甜菜作為能源作物的優(yōu)勢及其發(fā)展前景

金明亮，賈海倫

（黑龍江大學(xué)農(nóng)作物研究院，哈爾濱150080）

甜菜作為能源作物的優(yōu)勢及其發(fā)展前景

金明亮，賈海倫

（黑龍江大學(xué)農(nóng)作物研究院，哈爾濱150080）

從種植，生產(chǎn)工藝，經(jīng)濟效益等方面論述了甜菜作為能源作物的優(yōu)勢，并討論了其存在的問題及發(fā)展前景。

甜菜；能源作物；優(yōu)勢

石油能源是當(dāng)前國際上的工業(yè)經(jīng)濟戰(zhàn)略要素，直接關(guān)系到每個國家的工業(yè)化、現(xiàn)代化和人民生活水平的提高，甚至影響到戰(zhàn)爭與和平，所以石油問題己經(jīng)是國際性的問題。目前，世界上的石油儲備量僅夠使用50年左右，而中國的石油按照目前的開采量則至多可使用30年[1]。所以，尋找一種可再生能源作為石化產(chǎn)品的替代品變得愈加重要。生物質(zhì)能是以生物質(zhì)為載體的能量，即蘊藏在生物質(zhì)中的能量，是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而貯藏在生物質(zhì)內(nèi)部的能量形式[2]。生物質(zhì)能源是可再生能源，因其具有可貯藏性及連續(xù)轉(zhuǎn)化能源的特征，成為最有前景的替代能源。燃料乙醇是生物質(zhì)能中最主要的能源之一，也稱燃料酒精。它是一種清潔的可再生能源，在整個生產(chǎn)和使用循環(huán)中，不會增加溫室氣體的排放。作為新的替代能源，燃料乙醇的研究和應(yīng)用已被許多國家擺到了重要的戰(zhàn)略地位，因此，采用農(nóng)作物原料發(fā)酵生產(chǎn)無水乙醇全部或部分替代汽油應(yīng)用前景廣闊。

英國學(xué)者Bassam在其著作“Energy Plant Species”中指出，能源植物是指那些一年生和多年生植物，其栽培目的是生產(chǎn)固體、液體或氣體能源材料[3]。2006年1月，我國頒布實施的《中華人民共和國可再生能源法》定義的能源作物是指經(jīng)專門種植,用以提供能源原料的草本和木本植物[4]。近幾年，人們開始研究糖料作物制取乙醇，其中甜菜因其特有的優(yōu)勢成為最具潛力的能源作物。

1 國內(nèi)外利用甜菜生產(chǎn)乙醇的現(xiàn)狀

20世紀(jì)90年代末，由于受世界食糖市場高度不穩(wěn)定和石油能源緊缺的影響，少數(shù)發(fā)達(dá)國家便開始嘗試選育能源甜菜的研究，并以甜菜為原料轉(zhuǎn)化燃料乙醇。日本在1997年由日本科技振興會撥款制定了能源甜菜研究開發(fā)的10年發(fā)展規(guī)劃，進(jìn)展順利[5]。而英國則在此之前就開展了這方面的研究，在世界上取得領(lǐng)先地位。德國建造了歐盟最大的以甜菜為原料年產(chǎn)3.5億L的乙醇工廠。法國在2004年生產(chǎn)10萬t乙醇，其中70%是用糖甜菜生產(chǎn)，30%由糧食生產(chǎn)[6]。

同時，我國在利用甜菜生產(chǎn)乙醇方面也做出了卓有成效的工作。中國糖業(yè)協(xié)會在2006年高度重視能源甜菜生產(chǎn)燃料乙醇，作出長遠(yuǎn)規(guī)劃，要求國內(nèi)有條件的企業(yè)研究利用甘蔗和甜菜生產(chǎn)燃料乙醇[6]。香港和寶國際2006年開始擁有具自主知識產(chǎn)權(quán)、處于世界領(lǐng)先地位的生物活性引進(jìn)生產(chǎn)非糧食類乙醇技術(shù)，這一技術(shù)具有投資少，成本低，出酒率高，生產(chǎn)工藝兼容性強，污染程度低等一系列明顯優(yōu)勢，已獲得高新技術(shù)項目認(rèn)定[7]。新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院培育的甜菜JNY7208等4個新品系，含糖17.38%，產(chǎn)量61.4t/hm2,折合每公頃產(chǎn)95%乙醇5909kg[7]。2007年3月18日，寧夏平羅縣和武漢地博石化公司，河南中促實業(yè)有限公司，寧夏銀湖酒精有限公司簽訂利用甜菜生產(chǎn)燃料乙醇24萬t項目協(xié)議，國家發(fā)改委基本同意將寧夏車用乙醇列入擴大試點范圍，在平羅縣建設(shè)燃料乙醇廠[6]。

