孫海洋，蘇海佳，譚天偉，劉蜀敏，王慧

1北京化工大學，北京 1000292中國石油規(guī)劃總院，北京 100083

關于大型石油公司發(fā)展生物能源產業(yè)的思考

孫海洋1,2，蘇海佳1，譚天偉1，劉蜀敏2，王慧1

1北京化工大學，北京 100029
2中國石油規(guī)劃總院，北京 100083

孫海洋, 蘇海佳, 譚天偉, 等. 關于大型石油公司發(fā)展生物能源產業(yè)的思考. 生物工程學報, 2013, 29(3): 299?311.

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生物能源是新能源領域的一個重要分支，大型石油公司具備發(fā)展生物能源的優(yōu)勢條件。文中概要介紹了生物能源的政策支持、發(fā)展規(guī)模及國際石油公司參與情況。面對生物能源的發(fā)展困境，系統(tǒng)分析了原料路線和規(guī)模化種植，原料收集、儲存和運輸，轉化技術以及政策保障等關鍵問題，提出了生物能源發(fā)展的破解之道。

生物能源產業(yè)，燃料乙醇，生物柴油，大型石油公司，邊際土地，政策支持

當今世界，政治格局多極化、經濟全球化深入發(fā)展，氣候變化以及能源資源安全、糧食安全等全球性問題更加突出，同時國際金融危機與世界發(fā)展方式轉變、經濟結構調整的關鍵時期不期而遇，發(fā)展低碳經濟、綠色能源、解決石油地緣政治問題已成為國際潮流。

目前，中國經濟較其他國家仍處于快速發(fā)展期，能源需求劇增，缺口不斷擴大，使得我國能源壓力和環(huán)境污染問題日益加劇。據統(tǒng)計，2010年，我國煤炭、石油和天然氣的剩余技術可采儲量[1]與產量比分別為 38、16和39，表明如無重大礦藏資源發(fā)現(xiàn)和不計進口，中國的煤炭、石油和天然氣分別只夠用38年、16年和39年。面對劇增的能源需求，現(xiàn)行的做法一是“竭澤而能”；二是不斷提高石油和天然氣對外依存度。2012年我國原煤產量為46.6億t，較2000年的12億t翻了兩番；石油進口依存度為58%，天然氣進口依存度為29%[2]。能源不能自主、需求立足國外這一現(xiàn)狀亟需改變，我國迫切需要把大力調整能源結構作為轉變能源發(fā)展方式的主攻方向。這一新的挑戰(zhàn)，需由保障中國能源安全的大型石油公司[3]承擔。

新能源主要包括非常規(guī)能源和可再生能源兩大類。大型石油公司憑借在傳統(tǒng)油氣的業(yè)務經驗，在煤層氣、頁巖氣、油砂油和頁巖油等非常規(guī)能源開發(fā)領域具有一定的技術基礎和人才優(yōu)勢，應給予持續(xù)投入和科研配套條件，在保證經濟效益的前提下力爭早日上產，在此也就不贅述。而面對太陽能、風能、生物能、地熱能和水能等可再生能源諸多領域，擺在大型石油公司面前的課題就是如何找準適合自身的可再生能源重點發(fā)展領域，如何及時準確把握重點領域發(fā)展脈搏，如何理清發(fā)展思路和找準關鍵瓶頸，以及如何落實科學發(fā)展，從而助力轉變發(fā)展方式。

1 生物能源是大型能源公司發(fā)展可再生能源的最佳選擇

1.1 生物能源與化石能源能夠形成互補關系

近幾年來，世界各國都在大力開發(fā)化石能源的替代燃料，風能、太陽能、氫能、生物質能作為可再生能源而倍受關注。生物能源是一種可再生的能源，其資源豐富、可再生、清潔環(huán)保、減排二氧化碳，是一種以生物質為載體的化學態(tài)能量，既穩(wěn)定又儲能，原料易得，有利于能源多樣性保護，可從很大程度上緩解能源危機[4]。生物能源現(xiàn)代加工轉化技術與利用途徑多樣，產品既有熱與電，又有固、液、氣三態(tài)的多種能源產品，以及塑料、生物化工原料等眾多與化石能源相類似的產品，這些特質與功能是其他所有物理態(tài)清潔能源所不具備的。作為逐步替代化石能源的資源之一，生物能源將促進能源利用多元化及能源戰(zhàn)略安全。

