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生物柴油在近年來在全球得到了蓬勃的發展,本章節是介紹目前全球生物柴油發展的基本情況,為生物柴油的商業用途提供參考。
第壹節 全球生物柴油基本概況
近年來生物柴油發展迅速,其中以歐洲發展最快。歐盟主要以油菜籽為原料生產生物柴油,2001年產量超過100×lO4t,預計2003年達230×lO4 t,2010年達830×lO4t。德國2001年在海德地區投資5000萬馬克,興建年產10×lO4t的生物柴油裝置,現有90多家生物柴油加油站,生物柴油在奔馳、寶馬、大眾、奧迪轎車上廣泛應用。意大利實行生物柴油零稅率政策,目前擁有8個生物柴油生產廠,總生產能力為75.2×lO4 t/年。法國亦實行生物柴油零稅率政策,現有7家生物柴油生產廠。奧地利有3個生物柴油生產廠,總生產能力為5.5 × lO4t/年,稅率僅為石油柴油的4.6%。比利時有2家生物柴油生產廠,總生產能力為24×lO4t/年。美國主要以大豆為原料生產生物柴油,現有4家生物柴油生產廠,總生產能力為30×lO4 t/年,規劃到2011年將生產115×lO4 t,根據美國能源部的統計,2001年美國生物柴油消費量8.5×lO4 t。亞洲壹些國家也在積極發展生物柴油產業。日本是較早研究生物柴油的國家,1999年建立了用煎炸油為原料生產生物柴油的工業化實驗基地,目前日本生物柴油年產量已達40×lO4t。泰國第壹套生物柴油裝置已經投入運行,泰國石油公司承諾每年收購7×lO4 t棕櫚油和2×lO4t椰子油,實施稅收減免政策。韓國等也在向全國推廣使用生物柴油。
壹、政策和法律
近年來很多國家的法律規範都已經制定出來並處於實施階段,這些法律規範是根據不同的政策目標和激勵措施而改變的,具體情況如下:
減少當地有害汙染物的排放風險(如CO,HC,PM,NOX,PAH):
典型的案例為“清潔空氣法”(USA),“燃料質量標準”(EU),“Off-Road發動機的EPA標準”(USA),在“燃油排放項目I和II”中定義的私家車及載重卡車的“EURO排放標準”(EU)。
減少溫室氣體排放產生的風險及由此造成的氣候變化。
歐盟新頒布的“生物柴油應用促進法”及德國在礦物油燃油稅的基礎上增加了壹個特別的溫室效應稅;ACEA的無償協議和歐洲委員會制定的至2008年排放物限制140g CO2 /km。
減少運輸環節能源供應的風險:
美國EPA法案;歐盟新頒布的“促進使用生物柴油的法案”
降低有毒殘余物產生的環境風險。
“規定”指出在康斯坦茨湖上行駛的所有船都只能使用可生物降解的燃料。進壹步來說,宏觀因素如創造就業機會和提高貿易平衡方面法規的調整也是普遍涉及的範圍。
二、原料來源和適用性
在1997年12月份之前的報告中全球範圍內商業用途的生物柴油生產中菜籽油是占主導地位的原材料,在分析德國、法國、奧地利、捷克、丹麥、斯洛伐克以及瑞典這些主要的生物柴油生產國時,這種情況較為明顯。然而目前這種情況已經有了很大的變化,混合多種原料成為其主要的原料來源:
菜籽油:由於其優越的特性(如相對高的氧化穩定性、碘值IV低於120、可接受的冬季操作性以及單位面積的高油菜產量)使得菜籽油占據了原料市場的主導地位。
向日葵油:過去的壹段時間內,向日葵的產量比油菜籽低,但它是溫暖幹燥天氣國家的壹種代表性的選擇。向日葵油的碘值(IV)超過120(歐洲標準EN14214要求低於120),所以這種油可以和低碘值的油混合使用。
回收的廢棄油和動物脂:在許多地方,這種油脂比較便宜而且利潤空間很大。在歐洲生物柴油燃料標準EN14241中有壹些清潔參數要求,壹些回收的廢棄油脂(如高聚合體含量的油脂)就不能達到這些要求。為了使回收的物料能夠達到規定的質量要求,“精細清潔回收法”應當建立起來。成功的模式具體表現在奧地利的130家麥當勞餐館的實踐,這些餐館每年可產生超過1300噸的高質量的廢棄油脂,通過高效清潔收集系統“Olli?”來處理。
