能源植物概述.pptx

能源植物概述 一 能源植物的概念及分类二 能源植物的研究进展三 能源植物的开发利用四 几种主要的能源植物介绍五 能源植物未来的发展趋势六 能源植物的发展对策和建议 主要内容 能源植物 EnergyPlant 又称石油植物或生物燃料油植物 通常是指那些具有合成较高还原性烃的能力 可产生接近石油成分和可替代石油使用的产品的植物 以及富含油脂 糖类 淀粉类 纤维素等的植物 分类 可作为能源的植物种类很多 主要是某些农作物及有机残留物 林木 森林工业残留物 藻类 水生植物也是有待开发的能源植物 一 能源植物的概念及分类 二 能源植物的研究进展 据估计 绿色植物每年固定的能量 相当于600亿吨至800亿吨石油 即全世界每年石油总产量的20倍至27倍 约相当于世界主要燃料消耗的10倍 而绿色植物每年固定的能量作为能源的利用率 还不到其总量的l 我国对能源植物的研究重点倾向于对乔木 灌木植物的种子含油量进行筛选 草本能源植物多数既是人类食物的重要组成部分 也是工业用途非常广泛的原料 种植这些能源植物都需要大量的耕地 而我国人多地少 大规模利用耕地来生产能源植物不现实 因此发展生物质能源本着 不与人争粮 不与粮争地 的原则 筛选能量富集型的野生或半野生状态的草本能源植物并通过生物工程改良和培育良种能源植物 结合生态恢复充分利用荒山荒地将降低环境污染 促进受破坏的生态系统恢复 实现资源能源环境一体化 利用前景非常可观 目前已开展纤维素 木质素制备液体燃料新技术 生物质燃油制备新技术 生物质能转化与利用新技术等研究 以及支持连续固体酸碱催化酯化制备生物柴油新技术 生物质直接脱氧催化液化制备燃油关键技术与中试 甜高粱茎秆生产燃料乙醇新工艺 生物质制备醇醚燃料关键技术研究与中试等研究 此外 还开展了生物柴油 植物油 能源植物 生物质快速裂解等新技术 新工艺的开发与研究 三 能源植物的开发利用 1 不同类型能源植物的利用2 国外能源植物的开发利用3 国内能源植物的开发利用 发达国家用于规模生产生物柴油的原料有大豆 美国 油菜籽 欧共体国家 棕榈油 东南亚国家 美国和巴西等国家利用甘蔗 甜高粱 玉米 木薯等生产燃料乙醇 日本 爱尔兰等国家利用植物油下脚料及食用回收油作原料生产生物柴油 世界上富含油的植物达万种以上 已发现的40多种石油植物和柴油植物主要集中在夹竹桃科 大戟科 萝摩科 菊科 桃金娘科以及豆科 产油植物大体有3类 1 大戟科植物 其植物油可制成类似石油的燃料 大戟科的巴豆属制成的液体燃料可供柴油机使用 2 豆科植物 如苦配巴植物 3 其他木本植物 如油棕榈树 南洋油桐树 澳大利亚的阔叶木棉等 有些植物含油率很高 如木姜子种子含油率达66 4 黄脉钓樟种子含油率高达67 2 1 不同类型能源植物的利用 国外能源植物的开发利用较早 自20世纪70年代以来 许多国家先后制定了有关生物能源的开发研究计划 如美国的能源农场 巴西的酒精能源计划 日本的新阳光计划 印度的绿色能源工程等 特别是自从诺贝尔奖获得者美国加州大学的化学家卡尔文于1986年在加州福尼亚种植了大面积的能源植物获得成功以来 世界各国投入大量的人力 物力 财力从事能源植物的研究和开发 并且大面积种植和工业转化利用 取得了一系列研究成果和良好的经济效益 2 国外能源植物的开发利用 巴西是世界燃料乙醇发展的先驱 首先推出了国家乙醇计划 充分利用本国甘蔗资源优势 形成了高水平的燃料乙醇生产技术 巴西一种野生的汉咖树 体内含有15 的酒精 常绿乔木香胶树 每公顷可年产石油225桶 还有一种油棕榈树 每公顷可年产1万kg生物柴油 有一种名叫苦配巴的乔木 每株成年树每年能产10kg 15kg生物柴油 在巴西高原的热带雨林中发现近千种这类植物 可从其所产生的乳液中用简单的工艺就能得到高品质的液态燃料 2 国外能源植物的开发利用不同国家的能源植物利用 美国是世界上最大的以谷物为原料生产生物燃料乙醇的国家 此外 美国还大力发展其他能源植物 如美国的美洲香槐 从这种大戟科植物中能得到约1600L 合10桶 燃料油 加利福尼亚洲生长的黄鼠草 