2 甜菜作為能源作物的優(yōu)勢

2007年6月7日，國務(wù)院召開可再生能源會議要求，中國發(fā)展生物燃料乙醇，必須要遵循三個“不得”的原則，即不得占用耕地，不得消耗糧食，不得破壞生態(tài)環(huán)境[4]。相比于甘蔗、玉米和甜高粱，甜菜具有一些特殊的生長特性，用其生產(chǎn)燃料乙醇可以更好地遵循該原則。

2.1甜菜作為能源作物的種植優(yōu)勢

2.1.1 抗逆性較強，種植范圍廣盡管甘蔗的生物產(chǎn)量相對較高，但它屬于喜溫、喜光的熱帶、亞熱帶植物,

這樣的生態(tài)條件只有中國南方的幾個省區(qū)具備，而這些地方常常是地少人多，用于種植能源甘蔗的耕地十分有限；而甜菜比較抗寒，生長最低溫度4～5℃，子葉期能耐受短期-3℃低溫，1對真葉期能抵抗短期-5℃左右的低溫，甜菜在春季低溫、無霜期短的高海拔和高緯度地區(qū)種植[9]，中國絕大部分地區(qū)都適宜種植甜菜，在這方面恰恰可以克服甘蔗的不足。甜高粱與甜菜的抗逆性相仿，但甜高粱莖稈中的糖分極易轉(zhuǎn)化，加工期只有20d左右。這一問題至今尚未突破，而甜菜不存在這樣問題，它的加工期長達(dá)半年。

2.1.2 不與糧食爭地與玉米生產(chǎn)燃料乙醇相比，雖然利用玉米生產(chǎn)燃料乙醇工藝最成熟，但玉米生產(chǎn)對土地、氣候條件的要求遠(yuǎn)比甜菜要高，且玉米為糧食作物，“十一五”期間國家從戰(zhàn)略上統(tǒng)籌規(guī)劃，引導(dǎo)生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，要求生產(chǎn)原料多種，堅持“因地制宜，非糧食為主”。甜菜耐鹽堿，在糧食作物產(chǎn)量不高或不穩(wěn)定地區(qū)，或不可以種植玉米等糧食作物的鹽堿地也可以正常種植甜菜[9]。

2.2甜菜作為能源作物的工藝優(yōu)勢

由表1可知：谷物和薯類等作物制取乙醇時，需要調(diào)節(jié)溫度和pH值，加熱使淀粉水解為單糖后發(fā)酵，該工藝比較復(fù)雜，成本也比較高；用纖維素類物質(zhì)轉(zhuǎn)化乙醇，其加工工藝是對秸稈等纖維原料進(jìn)行預(yù)處理，加酸或酶使其水解為單糖后發(fā)酵，由于植物纖維的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，完成水解比淀粉困難得多，并且目前水解纖維素的酶成本都極高，而用甜菜、甘蔗和甜高粱等作物生產(chǎn)燃料乙醇，其加工工藝是對原料進(jìn)行處理后，不需要添加酶，直接接入菌種發(fā)酵最后進(jìn)行蒸餾和脫水，便得乙醇。該工藝簡單易行，工藝成本最低[10]。

2.3甜菜作為能源作物的產(chǎn)量及效益優(yōu)勢

吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院的李文等做過幾種能源作物單位面積產(chǎn)酒精比較試驗，甜菜年每公頃酒精產(chǎn)量略高，為2915～5600kg。甜高粱為年每公頃產(chǎn)酒精2600～4880kg，玉米為年每公頃產(chǎn)酒精2113～3580kg[11]。其中甜菜的經(jīng)濟效益最高，每噸可達(dá)1140～2070元（表2）。

