開(kāi)發(fā)生物質(zhì)能 發(fā)展能源農(nóng)業(yè)
作者: 路 明收錄來(lái)源: 中國(guó)新能源網(wǎng)
【摘要】農(nóng)業(yè)是人類(lèi)以固定、轉(zhuǎn)化太陽(yáng)能，獲取農(nóng)產(chǎn)品為目的的生產(chǎn)活動(dòng)。種植業(yè)以固定太陽(yáng)能為主，利用綠色植物進(jìn)行光合作用，將無(wú)機(jī)物合成為葡萄糖、淀粉、脂肪和蛋白質(zhì)等有機(jī)物,種植業(yè)又叫初級(jí)生產(chǎn)。
一、能源農(nóng)業(yè)的概念和利用方式
農(nóng)業(yè)是人類(lèi)以固定、轉(zhuǎn)化太陽(yáng)能，獲取農(nóng)產(chǎn)品為目的的生產(chǎn)活動(dòng)。種植業(yè)以固定太陽(yáng)能為主，利用綠色植物進(jìn)行光合作用，將無(wú)機(jī)物合成為葡萄糖、淀粉、脂肪和蛋白質(zhì)等有機(jī)物,種植業(yè)又叫初級(jí)生產(chǎn)。在光合作用中，每固定1克分子CO2，大約吸收209.3×104J的日光能，光合產(chǎn)物中有46.9×104J的能量以化學(xué)能的形式固定下來(lái)。其余的162.4×104J的能量在固定CO2過(guò)程中,以熱能的形式消耗掉了。由于人類(lèi)培育了高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)的農(nóng)作物品種，為植物生長(zhǎng)創(chuàng)造良好的生產(chǎn)條件，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中植物固定太陽(yáng)能的效率大幅度提高。植物光合作用效率，一般在肥沃地區(qū)可達(dá)到1％－2％，在貧瘠荒涼地區(qū)僅0.1%，人工精心管理的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)有過(guò)6%－8％的記錄。[1]養(yǎng)殖業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)則是以轉(zhuǎn)化太陽(yáng)能為主,又稱次級(jí)生產(chǎn)。養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)的動(dòng)物產(chǎn)品（肉、奶、蛋、毛、皮等），在轉(zhuǎn)化過(guò)程中大量的能被消耗掉了,一部分以糞便形式排出，一部分能量以尿和氣體（甲烷、氫）能形式排出。在農(nóng)產(chǎn)品加工中，除了提取主要產(chǎn)品外，還有大量的能量在排出的廢水、廢物中。農(nóng)產(chǎn)品轉(zhuǎn)化過(guò)程中的畜禽糞便，農(nóng)產(chǎn)品加工排出的廢水、廢料都可作為生物質(zhì)能源加以開(kāi)發(fā)利用。
所謂能源農(nóng)業(yè)，就是以生產(chǎn)能源為目的的農(nóng)業(yè)。能源農(nóng)業(yè)以生物質(zhì)能源為主要開(kāi)發(fā)對(duì)象，它包括四種能源利用方式［2］(圖1)：
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直接燃燒方式可分為爐灶燃燒、鍋爐燃燒、垃圾燃燒和固型燃料燃燒四種情況。其中，固形燃燒是新推廣的技術(shù)，它把生物質(zhì)固化成型后，再采取傳統(tǒng)的燃煤設(shè)備燃用。其優(yōu)點(diǎn)是充分利用生物質(zhì)能源替代煤炭，可以削減大氣CO2和SO2排放量。
�。ǘ┪锘D(zhuǎn)換方式
物化轉(zhuǎn)換方式包括三方面，一是干餾技術(shù)；二是氣化制生物質(zhì)燃?xì)�；三是熱解制生物質(zhì)油。其中，氣化制生物質(zhì)燃?xì)饧夹g(shù)推廣面積較大，群眾易于接受。
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生化轉(zhuǎn)化方式有兩種，一是厭氧消化制取沼氣；二是通過(guò)酶技術(shù)制取乙醇液體燃料。
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能源植物油是從油脂植物和芳香油（還原式烴）植物中提取的燃料油，經(jīng)加工后，可以替代石油使用。
二、發(fā)展能源農(nóng)業(yè)的重大意義
�。ㄒ唬┩貙掁r(nóng)業(yè)服務(wù)領(lǐng)域，增加農(nóng)民收入