大豆油:在美國、阿根廷和其他生產大豆的國家該原料是很好的選擇,但是由於大豆油的IV也高於120所以它不能達到EN14214的標準。由於美國標準ASTM D-6751-02沒有關於IV的限制,所以大豆油可以在美國使用。為了達到歐洲標準大豆油必須作為多種原料的混合成分來使用。
棕櫚油:早在1987年有報道稱馬來西亞的棕櫚油甲酯就已經用在奔馳客車上了。由於冷濾點(CFPP為+11℃)的限制,這種生物柴油在寒冷的天氣條件下使用是其最大的缺陷,但是它也能和多種原材料混合使用。
其他的原料來源:潛在可用的和已經使用油料的全部儲量還沒有探明,許多油料植物值得我們的註意,已經測試過的有下面幾種:尼加拉瓜使用麻瘋樹油生產生物柴油;希臘對棉籽油進行了測試;印度對婆羅樹油(Sal)、麻花油(mahua)和印度柬油(neem)很感興趣。
新油料:為使生物柴油具有優良的特點,對脂肪酸的特性有如下要求:
多不飽和脂肪酸如亞麻酸(18:3)的最低可能標準來提高氧化穩定性。
單不飽和脂肪酸如油酸(18:1)的最高可能標準來確保提高冬季操作的穩定性。
飽和脂肪酸如棕櫚酸(16:0)硬脂酸(18:0)的最低可能標準來提高冬季的可操作性。
這些新品種已經被種植和使用(高油酸油菜籽和向日葵,低亞油酸油菜籽)並在生物柴油的質量方面是壹種很有吸引力的原料來源。
三、工藝技術發展
從1988年早期開始工業化的生產工藝技術已經得到顯著的發展。隨著已經建立的生物柴油標準對高質量產品需求的提高以及現代柴油發動機數量的不斷增加,使得生物柴油的生產從單壹的間歇工藝切換到更加復雜的連續工藝技術上來,例如甲酯和甘油的快速液-液分離及其更加精細的凈化處理來保證最終的生物柴油至少達到標準EN 14214或者更高的質量。
總體來看,在啟動生物柴油項目的早期階段,各國都是單步酯交換的簡單工藝,僅進行了基本的提純測試,這樣的產品不會達到現代柴油發動機所需高標準燃料的要求。
四、生物柴油燃料的標準和質量管理
對所有的消費群體(尤其是柴油發動機和機車的生產商)來說,燃料質量的保障是發展生物柴油的關鍵因素。除現存的與石化柴油相關的參數(如十六烷值和碳殘余量)外,與這種化合物相關新的指標和分析方法也得到了發展,如甘油單酯、甘油二酯和甘油三酯標準。
1994年奧地利頒布了第壹個適用於油菜籽甲酯(RME)的生物柴油標準ON C 1190,隨後又在1997年7月公布了適用於脂肪酸甲酯(FAME)的標準ON C 1191,這樣使用於生產生物柴油的原料範圍更加廣泛。
其他國家針對FAME的標準也隨之頒布,如捷克***和國(CSN 65 6507),法國(根據該國法令),意大利(CUNA NC 635-01),瑞典(SS 15 54 36)和德國(DIN E 51606)。
為出臺歐盟標準,歐盟委員會委任CEN編制生物柴油最低要求及測試方法的標準。該工作於1997年底由幾個組織執行。在2003年秋脂肪酸甲酯新標準EN 14214的官方文件出臺,生物柴油質量標準的歐洲諒解協議成立。
ASTM也已經為美國建立了生物柴油標準並在2002年公布了“餾出燃料用生物柴油燃料(B100)混合材料的標準規範”(ASTM D-6751-02)。
在2003年9月澳大利亞公布脂肪酸甲酯的標準(綜合了歐洲和美國的壹些標準)後,澳大利亞環境和古跡部又公布了壹個“生物柴油國標的討論文件”。
值得壹提的是,生物柴油優越的潤滑性被各個分銷商大加贊揚,但是在過去的任壹個生物柴油標準中該優點卻沒有被提及。
五、市場運做策略
毋庸置疑,我們可以看到相當多不同市場的運做策略,總結如下:
A)產品策略
在加油站中,生物柴油如果作為純粹的燃料銷售,在競爭力方面與石化柴油相比並沒有明顯的產品差別;壹些現存的優勢(如潤滑性或超低硫含量)並沒有向消費者宣傳。這樣,生物柴油通常是作為廉價燃料來銷售(如奧地利)。
另壹種產品策略是在精煉廠將生物柴油以超過5%的比例混合到石化柴油中去,然後打入燃料泵匿名銷售(如法國)。
B)質量策略
