我國能源植物的發展現狀及前景展望

邱　謙　金夢陽

摘要 闡述了開發植物新能源的意義、能源植物的概念和特點，對國內能源植物的開發利用現狀進行了回顧，并對我國能源植物發展前景進行了展望。

關鍵詞 能源植物；開發利用；產業化；前景展望

中圖分類號 Q949.99 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2009）07-0249-03

能源危機是當今世界面臨的巨大挑戰。據統計，若按目前的水平開采世界已探明的能源，煤炭資源尚可開采100年，石油30～40年，天然氣50～60年。生態危機是當今社會已經面臨的巨大挑戰。石化能源燃料燃燒時所產生的有害物質嚴重污染了環境，導致溫室效應、全球氣候變暖、生物物種多樣性降低、荒漠化等諸多生態問題，嚴重影響著國家的資源安全和社會經濟持續發展，威脅著人類的生存。我國是全球最大的發展中國家，能源資源問題是關系到國家安全和發展的全局性問題。與發達國家一樣，我國也同樣面臨著能源短缺和環境污染的巨大挑戰。我國石油儲量是世界2%，消費量是世界第2，進口依存度近40%；二氧化硫和二氧化碳的排放量也比較嚴重。由于我國石化資源貯量的有限性，能源需求量的巨大性，為保證國民經濟的快速發展和人民生活水平的提高，必須維持經濟、資源、環境的協調發展，走可持續發展道路[1]。因此，從可持續發展的角度來考慮，作為人類能夠長久依賴的能源，它必須是儲量豐富，最好是可再生的，而且它的利用不會引起環境污染。基于這一原則，人們普遍認為以能源植物為主的生物質能將是人類未來的理想選擇[2-4]。

1 能源植物的概念

綠色植物通過光合作用將太陽能轉化為化學能而貯存在生物質內部，這種生物質能實際上是太陽能的一種存在形式，所以廣義的能源植物幾乎可以包括所有植物。植物的生物質能是一種廣為人類利用的能源，其使用量僅次于煤、石油和天然氣而居于世界能源消耗總量第4位。但目前的技術水平，還不能將所有植物都用于能源開發。因此，一般意義上講能源植物（energy plant）又稱石油植物、柴油植物或生物燃料油植物，通常是指那些利用光能效率高，具有合成較高還原性烴的能力，可產生接近石油成分和可替代石油使用的產品的植物以及富含油脂、糖類、淀粉類、纖維素等的植物。根據能源植物的化學成分及其用途，可以將能源植物分為5類：①富含糖的能源植物，主要有甘蔗、甜高粱、菊芋等，用于生產燃料乙醇；②富含淀粉的能源植物，主要有玉米、木薯、馬鈴薯、甘薯等糧食作物和蕉芋、葛根、橡子、野百合、魔芋等野生植物，用于生產燃料乙醇；③富含纖維的能源植物，主要有芒草、柳枝稷、桉樹等，用于生產生物柴油和燃氣（甲烷）；④富含油脂的能源植物，主要有油菜、棕櫚、向日葵、花生等，用于生產生物柴油；⑤富含類似石油成分的能源植物，主要有麻瘋樹、油楠、續隨子、綠玉樹、古巴香膠樹等，用于生產生物石油、生物柴油[5-8]。

2 能源植物的特點

2.1 資源豐富，易于普及推廣

我國幅員遼闊，地域跨度大，水熱資源分布多樣，能源植物資源種類豐富多樣，若能因地制宜進行合理種植，既不會與糧爭地，對糧食安全造成威脅，而且不需勘探、鉆井、采礦；同時，還減少了長途運輸，降低投入成本，易于普及推廣。

