孙慧：中国生物油气发展现状及未来对策 国际石油经济

日期: 2024-12-09

作者: 华体会中国

　　生物油气是基本不改变油气利用形态又能实现碳减排的油气产品。2023年中国生物油气产量约为689万吨标煤，占生物质能源产品的17%。与传统油气相比，生物油气具有“分散式小规模”“点多面广”的生产经营特点，“就近利用”“就近入网”的运输利用特点，“跨行业多部门”“特许经营与市场运行并存”的发展模式特点。当前中国生物油气发展面临气候治理和碳中和目标的新动力，规模提升与模式创新并重的新要求，出口受阻与国内市场容量不足并存的新问题。未来生物油气需要实施“原料、市场、模式、技术”四大战略：加强完善生物油气相关的有机废弃物收集、运输和储存体系，扩大原料规模；扩大国内B5车用燃料推广范围，拓展生物船舶燃料和生物航煤国际市场；以生物油气分布式应用场景、低碳和绿色认证体系为抓手，拓展生物油气负碳效应；以木质纤维素乙醇、微藻柴油、可持续航空燃料、合成生物燃料为重点，加大科学技术创新力度，促进生物油气产业迭代升级。

　　本文原载《国际石油经济》期刊（2024-8），原题为《中国生物油气发展现状及未来对策》，仅代表作者观点，供诸读者参考。

　　气候变化和能源安全是当今世界热度最高的两个话题。如何在确保能源安全的前提下，推动经济社会绿色低碳转型，并最终实现碳中和是大多数国家的共识。在这个进程中，生物质能源慢慢的变成为关注的焦点之一。生物质能源的生产大多立足于本地生产，自给率高，通常不存在进口依存度问题。由于生长过程中吸收的二氧化碳大于利用过程中排放的二氧化碳，生物质能源是公认的负碳排放的可再次生产的能源。生物质能源的利用形式多样，可转换为电、蒸汽、气体燃料（沼气、生物天然气、生物氢气等）、液体燃料（生物乙醇、生物柴油）、固体颗粒燃料，应用于电力、热力、交通、农业等多个领域，被公认为唯一可以多种形态利用的非化石能源。在电气化难以脱碳的航运、航空等领域，生物油气更是成为被寄予厚望的替代能源。

　　本文立足中国实际，聚焦中国生物油气，在梳理生物油气发展现状的基础上，分析生物油气发展存在的主体问题，研判未来发展面临的国内外形势，进而提出下一步发展的相关建议。

　　生物质资源的来源多样，包括秸秆、林业废弃物、生活垃圾、畜禽粪污、尾菜、工业有机废物、污水污泥、废弃油脂、沙生植物、能源植物等。2023年，中国各类生物质资源总量约为38.8亿吨，折合约20.4亿吨标煤。其中畜禽粪污和秸秆资源量占比最高，占比分别为49.6%和22.3%（见表1）。

　　生物质的处理利用方式相对多样，大致可分为能源化利用和非能源化利用两个大类。能源化利用方式主要有两种。一种是通过农林废弃物、生活垃圾等直接燃烧，用于炊事、发电和供热等；另一种是通过转化为气体燃料和液体燃料使用。气体燃料主要指生物天然气（含沼气），液体燃料最重要的包含燃料乙醇、生物柴油、生物航煤、生物甲醇等。

　　能源化利用涉及农业、化工、化肥、环保等多个产业，有生物基化学品、生物基塑料、生物表面活性剂和源自二氧化碳的生物基产品[1]4个方向。例如，秸秆除了作为燃料应用于能源产业外，最主要的用途是直接还田用于农业，其余利用方式还包括饲料化、基料化、原料化等；林业废弃物除了能源化利用外，部分还进入家具制造等领域，部分通过热解为炭黑、活性炭等立即进入工业应用；生活垃圾中的一部分直接填埋，部分废旧塑料、纸箱等进入循环利用领域。总体看，在生物质相对多样的利用方式中，能源化利用占比不高。2023年，中国能源化利用的生物质资源约为3亿吨标煤，约占生物质资源总量的15%。

