/能源作物開發利用技術

目前世界上生物燃料乙醇發展較快，主要包括以甘蔗、甜高梁、甜菜等為原料的糖質作物，以玉米、木薯、甘薯等為原料的淀粉質作物,以秸稈、蔗渣等纖維素、半纖維素等為原料的三類生物燃料乙醇材料。以前兩類生物質為原料的乙醇發酵技術為成熟技術,以秸稈、蔗渣纖維生產乙醇的技術尚處于中試階段，產業化技術沒有形成.年產量從２000年的13９０萬噸，增長到20０5年的2９50萬噸。其中巴西約1350萬噸,以甘蔗為原料;美國約1２０0萬噸，以玉米為原料。生物柴油年產量約20０萬噸,主要集中在德國。

我國生物液體燃料生產也取得明顯進展,全國燃料乙醇生產能力達到132萬噸，已在河南等9個省的車用燃料中推廣使用乙醇汽油。同時，引進、育成了多個優良能源作物品種，并開展了一定規模的區域栽培試驗和中試轉化試點.一、甜高梁

甜高粱［Sorｇhuｍbｉcolｏｒ(Ｍoｅnch)Ｌ]，也叫蘆粟、甜秫秸、甜稈和糖高梁,屬于碳四（C4）植物，是禾本科高梁屬粒用高粱的一個變種,具有光合速率高、生長快、產量高的特點。對土壤的適應能力很強，pH從５．0～8．5，均能很好生長。

(一)國外開發現狀

巴西自１9７5年、美國自19７8年就開始種植甜高粱用于生產酒精.２0世紀90年代，烏拉圭仿效巴西，每年種植６5萬公頃甜高梁用于制作酒精燃料.俄羅斯、印度、日本也做了大量研究和應用.(二）國內研究和開發現狀

自20世紀70年代后期,我國陸續從國外引進了麗歐、凱勒、雷伊等若干優良甜高梁品種。我國科學家培育出適于我國大部分地區種植的“醇甜系列”雜交甜高梁良種,莖稈產量、莖稈汁液錘度、籽粒產量和適應性，都達到國際先進水平，尤其適于鹽堿地種植。北京泰天地能源技術開發公司、清華大學等單位先后研究成功甜高粱莖稈固體和液體發酵制取乙醇技術；國內已在黑龍江、新疆、遼寧、內蒙古和山東等省、自治區建有多個甜高粱莖稈制取乙醇示范工程.北京綠恒益能源技術開發中心培育出“醇甜系列”雜交甜高粱早、中、晚熟優良品種。黑龍江省四益乙醇有限公司在黑龍江樺川已建成年產5000噸甜高粱莖稈乙醇的示范工程.

(三）我國開發潛力分析

以新疆為例，適宜種植甜高梁的面積約５3萬公頃,單產可達75噸/公頃以上，鮮秸稈總產430０萬噸以上,產甜高粱籽粒1７萬千克以上。河北省黃驊等市縣，適宜面積３3萬公頃以上.

甜高梁莖稈中汁液約占8０％，榨汁糖錘度1５%一2２%，甜高粱汁中糖分與甘蔗相比，還原糖的含量較高.美國甜高梁年乙醇產量達610６升/公頃，而同為C４作物、號稱太陽能最有效轉化器的甘蔗只有４6８0升／公頃。甜高梁固體發酵生產乙醇所產生的酒糟渣是牛羊的理想飼料，甜高梁稈渣可用于生產優質紙漿。

(四)經濟效益分析

甜高梁平均每公頃產鮮莖稈6０噸,籽粒4500千克.莖稈11０元／噸,籽粒1１00元／噸，每公頃可獲產值1１550元。甜高梁每公頃成本68８5元，純收入４665元。酒精價格5000元/噸,用玉米生產酒精的成本是450０元/噸以上，而用甜高梁秸稈加工酒精成本約為420０元／噸。按平均每公頃產６００0千克玉米計,每公頃玉米生產酒精18０0千克;而甜高粱秸稈在傳統工藝條件下，每公頃可生產３750千克酒精。

