生物燃料如何在新“藍海”中掘金
顧永強 能源戰略學(xué)者
美國生物燃料產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展
在全球聚焦可持續發(fā)展與生物經(jīng)濟的浪潮中，合成生物學(xué)與生物制造正成為引領(lǐng)時(shí)代變革的關(guān)鍵力量。據麥肯錫預測，到本世紀末，合成生物將應用在占全球1/3以上的制造業(yè)，創(chuàng )造30萬(wàn)億美元的價(jià)值。這足見(jiàn)合成生物制造潛力之大。
美國生物燃料產(chǎn)業(yè)正在蓬勃發(fā)展。由于未來(lái)幾年市場(chǎng)對可再生柴油和可持續航空燃料的需求增加，睿咨得能源預測，到2035年，美國生物燃料產(chǎn)量將從2023年的85萬(wàn)桶/日升至2035年的130萬(wàn)桶/日，增長(cháng)53%。
美國能源領(lǐng)域的生物技術(shù)正經(jīng)歷深刻變革與迅猛發(fā)展，展現出多元化的發(fā)展路徑。其中，微生物燃料電池技術(shù)取得顯著(zhù)進(jìn)展。這一技術(shù)通過(guò)對特殊微生物進(jìn)行篩選與基因改造，使其能夠更高效地分解有機物質(zhì)并產(chǎn)生電能。一些新型微生物菌株被發(fā)現可在更廣泛的環(huán)境條件下工作，甚至能利用污水、農業(yè)廢棄物等作為原料，大大拓展了燃料來(lái)源的多樣性，提高了能源轉化效率。
生物制氫技術(shù)也成為研究熱點(diǎn)。借助合成生物技術(shù)，科學(xué)家們設計出能夠進(jìn)行高效光解水制氫或發(fā)酵制氫的生物體系。通過(guò)對藻類(lèi)等生物的基因編輯，增強其光合作用效率和氫氣產(chǎn)生能力，為大規模、低成本制氫提供了可能。
美國在生物能源領(lǐng)域的布局同樣具有深遠的影響力。美國政府持續加大對生物能源研發(fā)的資金支持力度，如美國能源部投入大量資金用于生物燃料生產(chǎn)工藝優(yōu)化研究，旨在提高生物柴油、生物乙醇等傳統生物燃料的品質(zhì)與產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本，以增強其市場(chǎng)競爭力。2024年8月，美國農業(yè)部宣布了一項戰略投資計劃，旨在通過(guò)在26個(gè)州實(shí)施160個(gè)項目來(lái)加強其國內生物燃料的生產(chǎn)和清潔能源的應用。今年1月，美國能源部生物能源技術(shù)辦公室和美國環(huán)境保護署宣布提供600萬(wàn)美元資金，支持關(guān)于提高生物燃料生產(chǎn)技術(shù)的性能和降低其生產(chǎn)成本的研究。
在行動(dòng)策略上，美國積極推動(dòng)生物能源與傳統能源系統融合。一方面，鼓勵企業(yè)開(kāi)發(fā)適配生物燃料的發(fā)動(dòng)機技術(shù)與能源存儲技術(shù)，提升生物能源的利用效率與穩定性;另一方面，構建生物能源產(chǎn)業(yè)集群，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研之間的深度合作與資源共享，加速生物能源技術(shù)從實(shí)驗室走向商業(yè)化應用。
通過(guò)這些舉措，美國不僅致力于保障自身的能源安全與可持續發(fā)展，也在全球生物能源技術(shù)發(fā)展的浪潮中扮演著(zhù)關(guān)鍵的引領(lǐng)者角色。睿咨得能源數據顯示，到2035年，美國將在全球生物燃料市場(chǎng)占據主導地位，產(chǎn)量占全球生物燃料總產(chǎn)量的40%;歐洲將成為第二大生物燃料生產(chǎn)地區。