1.2 液體燃料消費形式將長期存在

液體燃料[5]比具有同量熱能的固體和氣體所占重量輕、空間少，這就決定在交通運輸工具中優(yōu)先選擇液體燃料作為能源供給，尤其是大型和重型交通運輸工具。展望未來發(fā)動機的發(fā)展，以電力或氫為動力驅動成為熱點，但電和氫的能效比化石能源和生物液體燃料低，且不適于長距離使用，因此，車用和航空能源長期還將以液體燃料消費形式為主。

1.3 生物能源與大型石油公司自身發(fā)展優(yōu)勢結合緊密

當生物能源作為化石能源的補充進行考慮時，目前有以下4種主流產品形式 (不包括生物質發(fā)電)：一是利用糖類、淀粉類、非糧原料或纖維素類植物生產燃料乙醇；二是利用動植物油脂、廢棄油脂和含油藻類生產生物柴油[6]或航空生物燃料；三是利用畜禽糞便、城市污水和垃圾等生產沼氣；四是利用多種生物質發(fā)展生物基化工品[7]。而大型石油公司在能源方面的主要產品供應均屬于燃料型和化工型產品，也就是說屬于化學態(tài)能源，且自身擁有較為完善的液、氣、固體產品銷售渠道，對于化工類產品生產又有著豐富的技術、運營經驗和人才隊伍，因此，大型石油公司發(fā)展生物能源可以充分借助自身優(yōu)勢促進其科學、持續(xù)、快速發(fā)展，并實現(xiàn)與現(xiàn)有能源產品的有效互補。

2 世界各國生物能源產業(yè)處于發(fā)展初期階段

2.1 各國政府出臺法規(guī)或扶持政策推動生物能源發(fā)展

生物能源相關政策主要體現(xiàn)在生物能源的稅收優(yōu)惠和財政補貼等方面，詳見表1。

2.2 產能建設規(guī)模和速度參差不齊

2.2.1 燃料乙醇生產規(guī)模保持高速增長態(tài)勢

2010年主要國家和地區(qū)的燃料乙醇產能達6 770萬t (數據來源：EIA)，相當于全球汽油消費量近3%[12]，其中美國和巴西兩國產量之和約占總量的89%。2004年至2009年，年均增長率約38%。

2010年，在美國現(xiàn)有燃料乙醇生產廠 139家，有61家在建，生產3 950萬t (數據來源：EIA) 燃料乙醇，占美國運輸用燃料消費的3%，燃料乙醇推廣區(qū)域已覆蓋全國，同時全美 50個州的乙醇汽油市場銷售占有率均超過10%，其中近30個州占有率超過50%[13]。

2010年，巴西共有330多家燃料乙醇生產企業(yè)，其中現(xiàn)有 100家專門生產乙醇的工廠，230多家工廠既生產乙醇又生產蔗糖，全年共生產燃料乙醇2 223.89萬t (數據來源：EIA)。巴西已建成 10大甘蔗乙醇生產基地和涵蓋甘蔗種植→乙醇加工→國內市場→國際貿易→靈活燃料汽車FFVs的一套完善體系，其燃料乙醇消費已替代了全國50%的汽油消費，生物燃料產值已經占到GDP的8%，超過信息產業(yè)而排在第一位。

“十五”期間及“十一五”初期，我國生物能源發(fā)展迅速，共建燃料乙醇生產廠5座[14]：河南天冠燃料乙醇有限公司、安徽豐原生物化學股份有限公司、中糧生化能源 (肇東) 有限公司、吉林燃料乙醇有限公司以及廣西中糧生物質能源有限公司。國內大型公司中石油、中石化、中糧集團等都積極參與其中，推動生物能源產業(yè)的發(fā)展。我國燃料乙醇實際產能194萬t/年，近三年年均產量約為160萬t，成為繼巴西、美國之后的世界第三大燃料乙醇生產和消費國。銷售區(qū)域包括河南、安徽、黑龍江、吉林、遼寧、廣西 6省，及湖北、山東、河北、江蘇4省的27個地市。

表1 各國生物能源發(fā)展相關政策Table 1 Bio-energy developing policy of countries

圖1 2003年～2010年主要國家燃料乙醇產量 (數據來源：美國可再生能源協(xié)會 (http://www. ethanolrfa.org/)，RFA2010，美國能源署EIA)Fig. 1 Production of cellulosic ethanol in main countries from 2003 to 2010.

