产乙醇，会影响粮食和饲料安全。但我国地域广阔，许多地区可以生产丰富的燃料乙醇原料，因此，在消化陈化粮、增产粮食和调整饲料结构的同时，完全可以使用非粮原料大规模生产乙醇和其衍生物，在2006年130万吨的基础上，2010年生产燃料乙醇550万吨，2020年达到年产2300万吨的目标。

一是可以利用木薯、甘薯等薯类原料生产乙醇。木薯是在热带和亚热带地区生长的耐瘠薄高产作物，淀粉含量大于30%，7.2吨鲜薯或3.0吨干薯可生产1吨燃料乙醇。通过提高单产和利用荒地（我国适合种植木薯的省份为粤、桂、闽、琼、滇，具有荒草地资源为1.23亿亩），至少具备5000万吨/年木薯的供应能力。甘薯抗旱、耐瘠、耐盐碱，在山坡和丘陵等一些恶劣条件下也能良好生长，具有不争良田的特点，从海南岛到河北省北部都有大面积种植，目前栽培面积仅次于水稻、小麦、玉米居第四位。甘薯淀粉含量在20-33%之间，也是生产乙醇的理想原料，8-9吨鲜薯可生产1吨燃料乙醇。我国甘薯种植面积约1.1亿亩，产量约1.5亿吨，仅有约18%作为粉丝、淀粉原料，商业化利用程度非常低，主要是食用或作为饲料，另有1/3是作为种子或在保存过程中烂掉。通过改良品种、改善栽培技术等措施提高单产，就可增产1亿吨甘薯，至少生产1000万吨乙醇。如利用川、渝、贵、湘、鄂、赣、徽、豫、鲁、冀、晋11省的边际性土地（可利用于甘薯种植的荒草地资源还有1.26亿亩）的20%，按亩产1吨计，可得到2500万吨鲜薯，可生产250万吨乙醇。再加上其他薯类，如芭蕉芋、马铃薯等作为乙醇原料，薯类淀粉生产乙醇的潜力为1000万吨/年以上，可以在“十一五”期间至少形成300万吨/年以上的生产能力。

二是与糠醛、木糖等半纤维素产品联产乙醇。我国独特的以玉米芯等农林废弃物为原料通过半纤维素水解生产糠醛、木糖（醇）、低聚木糖产业已占据国际市场60%以上的份额，利用半纤维素水解后的纤维素可以在近期内有经济效益地生产乙醇。纤维素乙醇为代表的“第二代生物燃料”是国际公认发展方向，在我国将率先实现商业化生产，“十一五”期间至少可以形成年产50万吨乙醇的生产能力。

三是利用甜高粱等为代表的糖质原料生产乙醇。甜高粱是耐盐碱、耐旱涝作物，茎秆中含可发酵糖高（18-22%），可以采用固态或液态法发酵生产乙醇，一般每吨茎秆产乙醇60-70公斤。甜高粱可以在黄河、淮河流域以北地区种植，土地资源丰富，该区域的鲁、冀、津、辽、吉、黑、内蒙、晋、陕、甘、宁、青、新，共有盐碱地面积1.44亿亩、荒草地3.56亿亩。菊芋是一种多年生草本植物，耐寒、耐旱、抗风沙、还能在盐碱地生长，其繁殖力强、保持水土、管理粗放、无病虫害。菊芋中富含果糖，每吨菊芋可生产乙醇约120公斤。我国沙地面积超过7.5亿亩，利用菊芋生产乙醇还可防风固沙，一举两得。另外，蔗糖生产过程产生的糖蜜也是生产乙醇的廉价原料。

四是通过提高玉米产量和深加工程度增产乙醇。玉米燃料乙醇生产技术成熟，3吨玉米可产1吨燃料乙醇。2006年美国用玉米生产燃料乙醇1500万吨，我国2006年用陈化粮玉米生产130万吨燃料乙醇，由于乙醇工业的发展，东北地区玉米吨价近年已上涨了60-70元，有利于调动农民种粮积极性，增加农民收入。除陈化粮一途以外，通过提高玉米产量（目前我国玉米亩产量仅为美国的50%）可以增加乙醇产量，在转基因食品对人类食品安全未完全掌握的情况下，通过该技术提高玉米产量生产燃料乙醇是可行的。另外，通过提高玉米加工深度也是增产乙醇的重要渠道，如直接作为饲料的玉米可以调剂一部分先生产乙醇并联产高蛋白精饲料（DDGS），再生产饲料，促进“农业-饲养业-燃料乙醇工业”产业链的协调发展。“十一五”期间至少每年可调剂出300-700万吨玉米生产100-200万吨乙醇。

