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星期二, 10月 19, 2021
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随着生物燃料行业的发展,技术、原料赢家仍有待宣布

在市场发展的这一点上,生物燃料将成为运输和石化行业发展的重要因素似乎是毋庸置疑的,但这个空间仍在不断变化,赢家和输家尚未公布。

可持续航空燃料 (SAF) 等材料为减少航空等难以脱碳部门的二氧化碳 (CO2) 足迹提供了一些最可行的途径,而生物石脑油等材料对石化部门以及运输。

各国政府在能源、生产和经济增长方面转变方向以实现政策制定者为未来几十年设定的净零目标的时间有限。

推动生物燃料更广泛部署的一个因素可能是其与其他减排技术相比相对成熟,特别是对于重工业而言,大约一半的创新可能有助于实现这些目标,目前尚不存在或尚未实现。根据国际能源署 (IEA) 的说法,处于开发阶段。

许多生物燃料生产技术更加成熟,一些原料如废食用油已经建立了国际贸易网络,来自中国、阿根廷和巴西的材料流入欧洲。

技术的选择,就像生物燃料的选择一样,很可能是成功的重要决定因素。某些形式(例如 SAF 和生物柴油)可以使用从异构化到热解的多种技术合成,而其他形式(例如生物汽油)目前的技术选择范围要有限得多。

该行业仍受政策驱动,尽管消费者对替代燃料运输的兴趣正在增长,而且这种平衡可能会在未来十年发生变化。

短期来看,该领域的动力还取决于政府目标,这意味着在大流行期间失去了一些动力。

需求和增长

根据国际能源署的数据,2020 年生物燃料需求同比下降 8% 至 1500 亿升,其中巴西和美国的乙醇产量收缩最为显着。然而,这略低于汽油和柴油消耗量的总体下降近 9%。

冠状病毒大流行使政府更加关注比运输部门改革更紧迫的问题,印度尼西亚和马来西亚暂时推迟了生物柴油混合任务,泰国无限期推迟了其乙醇混合任务。

该机构补充说,预计产量至少在今年将恢复到 2019 年的水平,但反弹将是不均衡的,生物柴油和氢化植物油 (HVO) 燃料强劲回升,但美国和巴西的乙醇行业仍然低迷。

其中一个因素是乙醇和生物柴油由于混合限制而受到总需求(仍然低迷)的限制,而 HVO 是化石柴油的替代品。

安迅思全球精炼团队高级分析师迈克尔康诺利表示,HVO 可能是生物燃料变得更加主流的重要推动力。

“我认为市场的重大变化是 HVO,因为迄今为止所有这些其他燃料都受到可以进入成品的混合百分比的限制,而 HVO 可以是 100% 的产品。因此,这为生物燃料的扩张开辟了空间,”他说。

“结合所有法规/激励措施,我们看到令人鼓舞的生物燃料确实推动了市场的巨大变化。然后你会得到副产品,比如石油化工公司将要收购的生物石脑油和液化石油气,”他补充道。

缩放

决定获胜技术的一个关键问题是哪些原料可以最好地扩展到成熟规模的市场条件。

虽然传统石油和天然气行业的特点是几乎无穷无尽的资源池,但持续的发现和开发仍然是关键的技术挑战。

生物燃料市场目前正在增长,越来越多的闲置或无利可图的炼油厂正在改造以生产更多的材料,但这些新产能需要补充。

道达尔位于法国拉梅德的工厂每年生产多达 500,000 吨生物燃料,使用动物脂肪、用过的食用油和植物油。

该公司的 Grandpuits 炼油厂预计将生产高达 170,000 吨/年的 SAF、120,000 吨/年的可再生柴油和 50,000 吨/年的塑料生物石脑油,同样基于使用过的烹饪油和植物油。

由于这些原料本身通常是来自服务部门、粮食生产或农业的副产品,因此它们取决于消费者需求、产量和天气等因素。

冠状病毒大流行导致餐厅需求急剧下降,这意味着该行业的废油变得更难找到。

Connolly 表示,该领域的参与者主要通过提前锁定供应合同来解决这个问题。

“目前有一个很大的原料市场,但它将变得原料有限,所以你看到的是所有加入市场的参与者都已经有了原料安排。他们正在与生产用过的食用油的公司或生产植物油或动物脂肪的农业公司达成协议,以确保原料供应,”他补充道。

随着该行业为满足预期需求而继续扩张,采购足够的原料并成功对冲波动性(与传统燃料相比,该行业的供应方面可能仍然更具内在性)将成为更大的挑战。然而,这有望通过创新和全球供应链的日益成熟而得到缓解。

