生物燃料乙醇在碳减排中的作用不容忽视

发布日期:2021-01-11· 中国能源网 陆斯达

结论是目前美国玉米基生物燃料乙醇全生命周期的温室气体排放比使用等热值汽油的温室气体排放减少39%。使用以玉米乙醇为代表的可再生生物燃料乙醇可大幅减少燃料全生命周期的温室气体排放。而来自使用天然气为动力的燃料乙醇工厂的燃料乙醇温室气体排放比等热值汽油减少43%。


日前,纪念《巴黎协定》达成五周年气候雄心峰会召开,全球70多个国家的首脑共同参与。各国履行《巴黎协定》承诺的成果在会议上得到检阅,一些国家也在这次大会上确立了应对气候变化的新目标。

其实,自上世纪以来,人类就开始不断追求平衡环境保护和经济发展,并试图寻找可持续发展之路。在众多环境保护议题中,减少二氧化碳排放一直是世界各国的主要目标之一。比如,《巴黎协定》就将减少温室气体排放,控制全球变暖及气候变化作为其主要任务之一。

在此背景下,乙醇汽油作为一种清洁燃料已成为可再生能源的发展重点之一。乙醇是一种在常温常压下易燃、易挥发、无色透明的有机化合物,俗称酒精,可与汽油混合后或单独用做内燃机燃料。根据生产原料来源及生产工艺,乙醇可大致分为生物制乙醇和化工制乙醇。目前全球乙醇生产主要应用生物制乙醇法。

生物燃料乙醇是可再生能源的重要分支,主要以农产品及农林废弃物为原料,如玉米、甘蔗、秸秆等。目前,全球有超过三分之一的国家正在推广使用燃料乙醇。自2000年以来,全球生物燃料乙醇产量快速增长,近十年来,年均增长率超过18%,预计2020年全球生物燃料乙醇产量将超过1亿吨。可以说生物燃料乙醇已经成为世界新能源产业发展的新生力量并被寄予厚望。世界各国发展生物燃料乙醇主要基于拉动农业、保护环境、实现能源替代等国家战略考量,本文将主要介绍生物燃料乙醇对于碳减排的贡献。

美国政府制定可再生燃料标准,推广燃料乙醇

美国是全球最大的燃料乙醇生产国和消费国。为了保护环境及保障能源安全,美国于上世纪80年代开始大力发展燃料乙醇。为了保证乙醇消费增长,美国国会根据《2005年能源政策法案(Energy Policy Act of 2005)》及《2007年能源独立及安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)》制定了可再生燃料标准(Renewable Fuel Standard,RFS)。标准规定了美国每年需要使用的燃料乙醇量,并根据每家炼油厂在上一年度的炼油量,将这些乙醇使用量作为指标分配。

按照目前的可再生燃料标准(RFS II,RFS的修订版本)规定,生物燃料的全生命周期温室气体排放必须比可替代的化石燃料排放至少低20%,才能被称为可再生燃料。标准以法律形式,确定了生物燃料乙醇的全生命周期排放必须远低于其替代的化石能源,并保证每年有相应的生物燃料乙醇被切实添加至汽油中并使用。

玉米乙醇温室气体排放全生命周期碳减排分析

相较于使用以汽油、柴油为代表的非可再生能源,使用以玉米乙醇为代表的可再生生物燃料乙醇可大幅减少燃料全生命周期的温室气体排放。其最基本原因是种植玉米等农产品的过程中,农作物吸收了大量二氧化碳,农作物被制成乙醇后,其燃烧所排放的二氧化碳大致相当于被吸收的二氧化碳,达到了碳排放平衡,实现了碳中和。

美国农业部曾于2018年8月8日发布过相关报告“玉米乙醇的温室气体效益-评估最新的证据(The greenhouse gas benefits of corn ethanol-assessing recent evidence)”。该报告根据美国多年来使用生物燃料乙醇的数据,从多个维度,如土地用途改变、农场运营、燃料生产等,对美国使用燃料乙醇对温室气体排放的影响进行分析,结论是目前美国玉米基生物燃料乙醇全生命周期的温室气体排放比使用等热值汽油的温室气体排放减少39%,而来自使用天然气为动力的燃料乙醇工厂的燃料乙醇温室气体排放比等热值汽油减少43%。据目前美国燃料乙醇厂的减排措施和发展趋势,美国玉米基乙醇温室气体减排有望在未来几年达到47%—70%。

该报告将众多因素纳入考量,比如土地用途改变包括:将土地从其他用途转为玉米生产的直接相关排放,因农民将更多现有农田用于种植玉米导致非玉米作物产量下降,开发新农田对这些作物进行补充所产生的间接排放等;燃料和原料运输包括:生产乙醇过程中使用的化石能源排放;副产品贡献包括:生产乙醇的副产品干玉米酒糟(DDGS)作为动物用高蛋白饲料替代了部分玉米及其他农作物从而减少农田使用等。

基于目前的玉米乙醇排放概况,美国农业部设定了2022年的两个预计排放情景。第一个被称为常规场景(Business as usual, BAU),预测目前的趋势将一直持续到2022年:一是每公顷玉米单产(每年增产125.7千克/公顷);二是精炼厂用天然气替代煤作为工艺燃料;三是提高重型柴油卡车的燃油效率。BAU方案反映了在精炼厂没有采取措施减少排放的情况下,预计2022年玉米乙醇的温室气体排放的改善情况。第二个预测是高效高节能场景(High efficiency-high conservation, HEHC),它在BAU场景的基础上增加了精炼厂可能采取的一些行动,以降低玉米乙醇的温室气体强度。这些措施包括与农场协定用低排放方式种植玉米(减少耕作、覆土作物和养料管理),改用可持续生产的生物质作为工艺燃料,并在精炼厂附近开展密闭式禽畜饲养业务等。

根据以上数据,不论是在BAU场景,还是在HEHC场景,使用玉米乙醇的排放都远少于使用乙醇所取代的汽油带来的排放。

前不久,第三方评估机构应国家能源局委托对中国燃料乙醇试点情况进行了评估。评估结果显示,我国在论证是否使用乙醇汽油时确定的提升农业经济、合理利用人畜不可食用粮食、替代能源、保护环境等目标均已实现,效果显著。我国燃料乙醇生产技术在近十多年的发展过程中已基本达到世界先进水平,下一步推广计划安全可行。进一步在全国范围内使用燃料乙醇,对优化我国能源结构、改善大气环境质量、减少机动车尾气排放和促进经济社会可持续发展具有重大意义。

可见,生物燃料乙醇可有效减少全生命周期碳排放,将会帮助我国早日实现《巴黎协定》中做出的减排承诺,为低碳绿色事业贡献力量。


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