生物柴油基础知识

 

▲生物柴油精炼企业实景

一、什么是生物柴油

生物柴油（脂肪酸酯）通常指由植物油、动物油或废弃油脂(俗称“地沟油”)与甲醇或乙醇反应形成的脂肪酸甲酯或乙酯，也称B100，具有十六烷值高、低硫、无芳烃等特点，可作为车用柴油调和组分。主要的制作方法为通过提取原材料中的甘油三酯与醇并酯交换反应来生成生物柴油。

按生产原料，可分为以植物油脂、废弃油油脂和微生物油脂制成的生物柴油。在我国，由于利用植物油和动物油生产生物柴油的经济效益低下，因而绝大多数中国生物柴油企业所使用的原料为地沟油、潲水油等废弃油脂。欧盟区域为柴油用原材料为主而美国则为豆油。

图1：生物柴油的生产工艺

 

资料来源：公开资料整理，中财期货投资咨询总部

相比于传统柴油，生物柴油具备众多优点，例如其可再生、易燃烧、清洁环保、降低损耗、安全性佳等五个方面的属性优势。柴油在压燃式发动机中的点火性能由十六烷值所衡量，生物柴油的十六烷值一般大于普通柴油的数值，点火性能更佳，自燃性能更好，燃烧更为均匀。生物柴油的使用可以减少一氧化碳、颗粒物、硫酸盐等物质的排放， 一方面由于生物柴油的含氧量更高，燃烧更为充分，降低了未燃烧的烃的排放；另一方面由 于生物柴油中的含硫量低，燃烧产物中的二氧化硫等硫化物的排放量相对于普通柴油可减少70%以上。生物柴油相对于普通柴油有着更高的运动粘性。运动粘度表示油类物质在重力作用下流动时的内摩擦力的强度，粘度越大油体对机件的磨损程度越小，同时还可提高机件的润滑性，有保护发动机的功效。

二、生物柴油产业链分析

图2：生物柴油的产业链及运用

 

从产业链上游来看，受中国基本国情与市场供需的影响，大多从植物和动物上直接获取的原料油价格昂贵，更多被当作食物油直接销售， 或用于食品制作。因此，用于制造生物柴油的原料多数来源于废弃油脂。而中国的废弃油脂则来源于厨余垃圾以及遭到浪费的食用油。中国食用油消费量巨大，年均消费量过2500万吨，其中 10%至 15%在使用过程中以各种形式遭到浪费，对应着300万吨左右的废弃油脂规模；中国每年有近 1.5 亿吨生活垃 圾，其中 50%为厨房餐厨垃圾，含油量在 7.5%-8.0%，对应着近 600 万吨的废油规模；中国发改委调查数据显示，仅可统计的中国地沟油规模已达 40 万吨/年，另外还存在各种 尚未得到妥善处理收集的其他形式的废弃油脂。中国废弃油脂的规模巨大，但是迫于资源分 散和相关回收机构尚未健全的问题，中国废弃油脂的利用效率尚未能得到有效的提高，上游的原料获取对于中游生产企业来说依旧是限制企业发展的重要壁垒之一。  废弃油脂的短期价格主要受植物油和原油价格的大幅波动影响，但长期来看，废弃油脂仍将受益于政策红利。在长期的角度来看，废弃油脂的需求端将受益于欧盟国家的原料结构转型和国内生物柴油加速试点等政策利好，而供给端则受制于提油率瓶颈和下沉市场原料渠道的开拓。因此，预计废弃油脂供不应求的状况将持续存在，长期而言仍将享受一定的政策红利。

从产业链中游来看，对中游生产企业来说，生产生物柴油所需的化学原料主要是甲醇，平均生产 1吨生物柴油需要配备 106 至 119 千克的甲醇进行反应，甲醇在中国生物柴油行业的年均消费量在 1 万吨左右，远小于中国千 万级别的甲醇生产能力。由于甲醇在生物柴油生产过程中的成本占比较低，同时行业内化学 原料供给充足，甲醇供应对中游生产企业的影响能力有限。