恩格爾指出：在收入增加的時(shí)候，食品及生活必需品的支出占收入增加的比例遞減。隨著經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，人們基本生活需求得到滿足后，消費(fèi)熱點(diǎn)將轉(zhuǎn)向享樂(lè)型的產(chǎn)品，從而市場(chǎng)將減少食品、衣服的消費(fèi)份額。進(jìn)入新世紀(jì)后，我國(guó)居民消費(fèi)結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化，恩格爾系數(shù)降到38％。2002年城市居民收入增長(zhǎng)2020元，人均食品消費(fèi)只增長(zhǎng)109元，占新增收入的5％，增加的因素主要是外出吃飯開(kāi)支和煙、酒、茶的開(kāi)支。對(duì)糧、油、肉、菜的消費(fèi)開(kāi)支下降，糧食人均消費(fèi)金額下降83元。油10.1元，肉25.3元，菜12.4元。由于邊際消費(fèi)遞減規(guī)律的作用，出現(xiàn)了農(nóng)民收入增長(zhǎng)難現(xiàn)象。 1997年以來(lái)，農(nóng)民收入中來(lái)自農(nóng)業(yè)的收入一直沒(méi)有增長(zhǎng)，農(nóng)民增收主要靠工資性收入，2002年工資性收入占農(nóng)民純收入的34.5％，2003年增加到36％。這個(gè)經(jīng)濟(jì)規(guī)律告述我們：農(nóng)業(yè)必須擴(kuò)大服務(wù)領(lǐng)域，向農(nóng)業(yè)的深度和廣度進(jìn)軍。農(nóng)業(yè)不僅提供食品和纖維，還應(yīng)提供能源和其它化工、醫(yī)藥等產(chǎn)品。發(fā)展能源農(nóng)業(yè)為農(nóng)業(yè)拓寬了服務(wù)領(lǐng)域，同時(shí)也為農(nóng)民增收開(kāi)辟了新途徑。［3］
�。ǘ┚徑馕覈�(guó)能源短缺，保證能源安全
我國(guó)從1993年進(jìn)口原油3000萬(wàn)t，成為原油凈進(jìn)口國(guó)，2000年進(jìn)口達(dá)7000萬(wàn)t，2003年進(jìn)口1億t。預(yù)計(jì)到2020年，中國(guó)的GDP可能達(dá)到5萬(wàn)億美元，能源需求25億t到30億t標(biāo)煤，其中石油缺口1.6-2.2億t。[4]開(kāi)發(fā)生物質(zhì)能源不但可行，而且非常緊迫。農(nóng)業(yè)要抓住這個(gè)契機(jī)，提出能源農(nóng)業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略，并把它發(fā)展成為一個(gè)大產(chǎn)業(yè)。
（三）治理有機(jī)廢棄物污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境
當(dāng)前我國(guó)環(huán)境污染形勢(shì)非常嚴(yán)峻。對(duì)環(huán)境污染最嚴(yán)重企業(yè)仍是養(yǎng)殖企業(yè)和農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)。2003年通報(bào)點(diǎn)名批評(píng)的十家排污大戶，8家是農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)。據(jù)國(guó)家環(huán)�？偩�2004年第1周（2004年1月5日～2004年1月11日），全國(guó)主要水系73個(gè)重點(diǎn)斷面水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站八項(xiàng)指標(biāo)（水溫、pH、濁度、溶解氧、電導(dǎo)率、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮和總有機(jī)碳）的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：Ⅰ～Ⅲ類(lèi)水質(zhì)的斷面為39個(gè)，占53.4%；Ⅳ類(lèi)水質(zhì)的斷面為10個(gè)，占13.7%；Ⅴ類(lèi)水質(zhì)的斷面為6個(gè)，占8.2%；劣Ⅴ類(lèi)水質(zhì)的斷面為18個(gè)，占24.7%。Ⅳ類(lèi)以上劣質(zhì)污水河流占46.6％。水體污染中，農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)排出污染物的約占1／2。特別是，劣Ⅴ類(lèi)水的河段，農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)污染貢獻(xiàn)率更高。