从十幅图表，初步了解生物燃料

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文件编号：A531/0567

刊发时间：2025年5月21日

从十幅图表，初步了解生物燃料

乙醇和生物柴油为主的生物燃料，用于道路和航空领域替代石油减少排放，2024年全球消费约2亿吨，未来发展面临用水及与粮竞争等问题。

王能全

环境问题，催生并正在大力推动能源转型，以乙醇、生物柴油为代表的生物燃料在全球范围获得了长足的发展。依据《今日科技》（Sci-Tech Today）网站和法国石油研究院（IFPEN）等机构的数据及资料，通过十幅图表，以道路交通和航空领域为重点，本文将简要介绍当前世界范围生物燃料的生产、消费和存在的问题，以及至2030年的预测。

生物燃料的基本概念

生物燃料，已成为全球寻求清洁能源和减少温室气体排放的重要力量，其中包括乙醇、生物柴油和其他生物衍生等燃料，这些燃料在运输、工业和其他部门取代化石能源方面至关重要。

生物燃料，biofuel，泛指由生物质组成或萃取的固体、液体或气体燃料，可以替代由石油制取的汽油和柴油，又被称为可再生燃料、生物能源等。所谓的生物质，是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，即一切有生命的可以生长的有机物质，包括植物、动物和微生物，不同于石油、煤炭、核能等传统燃料，这些新兴的燃料是可再生的。最著名和使用最广的生物资料，主要包括以下三大类型：

乙醇，Ethanol，是最为著名、也是使用量最大的生物燃料，可以由各种植物材料制成，统称为“生物质”。乙醇与汽油混合，可以提高辛烷值，减少一氧化碳和其他烟雾的排放。国际上，最常见的乙醇汽油，为E10（10%乙醇，90%汽油）和E15（15%乙醇，85%汽油），用于大多数传统的汽油动力汽车。

生物柴油，Biodiesel，另一种使用广泛的生物燃料，是一种由可再生资源生产的液体燃料，如新的和用过的植物油、动物脂肪等，是石油基柴油的清洁燃烧替代品。生物柴油无毒且可生物降解，是通过将柴油与植物油、动物脂肪或回收的食用油脂混合而制成的。生物柴油可以与石油柴油以任何百分比混合，包括B100（纯生物柴油），最常见的混合物B20（含有20%生物柴油和80%石油柴油的混合物）。目前，在美国等国家和欧洲地区，非农业原料越来越多地用于生产生物柴油。

可持续航空燃料，Sustainable Aviation Fuel，SAF，是指由可再生资源或废弃物制成且通过适航审定和可持续认证的航空燃料，其能量密度、体积密度与传统航空煤油基本一致，可与现有航空器和民航基础设施良好兼容,且可通过原料种植与收集阶段的碳捕获与封存实现全生命周期内的低碳排放，是典型的新能源。

2023年世界生物燃料的生产概况

2023年，世界生产的生物燃料约为每天96万桶油当量，而2000年仅为1.2万桶/天。生物燃料产量迅速增加的主要原因，是世界各国促进生物燃料生产和消费的政策，主要是由于需要改善最重要部门的能源供应、安全和减排。

众所周知的是，与化石燃料相比，生物燃料对环境的危害更小，因为它们带来的负面影响更小，它们还吸纳了原本不会被利用的废料。此外，生物燃料产量的迅速增加，还受到有关国家承担的国际义务、可持续发展、燃料质量和保护主义等因素的影响。

生物燃料产业正在蓬勃发展，就产量和收入而言，最大的贡献者是乙醇。2023年，全球乙醇的市场价值约为800亿美元，生物柴油超过250亿美元。

2019年至2025年，亚洲生物燃料生产迅速扩大，其中中国和印度的产量将分别以每年15.3%和11.8%的速度增长。相反，预计美国的生物燃料产量增长将非常低，同一期间的年增长率不到2%。

为了实现可持续发展情景中对全球能源和排放减少的预期，世界生物燃料生产需要大幅度增加。例如，从2019年到2030年，印度的生物燃料产量预计将增长近22%，才能实现上述可持续发展情景目标。这一增长率非常重要，因为它将使印度在减少排放和向清洁能源迈进的全球努力中发挥重要的作用。