1HM2可提炼1t石油 此外 还建立了三角叶杨桤木 黑槐 桉树等石油植物研究基地 欧洲国家在大力发展生物质燃烧发电的同时 加强了能源植物的开发利用 欧洲使用较多的是马铃薯 用于生产燃料乙醇 利用油菜生产生物柴油 欧洲是世界上生物柴油生产及使用的主要地区 以德国 法国 意大利和捷克为主 澳大利亚有一种古巴树 也称柴油树 从成年树中每棵每年可获得约25L燃料油 且这种油可直接用于柴油机 有一种叫阔叶木棉的植物 能提取类似于重油的燃料油 有两种多年生野草桉叶藤和牛角瓜 其茎叶中提炼出一种白色汁液 可以制取石油 在亚洲 日本是发展生物柴油最早的国家 也是亚洲第一生物柴油生产大国 日本发现一种芒属植物象草 是一种理想的石油植物 1hm2平均每年可收获12t生物石油 比其他现有的任何能源植物都高产 而且种植成本还不到种植油菜的1 3 可是变成石油所产生的能量却相当于用菜籽油提炼的生物柴油的2倍 马来西亚的原始森林中 有一种叫银合欢树的豆科植物 其汁液含油量很高 被誉为 燃烧的木头 其燃烧能力可达到石油的2 3以上 另外 泰国从南洋油桐中提取石油物质 我国是利用能源植物较早的国家 但在能源植物的大规模生产和开发利用方面起步较晚 自20世纪70年代初开始 湖南省林科院开始从事油茶 油桐 核桃 光皮树 油橄榄 霍霍巴等木本油料树种的研究 七五期间 四川省计划委员会开展了野生植物油作柴油代用燃料的开发应用示范项目研究 四川省林业科学研究院等单位对攀西地区野生小桐子 麻疯树 的适生立地环境 栽培技术 生物柴油提取与应用等进行了较为深入的研究 3 国内能源植物的开发利用 八五期间 中国科学院开展了燃料油植物的研究与应用技术项目研究 湖南省林科院完成了光皮树油制取甲脂燃料油的工艺及其燃烧特性研究 九五期间 湖南省林科院完成了植物油能源利用技术和能源树种绿玉树及其利用技术的引进项目研究 编写了能源植物 燃料油植物 种类资源量调查研究报告 完成了中国能源植物 燃料油植物 特征登记汇总表的汇编 掌握了我国能源油科植物的种类分布特点及资源量 确定了选择利用原则 划分了燃料油植物类型 十五期间 中国林科院对我国的黄连木和文冠果等主要燃油木本植物进行了全国资源分布的调查 我国在生物柴油研究和开发利用技术方面取得了显著成绩 先后研制开发了脂肪酸烷基酯的生产方法 棉籽油皂脚料合成脂肪酸甲酯的专利技术 高酸值动植物油脂共沸蒸馏酯化 甲酯化技术 短链脂肪酸酯作为酰基受体的酶法生物柴油技术等 在生物酶法生产生物柴油技术方面 利用固定化脂肪酶技术 将动植物油脂废气物转化为柴油获得成功 在燃料乙醇研究和项目开发方面 我国主要以玉米为原料 同时正积极开发甜高粱 薯类 秸秆等其他原料生产乙醇 纤维素类原料主要是作物秸秆和废木材等 以利用纤维素类物质为目的的能源植物研究较少 目前 大多数能源植物尚处于野生或半野生状态 人类正在研究应用遗传改良 人工栽培或先进的生物质能转换技术等 以提高利用生物能源的效率 生产出各种清洁燃料 从而替代煤炭 石油和天然气等石化燃料 保护国家能源资源 减轻能源消费给环境造成的污染 全球开发利用的主要能源植物 生物柴油 以油料作物 野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂 餐饮垃圾油等为原料 通过酯交换工艺制成 可代替柴油的再生性燃油 大戟科 萝摩科 菊科 桃金娘科以及豆科植物 从它们的茎 叶伤口处有乳白色或黄褐色液体流出来 其中含有与石油成分相似的碳氢化合物 一英亩三角大戟可生产相当于50吨石油的燃料 一公顷象草平均每年可收获12t生物石油 三角大戟 三 几种主要的能源植物介绍 麻疯树 JatrophacurcasL 大戟科多年生落叶灌木或小乔木 树高约2 5m原产南美洲 分布于北纬30度至南纬35度之非洲及亚洲地区适应性强 生长快速种植2 3年后大量开花结果 收获期长达30年以上种子含油30 40 世界公认生质柴油优良树种之一 巴西政府又推出了蓖麻 ricinus 一种值得推广的作物 和大豆不同的一点是 它适合小面积种植 