PDF《论中国生物能源发展的根本出路》

华中农业大学学报( 社会科学版) , ( 总9 2期)

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2 ) J o u r n a l o fH u a z h o n gA g r i c u l t u r a lU n i v e r s i t y ( S o c i a lS c i e n c e sE d i t i o n ) 收稿日期:

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0 2 作者简介: 彭良才(

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6 3 - ) , 男, 教授, 博士, 博士生导师, 教育部 长江学者 特聘教授, 华中农业大学生物质与生物能源研究中心主任, 在Sci-ence、PlantP h y s i o l上发表论文多篇;

研究方向: 植物纤维素生物合成与生物质能应用.

E - m a i l : l p e n g @m a i l . h z a u . e d u . c n 论中国生物能源发展的根本出路 彭良才 ( 华中农业大学 作物遗传改良国家重点实验室/生物质与生物能源研究中心/ 植物科学技术学院/生命科学技术学院, 湖北 武汉

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7 0 ) 摘要资源短缺、 能源危机和生态环境恶化已成为全球所面临的严重经济和社会问题, 寻求可部分替代 化石能源且污染较少的生物能源, 已成为世界许多国家未来经济发展的主要动力之一.迄今为止, 以粮食为原 料的第一代生物能源已在许多国家产业化生产.然而基于粮食安全, 开发木质纤维素是当前国内外最需发展的 第二代生物能源, 而在我国利用作物秸秆等废弃物制取生物燃料更有其必要性.虽然过去几十年国内外已经大 力开展了相关新技术的研发, 但至今未能成功进行大规模产业化生产.通过分析目前中国生物能源发展的困境 与缘由, 提出了从源头或从根本上解决问题的方法与途径, 即大力发展能源作物、 能源农业和能源经济, 并探讨 了我国生物能源与 三农 齐头发展的重要性以及相关政策与策略. 关键词 生物能源;

木质纤维素;

能源作物;

能源农业;

能源经济 中图分类号: F

0 6 2.

9 文献标识码: A 文章编号:

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0 6 随着1 8世纪中叶蒸汽机的发明, 西方国家开始 了以煤炭、 钢铁、 石油、 化工、 电力等工业技术为标志 的产业革命.产业革命迅速提高了人类利用和改造 自然的能力, 将人类社会的文明推进到一个前所未 有的高度, 但同时亦带来了一系列棘手的社会问题, 如资源减少、 温室效应、 环境污染等.2 0世纪6 0年 代已将其归纳为五大全球性问题: 人口、 粮食、 自然 资源和能源、 生态环境和核战争的威胁[ 1] . 伴随着工业革命, 农业领域开展了第一次绿色 革命.例如以采用矮秆、 耐肥、 抗逆的高产水稻、 小麦、 玉米等新品种为主要内容的生产技术活动, 极大 地解决了许多国家粮食安全问题.然而, 在全球范 围内, 化肥、 农药以及水的大量使用, 造成严重环境 污染和资源消耗.为此, 近些年来一些发达国家已 开始在农业领域应用现代生物技术和微电子技术. 我国科学家也提出: 通过对具有新的优良性状的品 种培育和技术推广, 达到资源节约, 环境友好, 实现 农业生产方式的根本转变.如提出了 绿色农业 的 战略构想, 即少投入、 多产出、 环境友好等[

2 ] . 化石资源是现代工业和人类生活文明的物质基 础, 石油、 煤炭、 天然气不仅提供了基本能源, 而且还 提供了9 9% 的有机工业原料.进入到20世纪末叶, 世界范围内的能源危机日益严重, 为维持人类文 明高水平持续发展, 势必需要寻求一种新的能源利 用方式.这种新的能源及其利用方式, 在提供可再 生清洁能源和资源的同时, 可减少环境污染且不影 响粮食安全.其中, 生物质能源是最理想的可再生 能源之一, 其清洁转化利用技术开发是未来经济发 展的希望与方向.

