利用馬鈴薯生產(chǎn)燃料乙醇的可行性分析

釀酒科技2007 年第11期(總第161期).LIQUOR-MAKING SCIENCE & TECHNOLOGY 2007 No.11(ToL161)利用馬鈴薯生產(chǎn)燃料乙醇的可行性分析李清明',譚興和1,熊興耀2,周紅麗',張喻', 胡亞平1(1.湖南農業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院,湖南長(cháng)沙 410128;2.湖南農業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院 ,湖南長(cháng)沙410128)摘要:探討馬鈴薯生產(chǎn)燃料乙醇對解決我國面臨的能源危機、三農問(wèn)題、糧食安全和環(huán)境問(wèn)題上的作用,以及其在可持續發(fā)展和循環(huán)經(jīng)濟中的地位，認為利用馬鈴薯生產(chǎn)燃料乙醇能兼顧糧食安全和能源安全,具有重要戰略意義,生產(chǎn)過(guò)程對環(huán)境的負面影響在現有的環(huán)保技術(shù)條件下可以得到克服。關(guān)鍵詞:燃料乙醇; 能源安全; 糧食安全; 馬鈴薯中圖分類(lèi)號:TS262.2;TS261.2文獻標識碼:B 文章編號: 1001- -9286(2007)11-0125-03Feasibility Analysis of Fuel Ethanol Production from PotatoLI Qing- ming' ,TAN Xing-he', XI0NG Xing-yao', ZHOU Hongli, ZHANG Yu' and HU Ya-ping'(1College ofFood Science and Technology,Changsha, Hu'nan 410128;2.Horticulture and LandscapeCollege,Hu'nan Agriculture University, Changsha, Hu'nan 410128,China)Abstract: The roles of fuel ethanol production from potato in China in solving the problems of energy crisis, issues con-cerming agriculture and countryside and farmers, food security and environmental pollution, and its status in sustainable so-cial development and cyclic economy were introduced in this paper. China could use such technique to secure both food se-curity and energy security and it is of important strategic signifcance. Besides, the negative impact on environment in fuelethanol production from potato could be overcome by the use of present environmental protection techniques.Key words:energy security; food security; fuel ethanol; potato隨著(zhù)化石能源的日益枯竭和環(huán)境污染的日益嚴重,冬閑田種植馬鈴薯,以馬鈴薯為原料發(fā)展燃料乙醇有著(zhù)利用能源作物生產(chǎn)生物液體燃料受到了世界各國的高獨特的優(yōu)勢,既不沖擊我國的糧食市場(chǎng),也不占用糧食度重視。美國，巴西、歐盟等國家和國際組織的發(fā)展經(jīng)驗耕地,必要時(shí)還可作為糧食,同時(shí)可大幅度增加農民收表明,以玉米、甘蔗薯類(lèi)、甜高粱等為原料生產(chǎn)燃料乙人，調動(dòng)農民的生產(chǎn)積極性,是我國南方地區最有發(fā)展醇,對于建立持續發(fā)展的能源系統,促進(jìn)社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)前景的能源作物。