可以使更多的农民获益 而且蓖麻生命力顽强 可以在干旱地区照常生长 乙醇植物 2005年美国利用14 3 玉米产量生产1 48x1010公升酒精 约相当于1 72 美国汽油使用量玉米每公吨鲜重可生产酒精约370公升 每公顷可生产8公吨 表示每公顷可生产3 000公升玉米之能源产出投入比约为0 61 2 生长期约需4个月 料源稳定 价格便宜 2006年曾推广30公顷适合生质能源之品种 台农31 57 66及新31号等 57号淀粉含量高 适于中南部种植 66号适于北部种植鲜薯每kg生产成本约3元 产量30 40t ha 乙醇植物 在台湾马铃薯为冬季里作作物 产期集中于1 3月 马铃薯的成分以淀粉为主 其次是蛋白质除供食用外 还可供作家畜饲料及生产工业用酒精 酒精汽油可由木薯发酵而成 每1公吨之酒精产量约为180公升据资料指出 木薯之能源产出投入比约为1 2 甜菜Beet BetavulgarisLinn 根中含糖分 可生产砂糖 但在高温和潮湿地区生长的甜菜产量及含糖量低可从甜菜提炼糖 及酒精等副产品在美容方面 它具有润泽与柔软的功效据资料指出 甜菜之能源产出投入比约为1 19 1 79 甜高粱Sweetsorghum SorghumbicolorL Moench 耐旱 耐寒 耐盐 耐碱 适应性广 生长快可利用机械栽培与采收 可进行宿根栽培生长期约4个月 仅为甘蔗之1 4可利用制糖机械榨取糖汁 进而发酵生产酒精榨汁后蔗渣可作堆肥 燃料或其它利用 甘蔗Sugarcane SaccharumsinensisRoxb 甘蔗1公吨理论值约 70公升酒精甘蔗生育期长 12个月 宿根 18个月 一般栽培 据资料指出 甘蔗之能源产出投入比约为2 4 10 2 马蛋果 Gynocardiaodorata 云南大风子 大风子科乔木 雌雄异株 雄花雄蕊多数 雌花有退化雄蕊10 15 雌蕊5 柱头大 心形 浆果大 近球形 果皮厚而硬 可食 种子含油率达60 单种属植物 分布于西藏墨脱 云南东南部 锡金 缅甸也有分布 Aurantiochytrium 2011 8 31日本筑波大学在冲绳海域采集到一种能制造生物柴油的新品种海藻 单细胞藻类Aurantiochytrium 这种海藻有极高的燃油生产能力 生产效率是现有燃油海藻的十倍以上 它以水中有机物质为原料来制造碳氢化合物 相当于化石燃料中燃油 并储存在细胞内 若在相同温度条件下培养 其制造的碳氢化合物比丛粒藻高出10 12倍 经试算若在一个深1公尺的水池里培养Aurantiochytrium 每一公顷可产出一万吨油 目前已知有多种藻类能制造碳氢化合物 但生产效率低阻碍了藻类生产生物柴油的发展 担任此项目的研究者渡边教授表示 若以大规模生产设备来大量培养Aurantiochytrium 由它生产的生物燃油可从现在生物柴油每公升800日元降到每公升50日元 研究小组将用十年的时间进行实用化 葡萄藻资料 Botryococcusbraunii A 各国能源植物生产技术 1 世界各国调整能源政策 都把生物质能源摆在重要位置2002年 美国能源部和农业部联合提出 生物质技术路线图 2020年目标 生物燃油取代全国燃油消费量的10 生物基产品取代石化原料制品的25 减排CO21亿吨 2 四成能耗将来自生物能源科学家断言 再过10到20年 社会整体技术水平将再提升一个层次 能源植物将成为我们生活中依赖程度最高的物质之一 专家认为 生物能源将成为未来可持续能源的重要部分 到2015年 全球总能耗将有40 来自生物能源 四 未来发展趋势 1 能源植物调查与评价根据国内外能源植物研究情况 按照碳水化合物类 油脂类和烃类能源植物对我国不同区域内的重要能源植物做重点考察和收集 摸清能源植物资源在我国分布的基本格局和资源数量 并对其潜在的开发利用价值 途径和技术方法进行评价 为我国能源植物战略资源储备和筛选优良能源植物提供参考和科学依据 2 新型能源植物培育对于重要的能源植物 在研究其生物学特性和主要化学成分的基础上 开展选择育种研究工作 选择产量高且出油率高的品种 系 利用杂交育种 诱变