专题报告：美国玉米燃料乙醇简介

2021年9月23日 1 / 12 投资咨询业务资格： 证监许可【2011】1289号 研究院 农产品组 研究员 邓绍瑞  010-64405663  dengshaorui@htfc.com 从业资格号：F3047125 投资咨询号：Z0015474 范红军  020-37595315  fanhongjun@htfc.com 从业资格号：F0262666 投资咨询号：Z0002196 徐亚光  021-68758679  xuyaguang@htfc.com 从业资格号：F3008645 投资咨询号：Z0012826 吴青斌  021-60827983  wuqingbin@htfc.com 从业资格号：F3054450 投资咨询号：Z0015951 华泰期货|专题报告 2021-09-23 美国玉米燃料乙醇简介 内容概要 考虑到国内玉米临储库存去化之后，国内玉米供需缺口需要进口和替代加以弥补，内外玉米关联度有望得到提升。而美国玉米国内需求中燃料乙醇需求量占比已经多年维持在4成以上，在这种情况下，我们推出此次专题，简单介绍美国玉米燃料乙醇行业，具体分为如下四个方面。 首先，简单介绍美玉米乙醇的发展历程，其大致经历三个发展阶段，背后主要原因有三，一是原油价格上涨的推动，二是MBTE的缺陷，三是美玉米供应的保障。 其次，简单介绍美玉米乙醇加工工艺，分湿法和干法两种，区别在于玉米原料端的预处理。并大致介绍目前美玉米乙醇主要生产厂家，包括Valero、ADM、Poet、Green Plains、Flind Hills及Pacific Ethanol公司。 再次，简单介绍美国指导包括燃料乙醇在内的生物燃料行业的相关法律法规及其行业标准，其中相对重点介绍了《清洁空气法案（CAA）》、《可再生燃料标准（RFS》）和《能源独立与安全法案（EISA）》。 最后，简单介绍美国玉米乙醇运行机制，特别详细介绍可再生燃料识别码RIN，从产生、交易到到期的相关流程，并举例加以说明。 考虑到EISA指定的RFS中对常规生物燃料（主要是指玉米燃料乙醇）的掺混要求近年来一直维持在150亿加仑，后期美玉米燃料乙醇需求或难有大的增长。我们在实际研究工作中，更多关注玉米乙醇及其关联产品的价格走势，计算生产利润和掺混利润来判断产量变化，并根据EIA公布的平均每日乙醇产量，测算出每周燃料乙醇中的玉米消费量，来判断美玉米乙醇需求量能否达到USDA每月供需报告预估的水平。 华泰期货|专题报告 2021-09-23 2 / 12 发展历程 从下图1可以看出，美国燃料乙醇经历三个发展阶段，第一阶段为上世纪8-90年代的蓄势阶段，第二阶段为本世纪初的快速发展阶段，第三阶段为2008年至今的慢速发展阶段。 究其原因，首先在于原油价格，燃料乙醇作为一种替代品，与原油价格走势密切相关，燃料乙醇的缘起在于上世纪70年代的石油危机，当时由于战后经济复苏，西方世界对石油的需求急剧增长，但西方石油公司却长期不愿对石油生产国的提价要求做出让步，双方的矛盾日益尖锐，继而引发7-90年代的三次石油危机，其中第一次石油危机源于以美国为代表的西方国家在1973年10月爆发的第四次中东战争中支持以色列，引发阿拉伯国家的不满，石油输出国组织大幅提高石油价格，从3.01美元/桶暴涨至11.65美元/桶。第二次石油危机源于伊朗革命及其1987年两伊战争的爆发，极大削尖了全球石油产量，带动油价大幅走高，大致从14美元上涨至35美元/桶。第三次石油危机源于伊拉克战争，带动油价三个月内从14美元涨至40美元上方，但由于其持续时间相对较短，影响相对较小。 而后在本世纪初美国燃料乙醇快速发展阶段亦对应着原油价格的大幅飙升，文华财经数据显示，WTI原油指数从1999年年初的低点11.63美元持续上涨至2008年8月最高点147.94美元，涨幅超过12倍。与之对应的是美国燃料乙醇的产量从1999年的14.65亿加仑持续飙升至2010年的132.98亿加仑。 其次在于先期选择的MTBE出现若干问题，MTBE甲基叔丁基醚，是一种含氧18.2%，辛烷值117的有机醚类液体，主要用作汽油添加剂，可提高汽油辛烷值和燃料效率，降低汽车尾气一氧化碳和烃类化合物的排放，美国自20世纪70年代开始将其用于汽油燃料，得益于其制造容易、成本低廉和运输方便等优点，其得到迅速推广运用。但后期逐步发现MTBE的一些特性对环境、生物体即人类形成危害，其一是其在常温下在水中的溶解度高，且在土壤中有不吸附性，容易对地下水形成蔓延性的污染；其二是其在阳光下容易形成臭氧产生光化学烟雾，其三是动物研究表明其还有强烈的致癌作用。 在这种情况下，1999年加州率先颁布法令与2003年全面禁止使用MTBE作为汽油含氧添加剂，截至2006年，美国大多数州已经通过法律禁止使用MTBE。而燃料乙醇是解决辛烷值短缺最有效的方法，同时由于燃料乙醇中不含有烯烃和芳烃，加入汽油后产生稀释作用而使得乙醇汽油中芳烃和烯烃含量降低，减少了汽车排放，特别是有毒物质如苯和丁二烯以及PM2.5的污染。 最后也最重要的是美国玉米的供应保障，从下图3可以看出，上世纪7-80年代美玉米供需持续趋于宽松，库存使用比从1973/74年度的8.21%持续上升，1986/87年度升值高达66.10%，玉米供应过剩也为当时发展燃料乙醇创造了条件。