今年7月23日，中國國家能源局正式批準(zhǔn)中糧集團(tuán)設(shè)立國家能源生物液體燃料研發(fā)(試驗)中心。就在今年9月10日剛剛結(jié)束的中美可再生能源產(chǎn)業(yè)論壇和中美先進(jìn)生物燃料論壇第四次工作組會議上，該中心第一次代表中國政府與美國政府代表團(tuán)談判，共商合作大計。這一系列事件表明，中國的能源產(chǎn)業(yè)格局面臨著一次重大調(diào)整。

第一代生物質(zhì)能

從某種意義上說，整個人類發(fā)展史就是一部能源利用方式的進(jìn)步史。

人類第一個熟練掌握的能源載體就是生物質(zhì)(Biomass)。自從人類學(xué)會了鉆木取火，木頭就成了人類最主要的能量來源。木柴熱值高，易于運輸和儲存，所含能量也很容易釋放，是早期人類最喜歡的能源載體?？墒?，隨著人口的增長，木材的需求量飛速上漲。17世紀(jì)末期，英國為了冶煉金屬，將國內(nèi)的森林幾乎砍伐殆盡。最終拯救英國森林的，恰恰是如今談之色變的煤炭。事實上，第一次工業(yè)革命之所以發(fā)生在英國，與英國豐富的煤炭資源有密不可分的關(guān)系。

因為照明的特殊需要，人類還使用過一段時間的鯨油。如果不是因為19世紀(jì)中期一名加拿大人發(fā)明了從煤炭中提取煤油的技術(shù)，鯨很可能早就滅絕了。

煤炭的熱值比木頭更高，開采和運輸也很容易，很快就代替了日漸稀少的木材，成為人們的最愛。1859年，第一口現(xiàn)代化油井在美國的賓夕法尼亞州噴出了原油，又一種化石能源登上了歷史舞臺。伴隨石油而來的是天然氣，現(xiàn)代人燒飯取暖已經(jīng)離不開它了。從木頭到煤炭再到石油和天然氣，人類使用的能源載體的質(zhì)量越來越好。無論從能量密度、釋放方式還是儲量多少來衡量，煤炭、石油和天然氣這三種化石能源載體都遠(yuǎn)好于木材和鯨油等生物質(zhì)能。但即使如此，化石能源仍然用了將近100年才徹底打敗了生物質(zhì)能源，主宰了人類的能源市場。由此可見，能源的使用習(xí)慣具有很強的慣性，很難被改變。

就拿汽車工業(yè)來說，從石油里提煉出的汽油直接促成了汽車工業(yè)的興起，但早期的汽油非常昂貴，發(fā)明家們不得不四處尋找替代品。1900年巴黎世博會上展出的一臺迪塞爾發(fā)動機(發(fā)明人為著名的德國汽車工程師魯?shù)婪颉さ先麪枴睷udolf Diesel〕)居然以花生油為動力！而美國汽車大王亨利·福特也曾經(jīng)預(yù)言，從植物中提取的乙醇將取代汽油，成為未來汽車的動力來源。事實上，那時的美國汽車都是能燒乙醇的，直到19世紀(jì)30年代美國開始禁酒，乙醇燃料才終于被汽油打敗。自那之后，化石能源享受了半個多世紀(jì)的好時光，直到科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了全球變暖的潛在威脅后，生物質(zhì)能源才被重新請了回來。

當(dāng)然，這些年來生物質(zhì)能源也并沒有消失，世界上還有不少人靠燒柴取暖做飯。但這些都屬于“第零代”生物質(zhì)能源，我們通常所說的第一代生物質(zhì)能源指那些意在代替化石能源的新的能量利用方式。其中，焚燒發(fā)電是能源效率最低的做法，但卻因為技術(shù)簡便、成本較低而最先被商業(yè)化了。尤其在那些森林資源比較豐富的國家，木材加工后剩下的碎木片很容易被混入煤炭當(dāng)中，燃燒發(fā)電。

