浅议绿色能源植物的特点及开发利用(1)

浅议绿色能源植物的特点及开发利用

张乍如1,2,陈日光3

(11湖南农业大学生物科学与技术学院,湖南长沙　410128;21岳阳职业

技术学院,湖南岳阳　414000;31岳阳市农业局,湖南岳阳　414000)

特点、摘　要:全球正面临着能源危机,以能源植物为原料生产石油替代品是全人类最终的能源之路。介绍了能源植物的概念、国内外开发利用状况。

关键词:能源;能源危机;能源植物

中图分类号:S216.2　　文献标识码:A　　文章编号:1006-060X(2006)06-0099-03OilbyGrowingPlants———ABriefIntroductiontotheGreenEnergyPlants

ZHANGZha-ru1,2,CHENRi-guang3

(1.CollegeofBioscienceandBiotechnology,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,PRC;2.YueYangHigherVocational

andTechnicalCollege,Yueyang414000,PRC;3.YueyangBureauofAgriculture,Yueyang414000,PRC)

Abstract:Theworldisbeingfacedwiththeenergycrisis.Obtainingoilsubstitutefromenergyplantsisthefinalenergywayfor

humanbeings.Theconcept,charactersanddevelopment2utilizationofenergyplantsareintroducedbrieflyinthispaper.

Keywords:energyresources;energycrisis;energyplants

1　能源植物的概念

20世纪70年代初,获得诺贝尔奖的美国科学

树、乌桕、小桐子、蓖麻等,从它们中可提取生物柴油。如一棵高达30m以上的古巴香胶树,在树上钻一个直径约12mm的小孔直至树心,插一根管子即会流出黄色油状液体,一昼夜可收集2025L,将其放入油箱即可驱动柴油发动机。

家卡尔文博士在美国遇到第一次石油危机时,提出了能源植物这一概念。当时他把那些通过光合作用产生碳氢化合物的植物统称为能源植物。现在所讲的能源植物是指那些能合成较高还原性烃、可产生接近石油成分、可替代石油使用的产品的植物以及富含油脂的植物。或者说,能源植物是指那些可以直接生产工业用”燃料油”,或经发酵加工可生产”燃料油”的植物的总称。目前全世界已知的能源植物有数千种,可分为三类:第一类是富含类似石油成分

(烷烃、环烷烃)的植物,如续随子、绿玉树、橡胶树、西蒙德木、三角戟,属最佳能源植物;第二类是富含碳水化合物的植物,如甜高粱、木薯、甜菜、甘蔗、玉米,它们的最终能源物是乙醇;第三类是富含油脂的植物,如大豆、油菜、花生、芝麻、油棕榈树、南洋油柚

收稿日期:2006-06-20

作者简介:张乍如(1963-),男,湖南岳阳市人,讲师,在读硕

士生,在岳阳职业技术学院从事生物学教学与研究工作。

2　能源植物的特点

与化石型能源比,能源植物资源有如下优点:(1)环保性。一方面植物能源是绿色洁净能源,不含

硫化物,不会产生酸雨,且在自然条件下实现生物降解,因而不会污染环境;另一方面植物能源燃烧时放出的二氧化碳相当于植物光合作用吸收的二氧化

碳,因而不会产生温室效应;(2)可再生性。植物能源属于可再生资源,能有计划地进行种植和开采;(3)低成本性。能源植物分布面积广,可就地取材成油,成本低廉,易于普及推广;(4)安全性。植物能源使用安全,不会发生爆炸或泄漏。美国科学家的研究结果表明,与矿物油相比,生物柴油可降低90%的空气毒性和94%的患癌率;(5)持续稳定性。能源的匮乏已成为世界各国可持续发展的瓶颈之一。植物能源的利用在全球的可持续发展中起着关

湖南农业科学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第6期1　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　00

键的作用;(6)益农性。能源植物的商业化利用,可

为落后地区农民增收找到切实可行的途径。多种能源植物同时栽培利用,有益于搞好生态农业,丰富农业景观。

与欧美发达国家比,中国对能源植物的研究起步较晚、且存在较大差距,但发展速度很快,一部分科研成果已达国际先进水平。从20世纪80年代至今,中国主要进行了能源植物的资源调查、品种选育、种质保存、引进栽培、科普展示、加工工艺和设备等方面的研究工作。现已查明中国有能源植物151科697属1154种。可作为植物石油原料基地种植的种类有黄连木、麻风树(小桐子树)、绿玉树、油桐、