［5］全國(guó)人大2003年對(duì)《中華人民共和國(guó)固體廢物污染環(huán)境防治法》執(zhí)法檢查，對(duì)農(nóng)村固體廢物污染問(wèn)題提出嚴(yán)厲批評(píng)。據(jù)調(diào)查我國(guó)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)的糞便產(chǎn)生量達(dá)17.3億噸。80％的規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)缺乏必要的污染治理設(shè)施，畜禽糞便未經(jīng)處理直接排入環(huán)境，嚴(yán)重污染空氣和水體。［6］我國(guó)溫室氣體排放已嚴(yán)重影響我國(guó)氣候變化。國(guó)家氣象局局長(zhǎng)秦大河介紹，中國(guó)科學(xué)家預(yù)估了未來(lái)中國(guó)氣候的變化：第一，中國(guó)氣候?qū)⒗^續(xù)變暖。到2020至203O年，全國(guó)平均氣溫將上升1.7℃；到2050年，全國(guó)平均氣溫將上升2.2℃；當(dāng)大氣中二氧化碳濃度加倍時(shí)，全國(guó)平均氣溫將上升2.9℃。第二，中國(guó)氣候變暖的幅度由南向北增加。到2030年，中國(guó)西北地區(qū)氣溫可能上升1.9-2.3℃。第三，中國(guó)不少地區(qū)降水出現(xiàn)增加趨勢(shì)，東南沿海增加值最大。長(zhǎng)江中下游地區(qū)出現(xiàn)變干的趨勢(shì)，華北和東北南部等一些地區(qū)出現(xiàn)繼續(xù)變干的趨勢(shì)。
�。ㄋ模⿵V泛應(yīng)用生物技術(shù)，發(fā)展基因工程
生物技術(shù)在培育能源作物，培育高效酶微生物方面大有作為。國(guó)外用轉(zhuǎn)基因方法獲得柴油油菜新品種；用轉(zhuǎn)基因技術(shù)獲得分解秸稈纖維生產(chǎn)酒精的工程菌。轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用于能源作物和能源微生物上，不受基因標(biāo)識(shí)的限制，而應(yīng)用在食物方面要求標(biāo)識(shí)，因而受到很大限制。為了促進(jìn)學(xué)科發(fā)展，生物技術(shù)可選擇能源作物和能源微生物方向大力研究和應(yīng)用。
三、實(shí)施能源農(nóng)業(yè)的重大工程
�。ㄒ唬┱託庥�(jì)劃
沼氣是有機(jī)物質(zhì)在厭氧條件下，經(jīng)過(guò)微生物發(fā)酵生成以甲烷為主的可燃?xì)怏w。沼氣發(fā)酵過(guò)程可分為兩個(gè)階段，即不產(chǎn)甲烷階段和產(chǎn)甲烷階段。沼氣發(fā)酵產(chǎn)生的三種物質(zhì)，一是沼氣，以甲烷為主，是一種清潔能源；二是消化液（沼液），含可溶性N、P、K，是優(yōu)質(zhì)肥料；三是消化污泥（沼渣），主要成分是菌體、難分解的有機(jī)殘?jiān)蜔o(wú)機(jī)物，是一種優(yōu)良有機(jī)肥，并有土壤改良功效。沼氣的生成物有很高的應(yīng)用價(jià)值。很多人稱：“沼氣百利，而無(wú)一害”。
沼氣發(fā)酵有四個(gè)特點(diǎn)：
1、沼氣微生物自身耗能少
沼氣發(fā)酵過(guò)程中，沼氣微生物自身繁殖需要的能量是好氧微生物的1／30－1／20。對(duì)于基質(zhì)來(lái)說(shuō)，大約90％的COD被轉(zhuǎn)化為沼氣。
2、沼氣發(fā)酵能夠處理高濃度的有機(jī)廢物
好氧條件下，一般只能處理COD含量在1 000mg／L以下的廢水，而沼氣發(fā)酵處理廢水COD含量可以高達(dá)10 000mg／L以上。如表1所示，各種農(nóng)產(chǎn)品加工廢水，都可作為沼氣發(fā)酵的原料。
表1 農(nóng)產(chǎn)品加工轉(zhuǎn)化企業(yè)排放水質(zhì)特性［7］原料名稱
PH值 COD／mg.L-1 BOD/mg.L-1酒精醪液
白酒廢水
黃酒廢水
制革廢水
檸檬酸廢水
淀粉廢水
豆制品廢水
造紙黑液
制藥廢液
乳品加工廢水
高濃度啤酒廢水
味精廢水
糖蜜酒精廢水
豬糞水
雞糞水
奶牛糞水
3－5
3.7－5.8
3.5－4.0
8－10
4.0－4.6
4.6－5.3
3.5－5.0
11－13
4.0－6.0
3.5－7.5
3.5－6.0
1.5－3.2
4.4
7.0－7.8
6.5－7.5
7.2－8.2 30 000－60 000
11 400－130 000
9 400－30 000
3 000－4 000
10 000－40 000
3 000－12 000
