燃料乙醇 —— “双碳”路径上的生物助推器
自2020年我国提出碳达峰碳中和（以下简称“双碳“）目标以来，交通行业的减排问题受到了各方的重点关注。根据相关研究测算结果，我国现阶段交通部门二氧化碳排放量约占全国总排放量的15%，为了实现我国碳排放达峰目标，预计需要在基准情境下实现超过30亿吨的二氧化碳减排，其中交通行业作为重要的能源应用行业，面临着严峻的减排压力。
图1：我国碳达峰路径[1]
燃料乙醇发展的政策背景
燃料乙醇作为一种可再生生物质能源产品，是我国交通领域中生物质能重要的应用方式之一，同时也是交通行业重要的达峰手段之一。2021年5月26日，生态环境部举行例行发布会通报，自2021年7月1日起，我国全面实施重型柴油车国六排放标准，标志着我国汽车标准进入国六时代。根据相关政策要求，2023年7月1日，所有车辆执行国六b阶段排放标准。轻型车在一氧化碳、总烃、非甲烷总烃、氮氧化物、颗粒物排放限值上加严了30%-50%左右，重型车国六氮氧化物和颗粒物限值分别减低77%和67%。国六标准的严格程度堪称史无前例，这是我国真正意义上的对标欧盟、美国，将我国的汽车排放标准提到了国际一线之列，这与我国的低碳发展总体方针也有着密不可分的关系。
在新时代的“双碳“政策背景下，2021年10月24日，中共中央，国务院《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》第五点，加快构建清洁低碳安全高效能源体系中第十二项强调，大力发展风能、太阳能、生物质能、海洋能、地热能等，不断提高非化石能源消费比重。合理利用生物质能。
2021年10月26日，国务院关于印发《2030年前碳达峰行动方案》的通知中，重点任务第五项，交通运输绿色低碳行动中明确指出，要推动运输工具装备低碳转型。积极扩大电力、氢能、天然气、先进生物液体燃料等新能源、清洁能源在交通运输领域应用。
因此，随着国六新标准与“双碳“政策的提出，将引领交通行业进行更深入的绿色低碳化转型。“十四五”期间我国生物质能源将迎来快速发展新阶段，燃料乙醇的产业市场规模也将达到一个新的高度。
燃料乙醇的技术现状
目前燃料乙醇技术已逐步由一代燃料乙醇向二代纤维素燃料乙醇转化。纤维素燃料乙醇以生物质纤维素作为原料，但是也存在收集、运输和储存成本高昂以及未成熟的商业模式等问题，同时还亟需解决须处理工艺和设备、降低水解半纤维和纤维素酶制剂成本、高效率转化的酵母菌种、污水处理技术等工艺技术问题。迄今为止，各国均在成立相关的试点示范项目，我国包括国投生物在内的头部燃料乙醇制造企业也已做出了自身的尝试，例如国投先进生物质燃料(海伦)有限公司的年产3万吨纤维素燃料乙醇示范项目，项目示意图如图2、图3，目前已进入装置调试阶段，这是国内最早开工建设的纤维素燃料乙醇示范项目之一，也是对于我国燃料乙醇未来发展的代表性示范项目。
图2：纤维素乙醇示范项目示意图
图3：国投海伦纤维素乙醇项目
燃料乙醇的性能优势
我国自2001年开始，便开始了燃料乙醇的试点工作，乙醇汽油相比于标准汽油含氧量更高，能够燃烧均匀，燃烧热效率较高。根据车用汽油国家标准中规定检测车用汽油抗爆性的方法，采用研究法辛烷值测试法（GB/T 5487-1995）和马达法辛烷值测试法（GB/T 503-1995)，乙醇的研究法辛烷值相比于标准汽油（95左右）较高，为105左右[2]，因此乙醇汽油相比于标准汽油能够提升车辆抵抗震爆能力，避免引擎效率降低。同时，我国燃料乙醇主要制备原料来源于生物质，属于可再生能源，产品中不含硫，因此乙醇汽油可以降低成品油中的硫含量，减少脱硫成本。
