自20世紀中期以來，石油成為世界上最重要的能源物資。但當前世界石油供應比較充裕的狀況難以持久，新發現的石油儲量越來越少，產量也日漸減少。近年來，中東局勢動蕩，尤其是日漸減少的石油資源和日益增加的開采費用，使得石油價格持續攀升，給世界經濟的發展投下濃重的陰影，從而使以可再生物質生產代用能源成為大勢所趨。汽車尾氣對環境的污染日益嚴重，環境的惡化是人類共同面對的一大難題。添加10%的燃料乙醇，可以減少汽車尾氣CO排放量的30%，烴類排放量的40%，同時減少CO2和氮氧化合物的排放。
世界各國對可再生能源的發展給予了高度重視，競相開發。美國、巴西走在世界前列，該兩國燃料乙醇產量占產量世界的69%。我國從20世紀80年代起即考慮用可再生物質生產能源產品以應對能源危機，國內第一套以玉米為原料生產乙烯/環氧乙烷聯合裝置在1985年正式立項，1992年開工建設。
1 國外燃料乙醇生產使用概況
1.1 美國
1.1.1 燃料乙醇生產使用量
目前，美國燃料乙醇生產量約占世界產量的33%。近年來生產使用情況及預測如表1所示。

表1 近年來美國燃料乙醇生產使用情況及預測
根據美國能源部公布的資料可以看出，近年來美國燃料乙醇的生產與使用獲得迅猛發展：年產量突破10億加侖用了10年時間（1984～1993年），突破20億加侖也用了10年時間（1993～2002年），而由20億至30億加侖僅僅用了2年時間（2002～2004年）。
根據美國能源部的計劃，到2025年可再生物質生產的生物燃料將代替從中東進口的石油的75%，到2030年將用生物燃料代替現在汽油使用量的30%，屆時將需要燃料乙醇600億加侖，即約1.8億t。
1.1.2 美國燃料乙醇生產原料及工藝
美國的燃料乙醇生產，主要以玉米為原料，90%以上的燃料乙醇生產企業將廠建在玉米帶上。生產工藝主要是全粒法（干法）階梯式連續發酵。1995年時美國44個燃料乙醇生產廠只有11個采用濕法工藝。20世紀50年代后新建企業幾乎全部采用干法工藝，主要原因是建設期短，投資較少（許多工廠是由當地農民和其他資本投資建設的），并且其副產物干酒槽顆粒飼料（DDGS）也是當地養牛業所需的全價飼料。
為了進一步提高綜合經濟效益，美國有企業用溶劑將DDGS中所含油脂萃取出來，進一步制成生物柴油和甘油，也有企業將初餾塔釜底液進一步處理后，經復合纖維素酶酶解其中的纖維和半纖維素，分離后殘渣加工成蛋白飼料，酶解液進一步發酶制醋酸。醋酸可直接銷售，也可與乙醇生成醋酸乙酯，再氫解為乙醇，在這一系列反應中，葡萄糖將全部轉化為乙醇，而無CO2析出，因此原料利用率大為提高。據報道，由于DDGS等副產物收益較好，沖抵后美國燃料乙醇的生產成本約為0.4~0.5美元/升。
1.2 巴西
目前，巴西燃料乙醇的生產量約占全球產量的36%，約為1265萬t。國內使用1226萬t，占全國非柴油車用燃料的40%左右。年出口約40萬t左右。巴西是目前世界上惟一不供應純汽油的國家，也是世界上最早推廣使用燃料乙醇的國家，20世紀70年代即進行燃料乙醇生產與推廣。1977年開始使用E20汽油（含乙醇20%），1980年研制出使用含水乙醇的汽車發動機，所用燃料乙醇含水量達7.8%，目前，全國有超過250萬輛汽車是由使用含水乙醇發動機驅動的，另有1550萬輛車使用含乙醇22%的E22乙醇汽油。巴西的目標是年生產10萬輛以乙醇為動力的汽車，預計2011年巴西燃料乙醇的產量將達到2150萬t。
巴西燃料乙醇的生產是以甘蔗為原料，目前全國甘蔗年產量約有一半用于生產乙醇，預計2010年前后將有60%產量用于乙醇生產。其生產方法是直接將榨取的甘蔗汁進行發酵。前處理工藝比較簡單，投資較少，生產成本較低，據報道，巴西燃料乙醇生產成本約為370美元/t，出口價格為420美元/t左右。
1.3 歐盟及其他國家
1.3.1 歐盟
歐盟15個成員國，2005年生產燃料乙醇72萬t，其中法國約30萬t，西班牙24萬t，法國13萬t，意大利、瑞典也有一定產量。預計，2010年歐盟將生產燃料乙醇300萬t。歐盟各國燃料乙醇生產原料主要為小麥和薯類。