10 000－20 000
106 000－157 000
5 000－40 000
2 000－11 000
9 000－43 000
20 000－60 000
40 000－150 000
11 000－26 000
43 000－77 000
70 000－116 285 15 000－30 000
5 800－67 000
5 000－15 000
1 500－2 000
6 000－25 000
1 000－7 000
7 000－12 000
34 500－42 500
2 000－18 000
1 000－75 000
7 000－33 350
10 000－30 000
20 000－60 000
7 000－13 000
17 000－32 000
3、能處理的廢物種類(lèi)多
沼氣發(fā)酵可以處理人、畜糞便，作物秸稈，農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)的廢水、廢渣等。沼氣發(fā)酵除去了90％的有機(jī)質(zhì)，余下的部分再經(jīng)過(guò)耗氧處理，便可達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。
4、沼氣發(fā)酵受溫度影響較大
沼氣發(fā)酵可分為高溫（50－600C）、中溫（30－350C）和常溫（自然溫度）。高溫發(fā)酵處理能力最強(qiáng)，中溫次之，但需要一定的熱能來(lái)維持所需要的恒定溫度。
沼氣計(jì)劃應(yīng)包括農(nóng)村戶用小型沼氣和大中型沼氣兩個(gè)部分。
農(nóng)村戶用小型沼氣技術(shù)已比較成熟，目前主推的是埋地圓柱形水壓式沼氣池，并已制定出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB 4750－84、GB 4751－84、GB4752－84）。這種沼氣池解決了進(jìn)料和出料的矛盾，可以連續(xù)生產(chǎn)。農(nóng)民不需冒生命危險(xiǎn)去掏出沼渣。北方在沼氣池上加蓋塑料大棚，使沼氣與養(yǎng)豬種菜相結(jié)合，組裝成“四位一體”模式，成功的解決了冬季沼氣發(fā)酵問(wèn)題。各地從當(dāng)?shù)貙?shí)際出發(fā)，把沼氣與農(nóng)民致富奔小康結(jié)合起來(lái)，形成生態(tài)家園富民計(jì)劃，大大推進(jìn)了農(nóng)村戶用沼氣的發(fā)展，國(guó)家已列入西部大開(kāi)發(fā)計(jì)劃。為了使農(nóng)村戶用小型沼氣更符合國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)全面發(fā)展，建議：1、國(guó)家進(jìn)一步加大投資力度，滿足廣大農(nóng)民的需求；2、突出重點(diǎn)。一是解決生態(tài)脆弱區(qū)農(nóng)民的燃料問(wèn)題，鞏固退耕還林成果，治理風(fēng)沙危害。二是解決南方血吸蟲(chóng)高發(fā)區(qū)的蟲(chóng)卵處理問(wèn)題。沼氣發(fā)酵可以徹底處理血吸蟲(chóng)蟲(chóng)卵。據(jù)衛(wèi)生防疫部門(mén)檢測(cè)結(jié)果：在沼氣池內(nèi)，血吸蟲(chóng)卵秋季22天，冬季40天內(nèi)，死亡100％。通過(guò)沼氣池的建設(shè)把廁所、畜圈連接起來(lái)，人、畜糞便進(jìn)入沼氣池，經(jīng)過(guò)沼氣發(fā)酵，殺死蟲(chóng)卵，切斷血吸蟲(chóng)傳播鏈。
大中型沼氣主要用來(lái)處理城市污水、高濃度工業(yè)有機(jī)廢水、人畜糞便及生活垃圾。近20年，世界各國(guó)積極發(fā)展大中型沼氣，創(chuàng)造出許多新的工藝，隨著高效、常溫厭氧消化工藝的開(kāi)發(fā)，大中型沼氣技術(shù)日臻成熟。我國(guó)不少企業(yè)興辦沼氣，開(kāi)展綜合利用，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。如河南省南陽(yáng)酒精總廠（天冠集團(tuán)）先后建造了三座大型沼氣池，集中處理了酒精醪液，形成了日供氣4萬(wàn)m3的能力，滿足了南陽(yáng)市4萬(wàn)戶的生活用氣，污染排放接近于0，實(shí)現(xiàn)了社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益三贏，形成了循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式。