表2 我國5家燃料乙醇企業(yè)發(fā)展概況Table 2 Introduction of China’s five fuel ethanol enterprises

2.2.2 生物柴油產能建設受原料供應限制

2010年，美國、歐盟和巴西等主要國家和地區(qū)的生物柴油產量達1 281萬t (數據來源：EIA、EBB)，較2006年翻了一番。

歐盟是全球生物柴油發(fā)展最快的地區(qū)，生產規(guī)模正在迅速增長，并且成為油菜籽消費市場的主要組成部分之一。2010年，產能規(guī)模超過2 000萬t /年，實際產量為960萬t，約占世界總量75%，較2005年產量翻兩番，德國、西班牙、法國、意大利是歐盟主要生物柴油生產國，產能均超過200萬t。

美國以大豆為原料生產生物柴油，截止到2009年2月，共擁有190家生物柴油廠 (其中產能超過 10萬 t /年有 20家)，總生產能力達917萬t /年，受原料影響，產量波動較大，2008年產量達280萬t，隨后逐年降低至目前110萬t(數據來源：EIA)。

我國生物柴油行業(yè)形成了民營企業(yè)最先進入、央企積極探索研究、外企參與競爭的格局，但從實際推進情況來看，我國生物柴油受原料限制，總生產規(guī)模不大，實際產量更低。目前主要以餐飲廢油、植物油腳為原料，據估計已建或擬建的生產能力可達 150萬 t /年，但年產量僅為40～50萬t。2008年6月，國家發(fā)改委批準中國石油、中國石化和中國海油生物柴油示范項目，進一步探索生物柴油產業(yè)發(fā)展道路，三套示范裝置產能共計為17萬t /年，目前只有中國海油6萬t /年生物柴油裝置投產。

2.3 國際石油公司積極開展生物能源研發(fā)與生產

國外大型石油公司[15]為了應對全球范圍內清潔能源及綠色低碳經濟的發(fā)展要求，陸續(xù)開始參與生物燃料領域。荷蘭皇家殼牌石油公司、美國?？松梨诠?、英國石油公司 (BP)、美國雪佛龍公司、法國道達爾公司、美國康菲石油公司、美國杜邦公司和意大利康泰斯公司等都積極開展生物能源的生產與技術研發(fā)工作，高度重視纖維素制乙醇和微藻生物柴油技術研發(fā)，主要通過合資合作以及購買燃料乙醇和生物柴油，開展調合和銷售業(yè)務，推動生物能源產業(yè)的發(fā)展。

圖 2 2003年～2010年主要國家生物柴油產量 (數據來源：歐盟生物柴油委員會 (EBB http://www.ebb-eu.org/)，美國能源署EIA)Fig. 2 Production of biodiesel in main countries from 2003 to 2010.

表3 國外大型石油公司的生物質能產業(yè)概況Table 3 Introduction of bio-energy industry of large oil company

2.4 高油價背景下生物能源仍將快速發(fā)展

能源安全問題、應對氣候變化和發(fā)展農業(yè)經濟等生物能源發(fā)展動因沒有改變，這將為生物能源產業(yè)的發(fā)展提供巨大推動力；車用燃料的供需矛盾和環(huán)保要求的日益嚴格，也為生物能源產業(yè)帶來了巨大的市場空間；隨著原料路線和轉化技術的突破，生物能源經濟性將進一步提升。但受到國際上關于生物能源引發(fā)糧食危機的觀點影響，糧食路線生產生物能源的發(fā)展空間將受到較多限制，發(fā)展步伐也將隨之放緩。但另外，很多國家都制定了雄心勃勃的生物能源發(fā)展規(guī)劃，也可印證各國均較為重視其持續(xù)發(fā)展。

表4 主要國家的生物能源發(fā)展規(guī)劃摘要Table 4 Summaries of bio-energy development in main countries

