17 行业报告 | 能源 从大石油到大海藻？ 探索12种突破性新型 运输燃料 梅莉莎 斯塔克 在寻求能源安全、减少二氧化碳排放、创造绿色就业机会的推动 下，低碳能源解决方案的商业潜力初露头角。未来的运输燃料应当是可 收割、可发酵、可生成的而不是从地下抽出来的。 17 18 展望杂志2010年第2期 早在1925年接受纽约时报采访时，亨利福特 就乐观地预测说，未来的运输燃料将来源于“苹果、 杂草、锯末几乎任何东西”。 75年过去了，地球上的陆、海、空交通工具主要 还是以石油为燃料。尽管美国禁酒令时期对雏形中的 酒精燃料产业产生了重大影响，推迟了福特预言的实 现，不过，鉴于目前变化无常的石油价格，对环境的 担忧，以及绿色产业的巨大就业潜力，可再生运输燃 料再一次唤起了人们的兴趣。 运输燃料每年的消耗占到全球石油消耗量的一 半，其产生的温室气体也占到全部温室气体总量的 30%。它对世界能源与环境保护造成的挑战仅次于发电 站。意识到这一问题后，埃森哲对12种突破性的、在 未来5年很可能替代现有主要碳氢化合物燃料、并能减 少温室气体排放的运输燃料进行了研究。 任何突破性燃料至少需要符合以下标准中的两 项：可以规模化应用，也就是说，到2030年至少可以 满足全球运输燃料需求的20%；比所替代的碳氢化合物 燃料少排放30%以上的温室气体；与每桶价格在45至90 美元的石油相比，成本上更具竞争力；在五年内可以 实现商业化推广。 这12种技术中有4种属于进化型，它们主要着眼 于提高现有的资产和资源的利用效率。另外5种我们认 为是革命型，因为它们生产的生物燃料可以利用现有 的石油产品配送基础设施。剩下的3种集中于电动化领 域，也是真正改变游戏规则的推手：它们完全颠覆了 液化燃料的模式。 本文参考了科技发展,拭目以待：运输燃料的突破性技术（埃森哲版权所有，2009年）。 行业报告 | 能源 19 这四种技术属于进化型技术， 可以提高现有资产和资源的使用效 率。虽然能否实现商业化推广还存在 疑问，但它们绝不会让你后悔，因为 它们能极大地减少二氧化碳的排放， 并能帮助实现能源独立。 1，下一代内燃机。虽然人们早 在19世纪就发明了内燃机(ICE)，但它 在性能方面仍然有很大的提升空间。 考虑到温室气体排放与燃料经济之间 的关系，投资开发先进内燃机技术以 提高能源利用率，如研究下一代直喷 式汽油机，有望对温室气体的排放产 生深远影响。 更值得一提的是，通过改进内 燃机提高每加仑行驶的英里数，实现 二氧化碳减排和能源安全，该方案与 电动车相比，实现时间更短，成本更 低。下一代内燃机完全满足突破性燃 料技术的四个标准：能实现规模化生 产，可以大幅减少温室气体的排放； 成本效益高；在未来的五年内很可能 实现商业化。 2，新型农业。新型农业同样符 合突破性燃料技术的四个标准，可 以显著提高农作物产量、进而为生 物燃料制造商提供足够的成本空间， 与现有化石燃料展开价格竞争。可规 模化、能减少温室气体排放、比石油 更具价格优势的新型农业技术已经进 入商业化推广阶段。此外，美国的谷 物产量接近全球平均水平的两倍，在 进化型 下一代内燃机，新型农业，废物变宝，海洋净化器 低产量市场上应用最基本的农艺学原 理，都很有可能带来巨大的收益。 尽管新型农业仍然处于雏形阶 段，但在转基因作物的支持下，通过 使作物获得所需的性状，提高农作物 产量，降低收获与处理成本，从而有 望在将来得到大规模的发展。同时， 通过对加工流程进行创新，新型农业 可以在增产的同时，减少水和能量的 损耗。 对于纤维质原料来说，商业化 的最大挑战在于分解作物的处理工艺 成本较高。降低成本的空间可以来自 于对整个系统进行优化，包括从原料 到生产的各个过程中。最早投入使用 的纤维加工厂会瞄准玉米纤维和玉米 穗等原料，因为它们可以利用第一代 基础设施。 