石油公司生物燃料投資加快
生物制造產(chǎn)業(yè)的蓬勃興起，為面對能源轉型挑戰的石油公司提供了新的發(fā)展選項。其可持續性與多元化發(fā)展特質(zhì)，與石油公司尋求戰略轉型的訴求精準對接。殼牌、道達爾能源、bp、?？松梨?、雪佛龍和埃尼等公司均表示，已將生物燃料納入更廣泛的能源轉型戰略。
在全球范圍內，不少石油公司已廣泛涉足生物制造全產(chǎn)業(yè)鏈。在生物燃料領(lǐng)域，它們憑借在化工工程與能源生產(chǎn)領(lǐng)域積累的技術(shù)經(jīng)驗，成功將生物質(zhì)原料轉化為生物柴油、生物乙醇等可再生燃料。這既顯著(zhù)降低了對傳統化石燃料的依賴(lài)度，又巧妙契合了清潔能源市場(chǎng)需求不斷增長(cháng)的趨勢。諸多國際石油公司在生物燃料生產(chǎn)基地建設和技術(shù)研發(fā)合作方面不惜投入重金，成效顯著(zhù)。一些石油公司的生物燃料產(chǎn)量呈逐年上升態(tài)勢，在能源供應結構中已占據一席之地。?？松梨谟媱?，2025年在加拿大斯特拉斯科納煉廠(chǎng)生產(chǎn)生物燃料，初期產(chǎn)能為2萬(wàn)桶/日。同時(shí)，該公司還計劃啟動(dòng)另外12個(gè)生物燃料項目，以實(shí)現2030年日產(chǎn)20萬(wàn)桶生物燃料的目標。
生物化工領(lǐng)域同樣有石油公司涉足。它們或與生物技術(shù)企業(yè)強強聯(lián)手，或自主研發(fā)攻堅，生產(chǎn)出生物塑料、生物潤滑劑等高附加值化學(xué)品。相較于傳統石化產(chǎn)品，這些生物基化學(xué)品具有更高的環(huán)境友好性與可降解性。部分公司已順利推出生物基化學(xué)品產(chǎn)品，并在市場(chǎng)推廣中收獲頗豐。
中國的石油企業(yè)也穩步推進(jìn)在生物制造領(lǐng)域的布局。在生物燃料方面，中國石油依托自身強大的科研實(shí)力與堅實(shí)的產(chǎn)業(yè)基礎，積極開(kāi)展生物柴油等新型生物燃料的研發(fā)與生產(chǎn)試點(diǎn)。中國石油在部分地區的試點(diǎn)項目已初步實(shí)現規?；a(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量達標并應用于當地交通運輸等領(lǐng)域。在生物化工領(lǐng)域，中國石化與國內頂尖高校及科研機構深度合作攻克關(guān)鍵技術(shù)難題，加速生物塑料等產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，通過(guò)示范生產(chǎn)線(xiàn)提升產(chǎn)量，同時(shí)積極開(kāi)拓市場(chǎng)，與下游企業(yè)構建長(cháng)期穩定的合作關(guān)系，為生物基產(chǎn)品廣泛應用筑牢根基。
需要注意的是，無(wú)論是國外石油公司還是國內石油企業(yè)，在生物制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展中都面臨諸多挑戰。一方面，與傳統油氣技術(shù)相比，生物制造技術(shù)的門(mén)檻與復雜性較高，這就要求石油公司在技術(shù)研發(fā)與人才培養上投入大量資金與時(shí)間。另一方面，產(chǎn)業(yè)鏈的不成熟與有限的市場(chǎng)規模，在一定程度上限制了投資回報預期。此外，政策法規的變化與激烈的市場(chǎng)競爭等不確定性因素，也迫切需要石油公司全方位提升風(fēng)險應對能力，這樣才能使其在生物制造這片新“藍海”中破浪前行。