3　能源植物的开发利用状况311　国外状况

美国在20世纪70年代初遭遇能源危机(石油

危机)之后就开始研究石油植物,进行能源植物的筛文冠果等能源植物。“七五”期间,四川省林科院成选、驯化、培育,到目前已筛选了200多种专门的能功地利用野生小桐子(麻风树)果实提取生物柴油。源植物,率先于1986年在加州成功种植了2.43hm21992年,联合国环境与发展大会后,中国明确石油植物(续随子和绿玉树),取得了年产50t石油提出要因地制宜地开发和推广包括生物能源在内的的成果,从而开创了人工种植石油植物的先河。美各种新能源植物。“八五”期间,中国科学院完成了国的成功,激起了全球研究植物能源的滚滚浪潮。金沙江流域能源植物资源的调查研究、湖南成功地美、英、日、俄、法、巴西、瑞士、菲律宾等国纷纷投入利用光皮树制取燃料油。“九五”期间完成了国家重大量人力、物力、财力,加大能源植物的研究和开发,

点科研攻关项目“植物油能源利用技术”、湖南进行

并且进行大面积种植和工业转化利用。英排

了“能源植物绿玉树及其利用技术的研究”。2004

2

10万hm土地营造石油林;巴西建起了13.33万

年,中国科技部将“生物燃料油技术开发”列为“十

hm2的桉树林;瑞士计划用10a的时间用植物石油

五”国家科技攻关计划项目。2005年12月28日举

替代50%的年用油量;瑞典提出“能源林业”的新概

行的十届常委会十九次会议上,审议了

念,并把六分之一的现有林用作能源林;日本制订了

《关于当前能源形势与能源安全》的报告。中国科学

本国的生物能源转换计划;芬兰20世纪80年代森

院上海生命科学研究院植物生理生态研究所张洪霞

林能源占全国总能耗的30%。一些国家已具有合

研究员利用转基因技术将耐盐、抗旱基因转入能源

理利用生物能源的成熟技术。美、英等工业发达国

作物油菜中,使油菜能在荒弃的盐碱地上种植。浙

家用木材加工出石油已达到实用阶段。英国一家公

江省农科院病毒学与生物技术研究所所长陈博

司采用液化技术,用100kg木材生产了24kg石油,

士运用转基因技术培养出能源作物油菜“超油2

同时还生产出16kg沥青和15kg蒸汽。美国俄勒

号”,将油菜子的含油量提高到了52.82%(长江流

冈州一家以木片为原料的工厂,100kg木片可制取

域的油菜种子含油量为37%～43%)。中国首家能

30kg石油。美国从谷物中提取大量乙醇作为汽油

源植物种质资源示范基地已在湖南建立,已确定种添加剂,目前乙醇年产量为500万t;甘蔗生产大国

植属于大戟科、樟科等科的能源植物27种。目前中巴西,目前以甘蔗为原料的乙醇年产量为1500万

t;欧盟目前以油菜为原料年产生物柴油200万t。国较为成熟的石油替代产品研究主要集中在生物柴日本科学家最近研究发现,禾本科芒属的芒(亦称

)为一种理想的能源作物,该作物生长快,一“象草”

季能长3m高;适应性强,从亚热带到温带都能生长;产量较高,1hm2平均每年能收获12t石油。目前美国种植的石油植物已扩展到几十万公顷,年生产生物柴油超过500万t。现在各种形式的生物能源占美国消耗总能源的4%和可再生能源的45%。人们还试图用基因工程技术培育新能源植物、采用更先进的栽培技术来提高石油产量。英、美等发达国家正在对已发现的40多种能源植物进行品种选择和质量优化。

油和生物醇类燃料两类上。而富含生物柴油或醇类的植物中有相当一部分是农作物,如豆科的大豆、花生,十字花科的油菜、甜菜,禾本科的玉米、甘蔗、甜高粱,大戟科的木薯。海南正和生物能源公司已建成一个以黄连木种子为原料、年产1万t生物柴油的生产基地,2005年对其生物柴油产品及其制造工艺进行技术鉴定,确认其生物柴油的产品性能已达到美国生物柴油标准,生产技术具有创新特色,处于国内领先水平。此外,四川、福建新能源发展公司也开发出了拥有自主知识产权的生物柴油生产技术。事实表明,中国利用能源植物开发生物柴油的工作已进入产业化阶段。

