巴西保持世界燃料乙醇生产和使用的领先地位,消费量达1073万吨/年,汽油将继续调合高达22%~24%乙醇。在巴西,90%的乙醇都用作燃料。巴西有近400万辆以乙醇为燃料的汽车,乙醇的消费量已占到全国汽车燃料消费量的43%。
乙醇用作燃料的历史始于汽车诞生之日。早在1908年,当第一辆福特Model T汽车从装配线下线时,就用乙醇作为其发动机的燃料,此时石油工业才刚刚开始。后来,汽油开始用作燃料并发现其价格低廉。与此同时在在世界各地发现了新的石油储量。在数百万年前,微小的水生植物和动物在高温高压和多层沉积物的复盖下,形成了液态物,人们称之为石油,它是碳氢化合物的混合物。炼油厂把这些混合物分馏为各种油品,如汽油、柴油、液化石油气、残渣燃料油和其他产品。在依赖石油的世界中,巴西作为主要的乙醇生产和使用国,具有特别的意义。
1 生物燃料乙醇
从1923年起,巴西就将乙醇混入汽油中,其混入比例约为5%~40%不等。1975年以来,用作燃料的乙醇耗量迅速增长,当时联邦政府又颁发了旨在降低石油进口的“Proalcool”计划,有关厂商因而受到鼓舞,扩大了甘蔗生产,并建设新的酿酒厂,生产用作生物燃料的乙醇。
在过去30年里,巴西的甘蔗产量从1975年的9100×104t增长至2007年的49100×104t,2007年的甘蔗产量相当于5.89×108bbl一次能源产量。这些甘蔗是由7万名农民在600×104μm2土地上种植出来的,耕地面积约为巴西全部耕地面积的2.7%。自“Proalcool”计划实施以来,联邦政府已经节约了用于进口原油(包括关税)的外汇约1500亿美元。
巴西燃料销售网共有3万多个加油站为2600×104辆在汽油中混入22%~26%乙醇的汽车和540×104辆用纯乙醇或含不同比例乙醇(可变燃料技术)的汽车加油。与此同时,汽车业推出了可变燃料汽车,它们可使用纯乙醇、汽油或两者以任何比例掺混的燃油。这些可变燃料汽车在巴西非常流行,销量达200×104辆,占2007年汽车总销量的86%。这种流行趋势的出现有以下3个理由:首先是汽油价高,消费者要寻求廉价的能源,而乙醇价格仅为汽油的60%;其次,可变燃料汽车使消费者可更灵活地选用燃油品种,从而少受市场价格变化的影响;再次,选用纯乙醇或乙醇-汽油混合物作燃油可使有关从业人员(包括甘蔗地里的农民)获得环境和社会效益。2004年以来,可变燃料车辆销售成为巴西汽车业的主要增长点。
继最初的可变燃料汽车所采取的对策成功之后,2005年汽车业又推出了三种燃料(汽油、乙醇和天然气)汽车。而且,又开发了基于乙醇的燃料电池新项目,与此同时,巴西政府推出了“生物柴油”计划,为乙醇和植物油开辟了新市场,第一年就可节约柴油80×104m3。
乙醇用作燃料时,对环境的主要好处是可减少二氧化碳、重金属和其他有毒污染物的排放,这一点对一些大城市(如圣保罗和里约热内卢等)尤为重要。乙醇是一种清洁燃料,其生产过程几乎完全是可持续的,因为含碳气体通过甘蔗循环,不会按与汽油或柴油相同的比例把化石CO2释放到大气中。由于乙醇厂采用了可持续的生产工艺。它具备充分的潜在条件可获得“京都议定书”规定的碳信用。产生的甘蔗渣可燃烧产生蒸汽,为蒸馏和发电供给能量。产自糖厂的糖浆以水稀释或与甘蔗汁混合后送往发酵,而蒸馏釜的残留物可送至甘蔗地里用作肥料,以减少钾肥用量和进口量。
目前,巴西是全球第二大乙醇生产国,在甘蔗地和酿酒厂等相关产业中的从业人员在百万人以上。1975年以来乙醇的年产量由56×1O0m3猛增至2007年的2200×104m3。巴西现有酿酒厂343家,但产量集中在中南和西北地区。预计到2009年,还将新建一批酿洒厂,每家年生产能力可达到100×104~200×104t。而且,很多酿酒厂正在增加其乙醇生产能力,以满足国内需求和出口到那些正在寻求替代燃料以减少石油对其经济和环境影响的国家。
3 酿酒厂如何应对市场波动而生存下来
在“Proalcool”计划实施期间,生产商面临了乙醇价格由1980年的700美元/m3降至1999年的200美元/m3以下。除乙醇-汽油混合燃料外,联邦政府废除了对乙醇市场的干预,价格放开。在巴西,糖和乙醇的价格产生了双重的影响。许多糖厂设有酿酒装置,当国际市场的糖价较生产乙醇更可获利时,就将有更多的甘蔗用于糖的生产,仅将糖浆送往发酵生产乙醇。这些厂商根据糖和乙醇的市场价格采用这种机制来组织其生产。
在1975~2007年的30多年里,甘蔗送往制糖的比例为26.5%~86.3%,2007年,此比例约为45%。
在乙醇市场出现危机时,为了应对价格低廉和市场波动,科技工作者开发出新的技术,并转让给酿酒厂,在危机期间帮助他们生存下来。在甘蔗种植方面的新技术有:培植甘蔗新品种、改良土壤、使用肥料、控制虫害、采用新的收割系统等,这些措施使甘蔗的单产由1977年的53t/hm2提高至2008年的95t/hm2。同时,甘蔗的含糖量由9.5%增至14%,甘蔗原料的糖提取率由88%提高至95%~98%。
此外,Fermentec公司和圣保罗大学等科研部门联合对甘蔗汁和糖浆的乙醇发酵作出了重大贡献,其研究成果有:
①提高发酵收率的工艺条件;
②从工业环境中选择酵母菌种(yeast strains);