北京市蟹島度假村，建了一座的沼氣池和一座150畝水面的污水處理系統(tǒng)，度假村內(nèi)部生活垃圾和人畜糞便全部進(jìn)行厭氧消化，產(chǎn)生的清潔能源供炊事用氣，消化液和沼渣作優(yōu)質(zhì)肥料用于生產(chǎn)無(wú)公害農(nóng)產(chǎn)品。生活污水處理后達(dá)到一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，回潅農(nóng)田。整個(gè)度假村實(shí)現(xiàn)了污染0排放。當(dāng)前我國(guó)環(huán)境污染日益嚴(yán)重，大中型沼氣是消化有機(jī)污染物的最有效方式。國(guó)家要把發(fā)展大中型沼氣列入發(fā)展計(jì)劃，制定促進(jìn)大中型沼氣發(fā)展的優(yōu)惠政策，調(diào)動(dòng)企業(yè)建設(shè)沼氣的積極性，使我國(guó)大中型沼氣的發(fā)展出現(xiàn)一個(gè)良好發(fā)展的新局面。既生產(chǎn)可再生能源，又促進(jìn)污染環(huán)境的治理。
�。ǘ┚凭�(jì)劃
酒精學(xué)名乙醇，是由碳、氫、氧三種元素組成的有機(jī)化合物，結(jié)構(gòu)是C2H5OH。酒精生產(chǎn)方法有化學(xué)合成法和生物發(fā)酵法�；瘜W(xué)合成法酒精含雜質(zhì)較多，其應(yīng)用受到限制。生產(chǎn)上主要采用生物發(fā)酵法。制造酒精的原料可以是淀粉質(zhì)原料、糖蜜原料、纖維原料和亞硫酸造紙廢液。
酒精是一種清潔能源。少量使用可代替四乙基鉛和ETBE（乙基叔丁基醚）作汽油的防爆劑。大量使用則可與汽油混合制造汽油醇作汽車(chē)燃料。汽油醇作燃料可減少汽油燃燒對(duì)大氣的污染，還可增加汽油辛烷值，提高燃燒效率。
2001年4月8日原國(guó)家計(jì)委和國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)總局宣布我國(guó)將全面推廣使用汽油醇�！蹲冃匀玖弦掖肌泛汀盾�(chē)用乙醇汽油》兩項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)已于4月2日公布。2002年6月30日起，在河南省鄭州、洛陽(yáng)、南陽(yáng)和黑龍江哈爾賓、肇東等5個(gè)城市開(kāi)展試點(diǎn)，試用汽油醇獲得成功。2004年2月10日國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)繼續(xù)擴(kuò)大試點(diǎn)，黑龍江、吉林、河南、安徽四省除在全省范圍內(nèi)擴(kuò)大試點(diǎn)，還調(diào)出燃料酒精銷(xiāo)售到遼寧、河北、山東、江蘇。2005年底上述省、市基本實(shí)現(xiàn)車(chē)用乙醇汽油替代其他汽油。從１９０３年算起，酒精作為汽車(chē)燃料已經(jīng)有近百年的歷史了。２０世紀(jì)的前半期人們給予酒精兩次關(guān)注， “一戰(zhàn)”期間，參戰(zhàn)雙方都重視酒精的戰(zhàn)略意義�！岸�(zhàn)”期間，燃料酒精得到了較大規(guī)模的推廣。到了２０世紀(jì)５０年代，隨著石油的大規(guī)模開(kāi)采利用，高成本的酒精逐漸被人們淡忘了，直至１９７３年的世界石油危機(jī)。巴西、美國(guó)率先推行了“汽油醇計(jì)劃”。汽油醇來(lái)自英文“ＧAＳＯＨＯＬ”，是指在汽油中加入一定比例的變性酒精形成的混合燃料。這是一種清潔實(shí)用的燃料。１９７５年，巴西政府在世界上首倡“汽油醇計(jì)劃”，１９７７年正式以２０％酒精比例在首府圣保羅市實(shí)行，１９８０年提高到２２％的比例在全國(guó)推行。如今，巴西年產(chǎn)酒精１０００萬(wàn)噸，其中９７％用于汽車(chē)燃料。目前，巴西是世界上惟一不供應(yīng)純汽油的國(guó)家。２５年來(lái)實(shí)施的“汽油醇計(jì)劃”給巴西帶來(lái)了３大收益：“形成了獨(dú)立的經(jīng)濟(jì)能源運(yùn)行系統(tǒng)，刺激了農(nóng)業(yè)、酒精工業(yè)及相關(guān)行業(yè)大發(fā)展，大氣和生態(tài)環(huán)境顯著改善�！泵绹�(guó)用法律來(lái)強(qiáng)制推行“汽油醇計(jì)劃”，鼓勵(lì)汽油醇的生產(chǎn)和消費(fèi)。從１９７８年至今，美國(guó)已通過(guò)數(shù)十項(xiàng)法案，從能源、交通、稅收、環(huán)保、農(nóng)業(yè)等方面，對(duì)汽油醇予以支持。一些盛產(chǎn)玉米的州也自行立法，要求在州內(nèi)必須使用汽油醇。