基于生態(tài)足跡的甘薯燃料乙醇循環(huán)產(chǎn)業(yè)分析

安徽農業(yè)科學(xué), Joumal of Anhui Agri..Si.2010,38(7):3668-3670貴任編轎金炎資任校對傅真治基于生態(tài)足跡的甘薯燃料乙醇循環(huán)產(chǎn)業(yè)分析賈春蓉!,夏訓峰2,席北斗2,張軍1(1.西華師范大學(xué)國土資源學(xué)院,四川南充65m02中國環(huán)境科學(xué)研究院,北京1002要采用生態(tài)足跡方法對甘薯燃料乙醇循環(huán)產(chǎn)業(yè)各子系統(農業(yè)生產(chǎn)、乙醇生產(chǎn)、循環(huán)生產(chǎn)和廢物處理4個(gè)子系統)的生態(tài)占用、資源循環(huán)利用和污染排放等情況進(jìn)行了分析。結果表明,甘薯燃料乙醇循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈的延長(cháng)伴隨著(zhù)生態(tài)足跡的增長(cháng),其中農業(yè)生產(chǎn)子系統生足跡占用面積最大;生態(tài)足跡的經(jīng)濟效益隨產(chǎn)業(yè)鏈的延長(cháng)而增加,說(shuō)明延長(cháng)產(chǎn)業(yè)鏈可以提高資源利用效率;循環(huán)生產(chǎn)和廢物處理子系統解決了乙醉生產(chǎn)過(guò)程中的環(huán)境污染問(wèn)題;系統的能源生態(tài)足跡和水生態(tài)足跡較大,應重點(diǎn)降低能耗和水耗。關(guān)鍵詞燃料乙醇;循環(huán)產(chǎn)業(yè);生態(tài)足跡;甘著(zhù)中圖分類(lèi)號S216文獻標識碼A文章編號017-6611(2010)07-0668-03Analysis of the Circulation Industry of Pachyrhizus Fuel Ethanol Based on the Ecological Footprint MethodJIA Chun-rong et al College of Land and resources, China West Normal University, Nanchong, Sichuan 637002)Abstract The ecological footprint(EF)method was applied to analyze the EF, resources recycling and environmental pollution among variousubsystems in the circulation system of pachyrhizus fuel ethanol, this system was made up of four subsystems which were the systems of agriculture,ethanol production, circulation production and waste treatment. The results indicated that the prolonging of production chain followed theincrease of EF, in which the EF of agriculture occupied the biggest area. It was found that the increase of economic benefit followed the pro-longing of industry chain, meaning that the prolonging of production chain was of importance to improve resources utilization efficiency. Thetwo subsystems of circulation production and waste treatment solved the environmental pollution during the ethanol production process. The EFof energy and water had high proportions in the system, which suggested that consumption of energy and water should be reduced.Key words Fuel ethanol; Cireulation industry; Ecological footprint Pachyrhizus生物燃料乙醇作為一種“綠色能源”得到了快速發(fā)展。