随后则 华泰期货|专题报告 2021-09-23 3 / 12 更多通过美玉米单产提升来提高玉米产量，继而满足燃料乙醇消费需求，从下图2可以看出，最近若干年的美国国内饲残用量增速并不明显，总量甚至低于本世纪初的2004/05和2005/06年度。 图1. 美国燃料乙醇产量 单位：百万加仑 图2. 美玉米国内需求分类对比 单位：千吨 数据来源：EPA 华泰期货研究院 数据来源：USDA 华泰期货研究院 图3. 美国玉米供需平衡表 单位：千吨 图4. 国内消费量中乙醇占比 单位：% 数据来源：USDA 华泰期货研究院 数据来源：USDA 华泰期货研究院 生产工艺与主要厂家 玉米燃料乙醇生产工艺主要分为两种，即干法和湿法，两者区别在于粮食的预处理环节。在干法生产工艺中，先将整个玉米粒研磨成粉，并与水混合得到醪液，加入酶制剂，湿淀粉转化为右旋葡萄糖，添加氨调节PH值并未酵母提供营养，将糖发酵过程中释放二氧化碳，蒸馏后获得高浓度乙醇，并将蒸馏后的可溶物浓缩为CDS或者糖浆，与离心分离所得粗粒混合干燥可获得DDGS。 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 1981 1986 1991 1996 2001 2006 2011 2016 美国燃料乙醇产量 100000 110000 120000 130000 140000 150000 160000 0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000 2003/2004 2007/2008 2011/2012 2015/2016 2019/2020 美玉米乙醇用量 美玉米饲残用量（右轴） 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 0 50000 100000 150000 200000 250000 300000 350000 400000 450000 1961/1962 1972/1973 1983/1984 1994/1995 2005/2006 2016/2017 玉米产量 玉米消费量 期末库存 库存使用比（右轴） 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 200000 220000 240000 260000 280000 300000 320000 2003/2004 2007/2008 2011/2012 2015/2016 2019/2020 美玉米国内总消费量 乙醇用量占比（右轴） 华泰期货|专题报告 2021-09-23 4 / 12 而在湿法工艺中，先将玉米粒浸泡在稀释亚硫酸溶液将玉米各组分分离，其中玉米胚芽可以提取玉米油，剩余的玉米胚芽粕可以与玉米纤维、麸皮干燥后作为动物饲料，而淀粉与醪液后续流程则与干法相同。 EIA数据显示，美国燃料乙醇生产厂家数量变化不大，在个别年份甚至出现下降，产能增速也有所放缓，或更多源于原有厂家技术升级，从地区分布来看，产能主要集中在PADD2内，这对应着中西部玉米产区。产能集中度整体趋于下降，EIA2017年公布的数据显示前五大公司占比接近50%，而2021年公布的最新数据则显示，前六大公司Valero、ADM、Poet、Green Plains、Flind Hills及Pacific Ethanol公司占比下降至41%。 其中Valero公司是财富500强企业，北美最大的炼油企业，成立于1955年，总部位于达拉斯圣安东尼奥市，在美国、英国、加拿大和加勒比地区拥有多家炼油厂和风力发电企业，在2013年分拆CST Brands之前，其还是美国最大的零售供应商之一，拥有6800家零售和品牌批发店，目前乙醇加工产能17.35亿加仑，占比9.89%。 ADM为全球四大粮商之一，1971年收购一家位于艾奥瓦州的玉米湿法加工工厂进入乙醇行业，1978年在石油危机之下，应美国总统要求，将玉米加工工厂改建，生产合成燃料，随后收购多家乙醇工厂，开启扩张之路，截至目前乙醇加工产能16.74亿加仑，占比9.54%。 Poet公司是一家专门生产生物乙醇的生物燃料公司，位于南达科他州的苏福尔斯市，目前设计产能15.03亿加仑，占比8.57%，除了燃料乙醇外，该公司还通过美国能源部拨款，建设纤维素乙醇工厂。此外，还与其他公司合资成立先进生物燃料公司。 Green Plains是一家位于内布拉斯加州奥马哈市的实现纵向一体化管理的乙醇企业，上游通过Green Plains Grain提供粮食存储业务，下游通过独立经营的乙醇营销公司Green Plains Trade销售乙醇和副产品，目前乙醇加工产能10.38亿加仑，占比5.92%。 Flind Hills为科赫工业旗下企业，主要在美国德克萨斯和中西部地区生产玉米基生物燃料乙醇，公司自2002年以来，通过110多亿美元的资本投资和并购来扩大业务，目前设计产能7.71亿加仑，占比4.39%。 Pacific Ethanol 为美国第六大乙醇生产企业，目前设计产能5.08亿加仑，占比2.89%，除了乙醇生产之外，其通过全资子公司Kinergy Marketing LLC，在美国