从产业链下游来看，目前流行的生物柴油为HVO（氢化植物油）。相较于老一代的FAME（脂肪酸甲酯），HVO 拥有 更好燃烧性能与低温流动性表现，同时碳减排效应普遍更佳，且不再有掺混比例限制， 是新一代的生物柴油。二代生物柴油 HVO 具备多重优势。一方面，与 FAME 采 用的酯交换技术不同，HVO 是由动植物油脂经过加氢脱氧、加氢异构处理生成的烷烃类 物质，在化学性质上与一般化石柴油基本一致，因此可以按照任意比例进行掺混使用；另一方面，由于 HVO 不含氧元素、且包含大量异构烷烃，因此较一代生物柴油和化石柴 油具有更高的十六烷值、能量密度以及更好的低温流动性，在寒冷环境下能够正常使用。HVO（氢化植物油）的消费主要来自欧美国家，市场需求有望保持稳健增长。根据国际能源署（IEA）的预测，2021年全球HVO的消费量为101.1亿升，其中欧洲和美国的消费量占比分别为52.2%和44.6%。在市场增速方面，2012年至2020年全球HVO消费量的复合年增长率（CAGR）为22.7%，需求持续稳健增长。根据IEA的预测，在保守情况下，全球HVO的消费量预计将增长至2025年的210.4亿升。然而，由于国内产能不足的限制，欧洲和美国将进一步扩大对HVO的进口量。作为生物柴油的主要出口国之一，中国的HVO出口量将从2021年的5.2亿升增加到2025年的9.8亿升。HVO的推广预计将进一步加剧原料供应短缺，从而支撑废弃油脂的价格上涨。生物柴油行业下游的应用领域除了各类燃油产业以外，还包括部分化工产业。于生物柴油的用途而言，仅上海一地开展了生物柴油的规模化推广，其他地区加油站均拒绝销售生物柴油。中国所产出的绝大部分生物柴油出口至欧盟等海外市场，直接客户为燃料油销售制造企业。中国市场上近 20%生物柴油用于加工生产生物酯增塑剂等化工产品，广泛地应用于各类 PVC 制品的加工。

三、生物柴油市场概况

据数据显示，出口量来看，近六年来，我国生物柴油出口量高速增长，但增速有放缓之势。我国生物柴油出口量为6.7万吨，同比增长272.22%生物柴油出口量为129.4万吨，较上一年同比增长42.04%。我国目前生物柴油行业仍处于发展阶段，国内生物柴油产品的消费市场既涉及国内消费也涉及国外出口，且出口市场占比较大。未来我国在环保、减排等政策的辅助下，我国生物柴油市场规模将持续增大。目前来说，我国生物柴油行业参与者规模较小。数据显示，2010-2021年期间，中国生物柴油行业的生产企业在40-50家之间。2013-2015年，全国生物柴油企业数量最多，达53家，但据美国农业部对外农业服务局发布的数据，当时国内许多大型生产商都处于闲置状态;截至2021年底，我国在运营的生物柴油企业数量约44家。但是，2021年中国生物柴油产能和产量均有所上升。据美国农业部对外农业服务局(USDAFAS)公布的统计数据，2010-2021年，中国生物柴油产能呈先增后降趋势。2015年，全国生物柴油产能到达峰值，随后由于原油价格再次大幅下跌，国内增塑剂市场价格大幅下跌，生物柴油行业的利润空间被大幅压缩，国内产能开始缩减;2020年，由于欧盟的需求推动，国内产能有所增加;2021年，国内生物柴油产能继续升至224万吨，同比增长2.71%。

四、三大油用于生物柴油生产物料投入情况分析

菜油以及棕榈油方面，根据美国农业部（USDA）农业外展服务局（FAS）发布的欧盟生物柴油年度生产情况报告显示：预计2022年，欧盟用于生物柴油生产的菜籽油数量为600万吨，占欧盟当年生物柴油生产物料总投入的41.98%；预计2022年，欧盟用于生物柴油生产的棕榈油数量为180万吨，占欧盟当年生物柴油生产物料总投入的12.59%。印尼则将重心放置于棕榈油上。根据印度尼西亚能源和矿产资源部（MEDS）公布的数据显示：2022年，印度尼西亚用于生物柴油生产的棕榈油消费量为1021.2万吨。过去5年来，棕榈油在印度尼西亚的生物柴油生产原料投入方面保持了快速增长，增幅达到了98.21%，几乎翻了一番。根据USDA公布的数据显示：截至2021/2022年度，印度尼西亚用于生物柴油生产的棕榈油消费量占印度尼西亚棕榈油国内总消费的56.17%。用于生物柴油生产的棕榈油绝对消费量增长至1000万吨。豆油方面，能源信息管理局（EIA）公布的数据显示：2020年，美国用于生物柴油生产的豆油消费量为3802.5千吨，占美国生物柴油生产植物油投入的75.22%，占总投入的61.51%。因此，美国主要使用豆油生产生物柴油。USDA公布的数据显示：截至2021/2022年度，美国用于生物柴油生产的豆油消费量占美国豆油总消费的41.7%。用于生物柴油生产的豆油绝对消费量增长至469.4万吨，而2000/2001年仅为2万吨，近20年累计增幅达到了23370.0%。根据巴西石油管理局（ANP）公布的数据显示：2022年，巴西用于生物柴油生产的豆油消费量为389.2万吨，占巴西生物柴油生产总投入的79.82%。在过去的10年中，豆油在巴西的生物柴油生产原料投入中占比一直保持在75%以上。USDA公布的数据显示：截至2021/2022年度，巴西用于生物柴油生产的豆油消费量占巴西国内豆油总消费的47.65%。用于生物柴油生产的豆油绝对消费量增长至355万吨。