目前，美國(guó)燃料酒精的年消費(fèi)量約為５００萬(wàn)噸，根據(jù)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的類(lèi)型將酒精加入汽油有兩種比例，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的加入量為５％～１５％，專(zhuān)用發(fā)動(dòng)機(jī)的酒精比例為８５％～１００％。據(jù)美國(guó)有關(guān)部門(mén)的調(diào)查，使用汽油醇作為燃料，可明顯降低汽車(chē)廢氣的排放，一氧化碳排放量降低２０％～３０％，二氧化碳降低２７％。除有利于環(huán)保外，汽油醇的推廣也為美國(guó)帶來(lái)了可觀的綜合效益。以１９９７年為例，全年美國(guó)汽車(chē)燃料共使用酒精５１２萬(wàn)噸，轉(zhuǎn)化玉米１５００萬(wàn)噸，占美國(guó)當(dāng)年玉米總產(chǎn)量的７％，為社會(huì)提供了１９．５２萬(wàn)個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)，并使聯(lián)邦政府多收入３６億元。美國(guó)國(guó)會(huì)還通過(guò)了一項(xiàng)法案，要求未來(lái)１０年內(nèi)大力發(fā)展酒精工業(yè)，將每年燃料酒精的使用量增加到１０００萬(wàn)噸。從８０年代起，德國(guó)、荷蘭、加拿大、瑞典等發(fā)達(dá)國(guó)家也開(kāi)始了汽油醇的推廣。到１９９５年前后，英、法、南非、古巴、泰國(guó)等越來(lái)越多的國(guó)家也紛紛加入到這個(gè)行列中。
為什么要推廣汽油醇，還有一個(gè)迫切的問(wèn)題，就是汽油的添加劑問(wèn)題。汽油在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸內(nèi)燃燒時(shí)由于汽缸內(nèi)氧氣不足，燃燒不完全，機(jī)器強(qiáng)烈震動(dòng)，從而使輸出功率下降，機(jī)件受損，這就是汽油的抗爆性。反映汽油抗爆性的數(shù)字指標(biāo)叫辛烷值，就是人們通常說(shuō)的汽油的標(biāo)號(hào)，如“９０＃”、“９３�！逼�，指的就是這些汽油的抗爆性，指數(shù)越高，抗爆性越好。改善汽油抗爆性的辦法就是在汽油中添加其他化學(xué)制劑。過(guò)去普遍加入四基乙鉛，結(jié)果生成的是含鉛汽油，由于鉛對(duì)人體的危害，四基乙鉛從１９９７年在世界上被禁止使用。目前普遍使用的是ＭＴＢＥ（甲基叔丁基醚），由于它的生產(chǎn)難度大，包括我國(guó)在內(nèi)的許多國(guó)家都是依賴進(jìn)口。近年來(lái)，科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)了ＭＴＢＥ的缺點(diǎn)：它不易分解，對(duì)地下水有一定污染；它有少量氣味，使駕駛者不舒服，可引起惡心、眼睛疼、出現(xiàn)皰疹等反應(yīng)。美國(guó)最近已通過(guò)一項(xiàng)“清潔燃料法案”，將在今后４年內(nèi)禁用ＭＴＢＥ。目前，代替ＭＴＢＥ的“最佳化學(xué)品”就是酒精。酒精的作為一種添加劑，沒(méi)有毒性、無(wú)污染，也無(wú)須進(jìn)口。［8］
�。ㄈ┙斩捘茉蠢糜�(jì)劃
秸稈能源利用計(jì)劃包括兩個(gè)方面：一是秸稈氣化：二是秸稈致密成型燃料�，F(xiàn)分別介紹：
1、秸稈氣化
秸稈氣化廣義上又稱謂“生物質(zhì)氣化”，是指生物質(zhì)在缺氧狀態(tài)下燃燒，使生物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成高品位、易輸送、利用效率高的氣體燃料。生物質(zhì)由碳?xì)浠衔锝M成，在生物質(zhì)氣化的過(guò)程中經(jīng)過(guò)熱解、燃燒和還原反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為一氧化碳和氫等可燃?xì)怏w。我國(guó)每年可再生生物質(zhì)約11.45億t，其中作物秸稈6.7億t。因此，開(kāi)發(fā)生物質(zhì)氣化燃料，應(yīng)以農(nóng)作物秸稈利用為重點(diǎn)。農(nóng)業(yè)部已在全國(guó)幾百個(gè)村進(jìn)行了秸稈氣化、集中供氣的試點(diǎn)，取得了比較理想的效果。特別是農(nóng)民致富奔小康，熱切需要使用清潔能源，改變村莊衛(wèi)生面貌，秸稈氣化使農(nóng)民由燒柴變?yōu)闊龤�，適應(yīng)了農(nóng)民的要求，因而受到農(nóng)民的歡迎和肯定。［9］
2、秸稈致密成型燃料