312　国内状况

第6期　　　　　　　　　　　　　　张乍如等:浅议绿色能源植物的特点及开发利用　　　　　　　　　　　　　　101

4　能源植物开发前景展望

有人预计,再过不太长的时间,全球能源模式将发生重大变化,各种可再生能源将迅速取代化石型能源。到2015年,全球总能耗将有40%来自于生物能源。美、英等工业发达国家在能源植物的开发利用方面走在前列,并取得了一定的成就,达到了一定的实用阶段。但目前利用植物能源的主要问题是:能源植物含油量不高、达不到大规模生产的要求,同时转化率低、转化成本高,提制的植物石油分子量较大、粘度高、价格较高,质量与化石型石油(普通石油)相比,尚有一定的差距。据了解,目前能源植物转化石油的成本约为普通石油的两倍。因而在理论与技术方面:一要通过基因工程和其它各种育种方法进一步改善能源植物的品质,提高能源植物的含油量;二要进行技术改进以提高转化率,降低转化成本。在决策规划方面,为了将来实现工业化规模开发能源植物,各国要在弄清本国能源植物资源的基础上,依据各国植物的生态地理空间分布格局,筛选、培育出多种与之相适应的、环境友好的高效能源植物,并优化各自国家的能源植物配置和生产格局,建立能源植物专类生产区,这对于能源植物种质资源的保存、繁殖推广和开发利用,具有深远的意义和现实价值。

中国面临的不仅是能源危机,还面临着不断增

长的人口与土地的逐步盐碱化之间的矛盾。如果能使改良的能源植物在荒地和盐碱地上良好生长,不与粮食作物及经济作物争田夺土,那么在解决能源危机同时,盐碱地也得到了良好的改造与利用。

毫无疑问,植物能源的高效利用并非一步之遥,须有较高的投入和持续的研究以及必要的国际合作。

参考文献:

[1]　费世明,张旭东,杨灌英,等.国内外能源植物资源及其开发利用现状[J].四川林业科技,2005,26(3):20-261

[2]　田春龙,郭　斌,刘春朝.能源植物研究现状和展望[J].生物加

工过程,2005,3(1):14-181[3]　孔献文、李丽萍.发展生物质能可获得多方面的效益[J].节能,

2003,(2):45-471

[4]　万　泉.能源植物的开发和利用[J].福建林业科技,2005,32

(2):1-51

[5]　丁向阳.能源植物的兴起与发展前景[J].河南林业科技,2004,

24(4):38-421

[6]　李忠仁.生物能源的开发和利用[J].延边大学农学学报,2003,

25(3):225-2271

[7]　孙振钧.中国生物质产业及发展取向[J].农业工程学报.2004,

20(5):1-51

[8]　王　涛1中国主要生物质燃料油木本燃料植物资源概况与展

望[J].科技导报,2005,23(5):12-141

[9]　吴国江,刘　杰,娄治军,等.能源植物的研究现状及发展建议

[J].科技与社会,2006,21(1):53-571

[10]　杜　宇.国内外能源植物的开发与利用[J].世界农业,2006,

(4):57-601

(上接第98页)

水分检测数据分布具有正态分布特征,且群体的水

分标准差σ控制较好(标准差为0.157%),整个生产过程处于稳定受控的状态。但群体的水分平均值μ与产品规格中心值M存在偏差(达0.21%),工序能力指数为1.15,过程不合格率只有0.0302%。总体来看,其质量情况较好。

由于群体水分平均值μ与产品规格中心值M存在偏差,工序能力指数为1.15,假如μ与M重合,则工序能力指数能够达到1.59,那么过程不合格品率只有0.0001842%,因此应加强生产过程中的控制,使水分值往产品中心值靠近,减少与产品规格中心值的差值,则可以大大提高过程能力指数,减少过程的不合格品率。

对于大中片率、碎片率、叶中含梗率和梗中含叶

率,这种仅有上限或下限的产品质量指标数据,同样

可以用SPC技术进行分析。

3　结　语

利用SPC技术,可以减少烤烟生产过程中的异常波动,建立一套过程加工能力评价系统,解决实际过程能力指数偏低的问题,提高打叶复烤主要工序点的过程能力水平。同时,通过一系列措施的实施,将过程能力指数大大提高,减少过程不合格品率。

参考文献:

[1]　林秀雄.品质管制[M].深圳:海天出版社,2004.

[2]　王　芳,肖诗唐.统计过程控制的策划与实施[M].北京:中国

经济出版社,2005.

[3]　何晓群.六西格玛数据分析技术[M]1北京:中国人民大学出版

社,2004.