1.3.2 加拿大
已形成規模生產，并正逐步推廣使用乙醇汽油。其各省對燃料乙醇的使用要求不同，其中安大略省已立法，要求在2010年前銷售的發動機汽油中必須含有10%的燃料乙醇，溫尼泊省為10%，而薩斯喀則溫省要求為7.5%。加拿大燃料乙醇生產原料主要為玉米和小麥，生產成本約為0.5美元/升。
1.3.3 日本
目前尚未大規模使用燃料乙醇，由于資源缺乏，目前只有含3%乙醇的汽油供應。政府計劃2020年前，50%以上汽車使用乙醇汽油，2030年所有汽車使用乙醇汽油。
1.3.4 印度
做為發展中大國，印度對能源問題也十分重視，其乙醇年產量在17～30億公升間，生產原料主要是糖蜜，目前正在推廣使用含乙醇5%的乙醇汽油，每年需從巴西進口乙醇，但印度政府的目標是做到燃料乙醇自給自足，因此巴西方面預計這種進口狀況不會持續太久。
1.3.5 泰國
泰國政府對燃料乙醇的生產使用十分重視，擬建立年產100萬t燃料乙醇生產能力，在全國推廣使用E10乙醇汽油。初期擬建成10萬t/a燃料乙醇生產裝置，但迄今未見竣工報道。
1.3.6 其他
燃料乙醇的生產與使用已是大勢所趨，各國都在加緊制訂規劃，澳大利亞、墨西哥、哥倫比亞等國計劃推廣E10乙醇汽油，阿根廷計劃使用E15乙醇汽油。英國、荷蘭、奧地利、南非等國均已制訂計劃，積極發展燃料乙醇的生產。
2 我國燃料乙醇生產及使用情況
2.1 燃料乙醇使用情況
近年來我國乙醇生產能力增長迅猛，全國生產能力：2004年為395萬t，2005年為656萬t，而2006年猛增至897萬t，僅此一年即增加241萬t，但其中國家批準定點的只有4家燃料乙醇生產廠，其生產能力2003年為102萬t/a，其中吉林燃料乙醇公司30萬t/a，河南天冠燃料乙醇有限公司30萬t/a，安徽豐原生化股份有限公司32萬t/a，黑龍江華潤酒精有限公司10萬t/a。2004年華潤擴建成年產32萬t能力，2005年吉林擴建至60萬t/a產能，總生產能力達156萬t/a。近年我國燃料乙醇使用情況如表2所示。

表2 我國燃料乙醇使用量

2006年E10乙醇汽油使用量達到110萬t左右，約為全年汽油消費量的20%。
根據2004年統計，我國乙醇生產按原料分，玉米占50.30%，薯類22.89%，高粱13.35%，小麥2.11%，糖蜜11.35%。我國木薯產量不能滿足木薯酒精企業生產需要，每年需從泰國進口大量木薯干，僅2006年月1～9月份即進口木薯達374.82萬t。
2.2 玉米燃料乙醇
2.2.1 高密度單槽清液連續發酵工藝
乙醇生產中，原料成本在生產成本中占有絕對多數，雖然原料價格時有變化，但原料費用在生產成本中比重獨大的地位卻無法撼動。據有關部門統計，2004～2006年玉米生產乙醇原料成本在總成本中所占的比例分別為89.66％、86.7％和87.96％。
因此如何提高玉米各組份綜合利用價值，大幅提升副產品的附加值，以減少原料價格上漲帶來的負面影響，是使燃料乙醇能否大面積推廣的關鍵之一，依靠政府財政補貼終非長久之計。
這里介紹的南京綠天源生物化工工程有限公司開發的膜耦合清液發酵燃料乙醇生產工藝，是擁有獨立知識產權的國家專利技術（專利號：ZL01127164.7），其工藝流程如圖2所示。
膜耦合清液發酵燃料乙醇生產工藝技術特點如下：
（1）高細胞密度：酵母細胞密度為5×108/mL，發酵周期6～8h，是傳統工藝發酵周期的1/10～1/8，發酵強度大，設備利用率高。
（2）糖-醇轉化率高，可達理論值的94%。膜生物反應器的應用，使產物反饋抑制降至最低，副反應產物極少。
（3）改良濕法前處理工藝，玉米綜合利用率高，副產物附加值得到大幅度提升。
（4）差壓蒸餾、熱泵技術和熱耦合技術的應用，顯著降低能耗。
（5）采用耐高溫菌種，可在35℃時正常發酵，顯著降低循環水消耗，節能。
（6）全程自動控制，使整個生產過程始終處于最佳工藝條件下運行。
（7）閉環生產工藝，無工藝廢水排放，既節約水資源，又保護環境。