表1 不同原料生產(chǎn)工藝技術(shù)的特性對比

表2 東北地區(qū)制取燃料乙醇3種原料作物間的比較

3 甜菜作為能源作物的問題及前景

能源問題已經(jīng)成為世界性的問題，發(fā)展燃料乙醇產(chǎn)業(yè)不僅有助于保證能源供應(yīng)安全，改善生態(tài)環(huán)境，而且還能為農(nóng)民和企業(yè)的增收開辟新途徑，甜菜乙醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展首先要解決原料問題，其次是發(fā)酵菌種和生產(chǎn)工藝問題，最后就是產(chǎn)率問題。

甜菜育種家們已經(jīng)開始嘗試選育在生產(chǎn)上表現(xiàn)出強大的雜種優(yōu)勢、抗逆性強，而且甜菜塊根產(chǎn)量高、含糖適中、綜合利用價值高的能源甜菜品種，可利用邊際性土地，來穩(wěn)定供應(yīng)甜菜乙醇產(chǎn)業(yè)，前景良好；而針對燃料乙醇生產(chǎn)過程存在的共性難題，需要篩選出適宜燃料乙醇生產(chǎn)的最佳酵母菌，研究利用甜菜生產(chǎn)燃料乙醇的最佳工藝參數(shù)[5]；同時要探索酶解同步發(fā)酵技術(shù)，充分利用甜菜原料中的纖維素和半纖維素，使甜菜中的蔗糖和纖維素都通過微生物發(fā)酵法轉(zhuǎn)化為乙醇，從而提高乙醇的產(chǎn)率，提高甜菜乙醇產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益[4]。

[1]侯偉鵬.開發(fā)甘蔗燃料乙醇,大有可為[J].廣西蔗糖，2004(2):34-35.

[2]王莉衡.能源植物的研究與開發(fā)利用[J].化學(xué)與生物工程，2010,27(4):6-8.

[3]Hussy I,Hawkes FR.Continuous fermentative hydrogen production from sucrose and sugarbeet[J].International Journal of Hydrogen Energy,2005,30(5):471-483.

[4]王亞靜，畢于運，唐華俊.中國能源作物制備液體生物燃料現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].可再生能源，2009，27(2):100-105.

[5]史淑芝，程大友，馬鳳鳴，等.生物質(zhì)能源作物-能源甜菜的開發(fā)利用[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2007，23(11):418-419.

[6]蔡葆，張文彬，黃彩云.開發(fā)能源甜菜產(chǎn)業(yè)勢在必行[J].中國糖料，2009(1):76-80.

[7]佚名.寧夏：甜菜乙醇實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)[EB/OL].http://www.china-9.net/news/shownews.asp?id=8575，2008-4-8

[8]王燕飛，秦新政，張立明，等.能源甜菜的篩選及生產(chǎn)酒精初步研究[J].中國糖料，2006(3):19-21.

[9]蔡葆，姜淑芬.發(fā)揮甜菜優(yōu)勢開發(fā)多種產(chǎn)業(yè)[J].中國糖料，2008(1):69-72.

[10]郭月玲，江海東，張磊，等.我國主要能源植物及其開發(fā)利用的現(xiàn)狀與前景[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009(6):1057-1062.

[11]李文，王鑫，劉迎春，等.甜菜制取燃料乙醇關(guān)鍵技術(shù)及其研究進(jìn)展[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2010，26(7):354-359.

Potential for Energy Beet and Developm ent Prospect

JIN Ming-liang,JIA Hai-lun
(Research Institute of Agricultural Crops,Heilongjiang University,Harbin 150080,China)

The potential in planting,productive process and economic benefit of energy beetwere analyzed,and the problems and developmental prospectwere also discussed.

beet;energy crop;potential

S566.3

B

1007-2624（2011）01-0058-02

2010-10-25

金明亮（1986-），女，黑龍江省方正縣人，黑龍江大學(xué)農(nóng)作物研究院在讀研究生。