Literature
Home医药经济生物技术生物能源

探索甜高粱生产燃料酒精产业化循环经济模式

来源:中国科学院植物所
摘要:从目前的技术发展水平上看,最成熟的技术就是从植物体中直接提取生物油类,或将糖质和淀粉质原料转化成燃料酒精。我国主要用陈化粮来生产燃料酒精,但在陈化粮消耗完后,用粮食生产的成本在4000元/吨以上,需要国家的大量补贴。因而,当前最主要的是加大研究力度,挖掘低成本的生产燃料酒精的其他渠道,而甜高粱正是比较......

点击显示 收起

        能源危机是当今社会发展面临的巨大挑战之一,中国是世界上唯一的无石油战略储备的石油消费大国。因此,我国急需研究、开发新的可替代能源,来保证我国的能源安全与现代化经济高速发展的需要。生物质能因其清洁、可循环再生等优点被认为是最有希望的替代能源之一。从目前的技术发展水平上看,最成熟的技术就是从植物体中直接提取生物油类,或将糖质和淀粉质原料转化成燃料酒精。我国主要用陈化粮来生产燃料酒精,但在陈化粮消耗完后,用粮食生产的成本在4000元/吨以上,需要国家的大量补贴。因而,当前最主要的是加大研究力度,挖掘低成本的生产燃料酒精的其他渠道,而甜高粱正是比较适合在盐碱地上种植、用来生产燃料酒精的高能作物。  

        甜高粱为粒用高粱的一个变种,是优良的饲料,也是生产酒精的优质原料。与其他能够生产酒精的能源作物相比,甜高粱具有不可比拟的优势:第一,在生物量能源系统中,甜高粱是第一位的竞争者,每公顷能收获2250~7500公斤的种子,茎秆富含糖分,且产量极高,一般每公顷鲜秸秆的产量在75吨左右。第二,甜高粱是高能作物。生长旺盛时期,每亩甜高粱每天合成的碳水化合物可产3.2升酒精,而玉米只有1升,小麦为0.2升,粒用高粱才0.6升。第三,甜高粱不仅产量高,而且其适应性很广,抗旱、耐涝、耐盐碱,是作物中的“骆驼”。甜高粱在pH值5~8.5的各种类型的土壤均可栽培,在含盐量达到0.36%~0.53%的盐碱土地上,甜高粱能正常生长,产量能达到4~5.5吨。因为我国的可耕地面积有限,所以盐碱土地,特别是海滨滩涂的盐碱性土壤,是发展燃料酒精产业最理想的区域,而甜高粱就是生产燃料酒精最适宜的原料作物之一。  

        甜高粱具有多种用途,在生产酒精的同时,能够综合利用其废弃物、发挥更高的经济效益。甜高粱籽粒可以食用、做酿酒原料或做饲料,叶片富含蛋白,可用于喂牛,也可以直接还田,改善土壤;茎秆富含糖分,汁液可用来生产酒精燃料,纤维部分可以用来造纸,也可以直接燃烧,供发酵过程的能耗;固体发酵时所产生的酒糟可以作为饲料喂牛,也可以用来生产改良盐碱地的有机肥料。通过加工与综合利用,基本上不产生废物,形成了一个循环系统。这也正是提高生产的附加值、降低酒精成本的主要措施。  

        用甜高粱生产燃料酒精在经济上也是可行的。如果按每亩的种植成本400元计算,可以产生4~6吨鲜秸秆、200公斤籽粒,按一般的固体发酵转化率来算,可以产生200~300公斤酒精,价值700~1200元,而酒糟的价值完全可以抵消加工过程中的原料损失及加工费用,因而用甜高粱生产燃料酒精有很大的赢利空间。但最终效益的高低取决于种植、加工、销售等不同方面与加工的各个环节,需要进一步研究、技术集成及在管理上下功夫。  

        甜高粱的产业化模式是根据甜高粱高生物量及多用途的特点,以燃料酒精生产为主要目标,在分级、多目的利用的前提下建立起来的一种循环的、可持续发展的能源生产模式。因而,甜高粱能源产业化模式的建立,对于促进我国生物质能源产业的可持续发展具有深远的意义。  