除了自身性能优势外，通过燃料乙醇还能实现对汽车排气系统中的排气污染物的控制，包括交通运输部公路科学研究院等机构和高校在内的大量研究表明[3]，燃料乙醇加入汽车的燃油系统中，能够降低燃油消耗率和排放物中的总碳氢（THC）、非甲烷碳氢化合物（NMHC）、一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）、颗粒物（PM）、苯系物[4]等排气污染物。
同样，依据相关研究显示，对于非常规大气污染物，如对甲苯、丙烷、乙烯、１，３⁃丁二烯等，在缸内直喷（GDI）、气口喷射（PFI）,或双喷射系统即 GDI＋PFI 模式下，E10相比于未添加燃料乙醇的E0汽油，能够较为显著的降低其排放[5]。
燃料乙醇显著的二氧化碳（CO2）减排效果
燃料乙醇除了对于排气污染物的控制效果外，在“双碳“目标的新形势下，其最显著的优势在于其对于CO2的减排效果，通过综合燃料乙醇生产环节以及乙醇汽油消费环节的边界分析，参照纤维素燃料乙醇测算数据，对比添加燃料乙醇汽油和使用传统汽油的不同排放水平，分析计算得到减排结果，如图4所示。
图4：纤维素燃料乙醇减排效果示意图
结果表明，纤维素燃料乙醇对比传统汽油而言，减排效果明显。
燃料乙醇——“双碳“目标的助推器
事实证明，燃料乙醇，特别是纤维素燃料乙醇的减排效果十分明显，对于我国交通领域的减排意义重大。现阶段燃料乙醇由于市场普及度、原料价格限制等因素并未得到全面发展，同时我国实现电气化进程仍然需要较长的时间，传统燃油车仍占据市场的主要空间，燃油车存量预计在2040年达到峰值。随着“双碳”目标的提出，通过掺烧燃料乙醇进行减排成为了未来交通行业的极具潜力的发展方向，能够有效缓解燃油车未来的发展限制，帮助企业实现电气化转型的“软着陆”发展，预计燃料乙醇在未来二十年间都将担当起我国交通行业减排的重要角色。
我国燃料乙醇生产企业目前主要以国投集团、中粮集团为代表性的央企为主。以国投集团为例，一直以来持续布局燃料乙醇产业，积极探索先进生物液体燃料的发展方向，国投生物海伦公司率先开展我国纤维素燃料乙醇的试点示范项目，具有里程碑意义，迈进了由农业废弃物等非粮原料构建的可再生绿色能源之路。同时能够拉动投资，促进农民富裕富足，推动农村振兴。纤维素燃料乙醇项目的开展，一方面证明了国投集团在先进生物液体燃料领域的沉淀与积累，能够不断突破自我，实现技术创新，作为我国燃料乙醇行业的头部企业起到带头示范作用，积极助推我国燃料乙醇行业的发展与进步。另一方面，也证明了国投集团对于利用燃料乙醇技术助力我国“双碳“目标实现的决心，不论是现有的燃料乙醇，或者正在逐步推进的纤维素燃料乙醇，其减排成果都能够全面助力我国交通行业早日实现达峰目标，彰显了国投集团身为央企的社会担当与责任。
图5：国投生物助力实现双碳目标
文献参考：
[1] 柴麒敏，傅莎，温新元。中国实施国家自主贡献的路径研究，2018.
[2] 程艳,蒋晶.乙醇燃料燃烧特性及其推广应用探析.石油化工应用,2019,38(12):1-3.
[3] 交通运输部公路科学研究院 《乙醇汽油对汽车污染物排放影响的研究》.
[4] 苏会波,林海龙,李凡,靖苏铜,王伟.乙醇汽油对减少机动车污染排放的机理研究与分析[J].环境工程学报,2015,0(2):823-829.
[5] 瞿国凡,姚春德,吴涛阳,王辉,李壮壮,闫俊杰.乙醇汽油与普通汽油非常规污染物排放特性对比研究[J].环境科学学报,2020,40(1):111-118.