生物柴油——双碳背景下的高景气细分赛道

（ 告出品方/分析师：华创证券研究所 庞天一）

在本篇 告中，我们将着眼于“双碳”背景下的高景气度细分赛道—生物柴油，对行业进行系统性梳理，探寻国内生物柴油全产业链潜在的投资机会。上游原材料端：减碳效应突出，废弃油脂原料备受青睐。中游加工制造端：国内地沟油收运体系日趋完善，生物柴油加工商产能利用率有望提升。下游需求端：欧盟 RED II 和国内十四五生物经济规划催化生物柴油需求。

一、生物柴油行业基础知识梳理

（一）生物柴油应用历史悠久，21 世纪以来获得重视

为了改进落后、低效的蒸汽机，鲁道夫·狄赛尔（Rudolph Diesel）于 1893 年发明了柴油发动机，这款发动机最初便是使用花生油作为燃料，并在 1900 年的巴黎博览会上展出。然而，由于当时石化燃料十分廉价且易于获取，价格昂贵的植物油没有获得过多的关注。但其发明者鲁道夫·狄塞尔在 1912 年的美国密苏里工程大会 告中指出植物油未来将会成为与石油和煤同等重要的燃料。第二次世界大战期间，巴西、阿根廷、中国、印度和日本等国家均因石油供应不足短暂地使用过植物油作为燃料。

人类对动植物油作为燃料真正产生兴趣始于 1970 年代，石油危机使得更多的国家认真将其视为一种备选燃料。但随着研究的深入，科学家们发现未经加工的动植物油脂只能在柴油发动机内短期直接使用，这是由于其含有饱和度不同的物质而会使柴油发动机上的润滑油发生聚合，且植物油和柴油分子结构不同，这也可能造成雾化不良、燃烧不完全、喷嘴堵塞等问题。1980 年代，科学家将动植物油脂与醇经酯交换反应得到的脂肪酸单烷基酯用于发动机，并成功燃烧了 1000 个小时，现代意义上的生物柴油就此诞生。

随着能源危机、气候变暖等问题日益严重，各国对生物柴油的重视程度也越来越高，为了纪念鲁道夫·狄塞尔的杰出贡献，人们将每年的 3 月 18 日（鲁道夫·狄塞尔生日）/8月 10 日（柴油发动机发明日）定为国际生物柴油日。

（二）生物柴油品类众多，主要按制作工艺与按原料区分

目前主流的生物柴油分类方法有两种：按生产原料分与按制作工艺分。中国国内所称的第一代/第二代生物柴油是按制作工艺区分而欧盟RED Ⅱ法令中的传统生物燃料/先进生物燃料（Part A&B）则是按生产原料分类，我们将在后文一一展开叙述。

1、按制作工艺区分

第一代生物柴油是动植物油脂（脂肪酸甘油三酯） 与醇类在酸 （硫酸）、碱（氢氧化钠，固体碱）、生物酶等物理化学催化作用下发生酯化反应得到脂肪酸甲酯（Fatty Acid Methyl Esters，FAME）。但由于第一代生物柴油燃烧值低、凝固点高，使用场景受限，且只能按一定比例添加使用（通常为 20%），于是人们通过改变油脂的羧基官能团分子结构，使其脱除含氧基团，转变成相对应的烷烃，并通过异构化降低凝点，改善生物柴油流动性。第二代生物柴油就是通过加氢工艺脱除油脂中的氧和部分碳生成的烃类，其组成和结构与石化柴油类似，但对工艺水平和设备的先进性要求较高。

2、按原材料区分

根据当前欧盟的规则，生物燃料被分为两大类，第一类为传统生物燃料，主要包括RME（菜籽油所制），SME（豆油所制），PME（棕榈油所制）等，目前欧洲本土生物柴油生产以及进口依然以传统生物燃料为主。第二类为先进生物燃料，原料是非食物，包括 PARTA 和 PARTB 两种类型，PARTA 主要以各种农作物的非使用部分为原料，包含秸秆、藻类、棕色油脂、木质纤维素、松油、妥尔油等；PARTB 主要以废油脂、动物脂肪作为原料。

