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中天玫瑰--玫瑰新品种

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中国治理荒漠化基金会副秘书长、中国盐碱地治理委员会主任。致力于在我国荒山荒地和盐碱地区推广抗逆境高产优质玫瑰产业化,使此类地区的农户富起来。有时间欢迎访问我的博客,看看我的日志和玫瑰园相册。

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【推荐】能源植物的现状和发展前景(作者:郭平银)  

2009-12-23 21:27:38|  分类: 专家论文 |  标签: |举报 |字号 订阅

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      能源问题是21世纪人类面临的严峻挑战之一,据估计,按目前的水平开采世界已探明的能源,煤炭资源尚可开采100年,天然气50~60年,石油也将在30~40年后被耗尽,且全球石化能源消耗量在未来20年内还将以每年平均2%的速度增长,能源问题成了世界各国共同面临的难题。石化能源不仅不可再生,储量有限,而且燃烧后释放出大量的C02、S02、N02等有害气体,严重污染了环境,导致温室效应、全球气候变暖、生物物种多样性降低、荒漠化等诸多生态问题,严重影响着国家的资源安全和社会经济持续发展,威胁着人类的生存,因此矿物燃料的日趋枯竭和生态环境的日渐恶化,使人们日益重视研究和利用新能源,以可再生能源来替代有限的石化资源成为必然。从可持续发展的角度来考虑,开发可再生能源,发展能源植物是人类未来的理想选择。

    随着社会与经济的发展,中国对能源的需求将会不断增加,自1993年以来,中国石油进口量急剧上升,2006年进口量超过8000×104t,半数以上从中东地区进口,对国际石油市场的依赖性与日俱增。据预测,到2030年我国进口石油在消费中所占的比例有可能达到84%。从世界石油战略角度看,这种进口结构风险很大,我国能源安全已面临严重挑战。因此,加强生物能源的研究与开发,筛选和种植优质、高效的能源植物,并将之转化为气体或液体燃料,既可以弥补石化燃料的不足,缓解过分依赖大量进口石油的被动局面,实现我国能源安全战略,又能发挥其保持水土和对低效土壤改良的作用,达到保护和建设生态环境的目的,并且建立中国能源植物种质资源开发基地和生物燃油生产技术体系,对于中国能源植物资源的培育与利用,以及储备后备能源都具有十分重要的意义。

    本文通过介绍能源植物的概念、分类以及能源植物的国内外研究现状,分析了能源植物的发展前景,以期为进一步研究提供参考。

1  能源植物的概念及分类

    能源植物通常是指那些具有合成较高还原性烃能力、可产生接近石油成分和替代石油使用的产品的植物,以及富含油脂的植物。它是可再生能源开发唯一资源对象。广义的能源植物包含所有的陆地和海洋植物。狭义的能源植物指植物本身(不是籽粒)含有油脂或石油类似物质的植物‘朝。能源植物通过光合作用固定二氧化碳和水,将太阳能以化学能形式储藏在植物中。能源植物是绿色世界的重要组成部分,科学家们预测,它将成为21世纪的动力源泉。

    能源植物除直接燃烧产生热能外,还可转化成固态、液态和气态燃料。按照化学成分,能源植物分为三类:(1)富含类似石油成分的能源植物,石油的主要成分是烃类,富含烃类的植物是植物能源的最佳来源,生产成本低,利用率高,如麻疯树、油楠、续随子、绿玉树、古巴香胶树等;(2)富含碳水化合物的能源植物,利用这些植物所得到的最终产品是乙醇,如木薯、甜菜、甘蔗等;(3)富含油脂的能源植物,据估计,高等植物中有7%左右种类的某一器官(多为种子)含油率在10%以上,有些含油率很高,如木姜子种仁含油率达55.4%,红脉钓樟种子含油率高达44.9%,还有苍耳子等,这些既是人类食物的重要组成部分,也是工业用途非常广泛的原料。

2能源植物的研究现状

2.1  国外能源植物研究现状

20世纪70年代,国际上出现了两次石油危机,给世界经济带来巨大的影响,使全球加大对新能源的关注。自美国的诺贝尔奖获得者卡尔文在加利福尼亚种植能源植物获成功后,在世界各地相继发现了一些“柴油树”、“酒精树”和“蜡树”,迅速在全球掀起了一股开发研究能源植物的浪潮,许多国家都制定了相应的开发研究计划,如日本的新阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等。