五是利用农林废弃物生产纤维素乙醇。木质纤维素类生物质是世界上唯一可预测的能为人类提供物质和燃料的可持续资源。因其中纤维素的含量较高（约40%），所生产的乙醇就称之为纤维素乙醇。根据2004年《中国农业统计年鉴》数据，2003年我国主要农作物秸杆共计约6.26亿吨，其中13%还田、18%作为饲料、6%被工业利用，其余60%被烧掉或用于农村薪柴，即使利用一半，也有1.72亿吨，可以生产4000万吨乙醇。如果加上利用每年3亿吨的林业废弃物，纤维素乙醇生产潜力至少为1亿吨。纤维素乙醇生产技术是目前世界研究的热点，但还面临一些技术瓶颈。美国总统布什在2006年1月31日的国情咨文演说中宣布：在6年内（2012年）通过技术创新使纤维素乙醇的商业化生产成为现实并具有经济竞争性。美国能源部长博德曼于2006年8月2日在伊利诺州宣布，联邦政府将投资2.5亿美元建设2个以纤维素乙醇为代表的生物燃料研发中心。我国清华大学与英国牛津大学等单位合作开发，已能使纤维素乙醇生产成本显著降低，技术已居国际领先水平，中粮集团、安徽丰原生化、河南天冠集团等燃料乙醇生产企业也先后建立了百吨级纤维素乙醇试验装置。

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2006年1月31日，美国总统布什在其国情咨文讲话中说：“美国要保持领先地位就必须有足够的能源，当前我们存在的一个严重问题就是使用石油像吸毒一样的‘上瘾’，而这些石油是从世界上不稳定地区进口的。最好的办法就是依靠技术进步去打破这种对石油的过分依赖，摆脱石油经济，让依赖中东石油成为历史。……我们的一个伟大目标是：到2025年，替代75%的中东石油进口。

（二）生物柴油替代石油作为运输燃料。我国具有国际领先水平的生物柴油合成技术，尤其是中石化石油华工科学研究院开发出不使用催化剂的高压醇解技术，操作温度、压力比日本同类技术低30%，并已在石家庄炼油厂建成年产2000吨中试基地，装置一次开车成功，显著降低了生物柴油加工成本（约700元/吨）。生物柴油产业发展面临的问题是原料短缺和价格高，每年需进口500多万吨食用油，以及数千万吨大豆。当原料油价格不超过4000元/吨，生产规模大于5万吨/年时，生物柴油厂不会亏损。

目前价格和数量可能满足需要的原料是棉籽油，具有年产100万吨生物柴油的资源潜力，如新疆的棉籽油资源比较集中。根据华中农业大学傅廷栋院士提供的资料，长江流域有约1.5亿亩冬闲田，可以用来种植油菜，即提供了原料和增加了农民收入，又可以提高土壤肥力，使水稻增产15%，具有300万吨菜籽油的资源潜力；同时通过开发我国特有的石栗树、麻风树、黄连木等木本油料植物资源，争取在2010年以后初步解决生物柴油原料供应问题。在“十一五”期间主要是建设示范工程，以棉籽和冬闲田油菜籽两种比较适合规模化生产的原料为主生产生物柴油，到2010年使生物柴油年产量达到80-100万吨，2020年达到500万吨。

（三）乙醇作为基本有机化工产品替代石油中的乙烯。石油中的C2组分乙烯是最重要的基本有机化工原料，一般以乙烯生产水平作为衡量一个国家化学工业水平的标志。在发达国家石油主要用作运输燃料，而作为化工产品原料的比例较低，如美国仅为5%。而发展中国家用石油生产化工产品的比例很高，如中国目前为22.1%。目前我国乙烯生产量增加很快，但仍远不能满足消费需要，乙烯及下游产品供应能力严重不足，对进口依赖程度较高。2005年我国乙烯产量为844万吨，而消费达到1876万吨，国内乙烯产量只能满足需求的45%。因此，生物质替代石油的重点是乙烯，替代乙烯产品一般应以生产规模在10万吨/年以下为主，如环氧乙烷、乙醇胺以及醋酸乙烯、苯乙烯等。到2010年达到年产50万吨的生产能力，2020年替代石油年产乙醇衍生物600万吨。

