资源、环境、人口是世界各国关注的三大热 点话题。在这三大问题中资源问题最为重要,资 源是国家可持续发展的基础。人口增长、经济发 展导致了不可再生能源如煤、天然气、石油等的 递减,给人类提出了合理利用不可再生能源,研 究开发次生能源的问题。生物质能又称“绿色能 源”[1],即通过植物光合作用而将太阳能以生物 质形式固定下来的能源。对生物质能的开发利用 受到许多国家的青睐。研究开发能源甘蔗在开辟 利用次生能源方面具有现实和深刻的意义,特别 是对净进口石油而又适宜发展甘蔗生产的国家或 地区,发展能源甘蔗是解决能源资源紧缺的有效 办法,能源蔗的开发利用及其相配套的技术研究 正在引起能源紧缺的热带、亚热带植蔗国家的重 视,并取得了可喜的成果。
用甘蔗直接生产酒精,以酒精作为能源与汽 油相混作动力燃料使用的历史,可追溯至上世纪 70年代。巴西是世界产蔗和产糖大国,也是首 先使用甘蔗直接生产酒精并与一定比例汽油相混 用于汽车动力燃料的国家。1975年第一间直接 从甘蔗生产酒精的工厂诞生,1976年增至14个, 到1977年仅3年时间,就达51间,酒精产量达到3650000L/天,相当于16亿L/年的生产水平, 建厂速度之快,产量之惊人,当时市场需求可见 一斑。
随后,由于石油市场价格波动、增加,一些 盛产甘蔗的国家,如南非、哥斯达黎加、巴拿马、 美国等都制定了发展能源甘蔗的研究开发计划及 其相应政策。1984年美国还考虑立法,规定凡 含10%以上乙醇或甲醇的汽油将免征汽油税。
酒精—汽油混合燃料的出现,首先在汽车业 得于应用。1977年圣保罗的汽车均用含15~20 %酒精的汽油作动力燃料。随后政府的船队、商 业汽车也采用纯酒精运行,并对引擎作技术改 进,使之也适应酒精—汽油混合燃料,并生产匹 配的发动机引擎。实践证明,使用乙醇动力的引 擎,以单位引擎重量马力计,工作效率要高30 %,而放出的一氧化碳仅为汽油的10%,且不 含铅,十分利于环保。目前用净酒精作动力燃料的引擎及其它用途的机械正在进一步的研究中。 技术进步、环保意识加强和能源的短缺,促进了 甘蔗能源等再生能源的研究与发展。
到目前为止,巴西乃是甘蔗能源生产应用及 研究领先的国家,除得天独厚的自然条件适宜种 植甘蔗外,石油资源不足也是一个重要的原因。 1999/2000年榨季,巴西甘蔗总产3亿t,产糖 1920万t,酒精150亿L(1200万t)。巴西甘 蔗用于制糖和酒精的比例45: 55[2]。圣保罗州糖 业酒精联合协会,有成员厂35间,产蔗7180万t,产糖440万t、酒精256万t。产糖大国之一的古巴也准备用部分甘蔗直接生产酒精。
甘蔗的生物学特性,决定着甘蔗的产量。甘 蔗是农作物中生物产量高的作物之一。以甘蔗作 原料除生产蔗糖、酒精外,剩下的纤维(蔗渣) 目前相当一部分企业均作为锅炉燃料,这是一种 不经济也不环保的能源浪费。其实蔗渣纤维可通 过酶促反应转化加工成酒精,这样甘蔗制酒精就 可以降低成本,增加酒精量。另一方面,通过改 革栽培制度,推广能源甘蔗优良品种等措施,大 大提高甘蔗的生物产量,仍有很大空间。
甘蔗是C4植物,光合作用通过四碳二梭酸 循环(C4-dicarboxylacid cycle),太阳能利用 率高,CO2补偿点低,CO2浓度在5.0×10-6时便 能进行光合作用,而对C3植物,若CO2低于50 ×10-6就很难进行光合作用,仅为烟草和茄属的 1/10[3]。因此,甘蔗是利用太阳能最经济的作物 之一,其光合作用率比麦、稻大1倍,是储存化 学能源的有效“机器”。
甘蔗的主要产物——蔗糖除供食用外,还是 化学工业和发酵工业的原料,在国际市场上有相 当大的贸易量,并且已具备加工、运输、仓储等 完善设施。只要太阳还照射在地球上,甘蔗就能 周而复始地生产贮存能源,通过加工甘蔗就能生 产蔗糖、酒精等可再生的能源。