以位于南达科塔州苏族瀑布市 的POET世界最大的乙醇生产公司 为例，这家公司计划在2011年启动一 个名为LIBERTY的项目首个规模 化生产的纤维质乙醇工厂。通过将纤 维质乙醇生产加入到现有乙醇制造 工艺，POET预计每蒲式耳作物能多产 生11%的乙醇，每英亩作物能多产生 27%的乙醇，而且工厂自身用电也能 依靠生物能源解决。 3，废弃物转油。变废为宝技 术用废弃物生产运输燃料 还处于实验室试验或者商业化试点阶 20 展望杂志2010年第2期 段。目前有很多合适的废物资源，包 括城市固体废物，农林废物，用过的 油脂和工业废气等。在垃圾填埋地稀 缺的北欧，废物到燃料工艺最终将成 为重要的能源来源。 但这一领域的发展还需要法律 和财政的支持。如果废弃物加工行 业最终达到一定规模，那将同时解 决两大问题：一方面提供低成本， 低碳的可再生能源，另一方面也能 在一定程度上解决垃圾填埋地匮乏 的问题。 然而，由于减少和回收废物的 理念逐渐深入人心，加之将少量分散 的废物集中起来处理颇有难度，“变 废为宝”实现规模化的前景还不够明 （下接第22页） 行业报告 | 能源 2121 新型运输燃料：创造公共与商业价值 未来的运输燃料市场将充斥着新老各种参与者，包 括能源、化工、农业、制药业、电子消费行业的企业， 也包括政府、公共事业单位和电池制造商。突破性运输 能源的发展趋势将促使政府和行业管理者针对这个不断 变化的新领域，重新审视其公共价值与商业价值战略。 虽然参于者将面临的挑战不尽相同，但埃森哲已找 到各个行业实现卓越绩效所需的几个关键能力： 确定科学家和工程师的领导地位。科学家和工程 师需要处于领导地位，因为相关投资和政策的讨论需要 参与者拥有足够的科学素养，了解部署战略所面临的挑 战。要想取得商业化成功，公司必须向监管机构和公众 提供基于事实的解释，并坦诚地解决各种技术性的问 题。从技术角度看，成功的企业必须要以强大的研发和 技术集成能力作为后盾。 建立灵活的伙伴关系和商业模式。跨行业合作有 助于走向成功。在我们所调查的100多家公司中，我们发 现绝大多数公司为了强化和完善自身能力都使用了多种 商业模式，而在商业化逐步影响市场运作的今天，企业 最终会找到适合自己的模式。 保持与政府部门和政策决策者的沟通。行业政策 法规会随着新技术的出现不断改变，政策制定者将权衡 所有技术做出决策，将成功实现商业化的解决方案纳入 其中。 发展明确的基准假设和积极的市场追踪。当今的 技术发展日新月异，每天都有新技术面世，企业与政府 要清楚新信息是如何影响技术、市场战略以及监管立场 的。埃森哲研发了一种分析方法，可以对各种改良推动 力进行分析，并通过绘制具有前瞻性的S曲线图来说明市 场和成本的发展走向。 有效执行。公司需要具备优秀的项目管理能力和 成功优化供应链的能力。由于这些技术的每公里成本将 继续与汽油和柴油竞争，所以运营利润的最大化可以帮 助公司确保其长期盈利能力。 积极的风险管理。生物燃料和电动化都存在一定 的风险。对于生物燃料来说，政府的行政命令可以保证 一定的需求量，但由于生物燃料供给能力和成本缺乏透 明度，导致需求与原料供应能力的相关性非常薄弱。发 展新的原料则更是难上加难，因为不存在确定新原料价 格的市场。而在电动化市场，需求本身就不明朗。在这 三种情况下，企业都必须找到其他利益相关者共同承担 和管理风险。 确保长期和灵活的资本。即使是那些有望在五年 内实现商业化的技术，完成规模扩张所需的实际时间都 有可能长于期望值。而对于那些要超过五年才能实现商 业化的技术，企业必须意识到它们也许会长期处于试用 阶段，并据此做好周密安排。 制定以具体市场为导向的战略。对新型运输燃料 的投资可能会受到各地本地市场情况和资源的影响。为 了提高市场成功率，公司应该充分了解和利用世界各地 为投资所创造的积极成果。 从石油到电网或到农场的转变可能会比许多公司想 象中的都要快它将完全搅乱运输燃料行业的现有格 局。