低碳經(jīng)濟視角下開(kāi)發(fā)能源木薯生產(chǎn)燃料乙醇的優(yōu)勢分析

廣東農業(yè)科學(xué)2011年第14低碳經(jīng)濟視角下開(kāi)發(fā)能源木薯生產(chǎn)燃料乙醇的優(yōu)勢分析姚慶榮(甘肅行政學(xué)院社會(huì )和文化教研部,甘肅蘭州730000摘要:木薯作為我國熱帶地區的新型優(yōu)勢產(chǎn)業(yè),可緩解能源緊缺的壓力、提高環(huán)境質(zhì)量,也可促進(jìn)農民增產(chǎn)增收、脫貧致富通過(guò)介紹開(kāi)發(fā)和利用生物質(zhì)能源的緊迫性,分析我國發(fā)展木薯產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)燃料乙醇的四大優(yōu)勢及其市場(chǎng)潛力,由此提出未來(lái)的發(fā)展思路與對策。關(guān)鍵詞:低碳經(jīng)濟;能源;木薯;燃料乙醇中圖分類(lèi)號:S533文獻標識碼:A章編號:1004874X(2011)14002503目前,能源危機和環(huán)境污染已成為全球面臨的共同占國家總需求的40%~50%,綜合經(jīng)濟價(jià)值超過(guò)300億元,難題。面對這兩大難題世界各國已達成發(fā)展低碳經(jīng)濟的形成熱帶地區的新型優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)。用木薯發(fā)酵生產(chǎn)燃料酒共識?？稍偕茉串a(chǎn)業(yè)因可減少煤炭在能源消費結構中精,可把木薯由低品質(zhì)生物質(zhì)能轉化成高品質(zhì)燃料能源。的比重將是今后發(fā)展低碳經(jīng)濟的主要方向,也是解決日如果產(chǎn)地能充分開(kāi)發(fā)土地資源,改良木薯種植技術(shù),提高益嚴重的生態(tài)環(huán)境和資源能源問(wèn)題的根本出路。在此背木薯單產(chǎn),開(kāi)發(fā)木薯產(chǎn)品深加工,帶動(dòng)木薯產(chǎn)業(yè)鏈,將會(huì )產(chǎn)景下,生物質(zhì)能作為繼煤炭、石油,天然氣之外的第四大生巨大的經(jīng)濟效益。由此可見(jiàn),發(fā)展木薯燃料乙醇有利于能源,因其儲存量大、無(wú)污染而受到世界各國的高度關(guān)調整產(chǎn)地的農業(yè)結構,可為農民開(kāi)辟經(jīng)濟收入新途徑促注。綠色植物是太陽(yáng)能的主要收集者,每年由光合作用產(chǎn)進(jìn)農民增收、拉動(dòng)農村經(jīng)濟推進(jìn)新農村建設,從根本上解生的生物質(zhì)達140億-11800億t。利用高等植物生產(chǎn)決“三農"問(wèn)題的燃料乙醇具有與礦物燃料相似的燃燒性能,是一種可13可減輕環(huán)境污染,鞏固寶賚的生存空間再生的綠色能源。因此,大力培育與利用這一資源將具有我國的環(huán)境污染屬典型的能源消費型污染。目前全國深遠的現實(shí)和戰略意義。85%的二氧化碳、90%的二氧化硫和73%的煙塵都是由燃木薯是世界三大薯類(lèi)(木薯、甘薯和馬鈴薯)作物之煤排放的,大氣污染中僅二氧化碳造成的經(jīng)濟損失就占素有“淀粉之王”和饑荒“儲糧庫”之美譽(yù),是熱帶、亞GDP的2.2%。據有關(guān)部門(mén)預測,到2020年,我國的能源需熱帶重要的熱能來(lái)源。國家制定的《“十一五”再生能源發(fā)求總量將達到近25億1標準煤、比2000年高出90%。如展戰略》和新頒布的《國家可冉生能源法》中,將木薯、玉果再不注重可再生能源的開(kāi)發(fā),仍然保持以煤為核心的單米和甘蔗列入未來(lái)生產(chǎn)燃料酒精的主要原料。有關(guān)專(zhuān)家能源結構,到2020年,城市中受到空氣污染的人口將達認為,木薯是我國南方地區發(fā)展燃料乙醇的理想作物。到49億人、占同期全國總人口的3,因空氣污染而早亡1開(kāi)發(fā)能源木薯生產(chǎn)燃料乙醇的必要性的人口將達55萬(wàn)人,相應的經(jīng)濟損失為410億元,這將會(huì )嚴重影響我國經(jīng)濟社會(huì )的全面發(fā)展。