生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的“廢物”為原料進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)可稱(chēng)之為傳統的乙醇生產(chǎn)過(guò)程會(huì )產(chǎn)生大量廢物,從而成為了“污染大“次級消費者”;廢物處理子系統對燃料乙醇產(chǎn)業(yè)共生體中各戶(hù)”,在此背景下燃料乙醇循環(huán)產(chǎn)業(yè)逐漸興起。燃料乙醇循個(gè)生產(chǎn)環(huán)節或生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的廢物進(jìn)行回收、分解、再利用環(huán)產(chǎn)業(yè)系統通過(guò)資源化和物質(zhì)循環(huán)利用實(shí)現了能量梯級利可稱(chēng)為“分解者”。另外各子系統之間通過(guò)運輸進(jìn)行物質(zhì)流動(dòng)用降低了污染排放提高了環(huán)境經(jīng)濟、社會(huì )效益。日前國和分配實(shí)際上運輸業(yè)可看成是循環(huán)產(chǎn)業(yè)系統中的“分配者"。內外學(xué)者常用生命周期評價(jià)和工業(yè)代謝評價(jià)方法對循環(huán)產(chǎn)2材料與方法業(yè)系統進(jìn)行定量評價(jià)21。雖然這2種方法體現了研究的2.1數據來(lái)源重慶環(huán)球石化有限公司以甘薯為原料生過(guò)程性、系統性但因為評價(jià)單位不統一,導致最終結果的可燃料乙醇企業(yè)位于重慶(長(cháng)壽)化工園區內占地506hm2比性差。如0世紀90年代加拿大環(huán)境經(jīng)濟學(xué)家wlm和總規模60萬(wàn)va,是西南地區規模最大的乙醇生產(chǎn)基地,其Wackermagal提出了生態(tài)足跡概念。它是指生產(chǎn)相應人口所中年產(chǎn)10萬(wàn)t乙醇的一期工程項目已完成,占地39.69hm2消費的所有資源和消納所生產(chǎn)的廢棄物所需要的生產(chǎn)性土該研究所用數據主要來(lái)源于對該企業(yè)一期項目的實(shí)地調查,地面積(包括陸地和水域)是一種基于生物物理量評價(jià)可持部分數據來(lái)源于國內外公開(kāi)出版的文獻資料。續發(fā)展程度的概念和方法。生態(tài)足跡分析法將不同資源2.2計算項目根據甘薯燃料乙醇循環(huán)產(chǎn)業(yè)對所在區域的和度棄物通過(guò)折算轉換成生產(chǎn)該消費所需的原始物質(zhì)與能環(huán)境響應將其分成4種生態(tài)足跡類(lèi)型。量的生物生產(chǎn)性面積從而提供了統一的度量基礎其最大2.2.1能源足跡?；?、農藥機械等根據能量投入轉換為優(yōu)點(diǎn)在于計算結果的可比性強。筆者以重慶環(huán)球石化有限能源用地(N、P2O3KO和農藥取值分別為905、13.9、公司甘薯燃料乙醇生產(chǎn)為例擬用生態(tài)足跡分析方法對甘薯9.20和102.00M/kg)的;柴油根據發(fā)熱值取值為44燃料乙醇循環(huán)產(chǎn)業(yè)各子系統生態(tài)占用資源循環(huán)利用和污染M/k;電力根據熱力當量折算的熱量為36M(kWb),歸排放情況進(jìn)行研究為能源用地蒸汽采用熱點(diǎn)聯(lián)產(chǎn),因此蒸汽是電能副產(chǎn)品,不1甘薯燃料乙醇循環(huán)產(chǎn)業(yè)結構甘薯燃料乙醇循環(huán)產(chǎn)業(yè)系統由農業(yè)生產(chǎn)子系統、乙醇生重復計算;根據1m2土地生產(chǎn)8M的乙醇替代化石能源的能地比轉換成相應的用地類(lèi)型。產(chǎn)子系統循環(huán)生產(chǎn)子系統以及廢物處理子系統組成。與自然生態(tài)系統類(lèi)似該系統中同樣存在生產(chǎn)者消費者、分解者2122水足跡。根據水資源需求量除以單位國土面積所覆以及外部環(huán)境。農業(yè)生產(chǎn)子系統主要為燃料乙醇生產(chǎn)提2.2.3輔助能足跡。包括可更新輔助能足跡和不可更新輔供基本原材料是燃料乙醇循環(huán)產(chǎn)業(yè)系統的“生產(chǎn)者”;乙醇生產(chǎn)子系統以甘薯為初始原料生產(chǎn)燃料乙醇,是燃料乙醇循助能足跡2類(lèi)?？