1)質量標示策略:生物柴油以100%的純度銷售並以不同的產品質量來區分,在泵上使用質量標簽來註明,這樣消費者可以通過產品信息單來區分產品質量(如德國)。這也可以起到保護標準質量的生物柴油生產者不受劣質產品侵害。
2)商標策略:燃料(純燃料或與石化柴油1-20%的混合物)通過特別的商標來區分(如“Soygold”, “Envirodiesel”,“Bio-Plus”, “GlobalDiesel”)。不同的優勢被提升並與不同的價格策略相關聯(如美國,英國)。
第二節 世界範圍內的發展狀況
壹、歐洲
由於歐盟的法規直接或間接地影響大部分的歐洲國家,所以在對單個歐盟國家介紹之前都會引用壹個特殊的歐盟章節。本資料涵蓋了所有歐洲國家的報告資料。具體情況如下。
1.1 歐盟
發展狀況
1987
受商業驅動的生物柴油在歐洲開始於奧地利,其第壹個工業化的生物柴油生產工廠在1991年投入運作,緊接著德國、法國和意大利也開始了生物柴油的運作。
1992 《 歐盟***同農業政策》的改革指出由於使用壹些土地用於糧食的生產而導致了歐洲農業過剩,並通過了自留地政策。該政策刺激了使用自留地用於非食用谷物的生產。
1998
作為1997年京都會議有關氣候變化的結果,歐盟成員國在1998年6月份決定到2012年排放物減少到1990年的8%。可再生能源(包括液態生物燃料)使用量的實質性增加對實現這個具有挑戰性的目標具有很重要的意義。
2003
在減少交通系統溫室氣體的排放和增加能源供給的安全性驅動下,歐洲理事會和歐洲議會於5月份通過了“歐洲促進生物燃料使用的指示”。
過去的幾年裏,歐洲生物柴油的生產實現了實質性的飛躍。從1996到2002年,生物柴油的產能增加了四倍,達到大約200萬噸。
政策法律
歐盟能源總署DG XVII在1998年推出並公布了“未來能源:可再生能源—***同戰略和行動方案的白皮書”。
白皮書要求可再生能源的市場份額從1995年的5.3%到2010年提升到12%。並期望產生如下結果:
·減少溫室氣體4億噸,
·降低石化資源的開采
·增加50萬個就業崗位
·發展新技術,提高出口市場的機會
生物燃料在2003年的目標定為500萬噸(原油當量);在2010年為1800萬噸。
在2000年的11月歐盟運輸和能源總署DG TREN公布了壹個綠皮書“歐洲能源供給的安全戰略”來解決壹個關鍵性的問題,即加強能源供給的實質安全性。
2003年5月“歐洲促進生物燃料使用規範”出臺,其目標是在每個成員國內使生物燃料的銷售達到壹定的市場份額,且要求2005年為2%的市場份額,到2010年達到5.75%。
最初介入的壹種強制混合的規定被終止了。每個國家應該自由選擇其發展道路來適應市場份額的要求。對許多國家來說,完成該計劃的目標也許在2年後才能實現。
1996年,在歐洲環境理事會DG XI的激勵下,在歐洲燃油排放項目的倡導下,“汽油和柴油燃料的質量規範”(98/70/EC指令)出臺。該指令的主要目的是減少尾氣排放物(硫、氧化氮、未完全燃燒的氫和顆粒物、壹氧化碳等)以及溫室氣體排放物。
為進壹步提高空氣質量標準(將硫含量減少為最大10mg/kg),包括非公路移動機械和社區平均二氧化碳排放量不超過120g/km的目標(生物柴油是壹種超低硫的可再生燃料,可以達到嚴格指標要求),上述指標在2003年3月份修改為2003/17/EC指標。
對於“京都協議”在減少溫室氣體排放方面規定的歐洲的義務,環境專員 Margot Wallstr?m女士指出:“歐盟外長已經強調他們承諾京都協議的義務並準備批準履行該義務”。該聲明在2001年6月12日公布,作為早先壹些國家對京都協議猶豫不決的最終答復。
京都目標的適當方案被並入“促進生物燃料使用的指令”和“燃料質量的指令”中施行。
1992年頒布的麥克薩裏歐盟***同農業政策(CPA)改革,依靠非糧食自留地可以提供給該工業大量具有競爭力的原料來源。
由於自留地的自然變動性,其不能每年都提供足夠的原料來供給生物柴油生產,尤其是在1997到1998年導致原料供給出現重大問題。