1.1可實(shí)現能源供應的多元化,緩解我國能源短缺壓力發(fā)展木薯產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)燃料乙醇是以生物質(zhì)為原料,汽車(chē)我國是能源消費大國,與世界其他國家一樣面臨著(zhù)尾氣中一氧化碳和碳氫化合物的排放量可分別下降能源短缺的壓力。我國能源消耗居世界第二,1980年我國30.8%和13.4%,這對減少大氣污染及抑制溫室效應具有能源消耗量為603億t標準煤,到本世紀全國年平均能重要意義。因此,開(kāi)發(fā)木薯生產(chǎn)燃料乙醇具有礦物質(zhì)能源源消耗量已達到13億-16億!標準煤。雖然在1980—所不具備的多種優(yōu)勢,是當前倍受青睞和重視的綠色能2000年間,我國的能源利用效率顯著(zhù)提高,以能源消費翻源。番支持了國內生產(chǎn)總值翻兩番但隨著(zhù)經(jīng)濟規模的迅速擴大,能源資源匱乏、結構不合理、環(huán)境污染嚴重等問(wèn)題2開(kāi)發(fā)能源木薯生產(chǎn)燃料乙醇的優(yōu)勢日益突出。據有關(guān)部門(mén)預測,今后我國石油消費和進(jìn)口量在制取燃料乙醇的眾多原料中,木薯作為非糧作物將呈上升趨勢。而成品油價(jià)格的攀升和全球保護環(huán)境的因不影響國家的糧食安全而獨具優(yōu)勢。開(kāi)發(fā)木薯生產(chǎn)燃料要求,為燃料乙醇帶來(lái)良好的發(fā)展機遇,其可以緩解石油乙醇,不僅符合“不爭糧,不爭(食)油,不爭糖,充分利用邊供需矛盾,減輕國家能源短缺的壓力。際性土地的國家糧食發(fā)展戰略,而且也符合國家生物質(zhì)12有利于解決“三衣”問(wèn)題能源發(fā)展戰略,有利于保障全國的糧食安全和能源安全。預計未來(lái)10年中,木薯在廣西、廣東、海南和云南種21木薯是高效高產(chǎn)能源作物植面積將從目前的50萬(wàn)hm2擴大到1o0萬(wàn)-150萬(wàn)hm2木薯是CV山中國煤化工物相同,葉片中單產(chǎn)水平進(jìn)一步提高,大約可以生產(chǎn)450萬(wàn)t燃料乙醇,有明顯的綠色CNMHG適宜溫度在20收稿日期:2011-040145℃,在高光照下光合作用個(gè)會(huì )飽和,因此木薯的光合效作者簡(jiǎn)介:姚慶榮(1978-),女博士,副教授, E-mail: yaoqingrong率非常高。其次典型的木薯生長(cháng)期接近1年,塊根種植后lzh@163.com3個(gè)月開(kāi)始增重,一直持續到9-15個(gè)月,由此可見(jiàn),木薯26整個(gè)生長(cháng)期75%的時(shí)間是向塊根積累碳水化合物,這是生產(chǎn)。木薯高產(chǎn)的又一原因叫。再次,木薯塊根含有30%-40%的干物質(zhì)淀粉和糖是干物質(zhì)的主要成分約占9%。全世3我國開(kāi)發(fā)能源木薯產(chǎn)業(yè)的思路與對策界木薯平均單產(chǎn)為108hm2(以鮮塊根計),而我國現在31提高單產(chǎn),為生產(chǎn)燃料乙醇提供充足的原料木薯平均單產(chǎn)為160伽Ⅶhm2,所以從原料供應層面看,利用3.1.1常規育種通過(guò)推廣良種,因地施種,機械深耕深木薯生產(chǎn)燃料乙醇具有很大的應用潛力。松,木薯莖稈粉碎還田,增施基肥、配方施肥,合理密植和22木薯生產(chǎn)燃料乙醇的性?xún)r(jià)比高間作,推廣高產(chǎn)栽培技術(shù),推進(jìn)“農民參與式"或“公司+金首先,木薯較其他作物更具有資源和價(jià)格優(yōu)勢,在20融+科技+農戶(hù)”模式等提高木薯單產(chǎn)和鮮薯淀粉含量,使世紀90年代前,我國普遍以玉米、甘薯、糖蜜等為原料生我國木薯良種和豐產(chǎn)栽培技術(shù)推廣率達50%以上,生產(chǎn)產(chǎn)燃料乙醇。玉米每667m2產(chǎn)量約710kg、市場(chǎng)價(jià)約成本降低2%左右,單產(chǎn)提高10%-3%,鮮薯平均產(chǎn)量達200-1400元A,而木薯每hm2產(chǎn)量約1200kg、市場(chǎng)價(jià)約20thm2,淀粉含量提高2-3個(gè)百分點(diǎn),達30%以上。其100~1200元。其次,由表1可知,在主要酒精原料作次,通過(guò)北移種植、開(kāi)發(fā)新荒地和低產(chǎn)低質(zhì)土地、與甘蔗輪物中,單位面積土地的乙醇總產(chǎn)量以木薯最高,甘蔗次作和橡膠幼林間套種等揹施在基本不占用原有糧食耕地之回,玉米最低。