        甜高粱产业化的循环经济模式可以细分为三个子系统,即种植子系统、加工子系统、处理与保障子系统。第一,种植子系统主要是保证甜高粱的稳产、高产以及生产的可持续性,包括品种选择、机械化、标准化种植、收获等多方面。特别是要建立一套适合盐碱地的机械化栽培技术措施,才是高产稳产的关键。第二,加工子系统主要是酒精生产的系统,主要有固体发酵与液体发酵两种方法。固体发酵周期长、秸秆体积大、运输成本高,而液体发酵具有发酵快、可循环生产、适宜规模化生产的优点,但也有产生废液多的缺点。加工系统中最重要的是要实现各种技术的有效集成并最终优化,才能使加工效益最高。从目前情况来看,最好是采用固体和液体发酵相结合,优势互补。第三,处理与保障子系统是针对甜高粱加工过程中的废弃物或未利用部分的处理及综合利用过程,也是保证种植业持续生产能力的关键所在。因而,它不是燃料酒精产业简单的补充,而是降低燃料酒精生产成本的重要一环,还是保证酒精持续生产及清洁生产至关重要的部分。  

        甜高粱燃料酒精产业发展的潜力巨大,具有广阔的市场空间。从生产条件看,我国盐渍土的面积为5.2亿亩,已开垦种植的有8652.58万亩,开发利用潜力巨大。沿海气候条件优越,降水相对丰富,且雨热同季,只要盐分含量水平在0.6%以下,甜高粱就能生长,因此,沿海滩涂盐土是我国发展甜高粱酒精产业不可多得的土地资源。由于这些土地的成本低,再加上规模生产及技术集成,完全可以在控制改良盐碱土地的前提下,实现燃料酒精的可持续生产,而酒精的生产成本完全可以降到2500元/吨以下,具有很强的市场竞争力。  

        目前,在甘蔗种植成本居高不下的形势下,利用海滨盐土来规模化种植甜高粱,生产燃料酒精十分必要,也是逐步替代粮食生产酒精的必然选择,对于我国开辟新的酒精生产途径、降低酒精成本、减少国家补贴都有十分重大的现实意义。利用甜高粱生产乙醇的技术已基本成熟,但是至今产业化并没有大规模发展。究其原因,主要有以下两个方面:客观上,甜高粱产业链过长,不易总体把握与控制;其次,农户的种植习惯和接受的能力有限;第三,国家缺少相应的支持鼓励政策。主观上,企业或个人对甜高粱产业化的思路认识不清,农民对甜高粱了解得少,栽培技术也掌握得不够,社会上的不同宣传也阻碍了甜高粱产业的健康发展。  

        所以作为一种新兴的生物质能产业,在大规模推广产业化时需要注意以下几个原则。  

        首先,要逐步推进、循序渐进。甜高粱生产酒精的某些技术还不过硬,如秸秆收获后的保存问题、加工季节短、液体发酵、综合利用问题等。即使能在一定规模下实现了企业化生产,也必须从不同技术环节进一步研究,提高技术水平,达到技术有效集成及产品的综合开发,才能使酒精的成本降下来,具有市场竞争力。不幸的是,国内一些单位或企业,在没有前期、充分研究的条件下,弱化甜高粱产业化过程中可能存在的一些技术问题,一味鼓吹与夸大甜高粱的优点,给甜高粱产业健康发展造成了很大的不良影响。  

        其次,规模化生产示范与研究攻关并重。就目前甜高粱的产量水平、转换效率、市场、社会等各方面条件来看,在一些地区、一定规模下具备大规模生产、企业化运作的条件。因而,急需建立甜高粱生产燃料酒精的示范性项目,由企业在一定规模上种植甜高粱、加工生产酒精,由科研单位就品种选育、废弃物利用、加工过程等方面的技术难题进行攻关,不断提高生产效率、降低生产成本。  

        第三,综合利用、系统发展。开发利用好秸秆纤维、籽粒、酒糟等附加产品,就能提高整体效益,使酒精的相对成本下降,增加市场竞争能力与认知程度。  

        第四,把可持续生产和环境友好放在首位。甜高粱规模化种植与加工后,种植区域与加工地点都相对固定,另外甜高粱生长需要大量肥料,又不能长期重茬。因而,保持土壤生产力及甜高粱的持续高产就十分重要,也是关系到整个产业持续发展的大事。在甜高粱产业化过程中,还应注重环保问题。在加工过程中,可能会产生酒糟、废液等物质,如果处理不当,会对农田与水体造成污染,也会影响到产业的持续、健康发展。
作者:
医学百科App—中西医基础知识学习工具
  • 相关内容
  • 近期更新
  • 热文榜
  • 医学百科App—健康测试工具