生物柴油概况
生物柴油是一种通过萃取植物油脂、动物油以及废弃油脂或微生物油脂与甲醇或乙醇经酯转化而成的脂肪酸甲酯或乙酯,通常用作燃料的清洁能源。其具有较好的环保性能、发动机启动性能和燃料性能,且其原料来源广泛,具有可再生等特性。素有“绿色柴油”之称,其性能与普通柴油非常相似,是优质的石化燃料替代品。
1、生物柴油分类:根据制备方法与最终产品进行划分,生物柴油可以划分为三大品类:
①酯基生物柴油(FAME):第一代生物柴油,狭义上的生物柴油(Biodiesel)。具体是指的是把通过酯交换法生产, 将动植物油脂、地沟油等原料中的脂肪酸甘油三脂与小分子醇(多为甲醇)发生酯交换反应,生成相应的脂肪酸甲脂后,再经分离甘油、水洗、干燥等适当处理后而获得的生物柴油。第一代柴油技术成熟,是目前国内外生物柴油主要品种。一代生物柴油酯交换法根据其反应特点可分为酸或碱催化法、生物酶法和超临界法等,其中酸或碱催化法目前使用较为普遍。从理化性质来看,第一代生物柴油存在着低温流动性较差、不宜长期储存等缺点,因此第一代生物柴油需要与柴油进行掺混使用,掺混比例通常在2%-20%。
②烃基生物柴油(HVO):第二代生物柴油,也称可再生柴油(RenewableDiesel)。在一代基础上进行了加氢脱氧处理和异构化处理,被称为氢化衍生可再生柴油(Hydrogenation Derived Renewable Diesel),或氢化植物油(HydrogenatedVegetable Oil,HVO)。具有与柴油相似的黏度和发热值、密度较低、十六烷值较高、含硫量较低、稳定性好、符合清洁燃料的发展方向。相比一代生物柴油,二代柴油可按照任何比例与普通柴油进行掺混,经过加工后甚至可替代传统航空煤油。目前二代生物柴油在美国、欧洲发展较快,根据REN21发布的《2020全球可再生能源报告》,2019年欧洲及美国的二代生物柴油全球占比分别为44.6%和38.5%。
③可持续航空燃料(SAF):一种将生物制造的绿色航油与传统燃油按一定比例混合的新兴航空燃料,其二氧化碳排放量相较于传统航空燃料能够减少80%。第三代柴油是未来主要发展方向,欧洲地区发展较快。在第二代生物柴油氢化技术和异构化技术的基础上,逐渐发展出第三代生物柴油。第三代生物柴油与前两者的主要区别在于,该类燃料主要采用高纤维含量的非油脂类生物质和微生物油脂作为原料。该类原料制备的生物柴油被欧洲认定具有更高的碳减排效应,但提取和分离难度较大,生产成本较高,目前全球占比不足2%。随着生产技术的进步以及欧洲对于更高碳减排政策推动,未来第三代生物柴油规模有望快速增长。
2、生物柴油原料:
生物柴油可选择的原料呈现多样化、供给多元化的特点。在原料选取上,“生产成本低”与“可规模化生产”是生物柴油的原料应满足基本要求,当前生物柴油的生产原料主要分为植物油、动物油脂、废弃食用油以及微生物油脂四大油类.