展和生態(tài)環(huán)境的改善都具有重大意義。巴西燃料乙醇原1馬鈴薯燃料乙醇技術(shù)可行性分析料是甘蔗,美國燃料乙醇原料是玉米,歐洲用得比較多的是馬鈴薯"。在加拿大,燃料乙醇原料是玉米、小麥、大在我國,80 %的乙醇是利用淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)的。發(fā)麥,部分地區使用馬鈴薯作為原料四。酵方法制乙醇在我國有悠久的歷史,發(fā)酵技術(shù)已經(jīng)很成馬鈴薯是重要的糧菜兼用作物和工業(yè)原料。我國熟。我國乙醇行業(yè)的出酒率已接近世界水平,淀粉利用2005年馬鈴薯種植面積488.09萬(wàn)公頃，約占世界面積率達到85 %~92 %;淀粉出酒率為53 %~55 %。隨著(zhù)的25 %,產(chǎn)量7086.5萬(wàn)噸凹,約占全世界總產(chǎn)量的19 %生物酶技術(shù)的發(fā)展,糖化酶、淀粉酶技術(shù)和高效酵母菌和亞洲的70%,居世界首位。目前,我國馬鈴薯的工業(yè)使淀粉出酒率和原料利用率有很大提高?；庸まD化率不到5 %,如果利用馬鈴薯作為燃料乙醇鮮馬鈴薯含水量為68%~85%，淀粉含量為9%原料,能極大地帶動(dòng)我國馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。發(fā)展馬鈴~25 %,粗蛋白0.7%~3.67 %,灰分0.5%~1.87 %。馬薯產(chǎn)業(yè)正成為我國農業(yè)種植結構調整、增加農民收入的鈴薯淀粉顆粒大小范圍為15~100 μm,平均約65 μm,戰略選擇之一。為常中國煤化工制化溫度59~64 C,在我國能源供需缺口不斷擴大的情況下,利用南方直鏈fY片CN M H C為一種優(yōu)良的淀粉質(zhì)基金項目:湖南省科技計劃重點(diǎn)項目“利用馬鈴薯生產(chǎn)燃料酒精的關(guān)鍵技術(shù)研究"資助。收稿日期:2007-07-16作者簡(jiǎn)介:李清明(1973- ) ,男,湖南漣源人，講師,在讀博士生,從事食品工程與機械方面的教學(xué)與研究。125釀酒科技2007 年第11期(總第161期)-LIQUOR MAKING SCIENCE & TECHNOLOGY 2007 No.1(ol.1)原料,利用其生產(chǎn)燃料乙醇技術(shù)是成熟的。收獲時(shí)間正好是全國馬鈴薯供應的淡季,是中國馬鈴薯如在湖南可以種植春、秋和冬三季馬鈴薯,另外,在生產(chǎn)的重要補充。在我國南方利用冬閑田發(fā)展馬鈴薯生湖南西部有大量的山區,每年有近200萬(wàn)畝的紅薯種植產(chǎn)具有明顯的優(yōu)勢，開(kāi)發(fā)前景廣闊,潛力巨大,有較好的面積,上市時(shí)間在10月份,可以保證4個(gè)月的紅薯原料經(jīng)濟效益,對促進(jìn)我國冬季農業(yè)產(chǎn)業(yè)結構調整,增加農供應,因此利用馬鈴薯為主要原料,以紅薯等為補充原民收人,發(fā)展農村經(jīng)濟具有十分重要的意義。利用南方料生產(chǎn)燃料乙醇,能較好的保證原料的供應。馬鈴薯和.冬 閑田種植馬鈴薯,發(fā)展燃料乙醇,在保證糧食安全、能紅薯在收獲后,由各種植戶(hù)就地曬干,工廠(chǎng)以收購薯干源安全和促進(jìn)新農村建設等方面具有重要戰略意義。為主,這樣有利于原料的貯藏,降低原料運輸成本。2.2 利用馬鈴薯生產(chǎn)燃料乙醇與我國新農村建設我國南方可利用的冬閑田就有3億畝，以推廣2利用馬鈴薯 生產(chǎn)燃料乙醇的意義1000萬(wàn)畝計，每年至少可以為農民增加50億元收人。2.1利用馬鈴薯生產(chǎn)燃料乙醇與我國糧食安全利用馬鈴薯等可再生性淀粉質(zhì)資源作為原料生產(chǎn)根據<中國環(huán)境狀況公告》和<中國土地資源公告》燃料乙醇,還對增加農民收人、拓寬農業(yè)渠道,具有重要披露的資料, 1995 ~2003年我國耕地面積由19.51 億畝的現實(shí)意義,可解決鄉、鎮大批剩余勞動(dòng)力就業(yè)。