能源作物开发利用技术

1、. .能源作物开发利用技术    目前世界上生物燃料乙醇开展较快，主要包括以甘蔗、甜高梁、甜菜等为原料的糖质作物，以玉米、木薯、甘薯等为原料的淀粉质作物，以秸秆、蔗渣等纤维素、半纤维素等为原料的三类生物燃料乙醇材料。以前两类生物质为原料的乙醇发酵技术为成熟技术，以秸秆、蔗渣纤维生产乙醇的技术尚处于中试阶段，产业化技术没有形成。年产量从2000年的1 390万吨，增长到2005年的2 950万吨。其中巴西约1 350万吨，以甘蔗为原料；美国约1 200万吨，以玉米为原料。生物柴油年产量约200万吨，主要集中在德国。    我国生物液体燃

2、料生产也取得明显进展，全国燃料乙醇生产能力到达132万吨，已在*等9个省的车用燃料中推广使用乙醇汽油。同时，引进、育成了多个优良能源作物品种，并开展了一定规模的区域栽培试验和中试转化试点。一、甜高梁    甜高粱Sorghumbicolor(Moench)L，也叫芦粟、甜秫秸、甜秆和糖高梁，属于碳四(C4)植物，是禾本科高梁属粒用高粱的一个变种，具有光合速率高、生长快、产量高的特点。对土壤的适应能力很强，pH从5085，均能很好生长。  (一)国外开发现状    巴西自1975年、美国自1978年就开场种植甜高粱用于生产酒精

3、。20世纪90年代，乌拉圭仿效巴西，每年种植65万公顷甜高梁用于制作酒精燃料。俄罗斯、印度、日本也做了大量研究和应用。(二)国内研究和开发现状   自20世纪70年代后期，我国陆续从国外引进了丽欧、凯勒、雷伊等假设干优良甜高梁品种。我国科学家培育出适于我国大局部地区种植的“醇甜系列杂交甜高梁良种，茎秆产量、茎秆汁液锤度、籽粒产量和适应性，都到达国际先进水平，尤其适于盐碱地种植。泰天地能源技术开发公司、清华大学等单位先后研究成功甜高粱茎秆固体和液体发酵制取乙醇技术；国内已在*、*、*、*和*等省、自治区建有多个甜高粱茎秆制取乙醇示范工程。绿恒益能源技术开发中心培育出“醇甜系列

4、杂交甜高粱早、中、晚熟优良品种。*省四益乙醇*在*桦川已建成年产5 000吨甜高粱茎秆乙醇的示范工程。 (三)我国开发潜力分析    以*为例，适宜种植甜高梁的面积约53万公顷，单产可达75吨公顷以上，鲜秸秆总产4 300万吨以上，产甜高粱籽粒17万千克以上。*省黄骅等市县，适宜面积33万公顷以上。    甜高梁茎秆中汁液约占80，榨汁糖锤度15一22，甜高粱汁中糖分与甘蔗相比，复原糖的含量较高。美国甜高梁年乙醇产量达6106升公顷，而同为C4作物、号称太阳能最有效转化器的甘蔗只有4 680升公顷。甜高梁固体发酵生产乙醇所产

5、生的酒糟渣是牛羊的理想饲料，甜高梁秆渣可用于生产优质纸浆。 (四)经济效益分析    甜高梁平均每公顷产鲜茎秆60吨，籽粒4 500千克。茎秆110元吨，籽粒1100元吨，每公顷可获产值11 550元。甜高梁每公顷本钱6 885元，纯收入4 665元。酒精价格5 000元吨，用玉米生产酒精的本钱是4 500元吨以上，而用甜高梁秸秆加工酒精本钱约为4 200元吨。按平均每公顷产6 000千克玉米计，每公顷玉米生产酒精1 800千克；而甜高粱秸秆在传统工艺条件下，每公顷可生产3 750千克酒精。    甜高粱生产燃料乙醇循环利用

6、流程见图51。二、木薯    木薯(Manihotesculenta Crantz)，又名树薯、木番薯，大戟科木薯属多年生亚灌木，块根是其主要被利用的部位，淀粉含量比其他块根块茎作物都要高，被称为“淀粉之王。木薯原产热带美洲，现已广泛分布于南北纬30之间的热带和局部亚热带地区，与马铃薯和甘薯并称为世界三大薯类作物。    木薯属于C3植物，但是其光合速率比普通C3植物高得多。在哥伦比亚国际热带农业研究中心的实验田中，一个近似理想株型的杂种品系，获得了28吨公顷干块根的产量，还有许多杂交品种的产量也超过20吨公顷干块根的产量。 

