芒、荻作為草本能源植物的應(yīng)用前景分析

趙婧

（內(nèi)蒙古大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，呼和浩特010000）

引言

石油、煤炭、天然氣等傳統(tǒng)能源都是不可再生能源，并且在燃燒中會(huì)釋放大量的二氧化碳、二氧化硫等氣體，導(dǎo)致溫室效應(yīng)、酸雨等環(huán)境污染問題頻發(fā)，對人類的生存產(chǎn)生了很大的威脅。隨著我國石油能源的日益枯竭，生物質(zhì)能源開始成為世界各國關(guān)注的一個(gè)研究焦點(diǎn)。與傳統(tǒng)的不可再生能源相比，生物質(zhì)能源能夠?qū)諝庵械亩趸歼M(jìn)行固定，是一種可再生的綠色能源。近年來，不少生物質(zhì)能源的研究開始集中在芒、荻等能源植物方面。

1 芒、荻的種類及特點(diǎn)分析

芒、荻屬于纖維素類能源植物，屬禾本科，其灰分含量低，熱值高，干物質(zhì)產(chǎn)量高。作為生物質(zhì)能源資源，它們具有以下優(yōu)點(diǎn)：生長快，產(chǎn)量高，一年可產(chǎn)出1～2次，一次種植可受益10年以上；抗旱、耐瘠薄能力強(qiáng)，適應(yīng)性廣，可利用邊際土地種植，充分利用土地資源；是綠色能源，有利于環(huán)境保護(hù)和清潔能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；用途廣泛，可用于氣化爐、熱解等能源轉(zhuǎn)化或者直接燃燒，也可用于纖維素乙醇的制備；不受風(fēng)能、地?zé)崮芤约俺毕艿鹊木窒蓿矡o核能危險(xiǎn)性；具有經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，有助于能源壓力的緩解、環(huán)境保護(hù)，并能夠促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

2 芒、荻能源植物的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1989年，歐洲啟動(dòng)了 “歐洲JOULF計(jì)劃”，自此開始了將草本植物作為生物質(zhì)能源的研究，其研究以芒屬植物為主，隨后，又分別啟動(dòng)了 “歐洲AIR計(jì)劃”和“歐洲FAIR計(jì)劃”，在全歐范圍內(nèi)引發(fā)了芒屬植物生物質(zhì)能源研究的熱潮，其研究主要集中在植物的雜交、生殖、發(fā)育、管理、收獲、加工等方面[1]。20世紀(jì)90年代，巨芒草基因型的芒被研究出來，它的生產(chǎn)性完全滿足了生物質(zhì)能植物的要求。然而，由于其存在建植成本高、越冬性差和遺傳基礎(chǔ)狹窄的問題，因此在實(shí)際應(yīng)用中受到了很大的阻礙。在隨后的研究中，人們開始進(jìn)行不同地區(qū)、不同環(huán)境條件下以及以遺傳為基礎(chǔ)的抗病蟲害芒的研究。

我國的草本能源植物研究起步較晚，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于歐美等國家。我國草本能源植物研究主要集中在能源植物種質(zhì)資源的篩選、品種選育和轉(zhuǎn)化工藝等方面。寧祖林等[2]研究了纖維禾草的熱值和灰分動(dòng)態(tài)變化，并指出，五節(jié)芒的干重?zé)嶂蹬c灰分含量呈極顯著的線性相關(guān)，且芒的去灰分熱值較高。潘一晨等[2]調(diào)查了遼寧省范圍內(nèi)的幾種野生禾本科草類植物的自然種群特征，并指出，芒、荻的生長速度、凈光合速率都很快，因此產(chǎn)量很高，符合能源禾草的要求。宗俊勤等[3]研究了7種高大禾草的表型特性及生物質(zhì)成分，并指出，在所有材料中，芒、荻的灰分是最低的，而干物質(zhì)年產(chǎn)量、燃燒值、折合標(biāo)準(zhǔn)煤都是最高的，其中芒被認(rèn)為是更適合我國的優(yōu)良的生物質(zhì)能源植物。

