能源作物应用及研究 -课件

能源作物研究及应用能源作物研究及应用一、能源作物简介

1、能源作物的定义

2、能源作物发展目的二、能源作物发展优势三、国内外能源作物研究1、国外能源作物研究现状2、国内能源作物研究现状

四、能源作物应用实例甜高粱、芒草、甘薯、油菜的应用一、能源作物简介1、能源作物的定义

自20世纪70年代起，“能源作物”逐渐引起我国研究者的浓厚兴趣和高度关注。对于“什么是能源作物”，诸多研究者从不同角度给予了阐述。如凡可以被有效转化成能源替代物的作物都可称做能源作物;或者能源作物是指各种以提供制取燃料原料或提供燃料油为目的的栽培植物总称。能源作物系指可利用作物生生不息的能量生产方式，将太阳能经光合作用转化成植物之化学能（燃料之热能），此种能量之转化可在常温常压下进行，是一种极具希望与效率的能源生产方法。2、能源作物发展目的

近年来，能源短缺困扰世界经济的发展，许多国家纷纷调整能源政策，寻找矿物质能源的替代产品，生物质能源作为一种可替代石油、天然气的可再生清洁能源，得到了世界各国的普遍关注和重视。生物质能资源种类繁多，利用技术多样。生物质能包括农作物秸秆、林业剩余物、油料植物、能源作物、生活垃圾和其它有机废弃物。从能源作物提炼出来的生物柴油可以取代石油，减少人类对石油的过度依赖。因而能源作物的开发与种植，不仅使能源可再生和综合利用，减少环境污染，也为农业经济的复苏创造了契机，能源作物将成为人类开发再生能源的又一新途径。二、能源作物发展优势能源作物与普通农作物相比，减少了化学药品使用，减少了土壤侵蚀，不管是否大量或少量增施化肥，长期种植不存在问题，与生物多样性和农业生态景观结构有密切联系；从技术与经济安全角度看，能源作物具有脱盐效应，在地中海沿岸种植甜高梁，可实现4年脱盐，土地恢复速快；把能源植物引入作物生产系统，在易侵蚀土地、湿地和边缘土地种植，则有利于改善生态环境，促进农业经济发展。意大利在甜高梁种植试验中发现甜高粱能够有效地降低土壤氮库，并获得高产。在瑞典，有60％土地可以持续种植能源作物25年甚至更长。对速生林和芦苇等能源作物栽培的环境效益研究表明，除了降低二氧化碳和氧化氮物释放外，还能提升土壤肥力、减少养分流失。三、国内外能源作物研究1、国外能源作物研究现状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成功后，在全球迅速掀起了一股开发研究能源植物的浪潮。有许多国家都制订了相应的开发研究计划，如巴西的酒精能源计划和全球最大的生物质能源项目普罗阿克尔(ProAleoo1)、美国的能源农场、欧盟的能源发展战略等。在产乙醇的能源作物方面，能源甘蔗最早是美国植物生理学家Alexander利用甘蔗和热带能源草本植物杂交选育而成，它的生物产量比糖料甘蔗高1倍左右，乙醇发酵年产量高达23—26t／hm2。巴西已育成糖、能兼用高产甘蔗品种和木薯高产品种。同时，还进行了施肥、灌溉、采收等栽培技术的改进，甘蔗新品种的试验产量已达到253t／hm2，每吨甘蔗的酒精产量为79L。在产生物柴油的能源作物方面，巴西提出了植物油代替柴油计划后，进行了生物柴油能源作物引种与选育种研究。1)能源作物品种选育和栽培技术改进2)生物能源提取和开发利用走在生物能源提取工艺世界前列的主要有美国、巴西、日本、芬兰、瑞典等国。在生物柴油燃料方面，菜子油、葵花籽油、棕油等植物油通过转化成酯，用于内燃机和柴油机已在很多国家获得了成功。目前，美国正推广使用B20新型柴油，完全适用于各种动力机械。德国从油菜子中提炼高辛烷值汽油技术大大节省了日常消耗的柴油用量。2、国内能源作物研究现状