我國生物燃料發(fā)展前景可期
生物制造蘊含的巨大潛力，使其成為國際競爭的前沿陣地。近年來(lái)，我國生物制造研究取得顯著(zhù)進(jìn)展，在底層工具、關(guān)鍵技術(shù)等方面取得了重要突破，一些領(lǐng)域的探索走在世界前列。中國的石油企業(yè)也積極參與其中，并借鑒美國及其他國家的經(jīng)驗探索前行。
在能源供給上，該產(chǎn)業(yè)潛力驚人。通過(guò)合成生物技術(shù)，生物燃料能深度轉化為生物質(zhì)資源，生產(chǎn)出生物柴油、生物乙醇等清潔能源產(chǎn)品，顯著(zhù)減少溫室氣體排放量，推動(dòng)能源綠色轉型。例如，先進(jìn)生物煉制廠(chǎng)利用廢棄油脂等生產(chǎn)生物柴油，在中國部分地區與傳統柴油混合使用，有效降低交通領(lǐng)域碳排放量。中國石油在四川成都大邑縣成功將生物天然氣并入城鎮燃氣管網(wǎng)，此舉無(wú)疑為中國在生物天然氣領(lǐng)域的發(fā)展注入了新的活力，也標志著(zhù)中國石油在新能源領(lǐng)域不斷深化的布局。中國石化積極推進(jìn)可持續航空燃料生產(chǎn)。2020年8月，我國首套10萬(wàn)噸/年生物航煤生產(chǎn)裝置在中國石化鎮海煉化建成，2022年5月進(jìn)行首批規?；嚿a(chǎn)，標志著(zhù)我國自主研發(fā)生物航煤從規?；a(chǎn)走向規?；瘧?。這些都是為了更好地將生物制造融入現有能源體系。
從生產(chǎn)方式創(chuàng )新而言，合成生物可將微生物改造成“生物工廠(chǎng)”，把簡(jiǎn)單碳源轉化為氫氣、甲烷等能源物質(zhì)，這種生產(chǎn)方式原料廣泛且可循環(huán)利用，有望突破對化石資源的依賴(lài)。我國石油企業(yè)也在積極與科研院校合作，努力在生物制造能源生產(chǎn)技術(shù)上取得突破，為規?；a(chǎn)創(chuàng )造條件。
不過(guò)，生物燃料的規?；茝V還需應對公眾認識不足、信任度低的挑戰。同時(shí)，企業(yè)也因設施適配性等問(wèn)題不愿輕易改變能源的使用方式。美國在推廣生物能源初期也遇到過(guò)類(lèi)似情況。他們通過(guò)大量的科普宣傳和示范項目逐步改變公眾和企業(yè)的觀(guān)念。中國的石油企業(yè)也可以借鑒此經(jīng)驗，在能源基礎設施升級改造中探索生物能源與傳統能源的融合應用。
生物能源技術(shù)轉化效率較低的問(wèn)題也需要解決。美國、巴西等國家在生物能源技術(shù)研發(fā)投入、生物質(zhì)原料收集體系構建以及基礎設施完善等方面有諸多成功經(jīng)驗。我國可以積極借鑒其相關(guān)經(jīng)驗，加大研發(fā)投入的力度，建立生物質(zhì)原料收集預處理產(chǎn)業(yè)體系，完善生物燃料相關(guān)設施，努力突破瓶頸，推動(dòng)我國生物制造能源產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。
當生物燃料更多應用于航運業(yè)
航運業(yè)減碳是大勢所趨
航運業(yè)作為國際貿易的重要組成部分，承擔著(zhù)全球大約90%的貨物運輸。盡管其貢獻巨大，但航運業(yè)所產(chǎn)生的溫室氣體排放對氣候變化的影響也越來(lái)越受到關(guān)注。生物燃料由于大多能與現有發(fā)動(dòng)機技術(shù)相契合，且能有效降低燃料全生命周期的溫室氣體排放量，因此被視為航運業(yè)實(shí)現脫碳的重要途徑。