這樣的減少為18.51億畝,8年共減少1億畝，年均減少1250農副產(chǎn)品轉化是一種高科技和高附加值的轉化,有利于萬(wàn)畝。隨著(zhù)城鎮發(fā)展道路與廠(chǎng)礦建設、災毀耕地以及生國家,也有利于農民,有利于我國農業(yè)經(jīng)濟的振興。態(tài)建設的退耕等多方面原因,我國耕地減少局面還將持如果同時(shí)提供科學(xué)的種植方式和順暢的銷(xiāo)售渠道,續。根據糧食單產(chǎn)提高的幅度耕地資源和糧食占總播則能提高農戶(hù)種植馬鈴薯的積極性,達到增產(chǎn)增收的目比例等多因素分析和預測,到2010年糧食缺口達3500的。萬(wàn)問(wèn)。作為一個(gè)人口巨大的國家,保證糧食安全是第一再者,發(fā)展燃料乙醇需要大量的原料,這樣必將為位的。國家發(fā)改委、農業(yè)部、稅務(wù)總局、林業(yè)局近期印發(fā)的我國長(cháng)期發(fā)展落后的農業(yè)發(fā)展注人新的活力。研究表明,與石油、煤炭、天然氣、核能等傳統能源產(chǎn)業(yè)相比,生《關(guān)于發(fā)展生物質(zhì)能源和生物化工財政扶持政策>中,將物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)能創(chuàng )造更多的就業(yè)機會(huì )。在工業(yè)化國家中,“堅持不與糧爭地,促進(jìn)能源與糧食‘雙贏(yíng)'”放在三原則陸上石油業(yè)(包括開(kāi)采、冶煉和銷(xiāo)售)生產(chǎn)每百萬(wàn)噸標準的首位。同時(shí)，國家發(fā)改委12月18日下發(fā)的《關(guān)于加強油的能源需要的工作崗位為959個(gè),煤炭業(yè)為925個(gè),玉米加工項目建設管理的緊急通知>明確提出,我國將天然氣業(yè)為430個(gè)，而生物質(zhì)固體燃料業(yè)為3000~“堅持非糧為主，積極穩妥推動(dòng)生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)5000個(gè),生物乙醇業(yè)為18000~28000個(gè)問(wèn)。發(fā)展燃料乙展”。這些均表明，國家對新上糧食燃料乙醇項目不再鼓醇能極大地緩解當今的就業(yè)壓力。勵,并進(jìn)行嚴格控制。.2.3 利用馬鈴薯生產(chǎn)燃料乙醇經(jīng)濟性分析我國南方可利用的冬閑田就有3億畝左右,僅湖南利用馬鈴薯生產(chǎn)燃料乙醇,其加工與流通成本與玉省有4000萬(wàn)畝冬閑田,通過(guò)發(fā)展冬種馬鈴薯,改變了過(guò)米、小麥基本相同,因此原料成本是最大的成本因素,通去純水稻的單- -生產(chǎn)結構，變雙季稻為“稻-稻-薯"或過(guò)培育高產(chǎn)和高淀粉含量的專(zhuān)用馬鈴薯,就可大幅度降“稻(菜)-菜(稻)-薯"的生產(chǎn)結構,以在南方推廣5000低原料成本。另外,由于利用冬閑田種植馬鈴薯,不占用萬(wàn)畝計算,每年馬鈴薯產(chǎn)量可增加1億t以上,可以生耕地,不影響糧食生產(chǎn),發(fā)展潛力巨大。產(chǎn)出燃料乙醇1000萬(wàn)t左右，足以滿(mǎn)足我國燃料乙醇南方如若大力發(fā)展利用馬鈴薯生產(chǎn)燃料乙醇項目,的需求。利用冬閑田種植馬鈴薯,既提高了土地利用率,應當努力降低生產(chǎn)成本,尤其是生產(chǎn)原料的成本。據聯(lián)同時(shí)也形成了水稻與馬鈴薯良好的水旱輪作體系,既減合國糧農組織報告，歐美發(fā)達國家平均單產(chǎn)2~3 t切,而輕了農作物病蟲(chóng)害的發(fā)生,改善了土壤結構,而且馬鈴我國馬鈴薯平均畝產(chǎn)不到1t,其種植品種老化和栽培薯收獲后的莖葉又可作為下一季綠肥回田,有利于提高技術(shù)落后，馬鈴薯綜合利用率較低。湖南農業(yè)大學(xué)的一土壤肥力,對后季水稻及馬鈴薯具有明顯的增產(chǎn)效果,項研究成果表明，南方冬閑田馬鈴薯產(chǎn)量可達到2t既提高了經(jīng)濟效益,又符合農業(yè)可持續發(fā)展戰略,具有畝。目前,南方冬種馬鈴薯成本在每畝300元左右,若每顯著(zhù)的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。