可再生/生物柴油

可再生柴油和生物柴油是运输燃料,它们在许多关键方面可能有所不同,从用于生产它们的化学过程、采用的技术到与传统燃料混合的复杂性。

它们在独立工厂中生产,其中包括自己的专用加氢处理设备,并生产生物柴油,随后可以与炼油厂或协同处理设施中的常规柴油混合。协同处理厂利用现有传统炼油厂的加氢处理能力,生产单一的混合柴油输出。这降低了加氢厂的资本成本,但也降低了炼油厂石油基柴油的产量。

市场驱动因素

生产成本主要由原料成本决定。与酯交换相比,氢化有可能实现更大的原料灵活性和更低的生产成本。更便宜的原料包括粗棕榈油 (CPO)、棕榈脂肪酸馏出物 (PFAD) 或富含游离脂肪酸的动物脂肪 (FFA)。

在成熟度方面,加氢处于示范阶段。需要改进的关键发展领域包括对加氢催化剂的理解。未来几代生物燃料,例如由藻类生产的油,正处于应用研究和开发阶段,需要大量开发才能具有竞争力。

经济学

欧洲的化石炼油厂正面临产能过剩和流动性问题,限制了工厂的盈利能力。转换为生物精炼厂允许将现有基础设施用于新的收入来源。加氢需要与炼油厂整合,以避免建造专门的制氢装置。

可再生能源或生物柴油的部署取决于石油公司和炼油厂的利益。对于加氢,由于与加氢催化剂降解相关的潜在技术风险,一直保持沉默。

生物喷射

今天的大多数生物精炼厂都以可再生柴油生产为导向,以公路运输为目标。尽管如此,许多现有的生物精炼厂和计划中的项目有能力生产 SAF 和可再生柴油的混合物。随着对 SAF 需求的增长,受监管支持以及行业脱碳愿望的推动,生产商可能会优化其设施以提高 SAF 产量。

迄今为止,ASTM International 已批准七种替代喷气燃料(见表 1)与常规化石喷气燃料混合使用,在其标准 D7655 下达到一定限度。

这些经批准的喷气燃料的生产途径可以大致分为 i) 油到喷气燃料;ii) 酒精喷射;iii) 气体喷射;iv) 糖到喷射。

油喷

HEFA 途径在技术上已经成熟并且已经在商业规模上使用。根据 ICIS 供需数据库,它目前是主要的生产途径,占现有和计划的 SAF 产能的 80% 以上。主要生产商包括 Neste 和 World Energy。如今,这种转化途径的主要原料是废脂肪、油和油脂 (FOG),例如用过的食用油 (UCO)。其他合适的原料包括植物油和藻油。该工艺涉及加氢处理、加氢异构化和加氢裂化,这与传统炼油厂用于处理原油的精炼工艺基本相同。

催化水热解 (CH),也称为水热液化,将植物油或藻油转化为生物原油,然后可以像传统原油一样进行加氢处理,以生产包括汽油、柴油和喷气燃料在内的插入式燃料。CH 技术尚不成熟,尚待商业规模部署。2020 年,Euglena Co 启动了“首创”5 桶/天的示范装置,使用 CH 工艺生产可再生柴油和 SAF。

酒精喷射

  • 酒精喷射合成石蜡煤油 (ATJ-SPK)

醇通过三步过程转化为碳氢化合物——即脱水、低聚和氢化。目前,只有由乙醇和丁醇生产的航空燃料才能获得 ASTM International 的批准。虽然酒精可以来自任何来源,但为了可持续,它们应该是基于废物的或来自非食物/饲料来源。因此,该过程中使用的原料包括木质纤维素生物质(例如农业和林业残留物,以及专门种植的能源作物)、城市和工业废物流以及来自钢厂或其他重工业的工业烟气。

酒精到喷射的生产途径处于商业化的早期阶段。该技术的领先企业之一是 LanzaTech,该公司于 2020 年 6 月成立了一家新公司 LanzaJet,获得了包括 Suncor、三井、全日空、英国航空公司和壳牌在内的多个投资者的捐助,以将其酒精-喷射工艺商业化。它计划于 2022 年在美国乔治亚州启动一个年产 15,000 吨 SAF 的示范工厂。另一个关键参与者 Gevo 计划在美国南达科他州建设 100,000 吨/年的 SAF,预计投产2024 年开始。

气体喷射

  • 费托合成石蜡煤油 (FT-SPK)
  • 含芳烃的 FT-SPK (FT-SPK/A)