2.2 屬可再生資源，能有計劃地種植和開采

能源植物通過光合作用固定二氧化碳和水，將太陽能以化學能形式儲藏在植物中，這種能量形式是可再生的，并能有計劃地種植和開采。

2.3 是綠色潔凈資源，不會污染環境

石化柴油對環境產生“酸雨”、“溫室效應”等，已給人們賴以生存的地球帶來了嚴重的后果。生物質能燃料燃燒所釋放出的二氧化碳大體上相當于其生長時通過光合作用所吸收的二氧化碳，幾乎沒有二氧化硫產生。因此，使用大自然饋贈的生物質能源，幾乎不產生污染，這是氣、油、煤等常規能源所無法比擬的。

2.4 植物能源使用安全

植物能源使用起來比核電等能源安全得多，不會發生爆炸、泄漏等安全事故。另一方面，開發能源植物可減少世界各國對石油市場的依賴，可以在保障能源供給、穩定經濟發展等方面發揮積極的作用。

2.5 適應性強，種植面積大

我國南方約有0.2億公頃荒山荒坡，北方有1億公頃鹽堿地，利用荒山荒坡和鹽堿地、荒灘、沙地種植能源植物既

不占用寶貴的耕地資源，又可提供大量的生產原料，還有利于改善生態環境、增加農民收入[9，10]。

3 國內能源植物開發利用現狀

從20世紀70年代的全球能源危機中，歐美國家就開始著手研發生物能源替代礦物能源，并取得很大的進展。諾貝爾獎獲得者、美國加州大學的化學家卡爾文于1986年在加利福尼亞種植了大面積的石油植物，每1hm²可收獲120～140桶石油。他的成功，在全球迅速掀起了一股開發研究石油植物的浪潮[1，11]。

我國是“貧油大國”，也是世界能源消費大國。1993年我國由石油凈出口國變為凈進口國，石油進口量逐步上升，目前對石油進口依賴度已超過1/3。我國能源植物的研究及開發利用起步較晚，與歐美發達國家相比還存在很大差距，但生物柴油產業得到了國務院領導和國家計委、國家經貿委、科技部等政府部門的高度重視和支持，并列入國家計劃。“七五”期間，四川省計劃委員會開展了“野生植物油作柴油代用燃料的開發應用示范”項目研究，四川省林業科學研究院等單位對攀西地區野生小桐子（麻瘋樹）的適生立地環境、栽培技術、生物柴油提取與應用等進行了較為深入的研究。“八五”期間，中國科學院開展了“燃料油植物的研究與應用技術”項目研究，湖南省林科院完成了光皮樹油制取甲酯燃料油的工藝及其燃燒特性研究。“九五”期間，根據《新能源和可再生能源發展綱要》的框架，在中央有關部委和地方制定的計劃中，優先項目是：對全國綠色能源植物資源進行普查，為制定長期研究開發提供科學依據；運用遺傳工程和雜交育種技術，培育生產迅速、出油率高、更新周期短的新品種；進行能源植物燃料的基礎研究和開發研究，包括能源植物燃燒特性、提煉工藝及綜合利用和開發[12，13]。湖南省林科院完成了“植物油能源利用技術”和“能源樹種綠玉樹及其利用技術的引進”項目研究，編寫了《能源植物（燃料油植物）種類資源量調查研究》報告，完成了《中國能源植物（燃料油植物）特征登記匯總表》的匯編，掌握了我國能源油料植物的種類分布特點及資源量，確定了選擇利用原則，劃分了燃料油植物類型。河北省武安市正和生物能源公司應用黃連木種子生產生物柴油項目通過了國家經貿委組織的鑒定。中國工程院有關負責人介紹，中國“十五”計劃發展綱要提出發展各種石油替代品，將生物與現代化農業、能源與資源環境等項目列入國家863計劃，把大力發展生物液體燃料確定為國家產業發展方向。另外，中國林科院林業所還組織各省林業合作單位對我國主要燃油木本植物（黃連木、文冠果、綠玉樹等）全國資源進行了摸底，并對上述母本植物分布的重點省市開展種質資源調查。據了解，“十一五”期間，我國規劃生物柴油原料林基地建設規模83.91萬公頃，原料林全部進入結實期后，將形成年產生物柴油125萬多噸的原料供應能力。目前，已有一些頗具實力的企業和國外大型能源企業進入麻瘋樹生物柴油這一領域，在各地籌建起有相當規模的生物柴油生產企業，預計未來全國麻瘋樹種植面積至少可達200萬公頃以上，顯示了良好的資源開發前景[14]。