在同樣土地資源條件下,種植木薯比種植的條件下,擴大生產(chǎn)規模。甘蔗可多產(chǎn)1倍乙醇。再次,木薯莖稈與蔗渣的產(chǎn)量和功3.12生物技術(shù)育種在“十一五”再生能源發(fā)展戰略和能基本相當其灰燼均是很好的鉀肥。利用木薯進(jìn)行乙醇新頒布的《國家可再生能源法》中將木薯、玉米和甘蔗列生產(chǎn),整株作物無(wú)廢料利用效率高。最后,由于木薯中微為未來(lái)生產(chǎn)燃料酒精的首選原料,這為木署的基因T程育量元素比較豐富,給乙醇發(fā)酵帶來(lái)了便利條件。因此,開(kāi)種提供了前所未有的契機。因此,未來(lái)木薯基因工程應進(jìn)發(fā)木薯生產(chǎn)燃料乙醇具有很強的竟爭力和發(fā)展潛力。行定向育種;通過(guò)轉基因和基因聚合,重點(diǎn)培育高產(chǎn)、多抗、廣適性、適宜節本高效集約化生產(chǎn)的“生物能源”專(zhuān)用表1幾種能源作物生產(chǎn)燃料乙醇的性?xún)r(jià)比型木薯品種,主要包括:(1)選育耐寒轉基因木薯新品種或品系。木薯雖然適應性強,抗風(fēng)、抗旱、耐瘠薄能在相對惡原料hm年)含量(%)(L)(Lhm·年)劣的環(huán)境下生長(cháng),但其畢竟是熱帶作物,喜溫熱、不耐霜25.06000對氣溫有一定要求。因此,可通過(guò)轉基因方法將一些與提甘蔗125高植物抗寒性相關(guān)的功能性蛋白基因,如擬南芥基因甜菜160100CBF3、 StOols3和lCE1,轉入木薯主栽品種,增加其抗寒甜高粱14.0玉米6904102050性,北移2°-5°,擴大種植面積50萬(wàn)hm2。(2)提高木薯淀粉含量,改變淀粉粒結構。高生物量(即淀粉產(chǎn)量)是開(kāi)發(fā)木薯產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)燃料酒精的基本要求。在植物淀粉生物合23木薯適應性廣、耐旱、耐瘠薄成中,腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶( AGPase)是限速酶231氣候條件木薯對十旱有高度的忍耐力,沒(méi)有對催化1-磷酸葡萄糖(G-1-P)與腺苷三磷酸(ATP)作用,形千早過(guò)于敏感的時(shí)期,在沒(méi)有灌溉的土壤條件下也可獲成腺苷二磷酸葡萄糖(ADPG和焦磷酸(PF),為淀粉生物得較高的產(chǎn)量。在平均年降水量低于750mm時(shí),木薯更合成提供葡萄糖基,從而決定作物產(chǎn)量。而淀粉合成酶能凸現出其優(yōu)勢。( SSase)、淀粉分枝酶( SBEase)、淀粉脫分枝酶( DEAse)用232土壤條件木薯能很好地適應熱帶地區占統治地來(lái)改變葡萄糖基在葡聚糖鏈上的位置,從而改變淀粉結位的低肥力土壤。它通常種植在高度風(fēng)化和瀝濾的氧化構叫。因此,可通過(guò)構建與上述酶相關(guān)基因的正義或反義土、老成土和淋溶土中,還有一小部分種植在中度風(fēng)化的植物表達載體轉化木薯的途徑,實(shí)現提高木薯淀粉含量,始成土和砂質(zhì)的新成土中。在低pH值和高濃度鋁離子的改變淀粉粒結構的目的,從而促進(jìn)生物能源產(chǎn)業(yè)快速發(fā)土壤中,木薯也能很好地生長(cháng)。當前,木薯被視為一種極展。(3)培育較長(cháng)葉片持綠期的木薯新材料或新品種。木薯具潛力的能源作物,這與其極強的耐旱和耐瘠薄能力是雖屬C植物,但其光合特征與C植物相似在高光照下分不開(kāi)的光合作用不會(huì )飽和。因此可通過(guò)遺傳轉化方法將細胞分24木薯生產(chǎn)燃料乙醇成本低裂素合成關(guān)鍵酶基因(ipt)導入木薯品種,可延長(cháng)木薯葉目前,制造乙醇的主要原料有甘蔗、甜高粱、甘薯甜片的持綠期,延長(cháng)光合作用時(shí)間提高其塊根產(chǎn)量,從而為菜、木薯和玉米等。在各種原料中,以木薯制造乙醇潛力發(fā)展可再生生物質(zhì)能源—木薯燃料乙醇提供充足的工最大。按生產(chǎn)1t乙醇計算,需要不同原料的單耗分別是:業(yè)原料。玉米3t、蔗糖廢糖蜜4.5t、甘蔗17t、鮮木薯7t或木薯3.2利用基產(chǎn)酒率中國煤化工干片3t。加上加工費用,生產(chǎn)1t乙醇的全部成本以木薯在酒精積累、影響淀粉利最低。