筛螺o助能足跡:甘薯種子投人根據單產(chǎn)環(huán)產(chǎn)業(yè)系統的“初級消費者”,而循環(huán)生產(chǎn)子系統以燃料乙隙水平換算成占用的耕地面積;人力及勞務(wù)投入根據最低工資(6元/h)折算工作時(shí)間,再按照勞動(dòng)耗能075M/h折合成畫(huà)金項目中夾級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)專(zhuān)項項目(0):能源用地畜力按5M/h折算成能源用地。不可更新范大學(xué)科研啟動(dòng)基金項目(06B048)。輔助能足跡將生產(chǎn)1t燃料乙醇占用的耕地面積歸為耕地作者筒介貫春(1980-),女四川射洪人,碩士講師從事區城經(jīng)類(lèi)型;建設用地按乙醇年產(chǎn)量單位用地面積歸為建成地387期賈春蓉等基于生態(tài)足跡的甘薯燃料乙醇循環(huán)產(chǎn)業(yè)分析3669成能源用地。所需稀釋水量折算成水域面積2.2.4染足跡。在污染足跡中只考慮直接產(chǎn)生的污染物被生態(tài)足跡由6類(lèi)土地類(lèi)型組成,各土地類(lèi)型生產(chǎn)力不環(huán)境吸納所占用的土地類(lèi)型。大氣污染足跡主要考慮CO2同需乘以一個(gè)等價(jià)因子將其轉換成具有等價(jià)生產(chǎn)力的土地的排放按吸收1tC2需林地0732hm2折算成林地2。固面積。筆者采用WWF在2006年提出的等價(jià)因子(耕地廢污染足跡按單位國土面積堆積量換算成耕地面積(1hm2221、森林1.34、草地0.49、水域0.36建成地22能源地土地可堆積固廢10.9萬(wàn)t);水污染足跡以COD最為顯1.3)進(jìn)行計算)。著(zhù)根據《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)一級達標排放甘薯燃料乙醇循環(huán)產(chǎn)業(yè)系統的能量投入產(chǎn)出情況見(jiàn)表1。衰1甘薯燃料乙循環(huán)產(chǎn)業(yè)投入產(chǎn)出Tablel Input-output table of the drculation industry of pachyrhizus fuel ethanol農業(yè)生產(chǎn)系統循環(huán)生產(chǎn)系統廢物處理系統類(lèi)別 Types數值141010544電力∥農藥∥MJ265.20水∥6000勞務(wù)成本∥元230.00勞務(wù)成本∥元20.00化肥∥M2983.87勞務(wù)成本∥元20.000折舊∥元140.00折舊∥元165.00農業(yè)機械∥M736.31折舊∥元153000建設用地∥m20.78建設用地∥0.42電力∥MJ43850建設用地∥m22.780燃油∥M03.95燃油∥1733燃油∥M132682燃油∥MJ2165.600運輸成本∥元運輸成本∥元4.4畜力∥82547運輸成本∥元551.250人力∥M371.24耕地∥hm22806.070.28coD∥t0.810pu鮮甘薯∥t7.50雜醇油∥/0004沼氣∥m31.20循環(huán)水∥m3乙醇∥11.000有機肥∥t有機肥∥/t0300CO2產(chǎn)品∥t注:甘薯到生產(chǎn)企業(yè)的平均運輸距離為150km,運輸工具為汽車(chē)用油為柴油油耗為35L100km,單車(chē)運量為8;公路貨運勞動(dòng)力成本按049元/(t·km)計算;按單位乙醇產(chǎn)量計算的汽車(chē)折舊費忽略不Note: The average transport distance from sweet potato to the production enterprise is 150 km, the transportation is car, the oil is diesel oil, the oil consumptionis 35 1/100 km, transport volume of bike is 8 t: Highway freight Labor cost is, 49 7/.km; the automobile depreciation calculated by unit of ethanol3結果與分析-0.6882、-0.0001hm2。按生態(tài)足跡類(lèi)型分,能源足跡為甘薯燃料乙醇循環(huán)產(chǎn)業(yè)生態(tài)足跡計算結果見(jiàn)表2每生0.1173hm2;水足跡為03603hm2;輔助能足跡為02706產(chǎn)1t燃料乙醇需要的生態(tài)足跡為11207hm2。