（三）生物柴油在性能上可对石化柴油形成较好替代

科学家主要通过十六烷值、热值、低温流动性、碘值和氧化稳定性这几项指标判断生物柴油能否作为石化柴油的替代燃料。研究结果表明生物柴油的燃料特性、起动性能以及发动机经济性、动力性均接近或稍逊于石化柴油且生物柴油具有更好的排放性能和可再生性。

历经多年发展，现阶段生物柴油的燃料特性已与石油基柴油接近，且具备部分备传统石化柴油不具备的优点。在燃烧的过程中，生物柴油的点火性能佳，生物柴油的十六烷值高于石化柴油的 45，点火性能优于石化柴油。燃烧时含氧量可达到 11%，燃烧过程中所需氧气量较石化柴油少，燃烧更充分。并且，生物柴油的通用性好，无需改动柴油机即可直接添加使用；比柴油的运动黏度高，更易在气缸内壁形成油膜，从而提高运动机件的润滑性，保护动力设备；闪点比石化柴油高，更加安全可靠；含硫量低，使得燃烧时SO2 和硫化物的排放可减少约 30%。

在部分场景，生物柴油的应用范围更广。除了做公交车等柴油机的替代燃料之外，还可以作为海洋运输、燃料发电厂等非道路用柴油机的替代燃料。功能也更多，不仅可作燃料又可作为添加剂促进燃烧效果，同时更加节能降耗。生物柴油中不含石蜡，低温流动性佳，适用区域广泛，气候的适应性也更强。

图表 7 一代/二代生物柴油性能与石化柴油性能对比

（四）生物柴油减碳效应出色，单吨可减排 2-2.5 吨二氧化碳

除了上文提到的众多优点，出色的减碳功效也是生物柴油备受关注的原因之一，在此部分中，我们将针对生物柴油减碳的逻辑和实际减碳效应进行展开分析：

生物柴油项目减排量的计算方法与主流碳信用项目一样，采取基准线法。计算常规情景使用石化柴油的排放量再减去项目自身的碳排放量和碳泄漏量即可得出一个生物柴油项目的减排量，用如下公式表示：

生物柴油项目减排量=基准线排放-项目排放量-项目泄漏量

其中，项目的基准线排放量计算公式为：

可计入（减排量）的生物柴油量*石化柴油的二氧化碳排放系数（(tCO2/GJ）

项目减排量和泄露量方面，我们依据中国自愿减排信息交易 所公示的方法学《CMS-043-V01 生物柴油的生产和运输目的使用》，确定生物柴油生产的全生命周期边界，主要分为以下几个流程：原料收集、预处理、生物柴油的生产、运输和使用。生命周期从种植开始，经过原材料收集运输、原材料预处理(榨油过程) 、生物柴油生产和配送，直至消费(生物柴油的燃烧使用) 。

刘凯瑞和张彩虹在其论文《生物柴油全生命周期的能耗和环境排放评价》中详细测算了全生命周期不同原料生物柴油和石化柴油各阶段的能耗及环境排放，并发现生物柴油在使用燃烧阶段较传统石化柴油并无优势，但生产阶段植物在生长过程中光合作用吸收CO2 ,使得生物柴油在全生命周期的 CO2 排放量显著减少，这也是生物柴油减碳的基本逻辑。

每使用 1 吨生物柴油，大约可以减排 2-2.5 吨二氧化碳。1 吨 0 号柴油的碳排放量约为 3.18吨，刘凯瑞和张彩虹测算 1 吨地沟油基的生物柴油碳排放约为 0.86 吨，1 吨光皮树基的生物柴油碳排放量约为 0.88 吨；而李小立在其论文《生物柴油项目计算方法学应用研究》中称 6 万吨的生物柴油项目，可减少 149,451tCO2e 排放。

