生物能源的合理开发与利用
来源:用户上传
作者: 黄定高 高涛
摘要：生物能源是一种绿色能源，在世界各国广泛推广的同时引起了关于粮食安全，环境污染，能源效益等问题。要做到合理开发利用，需从本国国情和自然资源出发，大力开发适合本国地理条件的生物能源，同时加快提高能源转化效益的研究力度，采取生物能源适度综合性发展策略。
关键词：生物能源；能源作物；开发利用
一、生物能源发展的提出
生物能源（bio-energy）主要是指利用农作物、树木和其他植物及其残体，畜禽粪便，有机废弃物等可再生或循环的有机物质为原料生产的能源。
生物能源主要包括生物电能和生物燃料两大类。生物电能主要是利用各种植物秸杆进行发电，而生物燃料则是通过发酵产生甲醇和乙醇燃料等。生物能源既是可再生能源，又是无污染或低污染的绿色能源。在世界资源日趋贫乏以及环境生态危机日显突出的情况下，生物能源的开发和普及将成为未来社会能源发展的趋势。
二、生物能源在各国发展动态
原油价格的攀升，各国已广泛开始关注用生物能源来代替化工燃料，美国植物种植结构以及扩张的速度大大加快，酒精生产能力大大提高，乙醇提炼厂在美国各地开始布点建设。生物柴油中大豆油使用量也在大幅提高，从纤维中提炼油料也将逐步进入能源更新计划。
欧盟计划规定在运输燃料中必须包含一定的生物燃料，欧盟委员会已经指示加紧生物燃料的生产，并对生物原料种植业给予补贴。菜籽油几乎是所有欧盟国家生物柴油的原料，由此使得欧盟内油菜种植面积和菜籽产量都出现快速地增长。同时，欧盟还从东南亚进口大量的棕榈油以及用棕榈油生产的生物柴油。
随着油价高涨，巴西的乙醇出口增速大幅提高。作为世界生物乙醇两大领跑国之一的国家，甘蔗是巴西各大酒精提炼企业的主要原料，在巴西南部，一些本来种植谷物和油料作物的土地被改种甘蔗，中西部地区原有的生产大豆土地也将被改种甘蔗。
阿根廷政府为生物柴油产业提供了更大的增长机会，在鼓励生物柴油生产方面，出口生物柴油享受比出口其生产原料如玉米、大豆更低的税率。为了保证生物柴油生产厂的高生产率运转，阿根廷还打算从南美其他国家进口大豆等产品。
三、生物能源在发展过程中所带来的问题
（一）粮食安全问题
生物能源的迅速发展会导致大量土地被用于种植某几种作物以生产生物能源，从而造成用来食用的部分农产品供应不足，价格上涨，给低收入者带来负担。如世界上最大的玉米和大豆出口国的美国，大量使用玉米和大豆生产生物燃料可引发国际市场上玉米及大豆等粮食价格的暴涨，以及以玉米和大豆等作为原料的肉类、畜禽产品等价格的上涨。在粮食供求趋紧的情况下，粮食将成为一种重要的国家间政治谈判砝码和国家战略资源，粮食安全的问题也越来越成为国际政治的核心问题之一。
（二）环境污染问题
生物燃料在生产的过程中所产生的对环境有污染和提炼之后所产生的排放物都是造成环境污染的来源。此外，燃料作物的种植、提炼、运输和分配也会导致其他温室气体排放。生物燃料如果种植过度，对森林和其他生物的生长不利，也对生态环境的造成一定的威胁。2009年初联合国发表的公告指出：“发展生物能源可能引发乱砍滥伐森林，给环境带来比使用化石燃料更严重的后果，而且可能影响生物的多样性”。
（三）能量收益问题
关于能源作物制取生物燃料生命周期过程中能量收益也是值得关注的问题之一。能源作物的生产，以及转化为生物燃料并通过运输等途径实现分配利用，在整个生命周期都需要消耗数量可观的化石能、电能及热能。在能源危机和粮食危机日益侵扰人类的今天，生物燃料是否能真正实现“能源经济性”值得探讨。
四、生物能源未来的发展方向
（一）多途径的开发优质生物能源