2.1.1 巴西 是世界上燃料酒精发展先驱,是世界上第一个推出国家酒精计划并大规模生产酒精动力汽车,也是世界上唯一不使用纯汽油作汽车燃料的国家。早在20世纪70年代中期,为减少对石油进口的依赖,巴西利用种植甘蔗的优势,制定了以甘蔗为主要原料的酒精燃料发展计划,研发酒精燃料。经过近30年的努力,巴西现已培育了多个高产的能源甘蔗品种,掌握了生产酒精燃料的成熟技术,成为酒精生产大国。此外,巴西还大力开发甜高梁,先后育成BR—500至 BR—504以及BXH28—3—2、BXH34—3—1等许多优良品种,并开展了“国家甜高粱试验”。现巴西以糖蜜或甘蔗汁为原料,年产燃料酒精居世界第一。巴西还于1980年提出用棕榈油代替柴油的计划。巴西热带丛林的一种油棕榈树,栽种3年后开始产“油”,成分与柴油相仿,而且无需提炼,可用于柴油发动机,据估计,每公顷可产油10000 kg。

2.1.2  美国  在能源植物研究与开发方面处于领先地位,自20世纪80年代,就进行了能源植物的选择,富油种的引种栽培、遗传改良以及建立“柴油林林场”等方面的工作与研究。在能源植物特性和植物燃料油的研制上,在获得植物燃料油途径、燃料油使用技术上都取得了较大进展。如今,美国能源植物产量超过500×104t。美国的Prine等人还进行了用作生产柴油的豆科植物的品种选育和加工应用研究。科学家发现海藻中脂类含量达67%以上,因此进行了将海藻精炼成类似汽油、柴油等液体燃料用于发电的开发研究,美国能源部和太阳能研究所利用生长在美国西海岸的巨型海藻,成功地提炼出优质“柴油”。此外,美国是世界第二大酒精生产国,以玉米淀粉为原料,年产燃料酒精约500×104t,占世界总产量的24%。

2.1.3  欧洲  欧洲各国也开展了能源植物方面的研究,如法国主要以甜菜为原料生产燃料酒精,年产60×104t,在欧盟国家名列第一。德国是欧盟第二大酒精生产国,以谷物(40%)和马铃薯(35%)为主,年生产酒精(10~14)×104t。德国也是生产生物柴油的大国,德国凯姆瑞亚·斯凯特公司自1991年起研发出用菜籽油生产生物柴油的工艺和设备,并在德国和奥地利等欧洲国家建起了多个生物柴油生产厂,最大产量达300t/d,显示了良好发展势头。此外,以油菜籽为原料生产生物柴油也主要集中在意大利、丹麦、捷克和奥地利等其它欧洲国家。

2.1.4  东南亚  棕榈是单子叶植物纲中具有乔木特性的热带植物,种子中含有大量的油脂,其中 C16:0和C18:1。含量较高(约42%)。马来群岛棕榈油研究组对棕榈油转化为生物柴油进行了系统研究,,结果表明棕榈油的物理化学成分符合生产生物柴油的要求,用棕榈油生产柴油作为汽车燃料获得成功。该国还重点研究了油棕作为能源植物的栽培和加工技术,探讨了棕榈油作为生物能源的优势,指出,与其他油料作物相比,油棕生产加工成本相对较低,而且加工棕榈油时产生的污染较少,有利于保护环境。在澳大利亚北部发现了两种可以提取石油的多年生野草——桉叶藤和牛角瓜,这些野草生长速度极快,每周长30 cm,每年可以收割几次。研究人员用溶解法从这两种野草的茎叶中提炼出一种白色汁液,可以制取石油。菲律宾、印度尼西亚等国也开展了能源植物的栽培技术、遗传改良、加工等方面的研究,目前,菲律宾种植的1×104hm2。银合欢树,预计6年后可收获石油13×104t。

2.2我国能源植物研究现状

  我国能源植物的研究与开发工作起步较晚,主要集中在用于生产生物柴油和生物醇类燃料两类上。中国科学院植物所的试验表明,甜高粱是生产乙醇的最佳原料。近年来,沈阳农业大学、中国科学院植物所等许多科研院校对甜高粱的品种改良及栽培技术方面进行了深入研究,并且培育出一些新品种。科技部将甜高粱茎秆制取乙醇产业化示范分别列入了“国家重点科技攻关计划”和“国家863计划”。在“十一五”期间,国家高粱改良中心将围绕“超高产、高糖分、高转化率、高效栽培技术”的“四高”目标进行攻关,选育出超高产甜高粱杂交种。

    甜高梁最适宜种植地区是黄淮以北,南方不宜发展,因此,在热带亚热带地区,木薯是最为理想的不争粮地的能源作物。据初步核算,2005年,我国木薯面积约46.7×104hm2,产值达28亿元,其中,生产木薯酒精13×104t,木薯加工燃料酒精的技术比较成熟,可行性强,经济性优。我国现已在广东省的怀集、湛江两地分别建立了年产15×104t和13.5×104t的燃料酒精生产基地。在能源木薯选育研究方面,中国热带农业科学院、华南植物研究所和广西亚热带作物研究所长期以来都在从事高产、高淀粉含量、早熟木薯良种的选育。