已签发的生物柴油 CDM 项目亦可验证生物柴油的减排效应。我们通过查阅已通过联合国清洁发展机制签发的生物柴油项目 PDD 文件后发现，每个项目签发的减排量与年产量之比也落在 2-2.5 这个区间，与学术论文的测算相吻合。以 2008 年 5 月 13 日签发的山东锦江项目为例，该项目年产生物柴油 50000 吨，年均签发的减排量为 122,495tCO2e，平均每吨生物柴油可减排 2.45 吨二氧化碳当量。

但近年来随着研究的深入，科学家们发现部分植物基的生物柴油减碳效应比预期的要差，全生命周期的碳排放甚至会超过石化柴油。前文我们对于植物基生物柴油的碳排放测算仅考虑了生命周期内与生产直接相关的碳排放（种植、运输、制取、使用等），并未将间接碳排放考虑在内。例如，随着植物油基生物柴油需求的增多，农民们会砍伐部分森林用作耕地，欧盟将这一过程称为 ILUC（Indirect Land Use Change）。

ILUC 使得原本以森林碳汇形式存在的二氧化碳释放到大气中，大大增加了生物柴油全生命周期中的碳排放量。在考虑 ILUC 的情况下，菜籽油基、向日葵基、棕榈油基等植物油基的全生命周期碳排放量均会超过传统石化柴油，这也是欧盟准备限制植物油基生物柴油的重要原因之一，我们将会在后文展开详细分析，而废弃油脂基和麻风树基的生物柴油依然具备可观的减碳效应。

二、全球生物柴油行业供需情况与价格水平

（一）全球生物柴油产量逐年上升，10 年 CAGR 4.25%

过去十年全球生物柴油产量稳步提升。2021 年全球生物柴油的生产量为 4159.5 万吨，较2020 年同比提升 3.58%，过去 10 年复合增长率 4.25%。印度尼西亚是全球最大的生物柴油生产国，2020 年产量占全球的 17%，美国和巴西分别以 14.4%和 13.7%紧随其后。

从产量结构来看，一代生物柴油占比较高。依据 OECD 和数据 站 statista 的统计，2020年全球一代生物柴油和二代生物柴油的产量分别为 3394.3 万吨和 621.5 万吨。尽管近年来二代生物柴油的生产比例不断提升，占比从 2013 年的 7.69%上升至 15.48%，但依然无法撼动一代生物柴油的主力位置。

从原料结构来看，棕榈油仍是生物柴油的主要原料。尽管我们在前文探讨了 ILUC 对生物柴油减碳效应的削弱，但目前植物油仍是生产生物柴油的主要原料，其中棕榈油、豆油和菜籽油分别以 39%/25%/15%的比例位居前三位，以废弃油脂原料的占比仅为 10%，未来有较大提升空间。

（二）疫情影响消费，总体仍呈上升态势

疫情后生物柴油消费量企稳回升。2021 年全球生物柴油消费量为 4223.46 万吨，较 2020年同比提升 1.85%，扭转了新冠疫情后的下滑趋势，过去 10 年复合增长率 6.14%。欧盟是全球最大的生物柴油消费地区，2020 年的消费量占全球的 35%，美国、印尼分别以 19%和 16%分列二、三位。

从历史价格来看，生物柴油的消费量与石化柴油价格呈现正相关。我们在回溯了过去十年 ICE 柴油期货收盘价和生物柴油消费量后发现，在石化柴油价格较低的 2015 和 2020年，生物柴油的消费量出现明显的下滑。据我们分析这是由于生物柴油与石化柴油互为替代品且石化柴油价格相对低廉，在各国政府没有出台更高的强制掺混比例政策的前提下，石化柴油价格低位运行对生物柴油的需求量会产生一定冲击。

（三）2020 年中以来，价格上涨明显

自 2020 年年中以来，生物柴油价格上涨明显。依据奈斯特公司的数据，以 5 年为一个观察维度，2017-2020 年一代生物柴油（FAME）价格稳定在 900-1000 美元/吨，但其价格自 2020 年 5 月后迅速上涨，2022 年 6 月 9 日一代生物柴油（FAME）的价格已达到 1810美元/吨，较 2017 年同期价格（882 美元/吨）实现翻倍。一代生物柴油价格的上涨自然也带动了二代生物柴油价格的水涨船高，依据 Argus 的数据，2022 年在欧洲三大港口阿姆斯特丹、鹿特丹、安特卫普做市交易的二类 HVO 的最高价格一度逼近 3500 美元/吨，均价也接近 3000 美元/吨。