但是，大多數(shù)能源專家都會告訴你，風(fēng)能、太陽能、潮汐能、核能和水電才是最有前途的低碳發(fā)電方式。相比之下，生物質(zhì)能最好的利用方式是做成液體燃料，代替汽油。不過，英國可再生能源專家克里斯·古德爾(Chris Goodall)通過計算發(fā)現(xiàn)，同樣一噸糧食，如果做成乙醇加到汽車油箱里，和先燃燒發(fā)電，再驅(qū)動一輛同等噸位的電動車相比，行駛的路程是差不多的。

但是，即使古德爾的算法是正確的，液體燃料也不會很快被淘汰，因為電動汽車的發(fā)展遇到了很多困難。除了電池的技術(shù)瓶頸外，電動汽車還會對整個汽車工業(yè)體系帶來顛覆性的沖擊，會面臨很多政治壓力。相比之下，生物乙醇替代石油的做法很容易融入現(xiàn)在的體系當(dāng)中，遇到的阻力會小很多。

糧食乙醇項目就是在這樣的背景下上馬的。

簡單說，糧食乙醇就是先把糧食中的淀粉轉(zhuǎn)變成糖，然后通過酵母發(fā)酵的方式將糖變成乙醇。最先開始進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的是美國和巴西，這兩個國家都是農(nóng)業(yè)大國，都有著廣闊的土地資源。巴西因為氣候原因盛產(chǎn)甘蔗，避免了水解淀粉這一步，成本降到了最低，不靠補貼也能盈利。美國則主要用玉米來生產(chǎn)糧食乙醇，成本較高，目前還需要國家補貼才能確保盈利。

去年美國一共生產(chǎn)了121億加侖(1加侖約等于3.8升)的糧食乙醇，每加侖大約補貼45美分。目前美國的汽油標(biāo)準(zhǔn)是E10，也就是乙醇含量占汽油總量的10%。去年美國一共消耗了大約1400億加侖的汽油，這樣算下來美國的糧食乙醇產(chǎn)量已經(jīng)接近極限。不過奧巴馬政府正在考慮把標(biāo)準(zhǔn)提高到E15，這個配比對汽車發(fā)動機的工作狀態(tài)影響不大，無須另行改裝。從理論上講，汽車發(fā)動機可以承受的最高配比是E85，即使這么高的配比也只需對發(fā)動機做些小改動就行了。

乙醇的熱值比汽油差一點，但乙醇中含有氧原子，可以替代汽油中的增氧劑，因此加了少量乙醇的汽油加速性能還要更好一些。另外，乙醇可以代替汽油中的一些有毒添加劑，對環(huán)境更友好。

既然糧食乙醇有這么多好處，為什么沒有在世界范圍內(nèi)普及開來呢？一個原因就是這種辦法對于減排二氧化碳的作用并不大。種玉米需要消耗大量的化肥，收割和運輸也需要能量，淀粉水解的過程還要加熱，算下來糧食乙醇只比汽油節(jié)省了大約30%的二氧化碳排放。如果再把毀林開荒造成的損失算進(jìn)去，糧食乙醇并不合算。

更重要的是，目前全世界糧食供應(yīng)并不富裕，用糧食造乙醇難免有與民爭糧的嫌疑。這一條正是許多環(huán)保組織批評糧食乙醇的主要罪狀，中國的糧食乙醇產(chǎn)業(yè)也正是在這里被卡住了。

中國的糧食乙醇起步稍晚。大約在2004年前后，中國糧食大豐收，出現(xiàn)了農(nóng)民賣糧難的情況。為了維持糧價，保障農(nóng)民利益，政府批準(zhǔn)上馬了一批玉米乙醇加工廠。誰知2006年糧食減產(chǎn)，全世界的糧價也都開始瘋長，不少人便把矛頭對準(zhǔn)了糧食乙醇工業(yè)。中國政府順應(yīng)民意，迅速出臺了新政策，對燃料乙醇實行配額制管理，只允許黑龍江華潤、吉林燃料乙醇、安徽豐原、河南天冠這4家企業(yè)生產(chǎn)糧食乙醇，并把接受國家補貼的糧食乙醇總量限制在144萬噸的水平，這就等于為中國的糧食乙醇產(chǎn)量設(shè)定了上限。