另外,大型木薯乙醇廠(chǎng)的固定資產(chǎn)投人與銷(xiāo)售收用率的因素CNMH及其他非水溶性入比例是15,建設周期短,投資少,回收快,效益高。且現多糖共同組成的細胞壁對淀粉等物質(zhì)的屏蔽和保護作有糖廠(chǎng)生產(chǎn)乙醇的閑置設備經(jīng)改造后即可用于木薯乙醇用闊。而纖維素酶可以促進(jìn)原料細胞的崩潰,在其他多糖水解酶的協(xié)同下,使其細胞壁發(fā)生徹底的破壞,在最大程融系統參與木薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的積極性以此吸引更多資金用度上促進(jìn)了淀粉、蛋閂質(zhì)等有效成分的溶出,從而提高原于能源木薯的開(kāi)發(fā),降低生產(chǎn)成本,提高生產(chǎn)效益,使燃料料的出酒率。因此利用分子生物學(xué)手段構建纖維素酶、乙醇產(chǎn)業(yè)得到發(fā)展壯大半纖維素酶以及糖化酶等的高效基因工程酵母菌株,用綜上所述,木薯是可再生資源,是我國熱帶、亞熱帶于木薯灑精生產(chǎn),必將能提高木薯淀粉利用率,進(jìn)而提高地區重要的能源作物。開(kāi)發(fā)以木薯為基礎的生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)酒精產(chǎn)率,從而促進(jìn)木薯燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展。具有很好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。相信隨著(zhù)當今世界“綠33加大財政稅收支持力度,鼓勵燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展色能源”以及“低碳經(jīng)濟”的蓬勃發(fā)展,能源木薯生產(chǎn)燃料可再生能源的開(kāi)發(fā)利用是應對日益嚴重的能源和環(huán)乙醇產(chǎn)業(yè)將會(huì )在新世紀顯示出強大的生命力,推動(dòng)整個(gè)社境問(wèn)題的必由之路,也是社會(huì )實(shí)現可持續發(fā)展的必由之會(huì )的發(fā)展與進(jìn)步。路。因此,囡家應出臺更多財政稅收政策來(lái)扶持燃料乙醇參考文獻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。例如,美國1979年建立聯(lián)邦政府的“乙醇發(fā)展計劃”,從大力推廣含10%乙醇汽油開(kāi)始,就對燃料乙) Nweke F I, Spencer D. Lynam J K. Cassava Transformationt M ]. East Lansing: Michigan醇生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行補貼。我國也可以借鑒美國的經(jīng)驗,對利University Press, 2002: 221-225.用能源木薯生產(chǎn)燃料乙醇的企業(yè),在稅收上給予優(yōu)惠,在(2] Rao PJ M. Industrial utilization of sugar CO2 products(M政策方面給予傾斜,扶持壯大企業(yè)規模,提高生產(chǎn)燃料乙India: National Federation of COz operatives Ltd, 1997: 274-276.醇的能力;對種植木薯的農民給予適當的補貼,鼓勵農民3]馬崇熙對木薯在廣西生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)中地位的思考廣西熱帶農種植木薯的積極性,從根本上解決原料問(wèn)題;對使用燃料業(yè),2006(5:24-26.乙醇汽油的消費者給予財政稅收支持,以此支持和鼓勵4 Guy C L Altered gene expression during cold acclimation of燃料乙醇和乙醇汽油在全社會(huì )的推廣。在必要的時(shí)候,國Spinach[JI.Proc Natl Acad Sci USA, 1985, 82: 3673-3677家立法機關(guān)還需制定法律,在全國范圍內強制推行使用5] Sweetlove L., Muller R B, Willmizer L, et al. The contributionof adenosine 5'-diphosphoglucose pyrophosp -horylase to the車(chē)用乙醇燃料。