秸稈致密成型燃料是將秸稈粉碎，送入成型器中，在外力作用下，壓縮成需要的形狀，然后作燃料直接燃燒。也有進(jìn)一步加工制成生物碳。
國(guó)外如丹麥、德國(guó)、比利時(shí)、美國(guó)、日本等，改性技術(shù)已經(jīng)成熟，實(shí)現(xiàn)工廠化生產(chǎn)，主要用于取暖爐、鍋爐發(fā)電等。我國(guó)由河南農(nóng)業(yè)大學(xué)、山西萬(wàn)發(fā)爐具廠聯(lián)合開(kāi)發(fā)的生物質(zhì)成型機(jī)已用于生產(chǎn)。生產(chǎn)的致密成型燃料，用于取暖、小型鍋爐。經(jīng)測(cè)定，各種排放都大大低于煤，是一種潔凈的可再生能源。［9］
�。ㄋ模┠茉醋魑锱嘤�(jì)劃
能源作物是指以提供制取燃料原料或提供燃料油為目的的栽培植物總稱。能源作物作原料制取的燃料油有很多優(yōu)點(diǎn)：燃燒后比礦物能源對(duì)環(huán)境污染少，是一種低硫燃料，而且不增加CO2排放量；比核能使用安全；比風(fēng)能、地?zé)崾褂脧V泛；可進(jìn)行降解等。因而成為國(guó)際上開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)，并稱之為“綠色”能源。
能源作物可分為4類(lèi)：①以制酒精為目的的一年生或多年生作物，如玉米、甘蔗、甜高粱、甘薯、木薯等；②以生產(chǎn)燃料油（如生物柴油、烴類(lèi)物質(zhì)）為目的的植物，如油菜、綠玉樹(shù)等；③用于直接燃燒的植物；④可供厭氧發(fā)酵的藻類(lèi)或其它植物。
促進(jìn)能源作物發(fā)展的條件在我國(guó)已逐漸形成：①人類(lèi)對(duì)資源無(wú)限制的開(kāi)采與利用帶來(lái)了資源枯竭和生態(tài)危機(jī)；②化石能源燃料燃燒使所產(chǎn)生的物質(zhì)嚴(yán)重污染了環(huán)境，帶來(lái)酸雨、溫室氣體、全球變暖等諸多問(wèn)題；③農(nóng)業(yè)服務(wù)領(lǐng)域過(guò)窄，農(nóng)民增收乏力。作物科學(xué)工作者要抓住能源作物發(fā)展的機(jī)遇，大力研究和培育能源作物。
能源作物的培育方法，除常規(guī)技術(shù)之外，還應(yīng)大力采用生物技術(shù)。充分利用能源作物無(wú)禁區(qū)的優(yōu)勢(shì)，使生物技術(shù)在能源作物的培育中大放異彩。生物技術(shù)培育轉(zhuǎn)基因能源作物是把作物作為生物反應(yīng)器，充分利用植物的生物合成能力，大規(guī)模生產(chǎn)廉價(jià)能源原料。在培育糖類(lèi)物質(zhì)方面，將細(xì)菌的ADP葡糖焦磷酸化酶基因轉(zhuǎn)入馬鈴薯，可以使淀粉含量提高60％。
生物技術(shù)在酒精發(fā)酵工藝中顯示了更大的作用。利用DNA重組技術(shù)改進(jìn)酒精生產(chǎn)工藝，通過(guò)酶的改進(jìn)，減低成本，提高效益。培育不同的工程菌以提高對(duì)木質(zhì)素、半纖維素和纖維素的分解、糖化及合成酒精的能力。生物技術(shù)在這方面的進(jìn)步，將進(jìn)一步擴(kuò)大生物質(zhì)能源生產(chǎn)的原料來(lái)源，使能源農(nóng)業(yè)成為現(xiàn)實(shí)。［10］
四、發(fā)展能源農(nóng)業(yè)必須處理好的幾個(gè)關(guān)系
�。ㄒ唬┨幚砗眉Z食安全和能源安全的關(guān)系
用發(fā)展的眼光來(lái)看，從“黑色能源”走向“綠色能源”是大勢(shì)所趨。 開(kāi)發(fā)生物質(zhì)能源，使用沼氣和汽油醇，不僅能夠有效地將地球上有限的石油資源的使用時(shí)間延長(zhǎng)１０％～２０％。在未來(lái)的世界，沼氣可能是天然氣的替代物，酒精是汽油的替代物。有人會(huì)提出能源安全和糧食安全問(wèn)題的矛盾問(wèn)題。酒精是用糧食轉(zhuǎn)化來(lái)的。在中國(guó)養(yǎng)活13億人口已是一個(gè)巨大的壓力，生產(chǎn)酒精土地在那里？水資源在那里？要破解這個(gè)問(wèn)題需要從以下幾個(gè)方面來(lái)研究。
糧食安全和能源安全有統(tǒng)一性。
近幾年農(nóng)民種糧的積極性不高，主要是糧食價(jià)格太低，甚至低到種糧虧損的地步。要提高農(nóng)民種糧的積極性，必須有市場(chǎng)拉動(dòng)。如果糧食只做食物，市場(chǎng)容量有限。如果糧食既作食物，又做能源，市場(chǎng)容量將開(kāi)拓1／3以上。從這個(gè)意義上講發(fā)展能源農(nóng)業(yè)將是促進(jìn)農(nóng)民增收，調(diào)動(dòng)農(nóng)民種糧積極性的有效措施。