3 大型石油公司發(fā)展生物能源面臨的產業(yè)瓶頸

3.1 邊際土地利用和未來能源植物

利用荒山、荒地等邊際土地種植能源作物，不但可以緩解能源和環(huán)境壓力，改善生態(tài)環(huán)境，還可增加糧食供給和農民收入，推動社會的可持續(xù)發(fā)展，是未來新能源開發(fā)的主要趨勢之一。據估計[18]，我國現(xiàn)有約1億hm2干旱、鹽堿、沙化等不宜開墾農田的邊際土地可以用來發(fā)展能源植物。但由于邊際土地分布零散，大多分布在邊遠地區(qū)，加之目前我國對邊際土地的基礎信息掌握不全面，也為大型石油公司對利用邊際土地發(fā)展生物能源增加了難度。

柳枝稷、荻、蘆竹、雜交狼尾草和小桐子、文冠果等植物因生物質產量高、品種優(yōu)良而成為重要的能源植物，具有廣闊的發(fā)展前景[19]。但我國目前對于能源植物的優(yōu)良品種掌握較少且篩選工作滯后，品種研究工作存在重復性多，水平低等問題，且大型石油公司對種質資源優(yōu)選和開發(fā)重視程度不夠。此外，能源植物的產量穩(wěn)定性也尚未得到全面的評價。

3.2 原料路線和規(guī)?；N植

第1代和第1.5代燃料乙醇[20]原料主要是糖質原料 (甘蔗、甜高粱汁和糖蜜等)、淀粉質原料(如玉米、小麥、甘薯和木薯等)，受制于糧食安全問題及與糧爭地的爭議，發(fā)展受限。第2代燃料乙醇現(xiàn)階段利用秸稈等農林廢棄物為主要纖維質原料，雖然我國資源總量豐富，但可用資源落實程度低，較比國外分散程度高，耕種變化難以及時掌握，受傳統(tǒng)粗放式耕作方式和落后觀念意識的影響，農民出售秸稈的意識不強，加上農作物秸稈收購集中在農忙季節(jié)，秸稈多作為垃圾隨意丟棄或焚燒。遠期能源植物開發(fā)處于研究階段，尚未投入規(guī)模化種植。

生物柴油原料現(xiàn)階段以廢棄油脂為主；木本油料目前未形成工業(yè)規(guī)模，可作為中期原料。但面臨著資源總量有限和分布過于分散的問題，遠期含油藻類處于中試階段，培養(yǎng)和油脂分離成本處于較高階段。

另外，推進生物能源原料規(guī)?；N植，可能導致大量土地被用于種植某幾種作物，存在影響生物多樣性和糧食安全的風險。

3.3 原料收集、儲存和運輸

生物能源所需原料量較大，生物質時間、空間分布很不均勻，能量密度較低，與集約化、自動化、連續(xù)性的生物質工業(yè)轉化存在矛盾。

與發(fā)達國家農場不同，我國秸稈收購對象為單個農戶，農戶種植面積小，秸稈種類多樣、分布分散，使得收集、儲存、運輸難度大，費用高。另外，隨著秸稈原料需求量增加，秸稈競爭性用途增多，農民為追求最大利潤會抬高價格，企業(yè)為了尋求最低成本的秸稈原料，會擴大收購半徑，導致運行成本無序上漲。

我國秸稈收儲運及預處理技術的研發(fā)比較薄弱，缺乏高效的秸稈收割、粉碎、打包一體機，現(xiàn)有相關設備推廣覆蓋面較小。同時，秸稈運輸主要依靠小型手扶拖拉機和農用運輸車，裝載量小，運輸效率低，秸稈利用物流體系建設處于初級階段[21]。

另外，當生物能源工業(yè)規(guī)模擴大時，存在原料產品運輸成本增加幅度會大于規(guī)模擴大后成本下降幅度的可能性，通用的經濟規(guī)模的概念不適合生物質工業(yè)轉化。

3.4 政策保障

目前，我國雖在部分區(qū)域強制實行摻混銷售，實行財稅減免等政策，但在原料種植和技術創(chuàng)新方面，我國出臺的《生物能源和生物化工非糧引導獎勵資金管理暫行辦法》[22]其中要求條件較為苛刻，資金落實較為困難，從整體看來扶持力度較小。