（四）可生物降解塑料和纤维替代石油基产品。塑料、化纤是人类生活必需品，也消耗大量石油。我国2005年塑料产量约1836.5万吨，有740万吨被用作包装材料，一次性包装材料（薄膜、泡沫、包装箱）消耗量为537.5万吨。塑料废弃物数百年也不能降解，对环境的危害日趋严重。另外，我国是季风性气候国家，特殊的气候条件每年需要150万吨地膜（年补充量约75万吨），而不可降解的石油基地膜严重污染土壤，据新疆生产建设兵团的数据，目前土壤中的残留地膜含量已高达30Kg/亩，若超过40Kg/亩，土壤就不能再耕种。化纤工业原料是石油，也不可降解。由乙醇生产的乙烯不适合生产聚乙烯，但可以利用淀粉通过发酵生产如前所述的聚乳酸前体——乳酸，再聚合得到可生物降解的高分子材料聚乳酸（PLA），亦可以将淀粉与聚乳酸混炼降低成本。开发可生物降解塑料、纤维有利于减少石油消耗、保护环境和支持农业可持续发展。

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现代生物质产业是指利用可再生的有机物质，包括农作物、树木和其他植物及其残体、畜禽粪便、有机废弃物等，以及利用边际性土地种植能源植物，进行生物质基产品（Biobased Products）、生物燃料（Biofuels）以及生物能源（Bioenergy）生产的一种新兴产业。

清华大学核研院开发了秸杆生产乳酸技术，同时利用纤维素、半纤维素的水解产物可发酵糖-葡萄糖和木糖通过真菌发酵得到乳酸，L-乳酸光学纯度大于99%，满足聚乳酸的生产要求；在线产物分离的浸没式膜生物反应器显著改善了乳酸生产过程，使乳酸成本明显降低。这一技术使可生物降解的聚乳酸更具经济竞争性，同时解决了用玉米生产聚乳酸的规模和所造成的粮食安全问题，也消除了有些消费者使用转基因玉米服装面料（Ingeo）的疑虑。到2010年，以生物质为原料替代石油生产可生物降解塑料、化纤等高分子材料100万吨，可替代石油110多万吨，2020年达到年产600万吨的生产能力，可替代660多万吨石油。

（五）秸秆类生物质替代石油C4组分。玉米秸秆、玉米芯、甘蔗渣、木薯杆、稻草、麦秸等同样可以被用来生产木糖、糠醛、乙醇及其他衍生物。我国玉米秸秆尚未得到有效利用，使其成为可再生的工业原料，生产糠醛（或木糖等半纤维素产品）、乙醇、钾肥，或经加工处理后用于发电，即解决了焚烧秸秆造成的空气污染问题，又增加了农民收入。到2010年，以秸秆为原料年产生物质化工产品50万吨，可替代石油55万多吨，2020年生产生物质化工产品50万吨，可替代石油55万多吨。

（六）工业化生产和使用沼气。石油供应紧张，使人们把注意力转向天然气，而我国天然气资源亦很缺乏。因此在大力发展农村户用沼气的同时，更应加强工业化生产和使用沼气。沼气的原料来源主要是畜禽养殖场、工业有机废水和垃圾填埋场。以甲烷为主要成分的沼气生产又是消除环境中污染物的清洁过程，净化后的沼气（CBG）就是生物合成的天然气。沼气净化去除酸性气体杂质后压缩作为车用运输燃料，可以利用现有基础设施，如压缩天然气汽车和加油系统；净化后的沼气也可以作为化工原料。甲烷也可以和目前的液化气一样以罐装的方式运送至用户，如卫星城的居民小区，再通过区域管道送至用户，或直接送至食堂、餐馆等终端用户。到2010年，车用沼气生产能力达到5亿立方米，可以替代58万吨石油；2020年达到60亿立方米，可以替代688万吨石油。

责任编辑 江正银