3 芒、荻能源植物的國內(nèi)外利用現(xiàn)狀

芒、荻作為最具能源植物潛力的禾草，歐美國家和地區(qū)對其能源的轉(zhuǎn)化和利用開展了大量系統(tǒng)的研究。到目前為止，芒、荻能源植物的利用研究主要集中在纖維素燃燒轉(zhuǎn)化技術(shù)方面，并且這一技術(shù)也在不斷普及和發(fā)展成熟，尤其是在纖維素高溫裂解和氣化技術(shù)方面獲得了較大的進(jìn)展。不少研究工作都非常關(guān)注纖維素生產(chǎn)乙醇，高效水解發(fā)酵以及低成本原料生產(chǎn)。美國已經(jīng)通過研究將多種方式應(yīng)用于芒、荻等此類植物的能源生產(chǎn)中，主要包括通過生化轉(zhuǎn)化生產(chǎn)乙醇或甲烷，以及通過熱解和氣化作用生產(chǎn)甲醇等。Annette等[3]在將其應(yīng)用于燃料乙醇的生產(chǎn)研究中指出，將稀酸法、濕法爆破和酶的預(yù)處理三種方法相結(jié)合能夠得到最高的糖產(chǎn)量。中國在沼氣、生物質(zhì)氣化、生物質(zhì)壓縮成型等式方面也取得了一定的進(jìn)展。

4 芒、荻能源植物的應(yīng)用前景

一方面，隨著世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，以及人口數(shù)量的增加，對能源的需求量也日益增多，尤其是我國現(xiàn)在已經(jīng)成為石油進(jìn)口和消費(fèi)大國。石油資源的日益枯竭給我國的可持續(xù)發(fā)展帶來了極大的壓力。在這種背景下，我國提出要積極開發(fā)可再生能源，并制定中長期發(fā)展規(guī)劃，其中，生物燃料乙醇年利用量達(dá)到要在2020年達(dá)到1000萬，這就必須要在生物質(zhì)能源的研究中投入更多的精力。另一方面，我國擁有廣闊的土地面積，可開發(fā)的后備土地資源面積為8254萬hm2，擁有大量的可利用荒山、荒地等資源，可用于能源作物的種植，這就為生物質(zhì)原料作物的種植奠定了基礎(chǔ)。另外，雖然我國的生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展中還存在較多的漏洞，例如市場發(fā)育不健全、體制不完善、技術(shù)落后等問題，但是這些問題通過研究都可以有效解決[4]。因此，今后，要將研究集中在適宜我國土地類型的材本能源植物資源的收集、鑒定以及評價(jià)，選育出耐受能力強(qiáng)的優(yōu)良品種，并積極開展其栽培管理和生物質(zhì)品質(zhì)特性的相關(guān)研究，同時(shí)還要對其開發(fā)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而進(jìn)一步促進(jìn)我國生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

5 結(jié)語

總的來說，開發(fā)能源植物是解決能源危機(jī)和環(huán)境問題的必然趨勢，是可持續(xù)發(fā)展的必由之路。芒、荻等草本能源植物，光合固碳效率高、生長快、適應(yīng)性強(qiáng)、病蟲害抗性強(qiáng)、生產(chǎn)力高，對環(huán)境友好，被國內(nèi)外公認(rèn)為最具潛力的能源植物，是目前研究最為集中且最有發(fā)展前途的生物質(zhì)資源?，F(xiàn)在芒、荻等草本能源植物已經(jīng)作為首選的生物質(zhì)能源植物在歐洲、美國等發(fā)達(dá)地區(qū)得到了廣泛的重視，但是在中國僅僅用于水土保持、造紙、飼料等。在今后的發(fā)展中，要更加關(guān)注將芒、荻作為生產(chǎn)生物質(zhì)原料的研究。

[1]侯新村，范希峰，武菊英，等.挖沙廢棄地草本能源植物生物質(zhì)品質(zhì)對氮肥的響應(yīng).中國草地學(xué)報(bào)，2011，33，(1)

[2]李翠，王慶海，肖波，等.3種草本能源植物對Zn脅迫的生理響應(yīng)與積累特性.草業(yè)科學(xué)，2013，30，(10)

[3]侯新村，范希峰，武菊英，等.草本能源植物修復(fù)重金屬污染土壤的潛力.中國草地學(xué)報(bào)，2012，34，(1)

[4]范希峰，左海濤，侯新村，等.芒和荻作為草本能源植物的潛力分析.中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2010，26，(14)