影响生物柴油价格的因素较为复杂，我们分析主要有以下四个方面：1）原油价格。当石化柴油价格上升时，生物柴油作为替代品可以平抑石化柴油价格，但需求量的增加亦会带动生物柴油的价格上涨；2）原材料价格。当粮食作物/废弃油脂等生物柴油的主要原材料价格上涨时，生物柴油的价格亦会上涨；3）季节。季节因素主要影响不同原材料的生物柴油价格，冷凝点高的生物柴油（PME、SME）在冬季价格较低，夏季价格较高，而冷凝点较低的生物柴油（RME）则在冬季价格较高，以废弃油脂为原材料的生物柴油冷凝点在 PME 与 RME 之间，亦会受季节性影响；4）政策。如果政府提升生物柴油强制掺混比例或给予某类生物柴油相关支持（例如欧盟废弃油脂基生物柴油计算双倍碳积分），其价格亦会提升。

三、区域生物柴油市场面面观—中国

（一）我国目前尚无生物柴油强制掺混比例政策

与欧美国家相比，我国生物柴油产业起步较晚。2001 年，我国首家生物柴油工厂在河北武安投产，宣告着我国生物柴油开始步入产业化进程。2004 年，科技部启动了“十五”国家科技攻关计划“生物燃料油技术开发”项目，并纳入生物柴油相关研究课题，自此我国生物柴油产业的发展进入了加速发展阶段。

此后，国家十分重视与鼓励生物柴油产业的健康稳步发展，先后出台了一系列法律、产业与财税政策、规划以及产品标准。2007 年，中国第一部关于生物柴油的标准《柴油机燃料调和用生物柴油 B100》正式发布，标志着行业规范化的开始。2009 年的《可再生能源法》明确规定石油销售企业应将符合国家标准的生物液体燃料纳入其燃料销售体系，标志着生物柴油正式被加入石油销售企业中。

2014 年，《生物柴油产业发展政策》从原料、布局、准入、监管等方面明确了产业规范要求，这意味着行业发展更加规范化与制度化。在优惠政策上，目前对符合国家标准的生物柴油产品执行免征消费税和 70%增值税退税政策，相比石化柴油，每吨折合减免税费约 1900 元。

2018 年，上海作为全国首个试点支持餐厨废弃油脂制生物柴油（B5）在上海市加油站推广应用，并设置应急托底保障机制，鼓励源头补偿。下一步，将会同有关部门继续指导试点城市推广生物柴油，加强“地沟油”收储运体系建设和监管，防止“地沟油”回流餐桌污染环境，稳定生物柴油企业原料供应，促进产业高质量发展。目前上海全市已有约 300 座加油站销售 B5 柴油，日均加油车次 1.9 万辆，B5 柴油日销量约 1600 吨，折合BD100 生物柴油约 80 吨/天。

2022 年印发的《“十四五”生物经济规划》和《“十四五”可再生能源发展规划》积极推进先进生物燃料在市政交通等重点领域替代推广应用、建立生物质燃烧掺混标准、积极开展生物柴油推广试点，推动化石能源向绿色低碳可再生能源转型。

（二）中国生物柴油市场产销情况与竞争格局

我国生物柴油行业产能利用率较低。由于人口、饮食习惯、粮食战略等因素，我国生产的生物柴油主要以餐饮废弃油脂为原料，但我国废弃油脂市场呈现“小散乱”的格局，很多生物柴油企业无法获取足够的原材料用于生产，如何以低廉的价格获取更多的废弃油脂原材料是中国生物柴油企业所面临的核心难题。2021 年中国生物柴油的产量为 150万吨，产能利用率首次突破 60%较过去 30%左右的平均水平提升明显。随着有关部门继续加强“地沟油”收储运体系建设和监管，防止“地沟油”回流餐桌污染环境，废弃油脂回收市场有望规范，生物柴油企业原料供应或将更加稳定。

