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-1-农业科技信息参考第27期（总第227期）江苏省农科院科技情报所江苏省农科院科研管理处江苏省科技厅农村科技处江苏省农业资源开发局科教处2005年7月10日能源植物研究现状和展望目前，世界上约85%的能源是通过燃烧不可再生的化石燃料石油、天然气和煤来获得的。据预测，地球上蕴藏的可开发利用的煤和石油等化石能源将分别在200年和30-40年以内耗竭，而天然气按储采比也只能用60年，能源问题成了世界各国共同面临的难题。化石燃料燃烧产生的C02具有温室效应，产生的氮和硫的氧化物及其它一些污染物也严重影响环境，以现有技术水平还不能完全消除这些影响。因此，开发可再生的清洁新型能源是历史发展的必然。生物质能是指利用生物可再生原料和太阳能生产的清洁和可持续利用的能源，包括燃料酒精、生物柴油、生物制氢、生物质气化及液化燃料等。能源植物是最有前景的生物质能之一，狭义的能源植物是指植物本身(不是籽粒)中含有油脂或石油类似物物质的植物；广义的能源植物几乎可以包括所有植物，大体上可分为以下几类：①糖类、淀粉含量高的植物，还有就是一些选育的生长周期短、生长迅速的草本和木本植物，可以转化为燃料酒精；②油脂和石油类似物含量高的植物，可以转化为生物柴油；③直接产烃、氢气等的藻类。理想的能源植物应该是太阳能利用转化率高，具有较高的-2-光合速度和干物质积累能力，快速生长的植物。一、生产酒精的能源植物酒精是清洁汽油生产的主要替代物，目前酒精生产涉及的能源植物主要有糖类作物、淀粉类谷物和纤维植物。我国种植面积较大的有甘蔗、甜菜和甜高粱等。甘蔗是我国第一大糖料作物。甘蔗为碳四植物，具有较高的光合速度和干物质积累能力，是发展燃料酒精的理想作物。能源甘蔗最早是由美国植物生理学家Alexander利用甘蔗和热带能源草本植物杂交选育而成，它的生物产量比糖料甘蔗高一倍左右，为甘蔗发酵生产燃料酒精提供了潜在可能。甜菜是北方经济作物。经过选择已经培育出一批具有丰产、高糖和抗病等优良性状的新型种质材料，为能源甜菜的应用开发奠定了基础。甜高粱是近年来人们比较关注的能源作物，起源于非洲，是高粱的一个变种。甜高粱也是碳四植物，具有极高的光合速率，生物学产量极高，它不仅每亩收获100～400kg的粮食，更重要的是每亩可产4000-5000kg富含糖分(甜度18%-21%)的茎杆。甜高粱酒精燃料的开发将对我国产业机构的调整、能源安全和环境保护起到举足轻重的作用。产淀粉的植物主要有玉米、木薯、马铃薯和小麦等粮食作物。我国生产的淀粉品种有玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、甘薯淀粉和小麦淀粉等，其中玉米淀粉占90%左右，木薯淀粉占7%左右，马铃薯淀粉占2%左右，小麦及其他淀粉约占1%。美国是世界第二产酒精大国，酒精发酵原料是玉米，欧洲用的比较多的是马铃薯，在我国主要以木薯淀粉为主。纤维素质原料是地球上最丰富的可再生资源，全球光合作用产-3-生的植物生物量每年高达1.1×1012t，纤维素质原料占全球生物量的60%～80%。我国的纤维素类物质原料主要是一些作物的秸秆和废木材等，以生产纤维素类物质为目的能源植物的研究很少。世界酒精生产中95%的酒精工业采用发酵法。发酵法生产燃料酒精的原料来源十分广泛，包括谷物、糖蜜、果汁、葡萄酒、乳清、纤维素和其它原料，其中60%为甘蔗或甜菜(糖汁或糖蜜)原料，33%为以玉米为主的谷物原料。巴西是世界上燃料酒精发展先驱，在世界上第一个推出国家酒精计划，并第一个大规模生产酒精动力汽车，也是世界上唯一不使用纯汽油作汽车燃料的国家。巴西以糖蜜或甘蔗汁为原料，年产燃料酒精居世界第一，1998年年产量约1100万t，占世界总产量的44%。美国是世界第二大酒精生产国，以玉米淀粉为原料，年产燃料酒精约500万t，占世界总产量的24%。法国燃料酒精的生产在欧盟国家名列第一，主要以甜菜为原料，年产60万t。德国是欧盟第二大酒精生产国，以谷物(40%)和马铃薯(35%)为主，年生产酒精10-14万t。我国原发酵酒精生产能力达450-500万t，我国80%左右的酒精用淀粉质(玉米、小麦、高粱、甘薯、木薯等)作原料，约有10%的酒精以糖蜜(甘蔗、甜菜、甜高粱)为原料。印度是仅次于中国的亚洲第二大酒精生产国。设计的生产能力约为200万t，实际开工率为50%左右，主要原料糖蜜每年用量为500万t。以长远观点来看，将纤维素类物质转化为燃料酒精是生物质能源的根本出路，是降低成本、与化石燃料形成竞争的有效途径。二、生产生物柴油的能源植物植物石油被称为21世纪的绿色能源，植物界可用于制成石油的植物品种很多，在其种子中或汁液中含有大量的类似石油成份的碳-4-氢化合物，通过进一步加工可用作燃料柴油。用于生产生物柴油的能源植物主要以种植的经济性作物为主，根据其生物学特征可分为乔木、灌木、草类、苔藓等，根据产油的可食性可分为食用油料作物和非食用油料作物。自从1896年德国热机工程师RudolphDiesel使用花生油作为柴油机的燃料油以来，用油料作物生产生物柴油成为国际研究和应用开发的热点。目前用于生产生物柴油的主要能源作物为大豆、油菜籽、棕榈、太阳花、蓖麻籽、小桐子等。大豆油脂通过酶催化或者热裂解的方法转化成脂肪酸甲酯，转化率可达75%以上，3.3kg豆油可生产1升生物柴油。美国是最大的以大豆为原料生产生物柴油的国家，为降低大豆生物柴油的生产成本，一方面利用基因工程技术改造大豆品质提高其产油量，另一方面强化大豆油转化燃料油的加工工艺以提高转化效率。由于双低油菜籽不饱和脂肪酸含量高，比较适合于生物柴油生产，1hm2油菜可生产1t柴油。尽管中国是油菜籽的最大生产国，但由于国内需求量较大，根本没有足够数量的原料用于生产生物柴油。以油菜籽为原料生产生物柴油主要集中在欧洲，如德国、意大利、丹麦、捷克和奥地利等国家。德国凯姆瑞亚·斯凯特公司自1991年起研发出用菜籽油生产生物柴油的工艺和设备，并在德国和奥地利等欧洲国家建起了多个生物柴油生产厂，最大日产量达300t，显示了良好发展势头。摘自《生物加工过程》2005第1期作者：田春龙等───────────────────────────────────编委会主任：支苏平主编：戴起伟电话：84390280E-mail:dqw@jaas.ac.cn编辑部地址：南京市孝陵卫江苏省农业科学院科技情报所内（）