7、;   木薯具有易栽培、高度耐旱、耐瘠、病害少、易管理等优良特性，特别适宜土地贫瘠、干旱、酸性、富铝化的丘陵山地栽种，也可在荒坡地及零星边际土地种植或多种植物间种。  (一)国外开发现状    目前，全球有90多个国家种植木薯，遍布非洲、亚洲、拉丁美洲和加勒比地区，其中非洲和亚洲分别占50和20。    世界木薯的主要加工产品是淀粉和酒精。2003年，世界鲜薯总产量的约6被用来加工淀粉，木薯淀粉总产量300万吨，淀粉主产国是泰国、中国和印度尼西亚。目前，世界上大量利用木薯加工酒精的国家比较少，其中产量较大

8、的国家是中国和泰国。  (二)国内研究和开发现状    我国从事木薯育种和生物技术研究的科研单位有中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所、*壮族自治区农业科学院亚热带作物研究所、中国科学院华南植物研究所等。    木薯除约30用作饲料外，其他70主要是加工淀粉和酒精的原料。据*木薯产业协会2005年统计，全国的木薯淀粉与酒精加工厂多达200多家，年木薯淀粉总产量近50万吨，年木薯酒精总产量40多万吨，其中，包含了*和*等沿海省份的非木薯产区，利用进口木薯干片生产的30多万吨木薯酒精。    我

9、国近几年的木薯产业化开展较快，据统计，2005年，中国木薯的总收获面积435万公顷，鲜薯总产量800万吨。其中，*和*占全国总收获木薯面积的859、鲜薯总产量的879和总产值的922。还可以向亚热带中、北部扩展，如*、*、*等的南部扩种，最大估计可到达150万200万公顷。  (三)经济效益分析    根据国内2005年情况，按72吨鲜薯生产11吨酒精，72吨鲜薯价格为2 500元左右，加工本钱约为800元左右，11吨酒精再增加100元脱水费，即可加工成1吨燃料酒精，总本钱约为3 400元，燃料酒精的市场销售价约为4 000元吨。  

10、  木薯生产燃料乙醇循环利用流程如图52。三、甘蔗    甘蔗(Saccharumsinense Roxb)是禾本科甘蔗属多年生植物，现代甘蔗栽培品种为蔗属三元或四元种间杂交品种，具有生物遗传多样性、C4光合特性和生长巨型性，其光合强度之大和生物量之高堪称大田作物之首。普通甘蔗一般每公顷产量6090吨，而能源甘蔗可达120吨以上，成熟后的甘蔗糖分一般为125一14，纤维含量一般为115125。种茎无性繁殖，繁殖系数低，一般310倍，一年新植，多年宿根。    甘蔗是喜温性作物，要求年平均温度在1830，大于1O的活动积温在6

11、 5008 000范围内，生长量随着积温的增加而增加。13C以下停顿生长或生长极慢。    甘蔗分布在北纬33°至南纬30°之间，以南北回归线之间比较集中，主要生产的国家有巴西、印度、澳大利亚、古巴、泰国、中国、美国、墨西哥、南非、印度尼西亚、巴基斯坦、菲律宾等。    20002004年世界甘蔗生产面积平均2 000万公顷。其中世界上甘蔗种植面积最大的国家是巴西，平均518万公顷；其次是印度431万公顷；中国134万公顷位居第三。我国甘蔗主要分布在北纬24以南的热带、亚热带地区，包括*、*、*、*、*、*、*、*

12、、*、*、*、*等12个省、自治区。目前，*、*、*三个优势产区占全国85，其次是*和*。  (一)国外开发现状    20世纪70年代，美国植物生理学家A1exanderAG教授利用甘蔗属的S.OFFICINARUM(高贵种)同热带杂草杂交，育成一种生物量达240270吨公顷，总可发酵糖量达每公顷4855吨干重的非食用甘蔗新品种。用此种甘蔗为原料进展燃料乙醇的中间试验，每公顷年产271吨的能源甘蔗最终可生产296吨燃料乙醇。但是，由于全球蔗渣木质纤维酶解糖化产业化技术尚未形成，该生产线至今未投入商业化生产。至20世纪80年代，美国、巴西、印度等国科学家

13、调整育种目标，培育出RB72454、RB855536和SP94115等一批糖、能兼用的甘蔗新品种，支持以甘蔗为原料的糖、酒联产方案。    巴西是世界上开展甘蔗乙醇最早和最成功的国家，从1978年实行“甘蔗乙醇方案以来，甘蔗面积从66万公顷，扩大到2006年的658万公顷；甘蔗总产从045亿吨增加到450亿吨；蔗糖总产从450万吨增加到2 500万吨；燃料乙醇产量从无增加到157亿升，占世界燃料乙醇总产420亿升的374，成为世界第一生物能源大国，现有350家甘蔗加工企业。2006年新建41个甘蔗乙醇、制糖工厂，建成后可增加7 000万吨的甘蔗加工能力，其中23是