五、各国能源政策对生物柴油的发展影响

美国：在过去的十几年里，美国正在大力推动生物柴油的发展。许多本该2022结束的对生物柴油生产商有利的项目都被美国能源部延期至2024年。此外，对农产品市场影响较大的项目为BCAP，此项目将对所有种植了如大豆玉米等可转换为生物柴油的农作物的农民奖励五到十五年的年度付款。此外，此项目将对所有将农作物售卖于生产生物柴油企业的农民奖励每吨一到二十元的奖励。众多美国政府推出的利好项目大幅增长了生物柴油在美国的运用。自2018年起，美国生物柴油的生产一直持续在高位，凸显出需求的旺盛。

此外，自2005年，美国联邦政府所推出的RFS，即对每年国家运输燃料供应中应使用最低量的生物燃料的要求，也在对美国的油脂供应产生持续性的影响。政府预计至2022年，由于生物柴油生产对玉米淀粉和大豆油的需求，玉米出口量将减少 8%，大豆出口量则减少 14%。每年都在调整的RFS势必将影响未来的美豆供应，从而影响豆系油料在全球的供应。

图3：U.S.生物柴油产量

 

资料来源：eia，中财期货投资咨询总部

欧盟：近年来，欧盟对于棕榈油的需求逐渐增长。生柴原料中的棕榈油使用方面，自 2013 年至 2021 年一直维持在200 万吨以上的水平上且呈现增加趋势，占欧盟进口棕榈油数量的三分之一以上。2020年和 2021 年生柴生产中分别消耗 262 和 255 万吨棕榈油，而USDA对2022 年的预测仅有 180 万吨，同比下滑 75 万吨。

由于欧盟规定，自2022 年起各成员国的棕榈油基生柴消费不得超过 2019 年的水平，因此最高不会超过225 万吨，但就当前情况来看，各国可能会就此临界值进一步减少棕榈油使用。从进口量上来看，欧盟自印尼进口的最高点在2014 年，而自马来进口的最高点是在 2015 年，随后便基本上处于下降趋势。但2015-2020年间，欧盟对棕榈油进口总量仍处于上涨阶段，意味着欧盟的进口自2015 年以来就已经逐渐开始向南美国家转移。2021 年，欧盟进口棕榈油出现了断崖式的下滑，而正好2021 年是REDII政策始实施的第一年。

REDII政策又名《欧盟可再?能源指令II》。为防止未来更多的土地用于种植油料而非其他农作物，该政策严格限定了基于食物和饲料的燃料的占用比，从而将生产生物柴油的原材的重心转向废弃油脂。而棕榈树本身由于占地面积大则被欧盟严格针对。受此政策的影响，欧盟进口棕榈油量在2021年在从前一年度的 711 万吨下滑 114 万吨至 597 万吨。

总的来说，欧盟是一个棕榈油消费大区，由于其自身不生产棕榈油，因此成为了与中国相近的棕榈油进口大国，棕榈油及棕榈油基生柴的进口量可以达到700-800 万吨。但是由于欧盟进口棕榈油约有超过 200 万吨的量用于生柴消费，在欧盟立法对棕榈油进行限制后，未来欧盟对棕榈油和棕榈油基生柴的进口量很有可能将进一步下滑。

图4：欧盟生物柴油物料投入构成

 

资料来源：欧盟，中财期货投资咨询总部

中国：近年来，国家以及各个省份皆发布了鼓励清洁能源包括生物柴油的指导类与支持类政策。最近较重要的政策来自于国家发改委于2022年6月21日发布的“一四五”可再生能源发展规划。该规划明确指出对燃料乙醇，生物柴油等情节清洁燃料的商业化运用的推动并支持生物柴油的研发与推广。但是，由于我国目前生物柴油应用场景较少且大多数原材料来自于废弃油脂，近年来国家政策对于生物柴油的支持大幅影响如大豆，油菜籽等农作物的生产的概率较小。

六、总结

由于生物柴油对比传统柴油的众多优点以及各国政策的支持，生物柴油在全世界的用量每年都在增加，间接增加了各大传统油脂油料的需求。

美国农业部（USDA）发布的数据显示：截至2021/2022财年，棕榈油，豆油和菜籽油用于生物柴油生产的绝对消费量近20年累计增幅达576.76%，1,331.72%和603.49%。与此同时，棕榈油、豆油和菜籽油在食用方面的累计增幅分别仅为152.72%、88.45%和65.86%。因此，近20年来全球生物柴油产业的快速发展对全球植物油消费的持续提升做出了显著贡献。未来生物柴油发展只会为油脂油料带来更多的需求。