一、 生物质能的定义和特点 生物质能是绿色生物将太阳能转化为化学能而 贮存于生物体内的能量.据估算, 地球每年可产生 的生物质是人类能源消耗总量的5~1 0倍.生物能 源是指从生物质中所获得的可再生能源, 它包括热 能、 电能和燃料以及各种副产品[

3 ] .生物燃料按产 品可分为生物柴油、 生物乙醇、 生物气体、 生物制氢 等.此外, 通过微生物转化和微生物采油等手段获 得的能源也归属于生物能源的范畴.除生物能源 外, 可再生能源还包括太阳能、 风能、 水能、 地热能和 海洋能等.可再生能源是自然界中取之不尽、 用之 不竭的资源, 具有对环境影响较小, 而且资源分布广 泛, 适宜就地开发利用等优点.太阳能、 水能和风能 主要用于发电, 但难于贮存, 且明显受区域和气候限 华中农业大学学报(总9 2期) 制, 而生物能源则具备其它可再生能源不可替代之 特点: 可储藏、 可运输、 资源丰富和少二次污染.此外, 由于生物能源与化石能源本质上来源于生物质, 二者皆可转化为三种形态( 固、 液、 气) 能源, 还可生 产一系列生物基化工产品.在此意义上, 正如尹伟 伦院士所说的, 生物质能是唯一一种可再生的碳源, 生物能源是真正可替代石油的可再生能源.另外, 生物能源来源广泛, 原料多样化, 几乎所有有机物均 可用作原料.其中包括糖质原料( 菊芋、 甘蔗、 甜菜、 甜高粱等) , 淀粉原料( 玉米、 甘薯、 木薯) , 木质纤维 素原料( 柳枝稷、 芒草、 木本植物、 农作物秸秆、 林木 废弃物) , 非食用油脂原料( 油菜、 向日葵、 棕榈、 花生、 麻疯树、 油楠、 续随子、 绿玉树、 古巴香胶) 和其他 有机废弃物( 动物废弃物、 城市垃圾等) [

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8 ] . 基于糖质和淀粉原料被称为传统生物能源, 即 第一代生物能源.正在研发的木质纤维素被称为第 二代生物能源, 其生产主要分为前处理、 糖化( 水解) 和发酵3个过程[ 9] .而有望开发的微藻产油、 微生 物燃料电池、 化石能源生化转化( 微生物强化采油和 煤炭微生物转化) , 太阳能生化转化等被 认为是第

三、 四代生物能源.第一代生物能源已在全球规模 化生产, 主要通过液体或固体发酵.第二代生物能 源至今未能产业化生产, 主要原因是其负利润所致. 然而, 由于与粮食安全和生态环境(净能源较低, C O

2 平衡) 的矛盾, 第一代生物能源在中国不可能 大规模或持续发展.第二代生物能源不与民争地和 争粮, 同时还可缓解自然资源短缺和生态环境变化 等问题, 因此备受期待. 生物质能作为学科的范畴主要涉及绿色植物生 物质产量以及能源转化效率的知识体系, 是一门新 型综合交叉学科, 是生命科学理论与工程技术相结 合的学科, 是集现代生命科学与传统农林科学于一 体的学科, 它亦是面向未来, 对人类环境保护和子孙 万代繁衍生息所迫切需要发展的一门学科.

二、 全球生物能源发展趋势 现代生物能 源产业, 始于20世纪70年代初.

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7 3年世界石油危机后, 石油进口国开始寻找石油 替代品, 生物能源产业开始在 全球范围蓬勃兴起.

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9 9年, 美国颁布了 发展生物基产品和生物能源 总统 令. 据联合国环境项目(UN E n v i r o n m e n t P r o g r a mm e ) 统计,

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0 6年全球在可再生 能源方面 的投资是10

0 0亿美元, 其中在生物运输燃料方面的 投资是2

6 0亿美元.目前世界生物能源可分为3个 板块, 一是以生物乙醇为代表的 美巴板块, 领跑在 前;

二是突出环保和产品多元化的欧洲板块, 紧紧跟 上;

三是起步较晚的跟进板块, 有中国、 日本、 印度等 国.在产品上, 领跑的是生物乙醇, 随后是固体燃 料、 沼气和生物柴油等[

1 0 ] . 美国已拟定长远规划, 将于

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3 0 年将

3 0% 的 液体 燃料由生物酒精替代. 美国能源部(DOE)

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0 9年的资料表明, 全美范围内已建设9个小规模 生物炼制项目, 4个商业化生物炼制项目, 4个酶改 良项目, 5个先进生物体( 微生物等) 研究项目, 5个 热化学生物炼制项目, 3个生物能源研究中心以及6 个能源部联合生物质促进项目.美国还计划2

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0 年生物能 源和生物质化工产品较2000年增加20倍, 达到能源总消费量的

2 5%,

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5 0 年达到

5 0%.

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0 6年美国总统布什在《 国情咨文》 中提出, 美国要 用6年的时间攻克技术 难关, 实现商业化, 计划在

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2 2年生产的1亿t乙醇中纤维素乙醇占6 0%以上, 到2

0 3 0年用生物燃料代替3 0%化石燃料, 其中 九成以上是非粮原料.事实上, 美国已把燃料乙醇 工业视作........