甜高粱生產燃料乙醇循環利用流程見圖5-1.?二、木薯

木薯（ＭaniｈotesculeｎtaCrａｎtz），又名樹薯、木番薯，大戟科木薯屬多年生亞灌木，塊根是其主要被利用的部位，淀粉含量比其他塊根塊莖作物都要高,被稱為“淀粉之王”。木薯原產熱帶美洲，現已廣泛分布于南北緯30~之間的熱帶和部分亞熱帶地區，與馬鈴薯和甘薯并稱為世界三大薯類作物。

木薯屬于C3植物，但是其光合速率比普通C3植物高得多.在哥倫比亞國際熱帶農業研究中心的實驗田中，一個近似理想株型的雜種品系，獲得了28噸/公頃干塊根的產量，還有許多雜交品種的產量也超過20噸／公頃干塊根的產量.

木薯具有易栽培、高度耐旱、耐瘠、病害少、易管理等優良特性，特別適宜土地貧瘠、干旱、酸性、富鋁化的丘陵山地栽種，也可在荒坡地及零星邊際土地種植或多種植物間種。

（一）國外開發現狀

目前,全球有90多個國家種植木薯，遍布非洲、亞洲、拉丁美洲和加勒比地區,其中非洲和亞洲分別占5０％和20%。

世界木薯的主要加工產品是淀粉和酒精。2003年，世界鮮薯總產量的約6％被用來加工淀粉,木薯淀粉總產量30０萬噸,淀粉主產國是泰國、中國和印度尼西亞。目前,世界上大量利用木薯加工酒精的國家比較少，其中產量較大的國家是中國和泰國。

(二）國內研究和開發現狀

我國從事木薯育種和生物技術研究的科研單位有中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所、廣西壯族自治區農業科學院亞熱帶作物研究所、中國科學院華南植物研究所等。

木薯除約３0％用作飼料外，其他70%主要是加工淀粉和酒精的原料。據廣西木薯產業協會2005年統計，全國的木薯淀粉與酒精加工廠多達200多家，年木薯淀粉總產量近５0萬噸，年木薯酒精總產量40多萬噸,其中，包含了江蘇和山東等沿海省份的非木薯產區,利用進口木薯干片生產的30多萬噸木薯酒精。

我國近幾年的木薯產業化發展較快,據統計,2０05年，中國木薯的總收獲面積４３.５萬公頃，鮮薯總產量800萬噸。其中，廣西和廣東占全國總收獲木薯面積的85。9%、鮮薯總產量的8７。9%和總產值的92。２％.還可以向亞熱帶中、北部擴展,如江西、湖南、四川等的南部擴種,最大估計可達到1５0萬～2０0萬公頃。

（三）經濟效益分析

根據國內2005年情況,按7．２噸鮮薯生產1．1噸酒精，7.2噸鮮薯價格為2５０0元左右，加工成本約為80０元左右,１．1噸酒精再增加10０元脫水費，即可加工成１噸燃料酒精，總成本約為34０0元,燃料酒精的市場銷售價約為４００0元／噸。

木薯生產燃料乙醇循環利用流程如圖5-2。

三、甘蔗

甘蔗(SaccharumsinenｓeＲoｘb。）是禾本科甘蔗屬多年生植物,現代甘蔗栽培品種為蔗屬三元或四元種間雜交品種,具有生物遺傳多樣性、C4光合特性和生長巨型性，其光合強度之大和生物量之高堪稱大田作物之首。普通甘蔗一般每公頃產量６０~90噸,而能源甘蔗可達１２０噸以上,成熟后的甘蔗糖分一般為12.5%一14%,纖維含量一般為11．５％~１2.５%。種莖無性繁殖，繁殖系數低，一般3～１0倍，一年新植，多年宿根。

甘蔗是喜溫性作物,要求年平均溫度在18~３0℃，大于1Ｏ℃的活動積溫在65０0—800０℃范圍內,生長量隨著積溫的增加而增加。13~C以下停止生長或生長極慢.

