搜索
农业生物质能源与农业综合开发江苏省农业资源开发局张晓晴（2008年3月）胡锦涛总书记指出：“加强可再生能源开发利用，是应对日益严重的能源和环境问题的必由之路，也是人类社会实现可持续发展的必由之路。”《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》明确提出，要“加快开发生物质能”。《中共中央国务院关于积极发展现代农业扎实推进社会主义新农村建设的若干意见》提出，“以生物能源、生物基产品和生物质原料为主要内容的生物质产业，是拓展农业功能、促进资源利用的朝阳产业”。加强可再生能源开发利用也是我国农业综合开发今后的重要任务。一场巨大的能源变革已经悄然来临。有能源专家说：“这或许意味着一个新时代的到来：中国已真正开始借财税‘四两拨千斤’之力，强力助推石油替代战略，减轻化石资源消耗与生态环境压力，从而开始了从‘烃经济时代’向‘糖经济时代’大踏步的跨越。”石油、天然气、煤炭等一次性化石资源，其主要的化学成分是烃；而生物质能则是通过绿色植物的光合作用，把太阳能转化为化学能后固定和贮藏在生物体内的能量，其主要化学成分是糖。一能源农业的概念（一）能源的概念在两次石油危机后，“能源”这一过去人们谈论得很少的术语，成了人们议论的热点。关于能源的定义，目前约有20种。例如《科学技术百科全书》说：“能源是可从其获得热、光和动力之类能量的资源”；《大英百科全书》说：“能源是一个包括着所有燃料、流水、阳光和风的术语，人类用适当的转换手段便可让它为自己提供所需的能量”；《日本大百科全书》说：“在各种生产活动中，我们利用热能、机械能、光能、电能等来作功，可利用来作为这些能量源泉的自然界中的各种载体，称为能源”；我国的《能源百科全书》说：“能源是可以直接或经转换提供人类所需的光、热、动力等任一形式能量的载能体资源。”可见，能源是自然界中能为人类提供某种形式能量的物质资源。人们通常按能源的形态特征或转换与应用的层次对它进行分类。世界能源委员会推荐的能源类型分为：固体燃料、液体燃料、气体燃料、水能、电能、太阳能、生物质能、风能、核能、海洋能和地热能。其中，前三个类型统称化石燃料或化石能源。已被人类认识的上述能源，在一定条件下可以转换为人们所需的某种形式的能量。（二）能源农业概念的提出及特征国内外都已经开展了与能源农业领域相关的一些研究和应用，并取得了一些进展。但能源农业作为一个完整的概念在国内外只有为数不多的几篇文献可供参考。在正式出版文献中有2003年姚向君发表“浅论中国能源农业的发展”和2005年冯永忠“中国能源农业发展必要性与对策研究”等，探讨了能源农业的概念，认为能源农业是以提供能源资源及其转换产品为主要目的农业生产及相关活动。农业为人类提供能源这一特定的功能，仅处于农作物秸秆和薪柴资源的原始燃烧利用阶段。在农业现代化建设过程中，解决我国乃至世界能源问题，尤其是对其解决石油危机方面的潜力和重要意义，尚未被社会各界所共识。随着石油问题国际化的凸现和石油储量的下降，农业在解决能源方面的优势将会逐渐显现出来。结合前人研究的基础和农业在解决能源问题方面的特殊作用，笔者认为能源农业就是能源型绿色作物的利用光合作用固定太阳能，将太阳能转变为有机能储存在植物体内，在一定的技术条件下，转换为人类能够直接利用的能源的农业生产活动。由此可以看出，能源农业具有如下几方面的特点。1、能源农业从其概念的内涵而言仍然属于农业领域。传统农业主要是通过人类的农事活动，为人类提供衣食住等丰富的生活资源，而能源农业在生产程序和耕作技术体系上，同传统的种植业一样，都是通过土地对农作物进行加工和利用，故仍然属于农业范畴。2、能源农业主要面向人类的能源需求。能源农业是从农业生产的角度和方法来解决目前日益严重的能源问题，它所提供的能源不同于传统的煤炭、石油和天然气为主的耗竭性能源，而是通过绿色植物的光合作用，固定太阳能并储存在农作物体内的有机能，属于可再生能源。3、能源农业必须与一定的加工技术相结合。