我國幅員遼闊，地域跨度大，水熱資源分布多異，能源植物資源種類豐富多樣，主要的科屬有大戟科、樟科、桃金娘科、夾竹桃科、菊科、豆科、山茱萸科、大風子科和蘿摩科等。早在1982年分析了1 581份植物樣品，收集了974種植物，并編寫成了《中國油脂植物》、《四川油脂植物》，選擇出了一些高含油量的植物，如烏桕、小桐子、油楠、四合木、五角楓等。據統計，我國約3萬種維管束植物，僅次于印尼和巴西，其中有經濟價值的植物約1.5萬種，具有能源開發價值的約4 000種。現已查明的能源油料植物（種子植物）種類為151科697屬1 554種，占全國種子植物的5%。其中油脂植物138科1 174種，揮發性油植物83科449種。能源油料植物的集中分布區域為亞熱帶至熱帶區域，在山區往往與常綠闊葉林或落葉闊葉林相伴生，而且以野生為主，野生種占總數的75.4%，栽培植物種則很少。新近調查表明，我國能夠規模化利用的生物質燃料油木本植物有10種，這10種植物均蘊藏著巨大的潛力，具有廣闊的發展前景[8]。

國內對能源植物產品研究與開發主要集中在生物柴油和乙醇燃料兩類上。生物柴油的研究內容涉及油脂植物的分布、選擇、培育、遺傳改良及加工工藝和設備等。用于生產生物柴油的主要原料有油菜籽、大豆、小桐子、黃連木、油楠等。小桐子含油率40%~60%，是生物柴油的理想原料。海南正和生物能源公司、四川古杉油脂化工公司和福建能源發展公司都已開發出擁有自主知識產權的技術，并相繼建成了規模近萬噸級的生物柴油生產廠。德國生魯奇化工有限公司、貴州省發改委、貴州金桐福生物柴油產業有限公司就中德合作貴州小油桐生物柴油示范項目簽訂了合作協議。西南生物柴油生產企業——華正能源開發有限公司，總投資8 000萬元，年生產能力可達2萬噸，用于生物乙醇燃料加工的原材料主要有甜高粱、木薯、甘蔗等。其中甜高粱具有耐澇、耐旱、耐鹽堿、適應強等特點，成為當前世界各國關注的一種能源作物。我國種植的沈農甜2號甜高粱，收獲后1hm²可提取4 011L酒精。此外，我國自2000年開始啟動陳糧轉化燃料乙醇計劃，目前已年產100萬噸燃料乙醇，在吉林、黑龍江、河南、安徽等省普遍推廣燃料乙醇-汽油混合燃料。秸稈酶解發酵燃料乙醇新技術已經試驗成功，山東澤生生物科技有限公司建成了年產3 000t秸稈酶解發酵燃料乙醇產業化示范工程[14]。

能源植物研究開發存在的不足[1]：①能源植物原料資源匱乏；②生物柴油自身存在的缺點，限制了其應用程度；③產量低，應用范圍小；④生物柴油價格高，應用領域有限；⑤許多與生物柴油商業化應用相關的問題亟待解