　　从资源来源看，生活垃圾和废弃油脂的能源化利用率相比来说较高，其余领域的能源化利用率均在行业平均值之下。根据中国产业发展促进会生物质能产业分会的数据，2023年，中国秸秆的能源化利用量约为0.7亿吨，占秸秆总量的8%，利用方式包括发电、清洁采暖、工业供热和生物天然气等；林业废弃物的能源化利用量约为0.2亿吨，占总量的5%，利用方式包括发电、清洁采暖、工业供热等；生活垃圾的能源化利用量约为2.3亿吨，占总量的70%，利用方式包括发电、生物沼气、生物天然气、生物柴油等；畜禽粪污的能源化利用量约为2.3亿吨，占总量的12%，利用方式包括生物沼气、生物天然气等；尾菜的能源化利用量约为0.1亿吨，占总量的3%，利用方式包括生物沼气、生物天然气等；工业有机废物的能源化利用量约为0.1亿吨，占总量的5%，利用方式包括生物沼气、生物天然气、生物柴油等；污水污泥的能源化利用量约为0.01亿吨，占总量的8%，利用方式包括发电、生物沼气、生物天然气等；废弃油脂的能源化利用量约为0.04亿吨，占总量的40%，利用方式包括生物沼气、生物天然气、生物柴油等。

　　生物质能源化利用的产品主要有发电、供热、气体燃料、液体燃料四大类。2023年，中国生物质能源产品产量合计为4142万吨标煤，约占生物质能源化利用总量的14%。其中，发电、供热/采暖是主要的能源产品，合计约占83%。生物质发电方面，截至2023年底，生物质发电装机总规模约为4414万千瓦，发电量约为1980亿千瓦时，折合年均利用约为4485小时。其中，垃圾焚烧发电装机规模为2577万千瓦，装机占比为58%；农林生物质发电装机规模为1688万千瓦，装机占比为38%；沼气发电装机规模为149万千瓦，装机占比为4%。生物质供热方面，目前全国生物质成型燃料产量约为2000万吨/年，生物质锅炉约为1.6万台，二者合计供热能力超过30000吉焦/小时。

　　生物油气包括生物天然气和生物液体燃料。其中，生物天然气来自于生物沼气的提纯，液体燃料包括燃料乙醇、生物柴油、生物航煤（可持续航空燃料，英文缩写为SAF）、生物甲醇。生物油气是基本不改变油气利用形态又能实现碳减排的油气产品。2023年，中国生物油气合计产量约为689万吨标煤，约占生物质能源产品的17%。2023年，中国生物沼气的产能已超过100亿立方米/年，生物沼气产量约为26亿立方米，其中用于进一步提纯生产天然气的沼气约为8亿立方米，提纯后的生物天然气产量约为5亿立方米；生物燃料乙醇产能超过500万吨/年，产量约为360万吨；生物柴油产能约为300万吨/年，产量约为220万吨；生物航煤规模较小，产能约为15万吨/年，产量不超过1万吨；生物甲醇目前仍处于前期阶段，尚未有产量。

　　与传统油气相比，生物油气具有负碳排、可再生的典型特点。生物油气在生产规模、发展模式等方面还具有三大特点。

　　一是在生产方式上，与传统油气生产“集中式大规模”不同，生物油气具有“分散式小规模”“点多面广”的典型特点。目前中国国内典型生物天然气工厂的产能通常为300万～500万立方米/年，典型生物柴油工厂的产能通常为10万～20万吨/年。这种相对小规模的生产方式与原料收储经济半径、特许经营范围等存在密切关系。以生物天然气为例，生产生物天然气的原料包括餐厨垃圾、厨余垃圾、市政粪便、畜禽粪便、作物秸秆等，一方面生物天然气工厂的规模选择需要仔细考虑政府授予的特许营业范围的大小，另一方面需要评估特许经营范围原料收储的难度、垃圾前端分类的情况等。这导致了生物天然气厂家较多，据不完全统计，中国大型沼气工程达7000个以上，生物天然气工厂数量超越200个。

　　二是在运输和利用方式上，与国内传统油气供需区域不匹配产生的跨区域输送不同，生物油气更加关注周边，主要体现为就近利用、就近入网、就近出口，这是由生物油气“分散式小规模”的特点所决定的。目前，生物天然气通常是销售给附近的车用天然气企业，或者就近接入燃气管网销售给燃气公司，燃料乙醇通常销售给周边的加油站，生物柴油90%以上通过就近港口出口至欧洲等地。