當前，全球多國航運業(yè)相繼提出了雄心勃勃的減碳計劃。歐盟計劃將其2030年溫室氣體排放量降低至1990年的55%，即實(shí)施“Fit for 55”減排計劃，其中涉及航運業(yè)的，包括歐盟碳排放交易體系(EU ETS)納入航運業(yè)、歐盟海運燃料法案(FuelEU)等。
2024年1月1日起，航運業(yè)被納入歐盟碳排放交易體系。所有進(jìn)出歐盟港口且總噸位超過(guò)5000噸的大型客貨船舶，均被要求監測、報告其二氧化碳排放數據。這對航運業(yè)低碳轉型帶來(lái)深遠影響，意味著(zhù)航運公司需要向歐洲主管部門(mén)繳納碳配額(EUA)(每排放一噸二氧化碳繳納一個(gè)碳配額)。如果不盡快采取有效的降碳措施，航運公司的運營(yíng)成本將顯著(zhù)上升。
歐盟海運燃料法案(FuelEU)于2025年1月1日生效。海事界普遍認為，從長(cháng)遠來(lái)看，FuelEU對航運業(yè)的影響比歐盟碳排放交易體系更為深遠。該法案旨在激勵船東使用全生命周期溫室氣體強度較低的替代燃料。該法案要求，2025年，船舶燃料溫室氣體強度降幅為2%(與2020年相比)，到2030年降幅達到6%，2035年降幅達到14.5%，而到2050年，則降幅將達到80%。
同時(shí)，國際海事組織(IMO)也發(fā)布了行業(yè)減排目標，即到2050年實(shí)現?溫室氣體凈零排放?。其中，到2030年，全球海運每單位運輸活動(dòng)的平均?二氧化碳排放量與2008年相比至少降低40%，并努力爭取降低70%;到2040年實(shí)現溫室氣體排放總量與2008年相比減少70%，并爭取達到80%。
生物燃料受到航運業(yè)青睞
人類(lèi)對生物燃料的使用可以追溯到幾千年以前。從農耕文明進(jìn)入工業(yè)文明后，煤炭、石油、天然氣等化石能源成為人類(lèi)社會(huì )的基礎能源，生物燃料則成為補充能源。20世紀70年代的兩次石油危機，讓人們開(kāi)始意識到以棕櫚油等為原材料的生物燃料替代化石能源具有重要意義。當前，隨著(zhù)全球各國碳中和目標的確立與實(shí)施，生物燃料正在重新走到能源轉型舞臺的中央。
目前，國際航運業(yè)主要使用的燃料是柴油等常規化石燃料。為應對逐步攀升的碳成本以及未來(lái)潛在的更嚴格的減排要求，航運公司正在加速布局生物柴油、生物甲醇等綠色航運燃料，以替代傳統化石燃料。例如，航運公司馬士基在其可持續發(fā)展報告中明確指出，其碳中和路徑包括應用生物柴油、綠色甲醇、綠氨等。
盡管燃燒生物燃料本身從實(shí)際上來(lái)說(shuō)還是會(huì )產(chǎn)生二氧化碳，但生物質(zhì)在生長(cháng)過(guò)程中，吸收了大氣中的二氧化碳，而在燃燒后則將其釋放出來(lái)循環(huán)利用，不會(huì )對環(huán)境造成額外的碳排放。無(wú)論是國際通用的碳排放核算規則，還是國際航運以及歐盟的碳排放核算規則，生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的碳排放量都不計入碳排放總量中。也就是說(shuō)，包括生物柴油、綠色甲醇等在內的生物燃料是切切實(shí)實(shí)的“零碳燃料”。
考慮到綠氨作為船運動(dòng)力燃料在技術(shù)上尚不成熟，因此，在可預見(jiàn)的未來(lái)，生物燃料或將成為國際航運公司減排的重要選項。