能源农业生产的产品并不能直接利用，而是在一定的技术经济条件下，通过加工之后，才能被人类利用，并不是传统的农作物秸秆或薪柴的直接燃烧利用。4、能源农业是一项系统的生产活动。能源农业包括能源作物的栽培管理、能源作物种质资源的筛选培育、能源农产品的加工技术和加工工艺以及使用设备的设计研发等一系列生产和研究活动。5、能源农业的生产过程，主要是固定大气中的CO2，而其利用过程主要释放CO2和H2O，从生态系统能量流动和物质循环的角度来讲，这一过程并没有增加大气CO2的排放量，因此，发展能源农业有利于控制大气中温室气体的浓度，对于地球表层温度的升高、保持地球生态系统的碳平衡具有重要意义。（三）能源作物能源作物是指经专门种植用以提供能源原料的草本和木本植物。我国有大量不适于粮食生产但可种植高抗逆性能源作物的荒山、荒坡和盐碱地等边际性土地，选择适合不同生长条件的品种进行培育和繁殖，可获得高产能源作物，并大规模转化为燃料乙醇和生物柴油等液体燃料。我国可转换为能源用途的作物和植物品种有200多种，目前适宜开发用于生产燃料乙醇的农作物主要有甘蔗、甜高粱、木薯、甘薯等（玉米、马铃薯可用于生产燃料乙醇，但易影响国家粮食安全，不宜作为主要品种开发），用于生产生物柴油的农作物主要有油菜等。二中国农业综合开发实施能源农业开发的重大意义能源农业的提出，是时代赋予农业的新功能。中国农业综合开发实施能源农业开发具有十分重大的意义（一）可以通过农业资源的深度综合开发利用，开辟新的能源途径；缓解我国能源短缺，保证能源安全。农作物中的生物质能蕴藏量巨大。生物质能就是由植物的光合作用固定于植物中的能量。全球每年经植物光合作用产生的生物质约1700亿吨，其能量相当于世界主要燃料消耗的10倍。目前作为生物质能源的利用量还不到其总量的1％。美国能源部对部分能源植物进行的研究表明，到2050年，全球液体燃料油的80％将来自木本植物、草本栽培油料和藻类等生物质资源。另据专家预测，到2050年，利用农、林业剩余物以及种植和利用能源作物等生物质能源，有可能提供世界60％的电力和40％的燃料。一些国家能源农业发展表明，未来生物质资源将主要来自能源农业。我国潜在的生物质资源非常丰富。根据国家有关部门规划和专家研究，到2020年，可开发生物质资源量至少可相当15亿吨标准煤，其中30％来自传统生物质，70％由农业林业能源植物提供。无论是当前还是未来，由能源农业产生的生物质能既是现在能源的重要补充，又可作为替代能源加以开发和利用，具有广阔的发展前景。我国从1993年进口原油3000万t，成为原油净进口国，2000年进口达7000万t，2003年进口1亿t。预计到2020年，中国的GDP可能达到5万亿美元，能源需求25亿t到30亿t标煤，其中石油缺口1.6-2.2亿t。开发生物质能源不但可行，而且非常紧迫。农业要抓住这个契机，提出能源农业的发展战略，并把它发展成为一个大产业。（二）农业资源综合开发对能源农业实施开发，是对农业资源的深度开发和利用，是将农业副产品、剩余物、废弃物变废为宝的深度开发和利用农业资源的新型产业。目前，我国的生物质资源主要是农作物秸秆和能源作物、农产品剩余物等。随着现代农业发展，农作物秸秆已是重要农产品。我国是农作物秸秆生产大国，每年可生产7亿多吨。在可开发的生物质资源中，能源作物的种植和开发潜力很大；农作物秸秆有40％作为饲料、肥料和工业原料，尚有60％可用于能源开发利用，约相当2．1亿吨的标准煤；薪柴也是重要生物质资源，有40％林业剩余物未加利用，约相当0．3亿吨的标准煤；禽畜粪便除一部分作为肥料外，其他部分可以用于发展农村沼气，约相当0．6亿吨的标准煤。大量的农业副产品、剩余物、废弃物，蕴藏着巨大的生物质能源。能源农业的发展，为生物质能的利用开辟了一条重要途径。（三）拓展农业资源开发项目区农民就业领域，促进农民增收。能源农业包括生物质生产、加工与转化、能源产品与应用等一个完整的产业链和技术体系。发展能源农业，必然要求建设一批生物质生产、加工与转化、产品与应用的工业企业，进而为转移农村剩余劳动力提供出路。