甘蔗分布在北緯33°至南緯３0°之間，以南北回歸線之間比較集中，主要生產的國家有巴西、印度、澳大利亞、古巴、泰國、中國、美國、墨西哥、南非、印度尼西亞、巴基斯坦、菲律賓等。

2000—20０4年世界甘蔗生產面積平均2000萬公頃.其中世界上甘蔗種植面積最大的國家是巴西,平均５18萬公頃;其次是印度43１萬公頃；中國134萬公頃位居第三。我國甘蔗主要分布在北緯24‘以南的熱帶、亞熱帶地區，包括廣西、云南、廣東、海南、福建、臺灣、四川、江西、貴州、湖南、浙江、湖北等12個省、自治區。目前，廣西、云南、廣東三個優勢產區占全國85％，其次是海南和福建。

（一）國外開發現狀

２0世紀７0年代，美國植物生理學家A1exａnｄerAG教授利用甘蔗屬的S。OFFＩCIＮARＵM（高貴種)同熱帶雜草雜交，育成一種生物量達240～27０噸/公頃，總可發酵糖量達每公頃４8—55噸干重的非食用甘蔗新品種.用此種甘蔗為原料進行燃料乙醇的中間試驗，每公頃年產27１噸的能源甘蔗最終可生產29．6噸燃料乙醇。但是,由于全球蔗渣木質纖維酶解糖化產業化技術尚未形成，該生產線至今未投入商業化生產。至２0世紀80年代，美國、巴西、印度等國科學家調整育種目標，培育出ＲＢ72—454、ＲB85—5５3６和SP94-115等一批糖、能兼用的甘蔗新品種,支持以甘蔗為原料的糖、酒聯產計劃。

巴西是世界上發展甘蔗乙醇最早和最成功的國家，從197８年實行“甘蔗乙醇計劃”以來,甘蔗面積從６6萬公頃，擴大到20０６年的６５8萬公頃;甘蔗總產從０．4５億噸增加到４．５0億噸；蔗糖總產從４５0萬噸增加到2500萬噸；燃料乙醇產量從無增加到157億升,占世界燃料乙醇總產420億升的3７.４%，成為世界第一生物能源大國,現有35０家甘蔗加工企業.2００６年新建4１個甘蔗乙醇、制糖工廠，建成后可增加７０００萬噸的甘蔗加工能力，其中2/３是生產燃料乙醇。與此同時,巴西還在加快燃料乙醇專用管道的建設，以提高乙醇的運輸能力。

目前，巴西甘蔗平均單產86～93噸／公頃,比我國高16～23噸/公頃，全國原料蔗平均蔗糖分15%以上,比我國高0．7個百分點(絕對值)以上。近年，由于世界油價飆升,全球對乙醇需求急劇增加。為此，澳大利亞、泰國、印度、南非、哥倫比亞和中美洲國家紛紛學習巴西經驗.近幾年,巴西政府還特別注重擴展新能源的海外出口市場,已將日本、中國、俄羅斯、印度、南非和美國等列為巴西未來燃料乙醇的出口市場。

(二)國內研究和開發現狀

在品種選育方面,“十五"期間,由福建農林大學主持，利用遠緣雜交、系譜選擇與分子標記輔助鑒定，培育出福農９5-1７０2、福農9ｌ—4６21、粵糖93—1５9、粵糖94—１28、桂糖9４—1１6等一批糖、能兼用甘蔗新品種。蔗莖產量達９5～1２0噸/公頃，平均蔗糖分15．0%以上,最高１6。8%一１8．6%。抗花葉病、抗旱甘蔗轉基因系產量提高20％一30%，錘度提高2-3個百分點（絕對值).在能源甘蔗的高效產業化技術和周年供應系統方面也進行大面積示范.在發酵技術方面，利用甘蔗清汁發酵生產燃料乙醇技術(已獲國家發明專利）,采用雙流加連續發酵技術進行中試，結果表明，每1２噸甘蔗生產１噸乙醇。同時還篩選了一批耐３5℃、耐酒精濃度１5°~１7°的優良菌株。