雖然我國政府高度重視秸稈生物質能利用，但針對秸稈收儲運體系建設的配套制度、資金支持和扶持政策還沒有出臺。秸稈原料收購處于無序競爭狀態(tài)，缺乏相關管理辦法；缺乏鼓勵農民主動收集出售秸稈的扶持政策；對秸稈專用運輸車輛沒有出臺優(yōu)惠政策。另外，國家農業(yè)研究機構對秸稈收儲運技術和裝備研發(fā)重視不夠，資金投入不足。

盡管未來多品種生物能源的推廣使用還可能存在與現(xiàn)有運輸工具發(fā)動機兼容問題和有待消費者認可問題，需要堅定不移的政策導向給生物能源產業(yè)的發(fā)展營造寬松環(huán)境。

4 破解之道

4.1 完善能源作物邊際土地發(fā)展戰(zhàn)略

大型石油公司應充分發(fā)揮自身資金雄厚和國家支持等優(yōu)勢，低成本獲取邊際性土地，重點考慮利用氣候、環(huán)境和土壤肥力相對較好的油田礦區(qū)及周邊不可用于農耕的土地，規(guī)?；N植能源作物，實現(xiàn)低成本原料供應。

大型石油公司還應通過與國內相關農林研究單位和機構合作，引導相關機構加大對我國邊際土地的調查力度，掌握我國可利用邊際土地的詳細情況，制定邊際土地利用評價標準，篩選并優(yōu)先利用相對平坦、土壤面積大且條件較好的土地，并選用種植難度較小對環(huán)境要求較低的能源作物發(fā)展生物能源。對于面積相對分散的能源作物邊際土地，可考慮能源作物的“分散式粗加工—集中化精加工”來減少運輸成本。通過完善邊際土地的發(fā)展戰(zhàn)略來實現(xiàn)我國能源—經濟—環(huán)境的和諧發(fā)展。

4.2 高度重視原料種質資源掌控

對于石油行業(yè)，石油資源是發(fā)展的基礎，而在生物能源發(fā)展中，原料資源顯得尤為重要。如果不積極參與生物能源原料資源的發(fā)展和掌控，就失去了核心競爭力，未來一旦掌握了原料的高經濟性品種，會帶來革命性的突破和絕對競爭力。

因此，大型石油公司要大力與農林業(yè)部門和研究機構產學研合作，現(xiàn)階段針對農林廢棄物原料的利用，要深入掌握更為詳細的我國生物原料資源種類、數量、分布及利用等情況，并且引導農民科學合理利用秸稈；對于遠期能源植物和含油藻類，要通過合作加大研究力度，通過發(fā)掘速生、抗極端逆境的新物種、新種質、新基因資源，篩選培育出高光效、能量密度大、抗逆性強、不危及生態(tài)的，并且區(qū)域適應性好的多種高產優(yōu)質品種，高效建立生物資源基地，保障未來經濟生產。另外，在推進規(guī)模化種植之前，要做好生物多樣性評估，建立多種品種交叉、混種的科學種植模式。

4.3 物流保障和成本控制是生物能源發(fā)展的重中之重

第一，借力政府、民營企業(yè)和專業(yè)合作社，組建高效、低成本原料保障供應體系。以市場化原則，充分依托現(xiàn)有原料收儲體系，建立專業(yè)收儲組織，發(fā)展農戶收儲經紀人作為補充，降低風險，采取市場化采購為主的原料供應方式，促進生產企業(yè)、收儲組織以及農戶之間形成一個良性的利益生態(tài)鏈，解決因原料成本高 (占生產成本的70%～80%) 導致產業(yè)經濟性差的問題。

第二，原料多元化路線。為解決原料季節(jié)性收獲與工業(yè)連續(xù)生產的矛盾，針對生物能源建設項目，要立足原料多元化，考慮多種原料供應方案，增加多種原料預處理設施，提高裝置加工的靈活性，克服原料的季節(jié)、市場等因素的影響。

第三，自建示范引導性規(guī)模化基地。根據土地資源和農林生產的特點，合理選育和科學種植，建立規(guī)?；图s化管理的原料基地，引導當地農民積極參與原料種植，解決產業(yè)化初期原料供應市場不穩(wěn)定的問題。

第四，建立完善的原料采收標準與采購管理系統(tǒng)和網絡，使企業(yè)獲得穩(wěn)定供給的同時，保證原料質量和價格的穩(wěn)定。

第五，在原料供應與生產系統(tǒng)之間，建立合理的原料進庫、儲存、流轉、儲庫管理系統(tǒng)，以解決原料季節(jié)性對工廠常年平穩(wěn)運行的影響。