14、生产燃料乙醇。与此同时，巴西还在加快燃料乙醇专用管道的建立，以提高乙醇的运输能力。    目前，巴西甘蔗平均单产8693吨公顷，比我国高1623吨公顷，全国原料蔗平均蔗糖分15以上，比我国高07个百分点(绝对值)以上。近年，由于世界油价飙升，全球对乙醇需求急剧增加。为此，澳大利亚、泰国、印度、南非、哥伦比亚和中美洲国家纷纷学习巴西经历。近几年，巴西政府还特别注重扩展新能源的海外出口市场，已将日本、中国、俄罗斯、印度、南非和美国等列为巴西未来燃料乙醇的出口市场。 (二)国内研究和开发现状    在品种选育方面，“十五期间，由*

15、农林大学主持，利用远缘杂交、系谱选择与分子标记辅助鉴定，培育出福农951702、福农9l4621、粤糖93159、粤糖94128、桂糖94116等一批糖、能兼用甘蔗新品种。蔗茎产量达95120吨公顷，平均蔗糖分150以上，最高168一186。抗花叶病、抗旱甘蔗转基因系产量提高20一30，锤度提高23个百分点(绝对值)。在能源甘蔗的高效产业化技术和周年供应系统方面也进展大面积示范。在发酵技术方面，利用甘蔗清汁发酵生产燃料乙醇技术(已获国家创造专利)，采用双流加连续发酵技术进展中试，结果说明，每12吨甘蔗生产1吨乙醇。同时还筛选了一批耐35、耐酒精浓度15°17°的优良菌株。&

16、#160;(三)我国开发潜力分析   甘蔗是一种适应性广、抗逆性强、适应山坡地、沙洲地和盐碱地等边际性土地生长的高生物量、高可发酵糖量作物。我国南方桂、滇、粤、琼等均可规模化集中种植。其中桂中南、滇西南和粤西三个优势区域占全国种植面积的70。    甘蔗糖是乙醇发酵的直接底物，比淀粉发酵乙醇节省了淀粉合成与糖化两个耗能生化过程，应用甘蔗生产乙醇能量效率最高，为玉米乙醇的5倍。在国内每吨甘蔗乙醇的原料本钱为3 900元(300元吨，甘蔗)，而玉米乙醇的原料本钱那么为4 800元(1 500元吨，玉米)。 (四)经济效益分析 &

17、#160;  以粤西*20062007生产季北坡蔗区11万公顷甘蔗为例，种植甘蔗农民每公顷支出费用按肥料费5 250元、机耕费525元、种苗费2 250元、收割费40元吨、到厂运输费10元吨计，每公顷甘蔗总支出为13 650元，当年生产季平均每公顷产量达1125吨计，如甘蔗收购价为280元吨，种甘蔗每公顷纯收入17 850元。    甘蔗乙醇的经济效益，按吨蔗价280元计，12吨甘蔗可生产1吨燃料乙醇，主原料甘蔗本钱3 360元，其他加工车间本钱、辅料本钱、财务本钱、折旧等费用不超过600元，吨燃料乙醇生产本钱3 960元，国家对企业燃料乙醇的结算价是9

18、1号汽油批发价(4 890元吨)X0911，约为4 4548元吨，盈余4948元。甘蔗糖酒联产循环利用流程如图53。四、甘薯    甘薯Jpomoeabatatas(L)Lam是旋花科甘薯属的一个栽培种，具蔓生习性的一年或多年生草本植物。世界上甘薯目前种植面积约900万公顷，90以上种植面积集中在开展中国家。  (一)国外开发情况    2005年世界上共有113个国家栽培甘薯，亚洲栽培面积为5787万公顷，占世界总面积的663，栽培面积较大的国家有中国、越南、印度尼西亚等。非洲栽培面积为2535万公顷，占世界总面积的290。    我国占有世界甘薯85产量，国外种植面积较小，尚未有主要选用甘薯作为能源原料作物的国家。日本雾岛酒业株式会社为日本最著名的造酒企业，其原料大局部选用甘薯，年产值达23亿日元。  (二)国内研究和开发现状    *甘薯研究中心现已培育成能源乙醇专用品种X薯22。中国科学院*生物研究所承担的“甘薯高效低能耗贮存技术与高效燃料乙醇转化技术