決。

4 我國能源植物發展前景展望及產業化思考

4.1 我國能源植物的發展前景

生物能源的開發利用是當今國際上的一大熱點，發展可再生能源是21世紀減少環境污染和溫室氣體排放以及替代石化能源的必然要求。據世界能源專家預測，在未來5年內，在人類整個能源比例中，植物能源將占5%以上，按我國目前的消耗量（如每年消費柴油6 000～7 000萬噸），如果在石化柴油中添加10%體積的生物柴油，則每年應配套生產生物柴油600萬噸，預計未來10年內，生物柴油產品將占20%～30%的市場份額。隨著我國改革開放的不斷深入，在全球經濟一體化的進程中，在中國加入WTO的大好形勢下，中國的經濟水平將進一步提高，對能源的需求會有增無減。充分利用植物資源的多樣性篩選優良能源植物種類，利用轉基因技術創建優良的能源植物種質資源；加強能源植物生理、生化、生態學研究，為優良能源植物種類的大規模開發打下堅實的基礎。能源植物是一種可再生的資源，開發能源植物作為現有能源的補充和替代品一方面能逐步緩解能源危機，為尋找新能源走出一條新路；另一方面生產成本低，生產和使用不僅不污染環境，而且對保護環境、保護生態系統具有重要意義，同時也符合可持續發展的要求和趨勢。中國是世界上生物多樣性最豐富的國家之一，中國的種子植物種類居世界第3位，并且目前尚有大面積的宜林荒山荒地，結合國家開展的退耕還林工程，大面積營造木本能源植物林，既可以開發利用生物能源，又能夠變荒山劣勢為優勢，改變因森林植被減少而導致大量水土流失的狀況，對水土保持、減少溫室氣體排放都會有明顯的作用。中國是最有條件進行能源植物開發的國家之一，政府應在這方面繼續加大投入，加強研究和開發力度，以達到緩解能源壓力和保護環境的雙贏，為開辟一條可持續發展能源的道路，解決國家乃至世界的能源短缺做出貢獻。因此，抓住當前的大好時機，發揮我國資源優勢，學習借鑒世界各國先進的研究成果，堅持自主開發與引進消化吸收相結合，有目的、有選擇地引進先進的技術工藝和主要設備，在高起點上發展我國的生物石油技術，及時把生物石油的研究成果轉化為生產力，形成栽培、加工、利用的產業鏈，我國的植物能源與生物燃料油一定會有更快的發展規模，為國民經濟持續發展戰略提供可靠的保證[15]。

4.2 我國能源植物開發利用的產業化思考

4.2.1 實施企業帶動戰略。所謂企業帶動戰略就是能源植物原料產業化要以企業為龍頭，按企業的要求組織生產。實施企業帶動戰略就能解決產銷脫節的問題，解決小生產與大市場的矛盾，真正使能源植物原料能夠合理生產和銷售。

4.2.2 加強能源植物優異資源調查與收集評價。根據國內外能源植物研究情況，按照碳水化合物類（包括糖類、淀粉類和纖維素類）、油脂類和烴類（含類似石油成分）能源植物對我國不同區域內的重要能源植物做重點考察和收集，摸清能源植物資源在我國分布的基本格局和資源數量，并對其潛在的開發利用價值、途徑和技術方法進行評價，為我國能源植物戰略資源儲備和篩選優良能源植物提供參考和科學依據。

4.2.3 新型能源植物培育。對于重要的能源植物，在研究其生物學特性和主要化學成分的基礎上，開展選擇育種研究工作。選擇產量高且出油率高的品種（系），利用雜交育種、誘變育種（輻射誘變、化學誘變、航天育種、離子束注入誘變育種）等方法培育新型的能源植物。

4.2.4 能源植物規模化種植模式。對具有良好前景的能源植物，充分利用大量的荒山荒地等非糧食生產土地，選擇適宜地區，通過豐產栽培試驗示范，提出高產栽培配套技術與最佳發展模式，使能源植物種植規模化，為能源植物的開發利用提供充足的原料。

4.2.5 能源植物利用與生態保護。我國西部地區是能源植物開發利用的重點區域。能源植物的開發利用要與生態保護有機結合，以實現生態、經濟和社會的可持續發展。特別是我國西北地區，要加強規模化種植后對植被恢復、水土流失、沙漠化土地治理、水文效益以及生態系統的影響等方面的研究；在西南地區，要重視能源植物的

推廣對當地生物多樣性與植被生態系統的影響等方面的研究。

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