首先，包括農業(yè)和林業(yè)殘留物在內的大量生物質(zhì)資源的可獲得性，為生物甲醇等生物燃料生產(chǎn)提供了可持續的原料。其次，生物質(zhì)氣化和催化轉化技術(shù)的進(jìn)步正在提高生物燃料生產(chǎn)的效率和效益。航運業(yè)尤其對生物甲醇作為一種潛在的低碳船用燃料倍感興趣，生物甲醇符合更嚴格的排放法規。再次，支持生物質(zhì)技術(shù)開(kāi)發(fā)和部署的政策和激勵措施正在進(jìn)一步加速生物質(zhì)綠色甲醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。中試和示范工廠(chǎng)的開(kāi)發(fā)對于驗證技術(shù)和擴大生產(chǎn)規模至關(guān)重要。
總而言之，生物質(zhì)燃料的行業(yè)趨勢是積極的，越來(lái)越多的研究和商業(yè)化努力都為其在各個(gè)領(lǐng)域的更廣泛應用鋪平了道路。
需要注意的是，目前全球沒(méi)有通用的生物燃料認證標準。相對而言，應用最廣泛的是ISCC標準，即國際可持續發(fā)展和碳認證。這一標準又細分為ISCC EU、ISCC plus、ISCC CORSIA等標準，分別用于不同場(chǎng)景。例如，獲取ISCC EU認證可以進(jìn)入歐洲市場(chǎng)，獲取ISCC Plus認證可以得到國際海事組織的認可等。ISCC標準的總體要求是，燃料的原料來(lái)源必須為生物質(zhì)或城市垃圾等，且其全生命周期內的碳排放必須在指定限額以下。簡(jiǎn)而言之，船東使用的燃料必須以廢棄物或生物質(zhì)為原料，且制備過(guò)程中碳排放量小于一定基準值。以綠色甲醇為例，符合ISCC標準限定的工藝路線(xiàn)主要有兩種：一是全生物質(zhì)合成制備綠色甲醇，二是生物質(zhì)生成二氧化碳或一氧化碳后與綠電制氫耦合成綠色甲醇。這和目前主流航運公司的減排路徑是不謀而合的。
在成本與低碳目標中尋找平衡
生物燃料因其可再生性和環(huán)境友好性，近年來(lái)發(fā)展迅猛。根據英國能源研究院(EI)發(fā)布的《世界能源統計年鑒2024》，生物燃料在全球能源市場(chǎng)中發(fā)揮重要作用，自2022年以來(lái)，生物燃料產(chǎn)量增長(cháng)了17%以上。而國際能源署則預計，到2030年，在可再生燃料增長(cháng)比例的貢獻中，生物能源將幾乎占據全部份額。
從長(cháng)期來(lái)看，2050年全球航運業(yè)實(shí)現碳中和是確定性的目標，而生物燃料是必然的選擇，同時(shí)生物燃料顯然也是一個(gè)巨大的市場(chǎng)。但從中短期來(lái)看，以綠色甲醇為代表的生物燃料的發(fā)展面臨巨大的成本壓力。如何進(jìn)一步優(yōu)化與控制生物燃料原材料采購、生產(chǎn)、運輸、加注等全流程的成本，并獲得相關(guān)國際組織認證，從而進(jìn)入全球航運市場(chǎng)，是生物燃料投資者必須解決的難題。
廣泛的合作顯然是投資者明智的選擇。各利益相關(guān)者需要積極探索創(chuàng )新方案，尋求政策支持以降低轉型成本。正如國際航運公會(huì )(ICS)秘書(shū)長(cháng)所說(shuō)：“航運業(yè)需要與政府加強合作，以確保綠色燃料的生產(chǎn)和供應，這對于行業(yè)的可持續發(fā)展至關(guān)重要。”他還表示，綠色燃料的短缺及高成本是一個(gè)全球性的難題，并非航運行業(yè)所獨有。