生物燃料在道路运输中的应用

运输行业，主要使用乙醇和生物柴油。2023年，全球道路运输的能源消耗总量略高于22亿吨油当量，比上一年增长3.2%，而2019年为21.7亿吨油当量，这意味着全球道路燃料消费量用了4年的时间超过了新冠疫情前的水平。

以石油为基础的汽油和柴油燃料的替代能源（生物燃料、液化石油气、天然气汽车和电力）份额，2023年也上升了3.2%，占道路用能源消耗总量的9%以上，近2亿吨油当量，为有史以来的最高水平。在这些替代燃料中，生物燃料占1.07亿吨油当量，即占这些替代燃料53%以上的市场份额，占所有燃料消耗的4.8%。

2023年，道路用汽油和柴油中生物燃料的添加率达到5.6%（2022年为5%），这是由于液体燃料总体需求的增长和生物燃料消费量的两位数增长（2022年至2023年期间增长了14%），是自2010年以来的首次。

在2023年可供消费的道路运输用生物燃料中，生物乙醇或燃料乙醇（汽油的主要替代品）年增长率为8%，而石油基汽油的需求增长率为3.2%。2023年，全球乙醇消费量达到5670万吨油当量。

替代柴油的生物燃料，又回到了疫情前高速增长的趋势，增长了近22%，全球消费量达到创纪录的5000万吨油当量。从技术角度来看，生物柴油市场的这一势头很大程度上是由对加氢处理植物油（Hydrotreated Vegetable Oil，HVO）需求的增长所驱动，预计2022年至2023年之间增长了50%。此外，人们对脂肪酸甲酯（Fatty Acid Methyl Ester，FAME）重新产生了兴趣，其增长率接近14%（相比之下，2021年至2022年仅增长0.7%）。

分地区看，世界各地生物燃料在道路燃料中的掺入率都有所上升，比例因地区而异，拉丁美洲的比例最高（按能耗总量计算超过11%），主要要归功于巴西的乙醇市场，仅巴西的乙醇市场就达到了接近40%的汽油掺入率。北美和欧洲大陆紧随其后，分别为10.4%和5.7%。亚洲，这一比例每年都在上升，2023年将达到了2.7%。

在欧盟，新冠疫情之后，2021年至2022年期间，液体生物燃料的消费量急剧上升了13%，2023年液体生物燃料的消费量几乎稳定在1700万吨油当量左右（整个欧洲大陆为1900万吨油当量）。

在南美，新冠疫情前的增长势头似乎再次加快，消费量与2019年持平（近2300万吨油当量），尤其是在巴西。

2022年至2023年，北美和亚洲的消费量增长最为强劲（分别为4400万吨油当量、增长了15%以上和1800万吨油当量、增长了21%以上）。

自生物燃料市场出现以来，乙醇一直是世界各地使用的汽油燃料的主要替代品。在全球范围内，2022年至2023年其消费量增长了8%。美国仍然是最大的生产国，其次是巴西，仅这两个国家就占全球市场的82%。不过，亚太地区的产量增长率最高，超过17%，其中印度、中国和泰国占亚洲市场的94%，印度在2023年的增长尤为强劲（增长了27%）。在欧洲，燃料乙醇的需求持续增长，主要受SP95-E10和超级乙醇E85的推动，尤其是在法国。法国和德国，目前消耗了欧盟50%以上的燃料乙醇。波兰、爱尔兰和奥地利，最近开始使用E10，而西班牙、比利时和荷兰使用生物乙醇的数量也有所增加，这主要是由于汽油库存的增加。为了应对这一需求，欧洲生物乙醇的产量和进口数量，在2023年分别上升了3%和12%。