我国能源作物研究起步晚，与巴西、美国等生物能源大国有较大差距，但近几年已取得很大的进展。1）能源作物选育种和栽培技术研究方面我国于1982年开展了能源作物的资源调查。“八五”期间，针对小桐籽、绿玉树等产生物柴油原料进行了系统的研究，研究内容涉及油脂植物分布、选择、培育、遗传改良及其加工工艺和设备研发等。2002年以后，我国在能源甘蔗、木薯、甜高粱品种选育方面取得较大进展，育出了能源甘蔗专用(或兼用)新品种“福农91—4710”、“福农94—0403”等品种和速生高产、淀粉含量高的“华南8号”等木薯良种，以及能源、饲草兼用型甜高粱新品种“能饲1号”。2）生物柴油燃料开发方面。我国生物柴油的研发虽起步较晚，但发展速度很快，部分科研成果已达到国际先进水平。目前，各方面都取得了阶段性成果，海南、四川、福建等已开发出了拥有自主知识产权的生物柴油生产技术。3）燃料乙醇开发方面我国已拥有粮食和甘蔗糖蜜酒精生产的经验和技术。我国酒精行业出酒率已接近世界水平，淀粉利用率达到85％～92％，淀粉出酒率为53％～55％，而且现在已经研制出集糖化酶和淀粉酶于一体的特种酶，使用这种酶可以省去原有的糖化工艺，降低生产成本。四、能源作物应用实例甜高粱芒草甘薯油菜1、能源作物之芒草芒草是各种芒属(MiscanthUSAndress．)植物的统称，属于禾本科(P0aceae)黍亚科(Panicoideae)蜀黍族(Andr0pogoneae)。芒草的种问、种内多样性复杂，据《中国植物志》记载，全世界芒属植物可分13个种，我国有8个种J，但有关种的数目、划分及其亲缘和演化关系，学术界尚存争议。为什么芒草能作为能源作物Heaton等总结了理想能源作物的特征，包括：C光合途径，冠层持续时间长，多年生(无需每年耕种)，无明显病虫害，春季生长速度快、胜过杂草，不育(防止“逃逸”)，在土壤中贮碳(土壤修复和减碳的工具)，秋季将营养分配回土壤(降低养分需求)，低养分含量如含氮、含磷量<200mg／MJ，水分利用效率高，在田间风干(无干燥成本)，冬季直立性好(按需收获、无储藏成本)，使用现有农机具，选择性市场(高品质纸、建筑材料和发酵)；对照上述14项特征，第一代能源作物玉米符合4项、短期轮作木本植物符合7项，三倍体芒草一奇岗则全部符合。因此，芒草被公认为是理想的能源作物能源作物芒草的发展战略第一、加快芒草种质资源的收集与保护芒属植物在我国的分布范围极广，大致18°N-50°N，98°E～135°E。组织力量在全国开展芒草资源调查和收集，对我国芒草资源的保存和开发利用具有十分重要的意义。目前，湖南农业大学已建有一个能保存1000份以上芒属野生种质的资源圃，但我国究竟有多少芒属植物资源尚不清楚。第二，强化芒草种质创新和新品种培育我国对芒属植物的研究刚起步，与芒草种质创新和新品种培育相关的遗传学研究不仅少、而且很零散。因此，亟需在全国范围内加强组织协调，利用我国丰富的芒草资源，根据其分布特点和开发利用途径，统一部署芒草的种质创新和新品种培育。在我国7个芒草种中，芒、五节芒、荻和南荻的生物产量高”、开发潜力大，以及在欧洲已广泛研究利用的奇岗，可作为核心种质资源用于作物驯化和品种改良。第三、因地制宜发展芒草高产高效技术我国人口多、粮食需求压力大、土地资源紧张，发展能源作物只能依赖于边际性土地资源。我国地域辽阔、生态环境多样，边际性土地种类较多，如荒草地、盐碱地、滩涂、沙地、瘠薄地、旱地、渍涝地、冷湿地、污染地等，因此芒草的品种类型和生产技术必须适合当地的生态环境和边际性土地特点。根据欧洲对奇岗的研究，芒草在大面积种植时，扩繁成本高、定植当年越冬时抗寒性差是影响芒草产量的重要因素。第四、开发芒草转化利用技术与产业化模式从世界范围来看，在芒草等木质纤维素能源作物的转化利用方面，压缩成型、直接燃烧或与煤混燃发电以及沼气发酵等技术已基本成熟，并具备产业化条件；而纤维素乙醇转化、高温裂解气化等技术近年来虽有所进展，但尚处于研发和示范阶段。目前，我国芒草的转化利用技术与欧美国家还有较大差距，更没有建立芒草品种培育、规模化推广种植和商业化转化利用的产业化模式。因此，在引进国外先进技术和相关设备、提升我国芒草转化利用技术水平的同时，应积极组织高等院校、科研机构和能源企业等多方面力量，根据各地芒草种质资源状况、边际土地类型和数量以及芒草转化利用技术水平等条件，在全国范围内设计、部署芒草产业化模式的试验和示范，从而推动我国能源作物芒草产业的快速发展。