總之，在全球應對氣候挑戰的共識下，航運業(yè)必須堅定走向綠色未來(lái)。如何在高昂的綠色燃料成本與環(huán)境目標之間尋求平衡，將是未來(lái)應重點(diǎn)關(guān)注的事項。(記者 馬睿)
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美國
在美國，生物燃料可替代汽油、柴油等傳統燃料，在控制公路運輸車(chē)輛、航空飛機等交通工具的碳排放量方面發(fā)揮重要作用，作為能源轉型的重要手段，受到當地政府及企業(yè)的高度重視。
近年來(lái)，美國生物燃料產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，產(chǎn)量呈現逐年遞增趨勢。美國能源信息署(EIA)報告顯示，2023年美國生物燃料產(chǎn)能增長(cháng)了7%，至2024年年初達到每年240億加侖，其中大部分是乙醇燃料，增長(cháng)部分主要來(lái)源于可再生柴油及其他生物燃料。鑒于持續的稅收激勵、工廠(chǎng)擴建和新建計劃，美國生物燃料的生產(chǎn)能力將繼續提升。美國國家可再生能源實(shí)驗室預測，到2030年，美國可再生柴油和可持續航空燃料(SAF)的產(chǎn)能將達到96億加侖/年。
美國對低碳燃料的需求也在持續增長(cháng)。EIA數據顯示，生物柴油與可再生柴油目前占美國燃料需求的9%，主要用于運輸、供暖和航運領(lǐng)域。
歐洲
近年來(lái)，高度依賴(lài)進(jìn)口天然氣的歐洲一直在尋求替代能源供應方案，具有相對低碳特性的生物燃料市場(chǎng)熱度隨之不斷增加。殼牌、bp、道達爾能源等歐洲能源企業(yè)均已將生物燃料視作重要戰略方向，歐洲以生物甲烷為主的生物燃料產(chǎn)能也在加速增長(cháng)。數據顯示，2023年歐洲生物甲烷產(chǎn)量達到49億立方米，2024年第一季度，歐洲生物甲烷產(chǎn)能達到64億立方米。從終端消費情況來(lái)看，2023年歐洲生物甲烷消費主要集中在交通、建筑、發(fā)電以及工業(yè)等高耗能領(lǐng)域。其中，交通領(lǐng)域生物甲烷消費占比達到23%，同時(shí)約有15%用于發(fā)電領(lǐng)域。
不過(guò)，在業(yè)內人士看來(lái)，盡管生物甲烷等生物燃料的產(chǎn)能持續擴大，但其增速仍不足以滿(mǎn)足歐洲的天然氣需求。在歐洲各國對生物燃料加大支持的背景下，歐洲沼氣協(xié)會(huì )認為，預計未來(lái)6年，歐洲生物甲烷產(chǎn)業(yè)每年將迎來(lái)250億歐元投資，到2030年，年產(chǎn)值將達到120億歐元以上。
巴西
作為世界上最大的甘蔗和大豆生產(chǎn)國、第二大乙醇生產(chǎn)國和世界領(lǐng)先的生物柴油生產(chǎn)國，巴西在全球生物燃料市場(chǎng)占有舉足輕重的地位。
生物燃料是巴西去碳化和生物經(jīng)濟戰略的核心，其生物燃料政策旨在促進(jìn)生物燃料使用，并創(chuàng )建碳市場(chǎng)，發(fā)行碳信用額，以抵消化石燃料的溫室氣體排放量，降低巴西交通部門(mén)的碳排放強度。
巴西國家石油天然氣和生物燃料局(ANP)的最新統計數據顯示，2023年，巴西乙醇和生物柴油產(chǎn)量已達到430億升，生物燃料占運輸燃料的比例為25%，生物乙醇占汽油和乙醇總能耗的49%。這一比例明顯高于其他國家。2024年10月，巴西總統簽署了《未來(lái)燃料法》，旨在推動(dòng)巴西生物能源行業(yè)發(fā)展。該法案提出，將乙醇與汽油的混合比例從22%提高到27%，目標是到2030年達到35%;生物柴油的混合比例到2030年達到20%。