按循環(huán)產(chǎn)業(yè)hm2;污染足跡為10717hm2被“循環(huán)生產(chǎn)-廢物處理”子結構分農業(yè)生產(chǎn)子系統、乙醇生產(chǎn)子系統、循環(huán)生產(chǎn)子系系統削減0.6992hm2,余下污染足跡03725hm2(圖1)。統、廢物處理子系統的生態(tài)足跡分別為0.9940、0.8150、3.1生態(tài)足跡經(jīng)濟效益按市場(chǎng)價(jià)格(甘薯、乙醇、雜醇油、2甘薯燃料乙醇循環(huán)產(chǎn)業(yè)生態(tài)足跡計算結果stry of pachyrhizus fuel etha生態(tài)足跡類(lèi)型乙醇生產(chǎn)系統廢物處理系統生態(tài)足跡土地類(lèi)型土地類(lèi)型Ecological footprint Land type Ecological footprint Land type Ecological footprint Land type Ecological footprint Land type能源足跡能源地能源地0.0500能源地0.0017能源地0.00】7能源地0.0123能源地0.0073能源地水足跡0.3557水域水域輔助能足跡0.0138能源地0.0005能源地0.0005能源地000能源地能源地能源0.0003能源地0.003地建成地00002建成地00001建成地0.0265耕地0.0001能源地能源地能源地污染物足跡0.2740.0025水域0.0018Pollutant footprint0.6974林地耕地安微農業(yè)科學(xué)2010年各子系統生態(tài)足跡肥料、農藥耕地、柴油、電蒸汽等項目,其中農藥化肥和電削減后足累讠力能源用地比例較大。從各子系統看,甘薯生產(chǎn)子系統能源The accumulated footprint after reducing足跡最大占到總能源足跡的8200%;其次是乙醇生產(chǎn)子系統,占10.39%;廢物處理子系統的能源足跡最少,僅占0.68%。這進(jìn)一步驗證了農業(yè)生產(chǎn)子系統是資源消耗高、生產(chǎn)效率較低的環(huán)節急需降低這一環(huán)節的能耗3.5水足跡水足跡占總生態(tài)足跡的32.15%,主要是甘薯生產(chǎn)子系統中粗放的灌溉方式消耗了大量水資源,同時(shí)乙醇生產(chǎn)過(guò)程又存在大量的工藝用水和稀釋用水,兩大因素導致水足跡比重過(guò)高。這說(shuō)明水資源是燃料乙醇生產(chǎn)的主要原料之一,也是導致乙醇行業(yè)污染的重要因素,甘薯燃料乙醇循環(huán)產(chǎn)業(yè)應降低水耗防止因工藝需要引起的水環(huán)境問(wèn)題4結論圖1甘薯燃料乙醇循環(huán)產(chǎn)業(yè)生態(tài)足跡甘薯燃料乙醇循環(huán)產(chǎn)業(yè)通過(guò)延長(cháng)產(chǎn)業(yè)鏈提高了資源利Flg.1 The ecological footprint of the cycle industry of pachyrhl-用效率單位生態(tài)足跡收益得到了增加同時(shí)通過(guò)“循環(huán)生產(chǎn)廢物處理子系統”使系統廢物得到利用降低了污染物排有機肥價(jià)格分別為10030.300元,CO副產(chǎn)品放量,說(shuō)明循環(huán)產(chǎn)業(yè)是實(shí)現資源化、減量化的有效模式。此均價(jià)按1200元1計算沼氣1元/m3,循環(huán)水按當地水價(jià)計外,能源足跡和水足跡占用大因此應重點(diǎn)降低系統生產(chǎn)能算為18元m)計算各子系統經(jīng)濟效益發(fā)現如甘薯生產(chǎn)耗和水耗,其中以農業(yè)生產(chǎn)子系統最為迫切。后作為最終產(chǎn)品直接消費,其單位生態(tài)足跡經(jīng)濟效益為生態(tài)足跡方法將不同度量單位歸為相同的6類(lèi)用地提75453元;延伸到乙醇生產(chǎn)子系統其單位生態(tài)足跡經(jīng)濟效高了各子系統的可比性是評價(jià)循環(huán)產(chǎn)業(yè)系統資源利用效率益為86816元經(jīng)濟效益增加了15.%;在循環(huán)生產(chǎn)子系的有效手段統中其單位生態(tài)足跡經(jīng)濟效益增加了23.71%;在廢物處理參考文獻子系統中,其單位生態(tài)足跡經(jīng)濟效益增加了0.25%。