目前，两种主要的生物燃料被纳入道路用柴油的燃料范畴：脂肪酸甲酯和加氢处理植物油，它们是含有脂肪酸的生物质资源，主要来源于油籽作物（油菜籽、棕榈、大豆等）或用过的食用油或动物脂肪。在欧盟，脂肪酸甲酯在柴油中的掺入量限制为最大10%，而加氢处理植物油在混合物中的掺入量没有限制。作为最年轻但增长强劲的行业，加氢处理植物油在2023年占全球生物柴油消费量的27%（2022年为22%）。

与世界其他地区不同的是，欧盟的大多数汽车使用柴油，从而使得生物柴油市场在欧盟占据主导的地位。不过，自2022年以来，亚太地区已成为世界领先的生物柴油生产国，并在2023年（2270万吨油当量）确立了其领导地位。此外，2023年，北美的生物柴油总消费量首次与欧洲（1500万吨油当量）持平，这使得美国成为世界领先的加氢处理植物油生产国和消费国（分别为700万吨和800万吨油当量），占全球市场的60%以上。

在欧盟决定终止对棕榈油制成的生物燃料的支持，以及美国生物燃料市场重新定位之后，亚洲棕榈生物柴油生产商重新调整了市场方向。印尼启动了一项雄心勃勃的能源安全计划，目标是到2025年实现23%的可再生能源，包括在当地推出B353。印尼是世界领先的脂肪酸甲酯生产国（1190万吨油当量），占总产量的26%以上，占总消费量的23%。巴西是世界第二大脂肪酸甲酯生产国（660万吨油当量），2022年至2023年间增长了近20%。

从出口方面看，中国是世界上最大的脂肪酸甲酯出口国，特别是已经食用过的废食用油甲酯，而新加坡则是世界上最大的加氢处理植物油出口国。目前，加氢处理植物油的价格平均约为每吨2000美元，是脂肪酸甲酯的约1.7倍。

可持续航空燃料的应用

2023年，全球可持续航空燃料的产量为50万吨，是2022年的两倍，预计2024年这一数字将再次翻一番（100万吨）。目前，由于空中交通的增加以及政府对技术开发、产品使用的加速支持，可持续航空燃料市场的大头位于北美地区。

2023年，美国合计消费了7.55万吨可持续航空燃料（上一年为4.8万吨），其中3.6万吨来自进口。2024年的年度评估显示，美国可持续航空燃料的使用量将增加4倍，达到近31.4万吨的水平。根据“可持续航空燃料挑战”计划，美国政府设定了到2030年生产900万吨可持续航空燃料的目标，相当于全美机场所有煤油供应量的10%。

同一时期，欧盟的“重新赋能欧盟航空”（ReFuel EU Aviation）倡议，要求在欧洲机场供应的煤油中加入6%的可持续航空燃料，即约300万吨。2050年，欧盟的目标应该是70%的可持续航空燃料掺入率。从2025年起，欧洲航空安全局将负责监测和报告欧盟可持续航空燃料市场的年度变动情况。

在巴西，2027年将开始使用可持续航空燃料，目标是将该国航空业二氧化碳的排放量减少1%，并在2037年前减少10%。在亚太地区，日本于2022年提出立法，要求到2030年，可持续航空燃料占航空燃料的10%。同期，中国民航局也设定了增加可持续航空燃料使用和降低温室气体排放强度的目标。根据最新的公告，2030年，中国可持续航空燃料的产能可能达到140万吨。

可持续航空燃料的价格，是影响其使用的决定性因素，因为燃料成本目前约占航空公司飞机运营成本的30%。2023年，传统煤油的价格平均约为每吨900美元。随着可持续航空燃料市场的出现，新加坡、美国和欧洲首次记录了HEFA-SPK（加氢酯和脂肪酸煤油，生物航煤）报价，2021年约为2500美元/吨，2022年在3000美元/吨至3500美元/吨之间，2023年回落到3000美元/吨以下。因此，可持续航空燃料的较高成本是一个主要问题，需要通过公共政策激励，并通过研发进行技术改进来加以解决。

根据国际航空运输协会2024年发布的“净零排放路线图”，从现在到2050年，每年需要生产约4亿吨可持续航空燃料，才能将排放量减少65%，剩余的35%将通过开发新的飞机技术（电力和氢气）（占排放量的13%）、开发新的基础设施和运营以提高能源效率（3%），以及补偿系统和二氧化碳捕获解决方案（19%）来减少。