噸原料價(jià)格每降低1元，燃料乙醇生產(chǎn)成本便會(huì )降低馬鈴薯既能滿(mǎn)足糧食安全的需要,又是很好的能源10元,這無(wú)疑會(huì )大大提高其市場(chǎng)競爭力。作物。同時(shí),還與糧食作物具有極強的互補性,與發(fā)達國中國農業(yè)大學(xué)李十中教授指出,發(fā)展“能源農業(yè)",家相比,我國馬鈴薯產(chǎn)量還有很大的增產(chǎn)潛力。如果糧首要中國煤化工去,提高能源作物的熱.食豐收,馬鈴薯可用于制作燃料乙醇和進(jìn)行深加工。如質(zhì)和fYHCNMH G大力采用生物技術(shù)。果糧食欠收，可將馬鈴薯轉為糧食作物。如,在培育糖類(lèi)物質(zhì)時(shí),將細圖的ADP葡糖焦磷酸化酶中國北方馬鈴薯主產(chǎn)區種植馬鈴薯季節基本-致,基因轉入馬鈴薯,可以使淀粉含量提高60%同。南方馬造成馬鈴薯供應旺季和淡季+分明顯,南方冬種馬鈴薯126李清明,譚興和,熊興耀,周紅麗,張喻,胡亞平利用馬鈴薯生產(chǎn)燃料乙醇的可行性分析表1 產(chǎn)乙醇作物生產(chǎn)乙醇的成本比較"原料類(lèi)型產(chǎn)量市場(chǎng)售價(jià)產(chǎn)值發(fā)酵成分含量乙醇產(chǎn)率原料乙醇產(chǎn)量 乙醇 需原料成本乙醇所需成本(t/畝)(元/t)(元/面)(%%)_(kg/t)(元/)甘蔗5. 00~8.00150~180750~1440蔗糖12~13 53. 8380~86.131742~22501996甜高粱莖桿2. 50~3.50 150~180375~630蔗糖 12~14 53. 8364. 80~75. 431989~27772383鮮木薯1. 50~2 50 300~400450~1000淀粉22~28. 56.82 125. 33~159.20 1884~31922538鮮紅薯1. 50~2. 50250~350375~875淀粉 15~26 56.82 85. 33~147.601965~41023034甜菜2. 00~3. 00200~300400~900蔗糖 14~16 53. 8375. 50~86.002326~39753151馬鈴薯1. 80~2. 50 250~350450~875淀粉 12~25 56. 8268. 33~142.001760~51213441玉米0. 30~0.35 1400~1500 420~525 淀粉 62~70 56.82 353. 33~397.14 3276~42453761大米0.50~0.55 1500~1700 750~935 淀粉 70~75 56. 82398.00~425. 453525~ - 42673896小麥0. 25~0.301500~1700 375~510 淀粉 65~70 56. 82368.00~396. 673780~4624202高粱籽粒0.25~0.35 1400~1600 350~560 淀粉 59~68 56.82 336. 00~385.71 3640~47684204鈴薯淀粉含量一般在15 %左右,如通過(guò)專(zhuān)用品種選育,表2馬鈴薯酒糟化學(xué)成分組成12(%)將淀粉含量提高到20 %左右，則每噸乙醇原料成本將項目指標下降33 %,發(fā)展潛力極大。轉基因技術(shù)應用于能源作物水干物質(zhì)95.5五碳糖0. 45和能源微生物上，不像食物那樣要受基因標識的限制,4.5半纖維素2.3可溶性干物質(zhì).1纖維素0.3因而可以廣泛推廣凹。還原糖0. 30氮0. 17每噸馬鈴薯可生產(chǎn)出110L燃料乙醇[0,利用馬鈴淀粉0.4灰分0.50薯生產(chǎn)燃料乙醇的成本低于玉米和小麥生產(chǎn)燃料乙醇的成本(見(jiàn)表1),馬鈴薯的生產(chǎn)成本主要是原料成本,間具有重要戰略意義，在環(huán)保設施得到落實(shí)的前提下，其余生產(chǎn)成本與其他淀粉類(lèi)原料乙醇生產(chǎn)成本接近。如不會(huì )對環(huán)境造成威脅,并且還有利于CO2的減排。因此,果通過(guò)運用科學(xué)技術(shù)降低馬鈴薯的種植成本、提高產(chǎn)量國家“車(chē)用乙醇汽油”計劃的下一步推廣應該充分考慮和淀粉含量則能降低燃料乙醇的生產(chǎn)成本,從而極大地我國南方冬閑田的優(yōu)勢,發(fā)展馬鈴薯燃料乙醇產(chǎn)業(yè),以提高利用馬鈴薯生產(chǎn)燃料乙醇的經(jīng)濟效益。