IEA 中国能源体系碳中和路线图 ~ P5：生物燃料

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全文链接：An energy sector roadmap to carbon neutrality in China_Chinese (windows.net)
部分摘录：
低排放燃料（主要形式是生物燃料）目前在中国终端能源需求中的比重不足 1%。 在承诺目标情景中，这一比例将在 2030 年超过 1%，2060 年增加到 9%。液体生物燃料在 2030 年和 2060 年将分别满足 2%和 9%的交通运输能源需求，而 2020 年仅为 1%；氢基燃料到 2060 年将满足交通运输能源需求的四分之一左右。低碳燃气（生 物甲烷和氢气）目前几乎没用使用，但 2060 年将满足管网供气需求的 15%。中国将会成为全球低碳气体生产大国：到 2060 年，中国的氢气产量将占全球的 30%以 上，生物甲烷产量达到全球的30%。2060年，低碳氢和氢基燃料在中国终端能源用量中的比重共计将接近10%。驱动氢能需求的主要是工业，它在2060年消纳的氢能将占氢能总产量的 40%。


2020 年，中国现代生物能源的一次供给（不包括传统的烹饪用途生物质）中，约有7%是液体生物燃料，主要用于公路交通运输；还有24%是气体生物燃料（以沼气为主），其中绝大部分用于居民烹饪；其余的生物质则直接燃烧用于供热或发电。 气体和液体生物燃料的生产和使用有相当大的增长潜力，不过，需要发展原料收集和运输系统，以确保可靠、充足的供给，从而支持在大规模生产中可以使用更多种生物质投入的先进技术，特别是不与粮食作物直接竞争土地的技术。
中国的沼气生产领先世界，2020 年的产量占全球总产量的近一半，主要是通过对牲畜粪便、作物残渣和城市固体生物废弃物（MSW）等原料进行厌氧消化来生产的。 2018 年世界上 70%的家用生物发酵罐都在中国。少量的沼气也用于热电联产厂，服务于区域供热和电网。相比之下，生物甲烷的供给量一直很低。2019 年，发改委设定了目标：2030 年生物甲烷产量达到 300 亿立方米（略高于 1 艾焦），主要用于取代农村的煤炭；但由于存在技术困难（将沼气升级为生物甲烷并将其掺入天然气通过国家燃气管网配 送），目前的产量只达到了目标的 1%。
通过内燃机（一种模块化技术，部分负 荷的效率较高）发电技术，沼气将开始大规模用于发电，以提高电力系统的灵活 性。注入燃气管网的生物甲烷将从 2020 年的几乎零起点增加到 2030 年占燃气供给总量的近 3%，2060 年占 15%。这将使管网配送的燃气的排放强度降低同等比例。 产生于厌氧消化的粪便和城市固体生物废弃物的沼气，如果升级成为生物甲烷， 还可以避免原本会有的甲烷排放。然而，类似于天然气，必须尽量降低生物甲烷在整个供给链中的逃逸排放，才能确保气候效益最大化。