按照2006年上半年市場價格，以上述工藝設計建造的年產6萬t燃料乙醇廠的固定資產總投資（包括配套熱電站）為1.45億元。年銷售收入3.398億元,年利稅3172萬元。燃料乙醇單位成本核算結果為：總成本5135元，副產品抵扣為1463.67元，單位成本為3671.33元。
使用上述專利技術，用玉米為原料生產燃料乙醇，綜合經濟效益是好的。但采用此方法發酵生產酒精,糖醇轉化理論收率僅為51%，相當一部分糖變成了CO2，必須加以解決。
2.3 木薯燃料乙醇
木薯系淀粉質原料，用途比較廣泛，近年來隨著我國乙醇產能迅速增長，木薯需求量也大增，每年均需從國外大量進口，2004年以來，連續3年進口量均超過300萬t，價格也在逐年攀升。2006年11月廣西木薯干收購價格已漲至1200元/t。
同為淀粉質原料，除原料前處理工段有所不同外，制糖和發酵等工段與玉米乙醇是相同的。根據上述工藝要求，年產6萬t燃料乙醇的生產廠，按2006年中期市場價格計，固定資產總投資1.25億元，包括配套熱電站一座。年銷售收入2.74億元，其中主產品6萬t燃料乙醇銷售收入2.52億元。5500t飼料酵母銷售收入2200萬元，年利稅1166.8萬元。燃料乙醇單位成本核算結果為：總成本4612.2元，副產品抵扣為366.6元，單位成本為4245.6元。
木薯乙醇主要存在以下3個問題：一是原料的可靠供應問題，即國內木薯生產難以滿足發展燃料乙醇需要。二是原料價格上揚問題，由于木薯的綜合利用價值較低，副產品收益少，因此原料價格對生產成本的影響更明顯；如上述工廠若按同期泰國市場木薯干價格（合人民幣800元/t）進原料，則上述項目年利稅可達7886.8萬元。但2006年以來木薯干進口到岸價在120～140美元/t。因此木薯乙醇的成本更難以明顯下降。每噸木薯燃料酒精成本較以玉米為原料的燃料酒精每噸成本高500元左右。三是環保問題，木薯乙醇廢液治理難度大是環保界公認的。目前絕大多數木薯乙醇廠排放的廢液未經有效處理即排放，對當地及下游環境造成嚴重影響。上述問題嚴重制約了木薯燃料乙醇的發展。
2.4 其他原料乙醇生產簡況
2.4.1 糖蜜
我國甘蔗種植主要在廣東、廣西、云南一帶，數量較少，東北地區甜菜種植面積也日趨縮少，糖蜜數量原本不大。近年來，隨著糖蜜用途的廣為拓展，市場對糖蜜的需求迅速增長，與此同時國際、國內市場糖價持續攀升，使得糖蜜價格也不斷高企。糖蜜乙醇已無成本優勢，因此日漸萎縮。
2.4.2 甜高粱
也屬于糖質原料。2006年中科院近代物理所利用重離子輻射技術培育甜高粱新品種，使得甜高粱秸桿汁液含糖量大幅提高，在甘肅進行了多種區域千畝規模試驗種植，平均畝產甜高粱8t，汁液含糖量20%左右。榨取汁液后直接發酵16h，醪液含乙醇9%左右，每畝地所產甜高粱可制取乙醇300kg左右，甘肅省有邊際土地1000萬畝適宜種植甜高粱。目前國家發改委已將甘肅省作為定點生產甜高粱燃料乙醇的省份，“十一.五”期間將建立40萬畝甜高粱種植基地，興建年產10萬t燃料乙醇生產廠，并在省內封閉銷售。
清華大學、中糧集團和內蒙古自治區五原縣政府也合作進行了固態發酵燃料乙醇中試，據此，內蒙古河套地區擬建年產3萬t甜高粱燃料乙醇生產裝置。
新疆農科院吐魯蕃農科所負責的甜高粱乙醇項目已選定2萬畝甜高粱種植區域，莎車縣和浙江浩淇生物質新能源科技有限公司共同開發，將在5年內建成每年可利用30萬t甜高粱秸桿的燃料乙醇生產廠。
農業部規劃設計院稱已建成每年400t中試裝置進行甜高粱流態固定化酵母快速發酵生產燃料乙醇，發酵周期8～10h，據稱，不含三廢處理費用的燃料乙醇生產成本為3800～4000元/t。
甜高粱是耐旱作物，利用旱地、鹽堿地等邊際土地種植甜高粱生產燃料乙醇是一個好途徑，但是要解決好大量秸桿渣的去向，如用作食草動物的飼料，雖是一個較好的解決方法，但一旦大規模推廣，數百上千萬噸的秸桿渣需要多少動物來消化，這大量牲畜的市場前景又如何都是需要考慮的；如將這些秸桿用于造紙，則必須解決污染處理問題。
2.4.3 秸桿