    甘蔗是热带、亚热带作物,具有喜高温、需水量大的特点。南方地区根据当地的自然优势,大面积种植甘蔗生产酒精。福建农林大学甘蔗综合研究所,在国内首倡能源甘蔗研究,通过自育和引进已获得一批能源甘蔗新品种(系),现已接近或超过了美国第二代能源甘蔗品种的水平。

    目前,我国用于生产生物柴油的主要能源植物有油菜籽、小桐子等。我国是最大的油菜籽生产国,经多年的研究发现,油菜是生产柴油的理想原料。1974年我国开始引进国外品种,并在青海、甘肃、黑龙江等地大面积种植。1980年前后正式开始油菜育种工作。目前,中国农业科学院武汉油料所已培育出含油量高达51.9%的油菜品系。华中农业大学也在着力选育高产量、高含油量和与生物柴油的脂肪酸组成相适应的脂肪酸组成高的“三高”油菜新品系,并取得了显著进展。我国共有盐渍土地大约15×108hm2,约相当于可耕地的总面积。如此庞大的盐溃土地是我国发展生物质能源极为重要的土地资源,充分利用盐渍土地和咸水,引种适合盐土环境的高产含油耐盐能源植物,是符合国家战略和能源战略的重要举措。中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所的张洪霞研究员已经利用转基因技术,将耐盐、抗旱基因导入到油菜中,使其能在盐碱地上生长,从而大量生产“燃料油”。

    麻疯树又名小桐子,也是生产柴油的原料。“七五”期间,四川省林业科学研究院对攀西地区野生小桐子的适生立地环境、栽培技术、生物柴油提取与应用等进行了较为深入的研究,利用野生小桐子果实提取生物柴油也获得了成功。中国科学院“八五”重点项目“燃料油植物的研究与应用技术”完成了金沙江流域燃料油植物资源的调查研究,建立了小桐子栽培示范区。科研人员还将利用生物技术改良小桐子的品种,提高其果实含油量,为此,专家已着手收集世界各地不同的麻疯树资源,构建该种植物的基因库。

    另外,湖南省林业科学院发现了用光皮树油制取甲脂燃料油的工艺及所得燃料油的特性。此外,续随子、绿玉树、红雀珊瑚、水黄皮、白花牛角瓜、油楠、多花山竹子等能源植物也在进一步研究和开发。

    目前,各方面的研究都取得了阶段性成果,这无疑将有助于中国生物能源的进一步研究与开发。但仍有一些能源植物种类和数量等资源情况尚不完全清楚,能源植物良种筛选和高效培育技术还未开展研究,大面积种植问题还没有得到解决;生物石油的生产和开发利用也刚刚起步,其提制技术有待于进一步深人研究等。因此,在以后的研究中要加大对其他能源植物的研究开发力度,并且能够借助于生物技术培育新品种,开发耐盐、抗旱、耐贫瘠的热带能源植物,以充分利用闲置的荒地。

3能源植物发展前景

能源植物是一种可再生的资源,开发能源植物作为现有能源的补充和替代品,一方面能逐步缓解能源危机,为寻找新能源走出一条新路;另一方面生产成本低,生产和使用不仅不污染环境,而且对保护生态系统具有重要意义,同时也符合可持续发展的要求和趋势。具体地说,开发和利用能源植物有如下优点:

3.1  能源植物物种资源丰富

我国幅员辽阔,地域跨度大,水热资源分布多样,能源植物资源种类丰富,约有3万种维管束植物,仅次于印尼和巴西,其中有经济价值的植物约15000种,具有能源开发价值的约4000种。

3.2属于可再生资源,能有计划地种植和开采

能源植物通过光合作用固定二氧化碳和水,将太阳能以化学能形式储藏在植物中,这种能量形式是可再生的。

3.3绿色洁净资源.不会污染环境

“酸雨”、“温室效应”等已给人们赖以生存的地球带来了严重的后果。生物质能燃料燃烧所释放出的C02大体上相当于其生长时通过光合作用所吸收的C02,几乎没有S02产生。因此几乎不产生污染,这是气、油、煤等常规能源所无法比拟的。

3.4种檀面积大,适应性强

    我国南方约有0.2×108hm2荒山荒坡,北方有1×108hm2盐碱地,利用荒山荒坡和盐碱地、荒滩、沙地种植能源植物既不占用宝贵的耕地资源,又可提供大量的生产原料,还有利于改善生态环境、增加农民收入。

    为此,各国政府应在能源植物方面继续加大投入,加强研究和开发力度,使缓解能源压力和保护环境双赢,为开辟一条可持续发展能源的道路,解决本国乃至世界的能源短缺做出贡献。

 

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