這說(shuō)明(1杜風(fēng)光馮文生燃料乙醇發(fā)展現狀和前景展望[小現代化工xm626延長(cháng)產(chǎn)業(yè)鏈可以使生物質(zhì)能量利用率得到提高,單位生態(tài)足跡的收益得到增長(cháng)。因此,對初級產(chǎn)品進(jìn)行深加工是提高資[2]珍成升魁,閔慶文基于生態(tài)足跡方法的玉米-味精生態(tài)農業(yè)及產(chǎn)業(yè)系統分析J農業(yè)工程學(xué)報x0,2(9)48-52.源效率增加收入的重要途徑。但同時(shí)可以看出產(chǎn)業(yè)鏈延3蔡九菊,上建軍,張琦,等銅企業(yè)物質(zhì)流能量及其對CO2排放的影阿[.環(huán)境科學(xué)研究00,21(1):19-20伸到廢物處理系統時(shí)經(jīng)濟效益幾乎停止增長(cháng)這也很好地解4]胡志遠戴村,浦耿強等木薯燃料乙醇生命周期能源效率評價(jià)[刀釋了企業(yè)對于環(huán)保投入積極性不高的原因海交通大學(xué)學(xué)報,2004,38(10):75-171832農業(yè)生產(chǎn)子系統生態(tài)足跡農業(yè)生產(chǎn)子系統的生態(tài)足s] AYRES R U Industrial metabolism theory and policy[ c/ ALLENBY BR, RICHARDS D J. The greening of industrial ecosystems. Washington跡占整個(gè)循環(huán)生產(chǎn)系統生態(tài)足跡的88.60%,其中耕地和水DC: National Academy Pre6,19%4資源分別占該子系統的2490%和35.78%。耕地和水資源RES RU Life cycle analysis a critique[]].Resouroes, ConservationRecycling,1995,14:199-223占用較高一方面說(shuō)明了自然資源的投入在循環(huán)生產(chǎn)系統中[7] WACKERNAGEL M, REES W E Our ecological footprint; reducing humanmpact on the earth[ M]. Cabrela Island: New Society Publishers, 199占據重要地位;另一方面表明農業(yè)生產(chǎn)部門(mén)資源消耗高,自[8]段寧孫啟宏傅博強,等我國制糖(甘蔗)生態(tài)工業(yè)模式及典型案例然資源生產(chǎn)效率低,要降低系統的生態(tài)足跡必須先從農業(yè)部分析[]環(huán)境科學(xué)研究,304,1(4):29-32門(mén)入手[9]沈亨理農業(yè)生態(tài)學(xué)[M]北京:中國農業(yè)出版社,19[10]王婧張旭黃志甲基于LCA的建材生產(chǎn)能耗及污染物排放清單分33污染足跡污染足跡為0.3725hm2,占總生態(tài)足跡的析環(huán)境竟科學(xué)研究300x0(6):149-15332%通過(guò)循環(huán)利用污染物處理等方式使污染足跡削)勝路明,風(fēng)光中小麥燃料乙醇的能量收益[,生態(tài)學(xué)報減了0.692hm2,去除率為65.24%。生態(tài)足跡在“乙醇生[12]陳敢張麗君王如松等178-20年中國生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)分析產(chǎn)階段”增至最大,到“循環(huán)產(chǎn)業(yè)-污染處理系統”階段出現【B]陳家琦,洗水資學(xué)橘論[M北京中國水利水電出版社,19資源科學(xué),2005,27(6):132-139了遞減現象。在整個(gè)循環(huán)產(chǎn)業(yè)系統中,“循環(huán)產(chǎn)業(yè)-污染處[14]白鈺曹輝魏建兵,等,基于環(huán)境污染賬戶(hù)核算的生態(tài)足跡模型優(yōu)理”子系統將酒精糟液、CO2和固廢變廢為寶減少了污染物排放。這說(shuō)明循環(huán)產(chǎn)業(yè)模式是降低系統污染排放、增加生態(tài)[5] World Wide Fund for Nature(wwF). National Footprint Accounts效益的有效模式[eb/ol].hutp://www.Fadprintnetwork.arg/acadEmicEdition2006Wodd rk3.4能源足跡能源足跡占總生態(tài)足跡的1047%,它包括