2030年世界生物燃料消费的预测

为了缓解全球变暖的影响，包括生物燃料在内的可再生能源，正被世界各地的各级政府，通过各种政策机制和激励措施加以推广。利用可再生有机资源，生产生物燃料对能源系统的可持续发展至关重要。生物燃料运输市场，主要由乙醇、生物柴油等液体生物燃料所主导，它们与化石燃料在运输方式上协调一致。随着航空公司致力于减排，诸如航空业越来越多地采用生物航空燃料，也推动了市场的增长。展望未来，生产技术和配套制度的改进，也将推动市场的发展。

2024年，全球生物燃料的使用量预计将达到2.037亿吨，比上一年增加近600万吨。因为环境问题和能源转型，生物燃料市场，包括乙醇和生物柴油在内将在未来显著地增长。2030年，乙醇和生物柴油等生物燃料的年消费量预计将接近2.24亿吨。世界范围内供应的大部分生物燃料仍将是乙醇，2030年燃料乙醇的供应量将增加到1.49亿吨左右，与2022年相比供应量将增加2000多万吨，大豆生物柴油的供应量只将是乙醇产量的一半左右。

随着生物燃料工业的不断发展，预计2030年，全球生物燃料产业的价值将达到2800亿美元，这将是通过技术变革专注于降低生产成本和提高生产效率的结果，

分地区看，美国是使用生物燃料最多的国家。2023年，美国消耗的生物燃料总量达到7212万吨，其中一半以上是乙醇。乙醇是美国最常见的生物燃料，主要用于汽油的车辆。2030年，美国最有可能仍将保持主导地位，预计生物燃料需求为7700万吨，占全球总需求的很大一部分，这将支持生物燃料在美国能源结构中越来越多的渗透，特别是在生物燃料被视为化石替代品的活动中。

不过，如今欧盟的许多国家雄心勃勃地推动生物柴油的发展，生物柴油是一种液态的生物燃料，比煤油相对便宜。在欧盟，生物柴油的消耗量高于乙醇，这显示出市场缺口和从传统柴油发动机燃料转向生物柴油的驱动结果。

生物燃料发展面临的挑战

生物燃料和粮食生产等不同的农产品，生产过程中都有不同的水足迹。与其他生物燃料相比，用大豆生产生物柴油的用水量最高。生产一升生物柴油需要消耗超过11000升的水，这是所有生物燃料中最高的，而从甜菜中提取一升生物乙醇只需要近1200升的水。不过，生产一公斤牛肉的用水量，超过15400升，它比生物燃料消耗的水更高。

尽管人们对生物燃料的兴趣越来越大，但它们也有自己的问题，其中大部分与土地使用和粮食竞争有关。种植生物燃料作物的资源，可能会侵占专门用于粮食作物的资源，这就提出了粮食供应问题和可能的生态后果。出于这一原因，科研人员已经开始关注先进的生物燃料，这种生物燃料利用的生产系统依赖于不作为食物消耗的废物和植物材料，这一转变将降低农业对生物燃料生产的依赖程度，特别是对粮食作物的依赖，从而使生物燃料比化石燃料更加便宜。根据生物燃料统计的数据，这一发展更具可持续性，因为这些先进的生物燃料预计将在未来五年内以每年12%的速度增长。

生物燃料在全球能源转型努力中的重要性日益增加，这既是由于所涉财政方面的问题，也是由于环境方面的考虑。不过，这一行业必须克服可持续性方面的挑战，才能在不损害对可再生能源日益增长需求的前提下，保持在这一上升趋势中的地位以及影响力。

需要特别说明的是，本文中所使用数据主要来源有两个，一是《今日科技》网站援引的“生物燃料统计”（Biofuels Statistics），另一个是法国石油研究院。可能是两个机构的统计口径和数据来源等方面的原因，相关统计数据存在较大的差异，不能进行比较和对比，特提醒予以注意。