“中國目前每年生產(chǎn)燃料乙醇172萬噸，其中以玉米為原料的大約是110萬噸，其余的用小麥和木薯(屬于‘非糧’)。生產(chǎn)110萬噸乙醇大約需要340萬噸玉米，相比之下，中國的玉米年產(chǎn)量約為1.6億噸，這點量對玉米價格影響很小?！敝屑Z集團(tuán)(以下簡稱“中糧”)生化能源事業(yè)部總經(jīng)理岳國君對本刊記者說，“更重要的是，生產(chǎn)玉米乙醇用的都是陳化糧，有的連做飼料都不合適，拿來生產(chǎn)乙醇恰好是一種很好的廢物利用方式。”

在岳國君看來，中國糧食儲存能力有限，糧食乙醇正好可以用來消化部分陳糧，有利于解決豐收年農(nóng)民賣糧難的問題，比國家托市收購更能有效地保護(hù)農(nóng)民利益。

“美國政府就是這么做的。”山東大學(xué)生命科學(xué)院院長、生物酶專家曲音波教授對本刊記者說，“美國的糧食產(chǎn)能過剩，即使生產(chǎn)了這么多乙醇還是能保證正常的糧食出口。以前美國農(nóng)民只能靠大量休耕來維持糧價，糧食乙醇工業(yè)的興起解決了美國農(nóng)民的就業(yè)問題，符合美國的國家利益，所以美國政府在稅收上給予糧食乙醇很多優(yōu)惠政策，極大地促進(jìn)了這個行業(yè)的發(fā)展?！?/p>

據(jù)岳國君介紹，目前中國糧食乙醇的成本與工廠所在的位置有關(guān)系，比如東北是玉米的主產(chǎn)區(qū)，玉米價格相對較低，玉米乙醇的成本大約為每噸6000元左右，而中國目前的汽油價格是每噸5000元左右，比糧食乙醇低。但是玉米乙醇在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生一些具有高附加值的副產(chǎn)品，這樣算下來，糧食乙醇的成本已經(jīng)基本上可以和汽油價格持平了。

“中國對燃料乙醇的補貼方式不利于促進(jìn)企業(yè)競爭?！痹绹a充說，“美國政府對玉米乙醇企業(yè)采用招標(biāo)制，并在國內(nèi)實行燃料乙醇交易配額系統(tǒng)，把燃料乙醇的配額商品化，這兩招鼓勵了企業(yè)之間的競爭，提高了企業(yè)降低生產(chǎn)成本的積極性?！?/p>

據(jù)估算，中國汽車行業(yè)每年消耗的汽油總量大約為6000萬噸，如果采用類似E10的標(biāo)準(zhǔn)，未來幾年內(nèi)大約需要500萬～1000萬噸燃料乙醇。目前中國只有5個省和27個城市供應(yīng)加了乙醇的汽油，采用的是E10標(biāo)準(zhǔn)，燃料乙醇的年消耗量只有100多萬噸，看似發(fā)展空間很大。但岳國君和曲音波都承認(rèn)，中國的糧食乙醇產(chǎn)業(yè)面臨諸多難以克服的障礙，實際上已無多少潛力可挖。燃料乙醇行業(yè)必須走非糧的道路，開發(fā)第二代生物質(zhì)能。

第二代生物質(zhì)能

自然界中年生成量最高的有機碳分子是什么？答案不是淀粉，而是纖維素。雖然兩者都是葡萄糖分子鏈接而成的長鏈，但纖維素的糖鏈更長，糖與糖之間的化學(xué)鍵更牢固，因此也就更適合被用來作為植物的結(jié)構(gòu)分子。