以秸桿中的纖維素為原料生產乙醇是國內外十分關注的課題。山東大學生命科學院在這方面做了大量的工作，有報道說山東大學和河南天冠集團聯合攻關的纖維酶解生產燃料乙醇中試項目進展順利，酶活力和生產成本達到國內領先水平，其做法是先用稀酸處理已破碎秸桿，脫除木質素后，纖維經酶解成葡萄糖，再經發酵制得乙醇。目前，該技術已申報擬建年產5萬t燃料乙醇廠，固定資產投資1.6211億元（不包括熱電站），其直接生產成本（原輔材料、水電汽耗和人工費）3365元/t，不含廢水等三廢處理費用，其中噸耗原料秸桿6t、1200元；酶制劑7kg、1792元。
有報道稱，中糧集團500 t/a纖維素中試裝置于2006年11月22日一次試車成功，在世界上首次將連續汽爆技術應用于纖維乙醇生產，所用纖維素酶是中糧集團與丹麥諾維信公司聯合開發的，從試驗結果看各項技術指標均達到國際先進水平。
以秸桿為原料生產乙醇首先面臨的是原料體積龐大，收集、運輸、儲存問題需很好解決；其次是原料木質素含量較高，應采用酸解預處理所產生的酸性廢水必須好好解決；最后是酶制劑所占成本比重很大，導致燃料乙醇成本偏高。
3 發展建議
3.1 采用不同原料生產燃料乙醇
面對能源短缺，發展生物質燃料已成各國共識，因地制宜采用不同原料生產燃料乙醇是解決問題的正確途徑。當前，甚至在相當長的一段時期內我國燃料乙醇的生產仍應以淀粉質原料為主，其中主要是玉米，其次在適宜地區種植薯類作物為輔，因為我國和美國一樣同處于玉米種植的黃金地帶，玉米同其他作物相比易于種植，易于收獲，易于貯藏，易于加工轉化，易于提取純化，生產燃料乙醇附產品綜合經濟效益最好，技術最成熟，成本也最低。在我國，以非糧原料如秸桿等生產燃料乙醇是一個應積極努力的方向。在西部適宜種植的邊際土地種植甜高粱等作物用于生產燃料乙醇，可以作為對全局的補充。
3.2 以玉米為原料生產燃料乙醇應作為系統工程來抓
首先要建立相應原料基地，應把基因玉米作為最為重要的工業原料作物大力推廣種植，大幅度提高單位面積產量，解決與糧爭地的問題；其次，應大力推廣新工藝，新技術，特別是發酵與節能技術，提高糖醇轉化率，降低水、電、汽能源消耗。對于一個年產10萬t乙醇企業，收率每提高1％，就意味著不僅企業每年增加420萬純利潤，減少3000 t玉米的消耗，同時也節約了一個火車專列的運力，這是何等顯著的社會經濟效益！當前最為現實是把目前工廠中占原料總量12%左右的玉米纖維利用起來多產5%左右燃料酒精，若進一步改變酒精發酵的路徑，不釋放CO2，大幅度地提高糖醇轉化率，前景更誘人。第三，沒有絕對的廢物，只有放錯位置的資源。要將三廢處理的問題解決在生產過程中間，而不是在生產過程的最后，按循環經濟的觀點來設計燃料乙醇工廠，搞好資源綜合利用，把燃料乙醇與生物質化學品的生產有機的結合在一起。這些是燃料乙醇能否可持續發展的關鍵。建議將這些實實在在，切實可行，很快便可取得顯著經濟效益的關鍵技術列入國家攻關課題，集中人力、物力、財力在短期內突破。
總的說來，當前我國玉米的絕大部分已做為工業原料。我國近年來，玉米年產量在1億3千萬t左右，2005年產量達到1億3千9百萬t，用于人們食用部分大約10%左右，且有逐年下降趨勢，大部玉米用于飼料加工，其次用于生物化工（如賴氨酸、味精、維生素、淀粉糖、葡萄糖、變性淀粉等），以及白酒和食用酒精的生產，此外，還有部分出口。2003年我國玉米出口達1500萬t左右，而據2005年資料，我國出口玉米價格倒掛，出口離岸價低于國內市場價，國家已取消出口補貼，預計2006/2007年度，我國出口玉米將降至400萬t左右，這1000萬t左右的玉米回歸，將有助于改善國內市場玉米供應情況。同時燃料乙醇生產過程中所產生的高蛋白飼料等副產物，約占原料玉米總量的1/3左右，又返回到飼料生產中，這些高品質的添加物的加入，可以顯著減少飼料用糧的消耗。有報告說，可減少原糧用量的20%以上。因此，燃料乙醇的生產雖然引發了“爭糧”的議論，但并不如想像之嚴重，如果采取上述有效措施，“與人爭糧”、“與糧爭地”問題是可以妥善解決的。相反卻是一條解決“三農”問題的一條重要途徑！