甜高粱2、生物质能源——甜高粱甜高粱是“高能作物”，其籽粒即可食用，茎秆可替代粮食制燃料乙醇，还可作为纤维材料，余渣可以造纸，也可用于气化发电。更有其优越性是甜高粱能适应不同地域，不同环境，各种条件的种植，一年三熟，荒滩地、干旱地、盐碱地、沟沟坎坎、无论是北方还是南方，不受气候影响都能种植，而且不需要占用良田。优势甜高粱酒精产量每公顷可达3.92t，约为玉米的2.1倍，木薯的1.3倍，在生物能源系统中是一位强有力的竞争者。用甜高粱茎秆生产燃料乙醇比用玉米生产燃料乙醇每吨可降低成本500元左右。采用固体发酵法，设备简单，易操作；在农村建设制作发酵期间，没有污水和污物排放，从某种意义上讲，比沼气更有优势。

生物质能源甜高粱技术体系结构1、农产品现代技术体系结构建设的思路2、农产品生物质能源甜高粱现代产业技术体系研究的重点3、关注产业链环节的经济行为4、按照产业链需要有效整合现有研究力量农产品现代技术体系结构建设的思路就生物质能源--甜高粱而言，农业产业链建设的过程中其终端产品是以粗乙醇作为表现形态的；在工业产业链的延伸中，粗乙醇已成为化学工业的初始原料。生物质能源甜高粱产品的产业链（以固态发酵为例）是：种子--栽培技术--收获技术--生物乙醇农产品生物质能源甜高粱现代产业技术体系研究的重点在品质育种创新方面，应建立糖代谢类型（五碳糖或六碳糖等）育种目标；形成甜高粱糖代谢类型与菌种适配的育种标准，解决提高生物乙醇的获得率和降低工艺成本的问题；有效降低非乙醇糖代谢延长秸秆供给周期的秸秆储藏技术；有效提高有益于生物乙醇获得率的菌种选育及发酵工艺技术；副产物综合利用技术等。关注产业链环节的经济行为围绕生物乙醇精炼基地建设，开展生物乙醇的生产工厂布局

经济规模原料供给方式都体现产品经济合理配置等问题研究，将有助于推动企业投入。按产业链需要整合现有研究力量围绕能源甜高粱产业链发展的关键技术问题，在各不同的环节集中优势力量，形成精干高效有快速应变能力的研究开发团队产业链内部应形成合力，集中力量进行研究攻关，形成产业技术工艺包和产业化模式，为今后国家推广能源甜高粱产业提供决策依据。3、能源作物甘薯能源作物甘薯的应用前景生物能源侧重于产乙醇植物和燃料油植物，乙醇已经作为高效、清洁的可再生能源，再次成为各国科技工作者关注的研究热点。目前能源作物常用的有小麦、玉米、甜高粱、甘蔗和秸秆等，使用甘薯的并不多见；甘薯生育期短、淀粉含量高、高产稳产、适应范围广、抗旱性强、生产乙醇的成本较其他作物低等，被国内外众多学者认为是极其具生物乙醇生产潜力的能源作物原料。

通过对高产、高淀粉、抗糖化、抗逆性等适合工业能源加工专用甘薯品种的培育筛选，发展甘薯燃料乙醇产业，有利于缓解石油资源短缺，保障国家能源安全，对开拓农业本身的发展空间、农业深加工空间以及解决农村剩余劳动力等有着重要的意义。根据甘薯生长所需的温度、降雨和土壤条件以及土地类型等自然环境因素，依据空间数据确定甘薯在我国的空间分布及种植区域。甘薯主要的应用是用来生产燃料乙醇

甘薯生产乙醇循环流程4、能源作物之油菜能源作物油菜一、生物能源发展趋势生产生物柴油的主要原料是植物油。油菜适种范围广，种子含油量高，既是很好的食用油料作物，又是优势能源作物。我国虽然是油菜生产大国，油菜面积和产量均占世界首位，但在目前食用油料尚自给不足的情况下，必须加快油菜生产的发展，提高油脂产量。目前欧洲各国及美国、日本、泰国等已进行生物柴油规模化生产，开发和使用生物柴油的国家在迅速增加，生物柴油的发展潜力巨大。二、加快我国优势能源作物．油菜发展的建议1、高含油量品种发掘与选育

要大量生产生物柴油，就必须建立起植物油原料供应足够、稳定和保质的基地，而