為保證生物柴油工業獲得持續的原料供給,1999年3月的柏林外長會議上對歐洲***同農業政策(CAP)改革進行了再次改革:在2000到2006年期間10%基準率的自留地被強制執行。
在歐洲,大量的法律規範規定液體生物燃料享受許多稅收減免和其他的財政激勵:
1994年,協調這些法規的第壹次努力在歐洲範圍內采取行動:
減稅計劃(1994)
“歐洲指示”以支持生物燃料(生物乙醇和生物柴油)在歐洲發展的第壹份草案於1994年被提議,該草案建議對上述兩種生物燃料提供整體減稅計劃。歐洲議會已經接受了這種激勵措施,但是在歐洲理事會還沒有達到壹致同意。
當前,有關能源產品稅收的指示再壹次進行討論,提議稅收的減免上升到100%。
原料供給
當前,油菜籽油作為壹種最適宜的原材料在生物柴油原料供給中占絕對主導地位,估計份額大約為95%,第二位是向日葵油,占據少量的份額,緊隨其後的是回收油脂和動物脂。
從1996到1998年以生物柴油為目的的土地開墾量大大減少。這主要是因為這些年中強制性非食用自留地的比率減少,使得從自留地播種面積上供給的非食用油減少。隨著小比率的重新提高,生產也再次增加。
預期由於原料需求的急劇增加,除非食用的油菜籽外,食用的油菜籽也將更多地用於生物柴油的生產。這樣就會在布萊爾議會協議限制外增加壹些可變量。
回收植物油和動物脂已經獲得了廣泛的關註,因為其代表了壹種廉價的原料供給資源,而且不受歐洲土地使用政策的限制。但是,這些油脂數量很有限,並且需要壹個嚴格的質量管理來確保收集的非風險性和達到CEN標準EN14214間接攝制的質量要求。
從技術上來講,其他植物油也非常適合作為生物柴油的原料來源,比如大豆油(美國、阿根廷)和棕櫚油(馬來西亞),這些國家已經表示他們對這些植物油進入燃料市場持樂觀態度。
質量管理
在1997年,歐洲委員會委任CEN制定關於生物柴油最低要求和測試方法的標準。在草案提出期間,這兩項申請被決定使用相同的規定:
FAME作為單壹的柴油燃料,及FAME與EN590柴油燃料相混合。
在2001年如下兩個草案被公布出來,並進行了6個月的調查程序:
PrEN 14214—FAME作為柴油發動機的機車燃料
PrEN 14213—FAME作為取暖油使用
其中包括國民評議,最終的標準由正式投票來通過。從2003年3月4日開始該標準用來定義世界範圍內的高質量的生物柴油需求。
產品發展
從1992年開始生物柴油產品已經大量增加。2001年全歐洲的統計數字大約為78萬噸,是1992年的14倍。當前的趨勢表現為產能的增長要比實際的產品和生物柴油銷售市場增長的速度快。
2001年歐盟15國的主要生物柴油生產國為德國(市場份額45%)、法國(40%)、意大利(10%)、奧地利(4%)和瑞典(1%)。
如圖所示,生物柴油產能增長已經達到大約200萬噸,德國是主要的發展國,然而其工廠生產和實際消費滯後,這是因為主要的投資都傾向於工廠而很少投向市場開發。
市場策略
在2003年,大約有35%-40%的歐洲人使用柴油驅動客車,這種趨勢還會進壹步增加,由於機車配備了現代化的柴油發動機,在低二氧化碳排放標準下提高能源效率可以減少燃料的消耗,這就使得柴油機更有吸引力。在重型和輕型交通運輸工具方面也會有持續的增加。
在市場策略方面,我們可以看到不同的方法之間有巨大的差別,表現如下:
100%的純生物柴油由特定的路邊加油機進行銷售(如德國、奧地利)
在石化柴油裏混合量超過5%不添加區別標誌(如法國)
在石化柴油裏混合5%的生物柴油並添加壹個特殊的商標(如英國)
在石化柴油裏混合30%-40%的生物柴油並添加壹個特殊商標(如捷克***和國)
總結
根據運輸和能源、農業和環境壹系列新的指導意見,歐洲委員會指定了在歐盟發展液態生物燃料的基本框架。從2005到2010年生物柴油產品需求量由如下國家(歐盟15國)決定:
2004年5月1日10個預備成員國(塞浦路斯、捷克***和國、愛沙尼亞、匈牙利、拉脫維亞、立陶宛、馬耳他、波蘭、斯洛文尼亞和斯洛伐克)加入後,歐盟25國生物燃料的總產量會進壹步提高。