和世界各国一样,随着国家经济的快速发 展,我国也面临着日趋严重的能源问题。煤、天 然气、石油等不可再生矿物资源被不断开采消 耗,可利用的资源将日趋减少。目前我国也成为 石油进口大国之一,每年需进口石油7000万t才能满足国民经济发展对能源的需求。加强可再 生能源的研究,已成为迫在眉睫的问题。国家和 地方都应加大这方面的投入,加强对能源甘蔗研 究,这是缓解能源不足的办法之一。国家正在这 方面给予支持,并且也开展了工作,但从目前的 情况看,支持的力度和宣传的力度都显得不足。 要促进能源甘蔗的发展,充分合理利用可再生资 源应加强如下的工作。
以制糖为目的的糖料甘蔗品种的选育目标是 高糖高产,对甘蔗蔗糖分的含量要求较高。若生 产作为能源的甘蔗,则在选育种方面对蔗糖分含 量的要求可低一些,有13%~14%就可以了, 而在产量和宿根性、抗性等方面则要求应较高, 即在有一定的蔗糖分基础上,群体的生物产量越 高越好。粗生、高产、耐旱、宿根性强,省工等 应是能源蔗品种应具备的特性。为促进能源蔗的发展,应有意识地加强能源甘蔗品种的选择,选 育出适宜能源用的新品种供生产之用。
从甘蔗直接生产酒精及其酒精—汽油混配作 动力燃料的技术,全世界以巴西最成熟。在这方 面,我国还处于刚刚起步的阶段。开展甘蔗能源 技术的研究与开发势在必行。在总结、研究世界 各国技术路线、技术方法、工艺流程的基础上, 结合我国实际进行技术创新,管理创新研究出适 合我国甘蔗能源发展的技术之路。生物技术和基 因工程技术的发展为甘蔗资源的应用提供了新的 技术保障。目前,甘蔗糖厂的酒精生产绝大多数 都以蔗汁或糖蜜为原料,若能通过酶法或其他现 代技术将大宗的蔗渣水解后生产酒精,这样将大 大提高资源的利用率,提高酒精的生产率,从而 达到降低生产成本的目的。
甘蔗能源的发展有赖于酒精—汽油或单用酒 精动力机械。加强对酒精动力适用机器的研制, 直接关系到甘蔗能源的发展,从改进汽车汽缸引 擎以及船舶引擎着手,研制适应于使用酒精——汽油混配或单独使用酒精作动力燃料的适用机器是 大力发展能源甘蔗的当务之急,国家在这方面应 给予投入。
能源甘蔗是再生资源利用的一条有效途径, 矿物不可再生能源资源的减少,石油价格的脆 升,越来越引起热带、亚热带产糖而石油净进口 国的重视。试图通过发展能源甘蔗来减少或替代 部分石油的进口,以满足对能源的需求。在巴西 1 t甘蔗(蔗糖分14%)产酒精90 L(96°), 即13.6 t蔗产1 t酒精,生产1 t酒精的甘蔗 可产糖1.7吨,与糖相比酒精的成本较高。因此, 在能源甘蔗发展初期,政府应给予优惠的政策。 如美国对含酒精的燃油免征汽油税,巴西在相当 一段时间政府对酒精给予免税和补贴[4],时至今 日,仍然给予干预和保护,以保持糖、酒精价格稳定。我国也可借鉴此经验,在发展能源蔗的初 期出台优惠政策,给予免征税,放宽贷款,适当 补贴等优惠条件,扶持我国可再生能源甘蔗能源 的发展。
利用甘蔗直接生产酒精替代汽油发展能源甘 蔗在我国还是一件新生事物,处于发展的初级阶 段,但由于能源甘蔗具有可再生性,是一种具旺 盛生命力的可再生能源,只要太阳存在就可以源 源不断生产出能源,供经济建设之需,能源短缺 而盛产甘蔗的热带、亚热带国家注定要走这条为 能源而生产甘蔗的道路。同时利用甘蔗交替生产 糖和酒精,以调节食糖市场价格,特别是在国际 糖价大大低于国内市价时尤为重要。发展能源甘 蔗是一条开辟利用再生能源的有效途径。
[1] | 鲍云樵.论我国后续能源发展战略.科技导报,2 002(11):47~49 (![]() |
[2] | 钮公藩.赴巴西、古巴、墨西哥和泰国糖业考察报告(上).广西蔗糖,2 001(1):54~59 (![]() |
[3] | 骆君骕甘蔗学.北京:中国轻工业出版社,1992,77~100 (![]() |
[4] | 钮公藩.赴巴西、古巴、墨西哥和泰国糖业考察报告(下).广西蔗糖,2001(2):53~59 (![]() |