　　三是在所处行业上，生物油气具有跨行业多部门、特许经营与市场运行并行的典型特点。生物油气涉及环境、农业、林业、发改、能源等多个部门。由餐厨垃圾、厨余垃圾、市政粪便、畜禽粪便等生产生物天然气，属于垃圾处理的一部分，通常由环境相关的管理部门赋予特许经营权；利用秸秆、非粮农作物、林业废弃物等生产生物油气则大都属于农林行业，大多不存在特许经营；利用餐厨废油生产生物柴油基本靠市场发展，政策扶持不多。

　　这主要体现在中短期内难以实现电气化的航运和航空领域。在航运业，国际海事组织（IMO）2023年通过了“2023年船舶温室气体减排战略”，提出到2030年国际航运温室气体年度排放总量相比2008年至少降低20%，力争降低30%；到2040年，国际航运温室气体年度排放总量相比2008年应至少降低70%，力争降低80%；到2050年（考虑不同国情，目标时间期限在接近2050年或2050年前后）国际航运业达到净零碳排放。2024年2月2日，欧盟理事会和欧洲议会正式通过了将航运业纳入欧盟碳排放权交易体系（EUETS）的修正案。船舶运营商需要从2024年1月1日起遵守监测和报告碳排放量的要求，2024年和2025年为过渡年，分别按照40%和70%比例清缴碳排放配额，从2026年1月1日起按100%比例清缴碳排放配额。其中，欧盟港口与非欧盟港口之间航段的碳排放按照50%核算。据中国船级社预计，欧盟碳排放权交易体系将航运业全面纳入后，按欧盟碳排放配额价格95欧元/吨测算，每吨燃油的配额成本增加约300欧元，按照欧元与人民币汇率1：7.7折算，相当于每吨燃油增加2310块钱。在航空业，国际民航组织（ICAO）2022年重申了国际航空碳抵消和减排机制（CORSIA），提出将国际航空二氧化碳的排放量稳定在2019年水平的85%，2050年实现净零碳排放。在国际民航组织预测所需的碳减排中，65%来自可持续航空燃料。2023年欧盟启动了《为欧盟加油航空条例》（ReFuelEUAviation），提出从2025年起，所有从欧盟机场起飞的航班都一定要使用含有至少2%可持续航空燃料的混合燃料，2030年、2035年、2040年、2050年分别达到6%、20%、34%、70%。

　　上述政策给生物油气发展带来了机遇。中国主要涉及生物天然气液化后的生物液化天然气（LNG），以废弃油脂等作为原料生产的生物柴油、可持续航空燃料或生物航煤，以生物天然气为原料生产的生物甲醇、绿氢或者绿氨，生物质直接化学转化（热解或气化等）生产的生物甲醇、绿氢或者绿氨，生物天然气副产的二氧化碳与绿氢反应生产的生物甲醇等。

　　欧洲生物油气发展迅速，现在已经成为全球最大的生物柴油生产和消费区、第二大生物天然气生产区，以及推动可持续航空燃料商业化应用最激进的地区。在生物天然气方面，截至2023年4月，欧洲共有生物天然气工厂1322家，2022年和2021年分别为1023家和1067家。从产量看，2021年欧洲生物天然气产量为35亿立方米，折合单个生物天然气工厂产量约为328万立方米。

　　目前，中国的生物油气产业总体处于起步阶段。2023年，中国生物油气产量合计仅约为689万吨标煤，其中生物天然气产量仅约为5亿立方米，生物柴油产量95%以上出口，可持续航空燃料产量仅为1万吨。对比欧洲和中国，虽然欧洲单个生物天然气工厂的产量规模与中国相当，但其生物天然气行业总产量是中国的7倍以上。能够准确的看出，中国的生物油气仍有较大的潜力可挖。站在新的历史起点，从服务国家经济社会持续健康发展、助力中国2060年碳中和目标实现来看，中国生物油气的发展需要重点聚焦于供给规模和供应潜力的提升，需要竭尽所能发掘供应潜力，千方百计培育国内市场。这是改变生物油气在中国能源结构中“可有可无”现状的根本出路。