促進(jìn)農業(yè)和能源的可持續發(fā)展。3馬鈴薯生產(chǎn) 燃料乙醇的環(huán)境影響分析參考文獻:馬鈴薯生產(chǎn)燃料乙醇的環(huán)境影響。首先是種植方[1] 徐芬芬,葉利民,王愛(ài)斌我國的淀粉、糖類(lèi)和纖維植物資源及其用于乙醇發(fā)酵的探討[J中國林副特產(chǎn),2006, (3):63-65.面,我國在馬鈴薯種植的環(huán)境保護方面已有多年的成熟2] (S&T)2 Consultants and Meyers Norris Penny LLP (2004).經(jīng)驗;其次是工廠(chǎng)加工環(huán)節,據監測馬鈴薯加工的排出Economic.Financial, Social Analysis and Public Policies for物對環(huán)境影響不大,稍加治理便可達到排放標準,或者Fuel Ethanol - Phast1[EB0/hp/pwww.whgnios.cateports/實(shí)現循環(huán)利用。nrcanethanolphasel,3.1廢水3] 中華人民共和國農業(yè)部.中國農業(yè)統計年鑒[M].北京:??? ,2006.馬鈴薯生產(chǎn)燃料乙醇的廢水,主要是蒸餾車(chē)間的二4] 姚汝華,趙繼倫.酒精發(fā)酵工藝學(xué)[M].廣州:華南理工大學(xué)出次蒸汽的冷凝水及壓榨機、氣輪機發(fā)電機等設備的冷卻版社,1999.水。這些廢水符合環(huán)保- -級排放標準,可直接排放。另5] 黃詩(shī)鏗.我國糧食供求態(tài)勢與燃料乙醇原料選擇[]中國食有部分精餾塔的低濃度廢水,COD、BOD等的含量均符物與營(yíng)養,2006, (4):36-38.合環(huán)保排放標準,對環(huán)境污染很小。6] 張希良,岳立,柴麒敏,等.國外生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)利用政策[].農'3.2酒糟業(yè)工程學(xué)報,2006,(10):4-7.薯類(lèi)乙醇糟液具有污染物濃度高,尤其體現在懸浮7] 汲河.我國馬鈴薯產(chǎn)業(yè)化存在的問(wèn)題與應對策略[]沈陽(yáng)農業(yè)大學(xué)學(xué)報(社會(huì )科學(xué)版),2006, 8(2):202 -204.物和COD上凹。馬鈴薯糟液中含有大量的蛋白質(zhì)、糖類(lèi)8] 吳強華.發(fā)展生物質(zhì)能應兼顧,糧食與能源雙重安全[].中國物質(zhì)、纖維素、灰分和淀粉等,是一種很好的家畜飼料。高?？萍寂c產(chǎn)業(yè)化,2005,(10):46- 47.酒糟可以經(jīng)離心脫水后干燥生產(chǎn)DDG飼料,也可以進(jìn)9] 路明.開(kāi)發(fā)生物質(zhì)能,發(fā)展能源農業(yè)[].求是,2005,(5):58 -60.行沼氣發(fā)酵。馬鈴薯酒糟化學(xué)成分組成見(jiàn)表2。[10] Linoj Kumar, Prabha Dhavala, Anandajit Goswami. LiquidBiofuels in South Asia Resources and Technologies[]. Asina4總結中國煤化工iew, 2006, 8(2):31- 49.綜合考慮利用馬鈴薯生產(chǎn)燃料乙醇的技術(shù)、經(jīng)濟和[1]CNMHG產(chǎn)的技術(shù)、經(jīng)濟和環(huán)境環(huán)境可行性,可以初步得出結論:隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步,利用[12]王濤.薯類(lèi)酒精槽液處理及綜合利用技術(shù)研究[]中國釀fH4):46-49.馬鈴薯生產(chǎn)燃料乙醇有著(zhù)可預見(jiàn)的良好的技術(shù)、經(jīng)濟前造2005,(9):34-37.景,對中國增加替代燃油供應和開(kāi)拓農業(yè)產(chǎn)品深加工空127