4.4 國際化、高起點合作建立生產研發(fā)體系

大型石油公司長期從事油氣生產和加工，在石油行業(yè)有豐富的經驗，但對可再生能源的探索研究缺乏專業(yè)的技術人才，應加快人才培養(yǎng)，重視專業(yè)人才隊伍建設；對生物能源技術形成專項資金的穩(wěn)定投入；聯(lián)合國內外具有雄厚研發(fā)實力的研究機構和企業(yè)，在生物能源核心技術方面加強合作；攻克纖維素制燃料乙醇、航空生物燃料等先進生物燃料關鍵技術；加強與生物能源產業(yè)鏈環(huán)節(jié)的知名企業(yè)進行產業(yè)化合作，學習先進經驗，降低投資風險。

4.5 注重科學統(tǒng)籌布局

在產業(yè)布局方面，必須始終堅持科學發(fā)展觀，統(tǒng)籌發(fā)展，合理布局，要結合現(xiàn)有生產、銷售布局和區(qū)域土地資源狀況，研究分析原料供需總量和區(qū)域分布，圍繞產業(yè)經濟性和目標市場，因地制宜確定發(fā)展目標、原料路線、加工路線和混配、儲運、銷售方案，要充分認識到生物質原料分散和能源密度低的不足是可以通過“分散式預處理、集中式精加工”布局模式解決的。

在產業(yè)鏈延伸方面，通過原料深加工的縱深發(fā)展，實現(xiàn)原料精細化利用并向高附加值的化工產品延伸，提高原料綜合利用效率，從而提高產業(yè)競爭力。

總體上講，發(fā)展生物能源應探索和建立“統(tǒng)籌規(guī)劃、規(guī)模適度、分散轉化、集中精煉、模塊建設、延伸加工、工貿并舉”的發(fā)展模式。

4.6 充分利用國內外市場及資源

在充分利用國內原料資源的同時，要充分利用如印尼、馬來西亞、非洲等國家和地區(qū)擁有的大量生物質資源，在具有經濟性前提下，都可以進口用來生產生物能源。另外，還可以在生物能源發(fā)展上采用“走出去戰(zhàn)略”，在擁有土地和原料資源優(yōu)勢的國家開展海外生物能源基地建設。

加快開展生物能源進口貿易推進工作，積極建議國家開展進口生物能源區(qū)域性示范試點，以加快國內生物能源市場推廣。

4.7 敢于先試先行，提供行業(yè)樣本，為國家出臺配套政策提供參考

充分利用國家扶持和企地關系良好的優(yōu)勢，敢于試點形成可再生能源產業(yè)的項目樣本，做好向國家有關部門匯報試點項目情況，為國家出臺有針對性的配套政策提供參考和依據。

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May 22, 2012; Accepted: August 31, 2012

Tianwei Tan. Tel: +86-10-64416691; E-mail: twtan@mail.buct.edu.cn

Reflection on developing bio-energy industry of large oil company

Haiyang Sun1,2, Haijia Su1, Tianwei Tan1, Shumin Liu2, and Hui Wang1

1Beijing University of Chemical Technology,Beijing100029,China
2Petrochina Planning & Engineering Institute(CPPEI),Beijing100083,China

China’s energy supply becomes more serious nowadays and the development of bio-energy becomes a major trend. Large oil companies have superb technology, rich experience and outstanding talent, as well as better sales channels for energy products, which can make full use of their own advantages to achieve the efficient complementary of exist energy and bio-energy. Therefore, large oil companies have the advantages of developing bio-energy. Bio-energy development in China is in the initial stage. There exist some problems such as available land, raw material supply,conversion technologies and policy guarantee, which restrict bio-energy from industrialized development. According to the above key issues, this article proposes suggestions and methods, such as planting energy plant in the marginal barren land to guarantee the supply of bio-energy raw materials, cultivation of professional personnel, building market for bio-energy counting on large oil companies’ rich experience and market resources about oil industry, etc, aimed to speed up the industrialized process of bio-energy development in China.

bio-energy industry, fuel ethanol, biodiesel, large oil company, marginal land, policy support

(本文責編 郝麗芳)