　　中国生物油气发展还需要在模式和技术创新上下功夫。一是在促进生物油气规模化发展的同时，需要结合生物油气“分散式小规模”的特点，与能源绿色低碳转型大势、终端能源利用方式转变趋势相结合，创新商业模式和应用场景，提升盈利能力，不走补贴发展之路。二是需要加快技术的迭代升级步伐，依靠科学技术创新，提升中国生物油气的竞争能力。特别是需要优选和改良中高温厌氧发酵菌种，提高生物质厌氧处理工艺及厌氧发酵成套装备研制水平，加快生物天然气、纤维素乙醇、藻类生物燃料等领域关键研发技术和设备制造。

　　根据中国海关总署数据，2023年中国生物柴油出口量为195万吨，约占产量的93%。其中，约185万吨出口至欧洲国家，占出口总量的95%。从出口目的地国家看，荷兰、比利时、西班牙排名居前三位，出口量合计约为180万吨，约占出口总量的92%。由此可见欧洲市场对中国生物柴油产业的重要性。2023年8月，欧盟宣布对原产于印度尼西亚的生物柴油通过中国和英国转运以规避反倾销关税行为进行为期9个月的反规避调查。2023年12月20日，欧盟宣布对原产于中国的生物柴油进行为期1年的反倾销调查。2024年7月19日，欧盟公布对自中国进口的生物柴油实施临时反倾销税，税率为12.8%～36.4%。受反规避和反倾销影响，2024年1—5月，中国生物柴油出口量降低至60.5万吨，同比减少41%。

　　当前，中国生物柴油的国内消费市场仍处于初级阶段，国内消费规模还未能有效扩大。2024年4月，国家能源局《关于公示生物柴油推广应用试点的通知》公布了22个应用试点项目，但配套支持政策尚未出台。国内仅上海市规定了车用B5生物柴油有关要求，建立了较为完整的生物柴油产业推广链，对全市餐厨废弃油脂形成了全产业链闭环管理、价格联动、托底保障、产品应用的体系。

　　生物柴油的发展还受到废弃油脂直接出口和工业级混合油的双重夹击。目前，欧盟的反倾销调查只调查了生物柴油，并未涉及其原料，也未涉及工业级混合油。欧盟的意图就是打压中国的生物柴油出口，鼓励中国出口废弃油脂，因为这涉及欧洲生物柴油产业与中国生物柴油产业的利益分配。由于生物柴油和工业级混合油均来自于废弃油脂生产，因此生物柴油与工业级混合油的生产存在一定的竞争。

　　原料是决定生物油气产业规模的核心和关键。首先，要进一步下大力气完善生物油气相关的有机废弃物收集、运输和储存体系。一是宣传垃圾分类成效与生活垃圾处理费高低的关系，增强公众对垃圾分类重要性的认同，让垃圾分类慢慢的变成为人们生活中的自觉行为；二是总结上海等典型城市垃圾分类的工作经验，逐步提升城镇垃圾分类的覆盖面和成效；三是构建县域秸秆及畜禽粪便等生物质原料的收、储、运体系，健全农村垃圾回收和分类网络；四是逐步加强城市园林绿化垃圾回收利用力度；五是充分的发挥价格信号的调节作用，按照“多排放多付费、少排放少付费”原则，逐步推广和扩大“计量收费+分类收费”相结合的管理模式，优化生活垃圾处理费用收费方式；六是加速推动生活垃圾处理向零填埋发展，逐步提升生活垃圾资源化利用率。

　　第二，完善相关支持政策，鼓励引导更多有机废弃物流向生物油气行业。以生物柴油出口为例，中国每年产生的废弃油脂量在1000万吨左右，若全部用来生产生物柴油，则产量最大约为900万吨/年，是目前国内生物柴油产量的4倍多。这中间的差距是由多方面问题导致的。以废弃油脂为原料，可以生产的产品除了生物柴油、生物航煤，还包括工业级混合油，这决定了废弃油脂不可能全部流向生物柴油生产。因此，建议出台相关的支持政策细则，引导和推动更多有机废弃物流向生物油气生产。为解决秸秆等生物燃料原料发电可能存在的亏损问题，建议研究引导其向生物天然气、木质纤维素燃料乙醇等发展的可行性。