各类油脂原料之间互有优缺。所生产的生物柴油产品在减排效应上也有很大的差异,其中由废弃食用油(UCO)生产的废弃食用油甲酯(UCOME)的碳减排效应最为明显,因此UCO又被誉为“减碳明星”。在供应结构上,全球目前则已形成以植物油为主,以废弃食用油、动物油脂为辅,以微生物油脂为新拓展方向的多元供应结构。
3、生物柴油优缺点:对比生物柴油与化石柴油的理化特性,生物柴油具有以下优点:
首先具有优良的环保特性。与石化柴油相比,生物柴油中几乎不含硫,所以柴油机在使用时硫化物排放极低;尾气中颗粒物含量及CO排放量分别约为石化柴油的20%、10%,排放指标可满足欧Ⅱ和欧Ⅲ排放标准。其次具有良好的润滑性能。生物柴油黏度大于石化柴油,可降低喷油泵、发动机缸体和连杆的磨损率,延长其使用寿命。最后良好的安全性能。生物柴油闪点远高于石化柴油,运输、储存更加安全;另外其可降解性好,不会污染环境、危害人体健康。
4、生物柴油用途:
根据联合国统计司(UNDA)的统计,生物柴油应用领域中作为燃料用途占比98.5%,其他领域仅占1.5%。在燃料领域,一般将生物柴油掺混入化石柴油中制成混合柴油。混合柴油与化石柴油相比,在燃烧过程中降低对污染气体的排放,同时由于在燃料性质方面相近,因此无需对原用的柴油引擎、加油设备、储存设备和保养设备进行改动,降低了生物柴油的推广门槛。在掺混比例上,世界上率先推广使用生物柴油的国家根据自身的环保要求及生物柴油制备水平,规定了不同的掺混比例。
02
全球生物柴油概要
来自于EIA最新数据显示,2019年全球生物柴油产量4085万吨,同比增长5.59%,全球生物柴油的年化增幅已经从高增长向稳增长过度。相比之下,全球生物柴油消费在2019年为3554万吨,同比下降3.8%,2019年产出剩余较为明显,造成如此局面,主要是由于当年原油价格偏低,生物柴油价格优势并不明显。
2020年以后,随着绿色能源再度兴起,全球生物柴油的产量和消费量将有明显的增加,尤其是国际原油价格高涨之后,生物柴油主要生产国均加大了生产产能。根据油世界数据显示,2020年度全球生物柴油产量为4645万吨,预估2021年全球生物柴油产量或将增加至4856万吨,同比增加4.5%。
生物柴油生产国大多是油脂油料的主要生产国,这些国家启动生物柴油项目,一方面是由于20世纪初期油脂油料过剩,通过生物柴油生产来消化过剩的库存。由于生产生物柴油大多是需要政府提供较大的补贴才能实现,因此生物柴油生产国生物柴油的生产更多是政府倡导的产业。另一方面,随着世界环境的逐步恶化,各国纷纷加强环境保护,减少化石能源的开采、使用,尽量降低碳排放,加大力度提倡生物柴油的生产。欧盟是全球最大的生物柴油产区,占全球生物柴油产量的30%,其次是美国、印度尼西亚、巴西,占比分别是18%、15%、12%。生物柴油的主产区同样也是主消区。生物柴油消费地区主要集中在欧盟、北美、南美、东南亚等地区。欧盟是最早提倡清洁能源的地区,因此该地区生物柴油的消费量也是全球最大的地区。欧盟生物柴油消费量占比全球总消费量的47%,由于欧盟生物柴油产不足需,因此欧盟也会进口大量的生物柴油补充供给。南美地区主要包括巴西、阿根廷、哥伦比亚、秘鲁等国和东南亚地区主要在印度尼西亚、马来西亚、泰国等,南美和东南亚地区各占比18%,北美地区主要包括美国、加拿大,占比幅度在16%。
生物柴油贸易流向,大部分生物柴油生产国以满足国内供给为主。从近年来产消数据来看,印尼、阿根廷等国处于国内消费为主,出口为辅的产业格局。而美国、巴西则以自产自销为主,处于供需平衡的状态。欧盟等国如德国、法国由于生物柴油供不应求,则出现产量和进口双高的局面。
从原料结构来看,棕榈油是生柴消费的主力,2021年大概1750万吨左右用于生柴消费,占比全球产量23%,印尼和欧盟是主力。其次是豆油,大概1300万吨用于生柴消费,占比全球产量22%,美国和巴西似乎主力。第三是菜油,大概650万吨用于生柴消费,占比全球产量23%,欧盟是主力军。2018年至2022年,豆油与棕油生柴用量比重已累计增长21%,尤其是豆油,近年年均增长率达到5%左右。
2020年以来,随着国际原油价格高涨,生柴需求在全球植物油总需求占比不断攀升。随着各国对于生柴政策的变化,植物油生物柴油需求市场有着较大的增长潜力。市场预期随着各国生物柴油政策的推进,国际油脂供需或发生结构性变化。