以生物质能产业为链条的能源农业，可以创造更多的就业机会。近年来山东、安徽等地农作物秸秆综合开发利用，取得可喜进展。龙基电力公司在山东单县建设的秸秆发电项目，今年6月份即可投产发电。该项目发电规模达到2．5万千瓦，年消耗秸秆约20万吨，年发电量达1．56亿千瓦时。据估计，当地农民通过销售农作物秸秆每年可增收3000万元，每年可无偿得到约5000吨草木灰，同时可以节省煤炭7万吨。安徽丰原集团利用玉米秸秆生产燃料乙醇，4吨玉米秸秆即可生产1吨燃料乙醇，这一项目已通过中试，即将投入生产。所以，发展能源农业可以拓展农业生产领域，延长农业产业链条，拓宽农民增收渠道。（四）开发能源农业是发展无污染的绿色能源，可以治理有机废弃物污染，符合保护生态环境，建立可持续发展经济的需要。相对于传统的煤炭、石油等能源，生物质能是清洁的“绿色能源”。生物质能还是一种可再生的能源，开发和使用生物质能，符合可持续的科学发展观和循环经济的理念。生物质能的可再生和循环利用的特征，使能源农业具有重要环保和可持续发展意义。随着全球大量使用煤炭、石油等化石能源所出现的问题，包括资源的有限性和环境问题，发达国家把生物质能作为重要的能源予以重视。虽然生物质能在燃烧过程中也释放二氧化碳，但由于其在生长过程中也要吸收二氧化碳，因此，生物质能被认为是对环境影响中性的能源，特别是由于生物质能的可再生性，使生物质能成为了重要的可再生能源，并把利用生物质能作为可再生能源发展的优先领域。当前我国环境污染形势非常严峻。对环境污染最严重企业仍是养殖企业和农产品加工企业。2003年通报点名批评的十家排污大户，8家是农产品加工企业。据国家环保总局2004年第1周（2004年1月5日～2004年1月11日），全国主要水系73个重点断面水质自动监测站八项指标（水温、pH、浊度、溶解氧、电导率、高锰酸盐指数、氨氮和总有机碳）的监测结果表明：Ⅰ～Ⅲ类水质的断面为39个，占53.4%；Ⅳ类水质的断面为10个，占13.7%；Ⅴ类水质的断面为6个，占8.2%；劣Ⅴ类水质的断面为18个，占24.7%。Ⅳ类以上劣质污水河流占46.6％。水体污染中，农产品加工企业排出污染物的约占1／2。特别是，劣Ⅴ类水的河段，农产品加工企业污染贡献率更高。全国人大2003年对《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》执法检查，对农村固体废物污染问题提出严厉批评。据调查我国畜禽养殖场的粪便产生量达17.3亿吨。80％的规模化畜禽养殖场缺乏必要的污染治理设施，畜禽粪便未经处理直接排入环境，严重污染空气和水体。我国温室气体排放已严重影响我国气候变化。国家气象局局长秦大河介绍，中国科学家预估了未来中国气候的变化：第一，中国气候将继续变暖。到2020至203O年，全国平均气温将上升1.7℃；到2050年，全国平均气温将上升2.2℃；当大气中二氧化碳浓度加倍时，全国平均气温将上升2.9℃。第二，中国气候变暖的幅度由南向北增加。到2030年，中国西北地区气温可能上升1.9-2.3℃。第三，中国不少地区降水出现增加趋势，东南沿海增加值最大。长江中下游地区出现变干的趋势，华北和东北南部等一些地区出现继续变干的趋势。（五）开发生物质能源农业可以广泛应用生物技术，发展基因工程生物技术在培育能源作物，培育高效酶微生物方面大有作为。国外用转基因方法获得柴油油菜新品种；用转基因技术获得分解秸秆纤维生产酒精的工程菌。转基因技术应用于能源作物和能源微生物上，不受基因标识的限制，而应用在食物方面要求标识，因而受到很大限制。为了促进学科发展，生物技术可选择能源作物和能源微生物方向大力研究和应用。三生物质能农业的概念及其主要生物质资源利用方式（一）生物质能农业的概念生物质是植物光合作用直接或间接转化产生的所有产物。生物质能是指利用生物质生产的能源。目前，作为能源的生物质主要是指农业、林业及其它废弃物，如各种农作物秸秆、糖类作物、淀粉作物和油料作物，林业及木材加工废弃物、城市和工业有机废