“纖維素很像鋼筋，負(fù)責(zé)支撐植物的身體。鋼筋外面通常會包著一層起保護(hù)作用的水泥，這個角色在植物里是由半纖維素和木質(zhì)素來承擔(dān)的。”曲音波教授解釋說，“問題在于，纖維素的這種功能決定了它一定很難被降解，這是多年進(jìn)化出來的必然結(jié)果?！盵page]所謂第二代生物質(zhì)能，主要指纖維素的分解和利用。纖維素和半纖維素占全世界植物總量的一半以上，草、碎木片和農(nóng)業(yè)廢棄物(比如棉花和玉米的秸稈)都是又好又廉價的纖維素來源。中國農(nóng)村歷來有燒秸稈還田的傳統(tǒng)，每年秋收時節(jié)都會造成嚴(yán)重的空氣污染，但直到現(xiàn)在全世界都還沒有一家以秸稈為原料的商業(yè)化纖維素乙醇工廠，原因就在于這件事存在很多障礙。

首先，分解纖維素的技術(shù)一直是該行業(yè)的短板。物理化學(xué)法和生物酶法都說自己的效率最高，成本最低。美國政府的做法是一視同仁，選出6家采用不同工藝的企業(yè)，每家補貼3300萬～8000萬美元不等，并要求企業(yè)以兩倍的力度匹配。也就是說，這6種技術(shù)路線分別獲得了1億～2億美元的研發(fā)資金。

相比之下，中國政府在這方面的投資相對保守。中國的纖維素乙醇項目通常只能從政府拿到幾百萬人民幣的研發(fā)經(jīng)費，和美國相比少得可憐?！坝捎诮?jīng)費和研發(fā)力量投入不足，盡管這幾年不斷有人宣稱自己做出了纖維素乙醇，成本低于汽油，但他們的技術(shù)都還不夠完善，無法真正實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化?！鼻舨ń淌趯Ρ究浾哒f，“直到近幾年政府才終于開始重視，加大了撥款力度。中科院還自己拿出了3000萬元的科研經(jīng)費，組織力量攻關(guān)，力爭盡快取得突破?！?/p>

作為中國纖維素乙醇領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊，中糧選擇了一個相對簡便的做法。2006年，中糧和丹麥的諾維信(Novozymes)公司結(jié)成合作伙伴關(guān)系，共同開發(fā)中國的纖維素乙醇市場。諾維信是全世界最大的酶制劑生產(chǎn)企業(yè)，2009年的銷售額高達(dá)84億丹麥克朗(約合人民幣100億元)，做出這個成績的居然只是一個5000多人的團(tuán)隊。諾維信承諾每年拿出銷售額的14%用于研發(fā)，近兩年更是把大部分研發(fā)經(jīng)費都投在了纖維素乙醇項目上?！拔覀冞€從美國能源部拿到了1450萬美元研發(fā)經(jīng)費，在美國的中試廠已經(jīng)將每加侖纖維素乙醇所需酶的成本降到了50美分左右?！敝Z維信公司總裁兼首席執(zhí)行官李斯閣(Steen Riisgaard)對本刊記者說。

“諾維信今年2月剛剛在中國市場投放了新一代纖維素酶‘諾賽力二代’(Cellic CTec 2)，酶用量比過去下降了很多?！敝Z維信(北京)研發(fā)中心高級總監(jiān)吳文平博士對本刊記者說，“不過這個產(chǎn)品還是有點貴，我們正在積極研發(fā)‘諾賽力三代’，爭取在2～3年內(nèi)能夠達(dá)到商業(yè)化水平?！?/p>

中糧把酶的問題交給諾維信，自己則把精力放在了工藝方面?！扒皟赡甏蠹叶及蜒芯恐攸c放在了酶上，但我認(rèn)為這個問題已經(jīng)基本得到了解決。”岳國君對本刊記者說，“中糧的研究重點是纖維素原料的預(yù)處理技術(shù)，從秸稈切割到發(fā)酵罐的加熱，從控制發(fā)酵黏度到提高固液分離效率，甚至最后的廢水處理，每一步都面臨著諸多技術(shù)困難，被攻克的難度一點也不亞于纖維素酶。這些技術(shù)涉及工程技術(shù)領(lǐng)域的方方面面，直接關(guān)系到產(chǎn)品成本?！?/p>