生物质气化产生合成气,合成气是氢气、一氧化碳和二氧化碳的混合物。然后合成气通过费托 (FT) 合成过程形成液态碳氢化合物,包括喷气燃料。该过程中使用的原料包括城市固体废物、农业废物和林业残留物、木材和能源作物。

生物质气化仍处于商业化的早期阶段,尽管 FT 合成是一项成熟的技术,并已被部署数十年以从煤和天然气生产液体燃料。到 2025 年,仅计划启动约 700,000 吨/年的 SAF 产能。主要生产商包括 Fulcrum BioEnergy 和 Velocys。

也可以使用二氧化碳作为原料生产合成气。该过程涉及使用可再生电力进行电解并将氢与碳结合。二氧化碳可以来自工业工厂、可持续生物质(生物能源碳捕获和储存)或直接空气捕获。该路线也被称为动力到液体,这是一项仍在开发中的资本密集型技术。与其他途径相比,该途径的明显优势在于,如果从环境空气中捕获二氧化碳,则可能拥有无限的原料。

糖到喷射

  • 加氢处理发酵糖合成异链烷烃 (HFS-SIP)

糖经过微生物催化发酵转化为法呢烯,然后进行氢化以生产法呢烷,这是一种喷气燃料混合原料。该途径的部署是有限的。在巴西布罗塔斯只有一家商业工厂,年产能为 40,000 吨法呢烯。美国工业生物科学公司 Amyris 于 2013 年启动了该工厂,但在 2017 年出售给荷兰专业公司 DSM。为了实现更好的可持续性,糖应该来自木质纤维素生物质,而不是甘蔗等可食用作物。

生物液化石油气

BioLPG,也称为生物丙烷和可再生丙烷,是可再生柴油 (HVO) 生产过程的副产品。据 SHV Energy 称,每生产一吨 HVO,就会产生 50 公斤的生物液化石油气。生物液化石油气在化学上与液化石油气相同,但碳足迹较低,这意味着它可以用作替代燃料。

它比传统液化石油气贵,但新燃料和传统燃料之间的差距并不像其他生物基替代品那样大。

生产、市场驱动因素

材料是通过氢解生产的,作为生物柴油生产中的副产品,通常来自植物油和废渣的混合物。

最近在英国颁发的可再生运输燃料证书 (RTFC) 以及其他政府采取类似措施的市场预期是市场增长的重要推动力,尽管目前该空间仍然相对小众。

液化石油气与可再生二甲醚 (DME) 混合是减少碳足迹的另一种选择。可再生二甲醚由多种原料制成,例如纸浆和造纸厂的废料、林产品、农业残留物、粪便和城市垃圾。

目前,欧洲绝大多数是生物液化石油气的最大生产商和市场,其次是北美,预计在不久的将来这种现状几乎不会改变。

它可以由甲醇脱水或合成气生产。正在探索与可再生二甲醚混合的液化石油气作为柴油和汽油的清洁替代品。

生物石脑油/生物汽油

生物石脑油是在通过加氢处理、协同处理或气化/FT 工艺生产可再生柴油和 SAF 的过程中共同生产的。它基本上是化石石脑油的相同替代品,因此可用作生产汽油的原料或用于蒸汽裂化(乙烯/丙烯生产)和苯、甲苯、二甲苯 (BTX) 生产的石化原料。

生物石脑油也是热化学生物途径的副产品,例如脂质氢化(生产可再生柴油,HVO),通过碳氢化合物的分解和/或重建/重新配置来转化生物质。生物石脑油的可用性取决于基础热化学过程的可用性。

作为汽油原料的生物石脑油是传统汽油的低二氧化碳替代品。然而,它仍然需要在精炼厂中进一步加工并与其他成分混合以制成成品规格产品。生物石脑油除木质原料外,还通过加氢处理的脂肪和油生产,包括粗妥尔油,它是一种主要来源于软木的天然木材提取物。

作为石化产品的原料,它代表了通往更加循环经济的理想基石,因为它可以立即减少生产可再生石化产品的原料。如果该产品最终可以与成品塑料的回收结合使用,那么对环境的影响就只是化石生产的一小部分。

全球产量估计低于 500,000 吨/年,自 2012 年以来,Neste 从其新加坡炼油厂生产生物石脑油,而芬欧汇川和世界能源也是领先的营销商。然而,大量新的可再生柴油和喷气燃料项目可能会为市场带来更多的产品,未来五年供应量可能增加两倍,尽管这仍然不到全球的 1%根据 ICIS 供需数据库,石脑油市场。

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