因此，政府和行业成员需要积极参与，为多样化新 能源世界里的这场复杂游戏做好准备。 22 展望杂志2010年第2期 朗。不过，“变废为宝”的技术至少 符合突破性技术四大标准中的三个： 它有助于减少温室气体的排放；经济 效益上可行；也有公司计划在五年内 将其商业化。 不妨以新西兰的Lanzatech NZ公 司为例。该公司拥有气体发酵技术， 这种技术可以将工业废气或“合成气 体”（一氧化碳与碳氢化合物的混合 体）转化为乙醇。公司预计2013年能 够将该技术全面投入市场。 4，海洋净化器。国际海洋组 织同意将船舰的硫氧化物的排放量 从现在的4.5%削减为在2020年的 0.5%。而海洋净化器技术船上 废气脱硫系统则能为炼油厂省 下为了生产低硫燃油而升级炼油厂 所需的巨额投资。 虽然海洋净化器技术在技术上 是切实可行的，一些公司在试验性项 目中也已取得了成功，但是投资方目 前还处在观望姿态。海洋净化技术可 以形成规模，对温室气体的减排也有 积极作用，且企业无需进一步精炼高 硫燃油就能达到排放标准，并在2011 年也可以实现商业化。不过它的成本 依然是个难题。 “可替代燃料”能像碳氢化合 物那样供能，甚至优于碳氢化合物， 其革命性价值体现在它还可以利用 现有的燃料配送基础设施。燃料要想 具有可替代性，就必须与碳氢化合物 同等或更好地供能，并且还可以使用 相同的配送管道、运输工具等资产。 一旦得到完善，它们将能突破生物燃 料配送所受的限制，使生产商能迅速 扩大产能。甘蔗柴油、丁醇、生物原 油、藻类和航空生物燃料等就属于可 替代燃料。这些燃料能有效地减少温 室气体的排放。 1、合成生物技术：甘蔗柴油。 由于柴油在一些关键领域，如交通、 建筑、海洋、农业等领域扮演着至关 重要的角色，从而使得为柴油寻找一 种切实可行的、低成本、且能量内涵 丰富的替代性生物燃料，成为一项关 键而艰巨的任务。合成生物技术 利用工程学原理设计出的新型生物系 统和有机物近来为蔗糖转柴油铺 平了道路。 目前，拥有这项技术的公司已 经研究出了一种微生物，它可将甘 蔗转换成超净柴油。甘蔗和传统的生 物柴油原料，如棕榈，大豆，油菜籽 等相比，具有更大的成本和可用性优 势，如果甘蔗柴油燃料能达到甘蔗乙 醇燃料的经济效益水平，那么它将有 革命型 生产可替代燃料 行业报告 | 能源 （上接第20页） 23 巨大的商业潜力。 使用合成生物技术将甘蔗转换 成柴油已经具有一定的商业可行性， 同时，蔗糖柴油技术也符合突破性 技术的四个标准：可规模化、对温室 气体减排的积极影响（排放量减少 88%）、低成本（初始商业化种植成 本预计在每桶45到75美元之间）及市 场化时间（计划在2011年上市）。 这个领域的先驱是位于加利福 利亚州的Amyris生物技术公司，它是 一家生产可再生产品的企业。Amyris 研究出了一种可以改变酵母菌等微 生物代谢过程的流程，建立了可生 产具有明确应用价值的工业用分子 的活“工厂”。其产品之一就是可 24 展望杂志2010年第2期 再生柴油，它的能量密度是乙醇的 两倍，并且和传统的柴油燃料相 比，它的燃烧过程非常洁净，产生 的微粒极少。 2、丁醇。合成丁醇是一种四碳 醇，它比乙醇这样的二碳醇燃料的能 量内涵更高。它提供的能量与汽油类 似，且具有更高的辛烷值，对水也不 像乙醇那样敏感。正是这最后一点使 通过现有石油管道和设施来运输合成 丁醇成为可能，此外还能将它与汽油 以更高的比率进行混合：这是乙醇所 做不到的。 过去，发酵过程中产生的有毒 物质，以及较低的产量等问题阻碍 了丁醇的生产。但是现在，一些企业 开发出的微生物、生物催化剂以及 相关的生产流程可以有效解决这些问 题。合成丁醇符合突破性技术的四个 标准：可规模化；能减少80%的温室 气体排放；每桶目标成本为50到60美 元；到2014年可实现商业化。 Butamax先进生物燃料公司是英 国石油和杜邦公司的合资公司。成立 该公司就是为了合力开发和营销丁 醇，并