承诺目标情景中，从现在到 2060 年，中国将利用可收集的牲畜粪便、城市固体生物废弃物、作物残渣和少量城市污水淤泥，为沼气生产提供原料。尽管粪便和作物残渣主要来自四川、河南、山东和黑龙江等少数几个省，但生物质原料在这些 省内的分布比较分散，因此，要想利用这些原料制造沼气和生物甲烷，将需要新建连接到燃气管网的管道.
中国制造生物乙醇的原料是玉米原料。由 FAME 生产的生物柴油产量较小，仅占中国柴油用量的 0.2%。由 HEFA 生产的可再生柴油，虽然在中国柴油总量中的比重比生物柴油还要低，但却占到了全球产量的 3%。FAME 生物柴油和 HEFA 可再生柴油的原料都是地沟油（UCO）。
2016-2020 年“十三五”期间，液体生物燃料的用量远低于目标值，原因有以下几项。玉米库存迅速下降、玉米价格不断上涨，以及乙醇生产能力不足，都阻碍了生物乙醇的生产；因此，政府放宽了全国性的 E10 混合燃料规定（要求 10%的汽油混合燃料），以省市级规定取而代之。生物柴油（主要以餐馆地沟油为原料生产）与生物乙醇不同的是，它并没有得到政策支持（只有上海有 B5 的混合规定），仍然过于昂贵，无法与传统柴油竞争。大量的 FAME 生物柴油、HEFA 和地沟油出口到需求强劲的欧洲。
类似于气体生物燃料，承诺目标情景中液体生物燃料的生产将迅速扩大，主要由 2030 年后的先进技术驱动。取代柴油、航空煤油、汽油和液化石油气的普适性替 代品的生产技术路线包括：费托工艺生物质气化（费托生物燃料），以及纤维素 乙醇（使用作物和木材残渣等纤维素原料生产）。液体生物燃料的总产量将从 2020 年的 5.4 万桶/天（112 拍焦）上升到 2030 年的 24 万桶/天（500 拍焦），进 一步上升到 2060 年的 123 万桶/天（2600 拍焦），先进燃料的比重将从 2020 年的 不到 6%跃升至 2060 年的近 100%。
液体燃料在航运中的份额将不断扩大。2040 年后，随着低碳氨的产量增加并用于船舶燃料，液体生物燃料将越来越多地用于航空领域。2060 年，中国将成为继美国之后的第二大生物煤油生产国，生物煤油将满足国内 40%的航空燃料需求。 从现在到 2030 年，HEFA 生物煤油将会有生产规模扩大的近期机遇，而用纤维素乙醇生产费托生物燃料、可再生醇基航空燃料（ATJ）等新兴技术路线，将在2040年后迎来风口。
以纤维素原料生产生物燃料的技术正处于示范期，中国的几家示范工厂 2020 年的纤维素乙醇总产能达到 1.2 亿升。中国也在试验使用木薯、甜高粱等先进能源作物。这些作物可以在边缘土地上种植，并能提供多样化的产品组合。例如，甜高粱杆可以为乙醇发酵提供糖分，谷粒可以提供高粱粉供人食用，而茎渣则可用作动物饲料。 在某些生物燃料生产路线中，如纤维素乙醇、可再生醇基航空燃料、费托生物燃 料、沼气升级等，可以以相对较低的成本将生物燃料的生产与 CCUS 相结合。这是因为这些生产路线在过程中释放的二氧化碳流非常纯净。承诺目标情景下，CCUS 生物燃料在 2060 年可以移除 1.3 亿吨二氧化碳，将能够抵消交通运输和工业部门的剩余排放。
未来有多少土地和水可以用于种植生物燃料生产所需的生物质？这个问题的答案非常不确定，部分原因是尚不清楚需要多少土地来种植粮食作物。此外，将木质生物质原料转化为生物燃料的技术（生物质气化或纤维素发酵）目前仍处于示范阶段，这类技术需要在未来十年内全面商业化，才能在碳中和能源转型中发挥作用。
生物质供给可能最终受到以下因素的限制：可用于种植能源作物的边缘土地有限， 农业废弃物和残渣的收集率有限，或者生物燃料转化技术未实现商业部署。在这种情况下，未来生物燃料的产量将低于承诺目标情景中预测的产量。这样就将更需要低碳氢，以及用氢气和捕获的二氧化碳生产低碳合成燃料，特别是在预测期的后半段，将需要合成煤油来弥补生物煤油的供给短缺。假设先进生物柴油和生物煤油的产量比承诺目标情景中设想的水平低 50%，那么 2060 年中国的合成柴油和合成煤油将需要提高三倍（增加1100拍焦）。如果合成燃料所需的1200万吨氢气来自电解， 那么电解产能将需要增加 13%（95 吉瓦），相应地，将需要 2115 太瓦时的电力来驱动这些额外的电解器。同样，如果生产上述额外的合成燃料所消耗的二氧化碳是通过直接空气捕捉（DAC）提供的，那么在 2060 年还需要多捕获 9000 万吨二氧化碳。


此外，还需要在西部省份建设更多的直接空气捕捉工厂，因为那里有中国最好的太阳能和风能资源，以及大部分潜在的二氧化碳封存能力，这样才能补偿由于生物能碳捕捉与封存（BECCS）生产的生物燃料不足而带来的负排放损失。如果这些生物燃料的负排放有一半是由于液体生物燃料减产而损失的，那么大约 5000 万吨的二氧化碳缺口就需要由直接空气捕捉和封存来填补，这意味着 2060 年直接空气捕捉的总体部署将要比承诺目标情景中预测的水平高出 80%。

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