(三)我國開發潛力分析

甘蔗是一種適應性廣、抗逆性強、適應山坡地、沙洲地和鹽堿地等邊際性土地生長的高生物量、高可發酵糖量作物。我國南方桂、滇、粵、瓊等均可規模化集中種植.其中桂中南、滇西南和粵西三個優勢區域占全國種植面積的70％。

甘蔗糖是乙醇發酵的直接底物,比淀粉發酵乙醇節省了淀粉合成與糖化兩個耗能生化過程,應用甘蔗生產乙醇能量效率最高，為玉米乙醇的5倍.在國內每噸甘蔗乙醇的原料成本為3900元（30０元／噸,甘蔗），而玉米乙醇的原料成本則為4８０0元(１50０元/噸，玉米）.

（四）經濟效益分析

以粵西湛江2０06/２00７生產季北坡蔗區1。1萬公頃甘蔗為例,種植甘蔗農民每公頃支出費用按肥料費5250元、機耕費525元、種苗費2２50元、收割費4０元/噸、到廠運輸費10元／噸計,每公頃甘蔗總支出為13650元,當年生產季平均每公頃產量達112．5噸計，如甘蔗收購價為28０元/噸，種甘蔗每公頃純收入17850元.

甘蔗乙醇的經濟效益,按噸蔗價280元計，１2噸甘蔗可生產1噸燃料乙醇，主原料甘蔗成本３360元,其他加工車間成本、輔料成本、財務成本、折舊等費用不超過60０元,噸燃料乙醇生產成本396０元，國家對企業燃料乙醇的結算價是91號汽油批發價（489０元／噸）X０。91１,約為44５４．8元／噸，盈余４94.８元.甘蔗糖酒聯產循環利用流程如圖5—3.

四、甘薯

甘薯［Jpomoｅabaｔatas（L）Laｍ．］是旋花科甘薯屬的一個栽培種，具蔓生習性的一年或多年生草本植物.世界上甘薯目前種植面積約900萬公頃，90％以上種植面積集中在發展中國家。

(一）國外開發情況

２005年世界上共有113個國家栽培甘薯，亞洲栽培面積為５7８．７萬公頃，占世界總面積的66。3％,栽培面積較大的國家有中國、越南、印度尼西亞等。非洲栽培面積為２５3．５萬公頃，占世界總面積的２9.0％。

我國占有世界甘薯85%產量,國外種植面積較小，尚未有主要選用甘薯作為能源原料作物的國家。日本霧島酒業株式會社為日本最著名的造酒企業，其原料大部分選用甘薯，年產值達23億日元.

（二)國內研究和開發現狀

徐州甘薯研究中心現已培育成能源乙醇專用品種徐薯２２.中國科學院成都生物研究所承擔的“甘薯高效低能耗貯存技術與高效燃料乙醇轉化技術研究”，掌握了高效、低能耗的甘薯淀粉貯藏技術;通過對已有的酵母菌株的選育與改造，獲得高濃度乙醇發酵酵母菌株，并通過代謝控制研究開發出高濃度乙醇發酵技術。

甘薯可提供較富裕原料的主產區劃為兩個大區:蘇、魯、皖、豫中原地區,湘、鄂、川、渝西南地區。

甘薯產量高。我國甘薯每公頃平均產量21．５噸。據河南南陽天冠集團資料，2．8～2。９噸甘薯干可生產1噸乙醇，而玉米生產同樣數量的乙醇需要3。2噸。

（三）經濟效益分析

每公頃約需種苗９00元,肥料４50元，基本不施用農藥,投工７5個合計１800元,其他３０0元,合計３45０元。以