糧食作物和能源作物有很大的互補(bǔ)性
能源作物種類(lèi)較多，主要是玉米、高梁、甘蔗、甜菜、馬鈴薯、甘薯木薯等。這些作物都是高產(chǎn)作物，既能滿足糧食安全的需要，又是很好的能源作物。我國(guó)玉米每年大約有400－600萬(wàn)噸剩余。甘蔗、甜菜由于糖的銷(xiāo)路不好，每年也有較大的剩余生產(chǎn)能力，2003年人為減少500萬(wàn)噸生產(chǎn)能力。馬鈴薯、甘薯可以種植在旱地，增產(chǎn)還有很大的潛力。如果糧食豐收，小麥、水稻的陳化糧可用作酒精。如果糧食歉收，可將玉米、甘薯、馬鈴薯等能源作物轉(zhuǎn)為糧食作物。
能源農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)的領(lǐng)域很廣，可以做到不與或少與糧食爭(zhēng)地。
能源農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)的領(lǐng)域，大多是利用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廢棄物，如利用玉米稈、稻草、麥秸等纖維質(zhì)原料生產(chǎn)酒精和沼氣。１９９９年，美國(guó)已建起了世界上第一家用纖維質(zhì)原料生產(chǎn)酒精的生產(chǎn)線，目前，我國(guó)也開(kāi)展了這方面的研究工作，天冠企業(yè)集團(tuán)實(shí)驗(yàn)中心與鄭州工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、無(wú)錫輕工業(yè)大學(xué)及國(guó)外研究機(jī)構(gòu)合作進(jìn)行的“用纖維質(zhì)原料生產(chǎn)酒精”研究課題已經(jīng)列入了國(guó)家“十五”攻關(guān)項(xiàng)目。利用養(yǎng)畜場(chǎng)糞便、農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)的廢水、廢物開(kāi)發(fā)能源，既能增加農(nóng)民收入，又為糧食生產(chǎn)提供優(yōu)質(zhì)肥料，是生產(chǎn)清潔能源，促進(jìn)糧食生產(chǎn)，保證糧食安全和能源安全的雙贏舉措。
�。ǘ┨幚砗檬袌�(chǎng)配制資源機(jī)制和國(guó)家扶植的關(guān)系
能源農(nóng)業(yè)作為新型的、生產(chǎn)生物質(zhì)能源的產(chǎn)業(yè)，在市場(chǎng)化發(fā)展中面臨諸多障礙和問(wèn)題。為了促進(jìn)能源農(nóng)業(yè)健康發(fā)展，國(guó)家給于必要的扶植是完全必要的。但是僅靠國(guó)家扶植，不依靠市場(chǎng)的力量和企業(yè)的積極參與，形不成能源農(nóng)業(yè)的大產(chǎn)業(yè)。特別是要吸引民間資本進(jìn)入能源農(nóng)業(yè)，能源農(nóng)業(yè)才能具有較大的活力。為此，建議政府制定能源農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)政策，創(chuàng)造能源農(nóng)業(yè)發(fā)展的環(huán)境。初步考慮能源農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)政策應(yīng)包括以下幾個(gè)方面：
1、制定排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)環(huán)境友好企業(yè)給予激勵(lì)政策。減排污染氣體的企業(yè)可以得到補(bǔ)償，超排污染氣體的企業(yè)應(yīng)受到罰款。
2、投融資政策。生物質(zhì)能源企業(yè)優(yōu)先得到優(yōu)惠貸款。對(duì)產(chǎn)業(yè)化龍頭企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造，生產(chǎn)清潔能源的技改項(xiàng)目，給與貼息貸款。
3、稅收政策。對(duì)生產(chǎn)清潔能源企業(yè)給與稅收優(yōu)惠，以彌補(bǔ)較高的生產(chǎn)成本。
4、創(chuàng)建能源農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化科技園區(qū)，實(shí)行產(chǎn)供銷(xiāo)一體化經(jīng)營(yíng)，創(chuàng)造良好的發(fā)展環(huán)境。
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