control of starch synthesis in potato tubers []. Planta, 1999(209):34加大資金投入,改善木薯生產(chǎn)燃料乙醇的工藝和設330-337.備[6 Pham V H, Tomoko M, Naofumi M. Waxy and high-amylose用木薯生產(chǎn)燃料乙醇是一項利國利民的大事,是一項wheat starches and flours-characteristics, functionality and很有發(fā)展潛力的產(chǎn)業(yè)。目前用木薯作原料生產(chǎn)燃料乙醇application. Trends in Food Science Technology. 2006. 17(8)的大企業(yè)不多,并且大多數企業(yè)都存在生產(chǎn)工藝落后、生產(chǎn)設備陳舊、生產(chǎn)效率低下等現象但因缺乏資金而無(wú)法李洪清李美茹劉鴻先等木薯抗葉片早衰的基因工程育種中改善。因此,作為政府和銀行部門(mén),應該加大資金投人和國科學(xué)院研究生院學(xué)報,2000,17(2:7480放款力度扶持木薯企業(yè)改造生產(chǎn)工藝更新生產(chǎn)設備、改8 Eunki KFactorial optimization or a six cellulose mixtureBiotechnology and Bioengineering. 1998,58(5): 496-501善生產(chǎn)條件,使生產(chǎn)能力和質(zhì)量得到有力保證。另外,政⑨王建平纖推素酶的研究進(jìn)展及趨向J舟山師專(zhuān)學(xué)報(自然科學(xué)府可通過(guò)開(kāi)發(fā)財政貼息貸款,用有限的財政資金調動(dòng)金版)2002(4):51-56超級稻中嘉早17力助我國長(cháng)江中下游雙季稻區高產(chǎn)穩產(chǎn)7月8日,由中國水稻研究所和浙江省嘉興市農科院聯(lián)合達到500kg以上高產(chǎn)田塊有望突破600kg,其高產(chǎn)穩產(chǎn)、抗性選育的超高產(chǎn)抗病專(zhuān)用型早稻新品種中嘉早17,2011年在江西較好適應性廣的特性受到了當地群眾的好評,表示來(lái)年將進(jìn)推廣面積達87萬(wàn)hm2,鄱陽(yáng)縣珠湖農場(chǎng)萬(wàn)畝高產(chǎn)創(chuàng )建示范片經(jīng)步擴大種植面積專(zhuān)家組現場(chǎng)抽樣測產(chǎn),實(shí)際每667m2達到653kg。農業(yè)部科技教育司負責人在部署雙季稻研究與推廣工作時(shí)專(zhuān)家組認為,中嘉早17田間表現株型松散適中,莖稈粗強調,各地要從全局和戰略的高度充分認識早稻生產(chǎn)的特殊重壯,穗型和著(zhù)粒密度較大,苗期耐寒性和灌漿結實(shí)期耐陰雨較要性,切實(shí)推進(jìn)早稻生產(chǎn)發(fā)展,大力發(fā)展雙季超級稻,為全國糧強,抗逆性較好,生育期適中,其農藝性狀、適應性、抗性和豐食穩產(chǎn)增產(chǎn)提供支撐;要充分發(fā)揮水稻種植大戶(hù)和專(zhuān)業(yè)合作社產(chǎn)性較好,米質(zhì)膠稠度長(cháng)、直鏈淀粉含量髙,適合米粉、味精等的示范帶動(dòng)作用,多途徑加大技術(shù)培訓技術(shù)指導力度,切實(shí)提加工用和儲備用糧,在我國長(cháng)江中下游雙季稻區推廣前景廣高技術(shù)到位率中國煤化工應用步伐帶動(dòng)整個(gè)水稻生產(chǎn)發(fā)CNMHG各界認同超級稻中國水稻研究所所長(cháng)程式華告訴記者,中嘉早17是農業(yè)部支持超級稻的良財氛圍,同時(shí)加強超皸稻品種和技術(shù)的宜傳,及主導品種,從2011年在浙江湖南湖北、江西和安徽5省示范時(shí)發(fā)布優(yōu)良品種、實(shí)用技術(shù)和農情病蟲(chóng)信息,指導農民科學(xué)種推廣的情況來(lái)看,長(cháng)勢喜人,豐收在望,平均每667m2產(chǎn)量有望田。