　　此外，在“不与粮争地、不与人争粮”的前提下，建议因地制宜，发展沙生植物、能源植物等油料作物产业。

　　一是扩大B5车用燃料推广范围，解决车用生物柴油企业生存问题。从全世界看，由于生物柴油生产所带来的成本高于传统石化基柴油，初期市场启动主要靠政府强制要求。目前，欧洲国家都规定了车用生物柴油的掺混比例，中国还停留于试点层面。2022年，中国柴油消费量为15781.89万吨，按照掺混5%计算，生物柴油需求量可超过780万吨。在生物柴油出口受堵的背景下，国内市场需求的提升对生物柴业发展至关重要。建议结合中国生物柴油生产技术以一代为主的特点，总结上海经验，在2024年国家能源局公布的生物柴油推广应用试点基础上，选择部分环境要求高、经济发展好的地区扩大B5车用燃料推广范围。

　　二是拓展生物船舶燃料和生物航煤的国内外市场，提升生物油气发展韧性。生物船舶燃料产品主要为B24，是生物柴油与低硫燃料油按照24∶76的比例物理调和而成。二代生物柴油生产线灵活性较高，产量可依据市场变化在生物柴油和生物航煤之间调节，可以说生物柴油、生物船舶燃料、生物航煤3个市场互相关联。从国外看，以生物航煤为代表的可持续航空燃料市场发展迅速，这给中国生物航煤发展带来了机遇。建议国内国外两个市场并举，推动生物航煤发展。一方面，抓住欧洲市场机遇，建立国内国际互认的生物船舶燃料、生物航煤认证标准和机制，积极拓展国际市场；另一方面，持续推进国内市场试点示范，根据中国碳达峰、碳中和目标落实工作的需要，适时启动生物船燃和生物航煤市场。

　　一是以多能互补为切入点，打造生物油气分布式应用场景。结合生物天然气“分散式小规模”特点，在生物天然气工厂周边找寻合适的工业园区、机场、楼宇等应用场景，将生物天然气与风电、光伏发电、地热、绿氢等其他分布式/分散式资源相结合，通过多能互补，打造低碳排放或零碳排放应用场景。

　　二是以建立认证体系为抓手，拓展生物油气负碳效应的影响力。一方面，发挥基础设施的联通作用，对于同时接入天然气管网的生物天然气与石化基天然气，通过推动上下载气量的互换和互认，实现生物天然气应用地区从周边向远端扩展。另一方面，建立生物油气碳排放核算和绿色认证体系。目前，中国已有的绿色认证和碳认证等尚未实现国际互认，建议加强完善生物油气标准体系，促进建立国际互认的生物油气绿色认证体系，实现生物油气的绿色价值。

　　以非粮木质纤维素为原料的第二代生物乙醇是生物乙醇（燃料乙醇）下一步应用和推广的重点，但成本仍然较高，工业化推广仍然较慢。以微藻为原料的微藻柴油是目前生物柴油研究的重点。生物天然气的研究重心是怎么样提高甲烷收率，主要聚焦于提高干发酵、半干发酵技术，中温、高温发酵技术的成熟度以及降低成本。

　　新型合成生物燃料是未来发展的方向，是用生物质能、二氧化碳、甲烷、甲醇等合成的生物燃料，涉及的生物油气产品有生物乙醇、生物汽油、生物柴油、生物天然气等。郭姝媛等将其分为4种类型：一是太阳能耦合生物质能，以木质纤维素为原料，通过具有纤维素降解能力的微生物，直接水解并发酵，进而利用二氧化碳合成生物燃料；二是太阳能耦合光能，发展蓝藻等光合自养型微生物，直接利用环境中的二氧化碳进行生物合成；三是电化学固碳，借由电催化过程中产生的电能和自养微生物本身的固碳能力，协同作用后产生多种中间体，用于形成生物燃料；四是垃圾或沼气再利用，垃圾填埋物等经过厌氧消化可形成甲烷或甲醇，甲基营养菌可将甲烷、甲醇等一碳物质转化为生物燃料。