中国生物柴油出口量提升迅猛。2018 年之前中国的生物柴油进出口规模均较小，2018 年上海市发布相关支持政策后从国外进口的数量激增，但随着国内生物柴油产能的提升和我国始终没有出台强制掺混生物柴油的相关政策导致的内需不振，使进口量自 2020 年开始迅速萎缩。2021 年我国进口生物柴油量仅为 17.6 万吨，但出口量达到 129.6 万吨。欧洲是中国生物柴油出口的第一大目的地，2020 年中国 70%的生物柴油出口至荷兰，西班牙和比利时以 13.%和 12%分列二、三位，三个欧盟国家占据了中国超过 96%的生物柴油出口份额，这也是我们将在后文对欧盟生物柴油市场进行重点分析的原因。

企业内部抵消使生物柴油表观需求量呈现下滑趋势。2015-2017 年中国生物柴油的表观需求量稳定维持在 70 万吨左右，2018-2019 年受上海政策催化上涨至 100 万吨，但新冠疫情后表观需求量又迅速回落，2021 年甚至仅有 2017 年的 50%左右。据我们分析，除了新冠疫情影响需求量外，生物柴油生产企业内部的抵消也是表观需求量下降的重要原因。

以上市公司嘉澳环保为例，公司主营业务即涉及中游的生物柴油制造，又涉及下游的环保增塑剂生产，相当一部分比例的生物柴油销售给集团内部（2021 年嘉澳环保的生物柴油产能为 15 万吨/年，但实际销售量仅有 5.45 万吨）。

中国生物柴油出口单价亦提升明显。2022 年 1-4 月，中国出口生物柴油 47.81 万吨，较去年同期提升 31%，但出口金额却大幅提升 95.52%，这与我国生物柴油出口单价的提升有很大关系。2022 年 4 月，中国生物柴油的出口单价已达到 1711 美元/吨，较去年同期提升 39.44%。

一代生物柴油行业市场集中度较高，CR10 占比超过 70%。据不完全统计，我国目前生物柴油行业名义产能为 250-300 万吨，头部前 10 名企业的总产能就接近 200 万吨，马太效应明显。上市公司中除卓越新能和嘉澳环保外，北清环能亦在山东规划了 30 万吨/年产能。

我国二代生物柴油生产企业较少。二代生物柴油较一代生物柴油工艺上要求更高，国内上市公司仅有三聚环保拥有 40 万吨/年的产能（2021 年产能利用率 6.43%）；除三聚环保外，2022 年 1 月 28 日，北清环能通过合资公司开展关于 40 万吨/年柴油加氢改质装置改造为二代生物柴油生产项目。非上市公司中易高环保（25 万吨/年）、扬州建元（14 万吨/年）、石家庄常佑（20 万吨/年）等有所布局。

（三）2030 年中国交通领域生物柴油内需或将突破 350 万吨

我国交通运输领域柴油消费量已实现达峰。生物柴油的主要应用场景在交通领域，要研究中国生物柴油未来的市场空间，中国交通运输领域的柴油总消费量是关键底层数据。1994 年-2014 年这 20 年间，我国交通运输领域柴油消费量增长迅速，20 年间 CAGR 高达 12.77%，但 2014 年后随着中国经济步入新常态，第二产业增速明显放缓，柴油消费也于 2015 年步入峰值平台期，2017 年达到峰值 1.13 亿吨，随后呈现连年下降趋势。

生物柴油掺混比例始终维持在较低水平。依据 USDA 数据，2012-2014 年中国生物柴油使用量稳步提升，掺混比例保持在 0.25%左右，随后原油价格大幅下跌对中国生物柴油市场造成了较大的负面扰动；随着上海生物柴油试点工作有序开展，国内的生物柴油掺混比例在 2019 年一度逼近 0.4%；但 2020 年的新冠疫情使国内交通运输领域的生物柴油消费量和掺混比例回到 2015 年水平（22 万吨，0.23%）。