2006年，中糧在黑龍江的肇東建設(shè)了一個年產(chǎn)1000噸纖維素乙醇的中試裝置，通過不斷的技術(shù)改進(jìn)，4年來成本下降了2/3。就在去年，美國的普渡大學(xué)對全世界20多家纖維素中試工廠送來的預(yù)處理物料進(jìn)行了一次評選，中糧送交的樣品在質(zhì)量上位列第4名。

2009年，中糧又和中石化結(jié)成了合作伙伴關(guān)系，進(jìn)一步鞏固了其在中國纖維素乙醇行業(yè)領(lǐng)頭羊的地位。三方計劃下一步成立合資公司，爭取在明年開始動工建設(shè)中國第一座年產(chǎn)1萬噸的示范裝置，這將是纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)全面開花前的最后一步。

但是，這個產(chǎn)業(yè)在中國還需解決一個重要問題，那就是原料的采集。秸稈是農(nóng)業(yè)廢棄物，不是每天都有；中國又是以小農(nóng)經(jīng)濟(jì)為主，秸稈收集有一定的困難；中國的公路條件較差，運輸成本較高。這些因素必將影響到原料供應(yīng)的穩(wěn)定性和成本。但是，岳國君對此很樂觀?！爸袊诮斩捝虡I(yè)化收集這塊已經(jīng)有經(jīng)驗了，國家電網(wǎng)下屬的國能生物質(zhì)燃燒發(fā)電項目已經(jīng)運行了很多年，目前有20多家電廠，遍布全國。所以我認(rèn)為，一旦下游的問題解決，上游有現(xiàn)成的案例可供借鑒?！?/p>

作為纖維素乙醇項目開展得最好的國家，美國也一直對中國的情況很感興趣。早在2006年，中糧就代表中國企業(yè)和美方簽署了合作備忘錄，雙方約定互相交流經(jīng)驗，分享成果。今年7月23日，國家能源局正式批準(zhǔn)中糧集團(tuán)設(shè)立國家能源生物液體燃料研發(fā)(試驗)中心，這就等于給中糧穿上了“纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)國家隊”的隊服。今年9月10日剛結(jié)束的中美可再生能源產(chǎn)業(yè)論壇和中美先進(jìn)生物燃料論壇第四次工作組會議，是中糧第一次代表國家與美國政府代表團(tuán)談判，中糧、中石化和諾維信的專家與美國能源部、農(nóng)業(yè)部、橡樹嶺國家實驗室和愛達(dá)荷實驗室的同行們共同商定，立即開始對中國的上游原料收集和供應(yīng)體系做一個案例研究，希望能在原料種植、收購和物流體系方面找出最佳方案，盡快確定1～2個原料品種，選出最合理的廠址。

那么，從宏觀角度看，中國究竟有多少原料可以用來生產(chǎn)纖維素乙醇呢？為了回答這個問題，諾維信于2008年和國際著名的咨詢公司麥肯錫合作，對中國的纖維素乙醇市場做調(diào)研。據(jù)麥肯錫計算，中國每年產(chǎn)生大約6億噸農(nóng)業(yè)廢棄物(主要是秸稈)，除了用于飼料和還田之外，還應(yīng)該有2億噸可以被用來生產(chǎn)5500萬噸纖維素乙醇，這幾乎等于目前中國的汽油總消耗量。麥肯錫估計，到2020年時，中國生產(chǎn)的纖維素乙醇將可以替代3100萬噸汽油，每年為中國帶來320億元人民幣的收入，創(chuàng)造600萬個就業(yè)機會。而且這些機會主要是在農(nóng)村地區(qū)創(chuàng)造的，所以它給中國帶來的收益既是能源安全和GDP的增值，更可以為城鄉(xiāng)的均衡發(fā)展提供新的可能性。