即便是资源条件得天独厚的美国，也意识到光靠耕地和玉米、大豆，并不能充分满足大幅减少对石油依赖的要求。能源作物一般可分为木质纤维类和淀粉/糖（油）类两大系列。前者与人类食用完全没有矛盾，因此是当今研究开发的热点，预计将在5-10年内成为“第二代生物燃料”的主要原料。“第三代生物燃料”则指含油藻类，对太阳能的生物转化效率更高。海洋工程微藻的油脂含量在40%以上，特别适合海域或者水域较丰富的国家。依靠生物技术，大力开发培育新型能源植物，是优质生物能源的一个重点发展方向，如对海洋微藻进行基因工程改造，可以使其缩短生长周期、提高产油量。一些国家已开始培育种植耐旱耐寒耐盐碱、生长快、产量高的“能源草”。通过育种技术进一步提高木薯的淀粉含量和甜高粱茎秆的含糖量，以及通过生物技术减少甜高粱、柳枝稷等茎秆的木质素而增加纤维素的含量，都具有一定的可行性。
（二）现已开发能源作物和生物柴油给料的筛选
各种能源作物的生产投入，单产量，单位可供利用的能源所需原料都是能源作物筛选过程中的重要指标。“八五”、“九五”计划期间，甜高粱秸秆制取乙醇被国家科技部列入科技发展规划，主要是因为甜高粱在生物能源系统中是一位强有力的竞争者，其酒精产量每公顷可达3.92t，约为玉米的2.1倍，木薯的1.3倍。
生物柴油的给料包括含油量高的油料植物。筛选优质的生物柴油给料获取油脂资源是解决能源短缺的一个重要的途径，各种草本油料作物和木本油料作物的含油量、加工工艺都是筛选的重要指标。“八五”期间，我国曾针对麻疯树、光皮树、绿玉树等油脂植物的分布、选择、培育、遗传改良及其加工工艺和设备研发等进行系统研究，目前初步具备了推广应用的技术基础。
（三）加快开发生物质工业转化的工艺，提高转化效率，减少环境污染
生物质转化效率的提高，可以提高生物质的利用率，同时减少环境污染，如在燃料乙醇生产过程中，高速、高效、高回收率地利用可发酵糖进行生物转化的技术；加强生物柴油转化过程中新型固体催化剂的研究；超临界法和超声波法等新生产工艺的研究开发；废弃的甘油转化为高附加值的产品（环氧氯丙烷、1，3-丙二醇、丙酮醇、醚等）的研究。由于纤维素可以从杂草甚至从废纸中提取，纤维素制乙醇技术被专家普遍认为是生物能源产业的真正未来。目前，我国纤维素乙醇研发技术已取得阶段性成果，与国际水平差距不大，然而距离实现工业化生产还有较长时间。除此以外，借鉴石油化工的经验，走生物精炼和乙醇联产模式，尽可能地最大提升和拓展底物的各组分的经济价值，也许是促使纤维素乙醇产业化的一条重要途径。
（四）因地制宜，合理发展生物能源产业
能源作物主要涉及灌木与草本植物，灌木中有柳树和杨树等，草本中包括细叶、柳枝稷和芦苇等，作物中有甜高粱、油菜、甘蔗、甘薯和木薯等。随着科学技术的进步，能源作物的范畴也在不断的扩大。由于在自然环境、发展模式、发展水平、社会环境、产业形式和国家政策差异性，世界各国的主体能源作物不尽相同，而且也是处于不断的调整之中。如巴西用甘蔗生产乙醇，美国用玉米生产乙醇，同时还发展柳枝稷等其他能源作物，欧洲以油菜和速生矮林为主，我国甜高粱适应北方种植，甘蔗和木薯适应南方种植。
从能源作物的可持续发展来看，能源作物的环境效益建立，与环境相适应的种植制度和养地制度十分重要。在能源作物的种植方面，要防止同一种能源作物长期种植可能出现的生态问题。在全世界还没有完全解决粮食问题的时候，要协调好能源作物与粮食作物的土地竞争问题，减少能源作物产生的负面影响。发展能源作物要充分利用荒山荒坡和盐碱地，重点考虑非粮食类型的能源作物。有些能源作物能够在坡地、边角地、盐碱地和瘠薄地种植，不仅促进生物多样性，而且还能一定程度上改善周边的自然生态环境，如甜高粱能在盐碱地、滩涂地等边际土地生长良好，其茎秆生产燃料乙醇也不会与粮食争耕地，因此是一种十分优质的能源作物。
参考文献：
1、王玉柱,张建广.国际生物能源发展及我国的对策研究[J].现代商贸工业,2008(9).
2、朱万斌,李杰等.国际生物能源研究开发现状和趋势[J].中国工程科学,2011(2).
3、王亚静,毕于运,唐华俊.中国能源作物研究进展及发展趋势[J].中国科技论坛,2009(3).
4、曹湘洪.我国生物能源产业健康发展的对策思考[J].化工进展,2007(7).
（作者单位：广东工程职业技术学院）
转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-432757.htm