纖維素乙醇項目還需解決兩個小問題，第一是與秸稈還田的矛盾。從表面上看，纖維素乙醇工廠剩下的殘渣含有全部的金屬和微量元素，和燒秸稈剩下的灰沒有區(qū)別，只要把工廠殘渣還田就可以了。但是秸稈中含有的有機物也不能忽視，它們是土壤微生物的養(yǎng)料。換句話說，如果想完全恢復(fù)土壤肥力，正確的做法也許是秸稈切碎后不燒，直接還田。不過，兩種方式到底對土壤有何影響，目前尚缺乏研究。

第二，纖維素乙醇的生產(chǎn)過程需要消耗大量能量，是否真能降低溫室氣體排放呢？曲音波教授認(rèn)為，這一點恰好是纖維素乙醇比糧食乙醇好的地方。原來，秸稈中含有的纖維素和半纖維素理論上都能被轉(zhuǎn)化成乙醇，但木質(zhì)素則不可以。但是木質(zhì)素的熱值幾乎和煤炭一樣高，非常適合用來焚燒發(fā)電。事實上，纖維素乙醇工廠的旁邊都會另建一座發(fā)電廠，燃燒木質(zhì)素殘渣就足以提供本廠所需的全部電力和蒸汽。

那么，這么好的產(chǎn)業(yè)，為什么還沒有迅速推廣呢？問題就在成本上。根據(jù)曲音波的估算，目前中國纖維素乙醇的生產(chǎn)成本多半都還在每噸8000元以上，高于汽油目前的價格。如果石油價格在未來的幾年內(nèi)沒有大幅度增長，纖維素乙醇就必須大幅度降低成本，否則只能依靠國家補貼才能維持下去。

美國政府為本國纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)預(yù)定的補貼力度為每加侖1.01美元，大約折合為每升2元人民幣。岳國君告訴本刊記者，按照中糧的估算，如果中國政府采用和美國同等的補貼力度，中國的纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)是可以盈利的。

“很多人覺得生物燃料產(chǎn)業(yè)需要大量的國家補貼才能生存，這是有偏見的?！痹绹龑Ρ究浾呓忉屨f，“國家為了鼓勵石油行業(yè)收購生物燃料，規(guī)定他們在收購乙醇時在價格上乘以0.911的系數(shù)，但他們賣汽油時則按原價賣出，這個差價讓石油行業(yè)賺走了。如果沒有這個系數(shù)，我們的補貼力度完全可以再降低很多?！?/p>

曲音波則從另一個角度解釋了纖維素產(chǎn)業(yè)的巨大潛力：“評價這個行業(yè)的價值，不能光看它能產(chǎn)生多少燃料乙醇。要知道，石油不光可以制造汽油，還可以同時生產(chǎn)很多其他化工產(chǎn)品。纖維素和半纖維素變成糖后，同樣可以同時生產(chǎn)多種多樣的化工產(chǎn)品，這就可以用來替代石油的這部分功能，并通過分擔(dān)原料和加工成本，使得生物煉制產(chǎn)業(yè)變?yōu)橛漠a(chǎn)業(yè)?！?/p>

曲音波正在和一家工廠合作，利用玉米芯中的半纖維素部分生產(chǎn)木寡糖和木糖醇，而剩余的大量纖維素殘渣也可以很容易地轉(zhuǎn)化為燃料乙醇，木質(zhì)素也可轉(zhuǎn)化為化工產(chǎn)品。目前這項先進(jìn)技術(shù)正在進(jìn)行中試研究，已經(jīng)可能盈利了。諾維信也和東北大成集團(tuán)簽約，幫助他們從秸稈中提取丙二醇。丙二醇是化纖工業(yè)的基礎(chǔ)原料，既可以做衣服，也可以做成各種化纖制品。這項技術(shù)已經(jīng)成熟，預(yù)計在幾年內(nèi)就可以開始運營了。