“能源草”：“種”出石油 保護環境
能源危機的今天,人們期盼能找到一種"能源植物",春播綠草,秋收石油……現在這個夢想正一步步變成現實
"北京正在實驗種植纖維素類草本能源植物(簡稱能源草),探索獲取生物質能源的新形式。"近日,北京草業與環境研究發展中心副研究員左海濤博士,暢談了能源植物的美好未來。他說,"能源草"全身是寶,它不僅能在生長過程中消耗二氧化碳、降低溫室效應,改良貧瘠土壤,還能作為燃料原料。未來地里真能"種"出石油。
我國約4000種能源植物
可生產燃料還保護環境
左海濤博士說,石油是不可再生的能源,它的枯竭是不可避免的。所以許多國家都在進行替代能源的研究,能源植物的研究便應運而生。
能源植物指能量富集型的植物,它們通過光合作用固定二氧化碳和水,將太陽能以化學能形式儲藏在植物中,除直接燃燒產生熱能外,還可轉化成固態、液態和氣態燃料。
能源植物不僅能生產燃料,還能保護環境。
首先,能源植物不含硫化物,因此不會形成酸雨污染大氣。
其次,它們還可以通過生物分解避免對土壤、地下水的污染。種植能源植物,不僅可阻止土壤的流失,還可重新建立新土壤層。
能源植物分布面積廣,屬于可再生資源,若能因地制宜地種植,完全可以實現就地取材,化木為油,省卻了礦物能源勘探、鉆井、開采和提煉等過程,也減少了產油區與工業區之間的長途運輸、管道輸送,大大降低成本。
最后,能源植物沒有核能的危險性以及風能、潮汐能和地熱能的局限性。
左海濤表示,有必要摸清我國能源植物的"家底",才能讓生物質能源發展的步伐更穩健。我國約有4000種植物具有能源開發價值,其中有的含油率很高。如木姜子的種子含油率達66.4%,黃脈釣樟的種子含油率高達67.2%。
北京篩選種植3種能源草
4.5噸能源草約轉化1噸乙醇
能源植物這么好,北京適合種哪些呢?
左海濤博士說,能源草是最受青睞的新興能源植物,也是最有發展前途的生物質能源之一。
針對京郊邊際土地類型和氣候特點,北京草業與環境研究發展中心已篩選出適合北京地區種植的3種能源草:柳枝稷、蘆竹和荻。今年開春在昌平區馬池口鎮種的能源草,如今已經郁郁蔥蔥,不久就可以收割了。目前本市已在密云、延慶、大興和昌平等地選擇具有代表性的地塊(總計3000畝)進行了試種植。
能源草富含碳氫化合物,炭活性高,熱值高,燃燒后產生的污染物少,可有效減輕溫室效應,而且還可起到固沙、改善土壤、綠化荒地的作用。能源草還能克服利用作物秸稈發展生物質能源存在的生態風險,解決谷物生產燃料乙醇所造成的糧食和飼料原料短缺等問題。
據測算,平均每噸能源草干物質的熱值相當于0.65噸標準煤的熱值,同時富含植物纖維素的能源草還可以用來提取乙醇,約4.5噸的能源草干物質就可以轉化約1噸的纖維素乙醇。
北京市適宜植被恢復的邊際土地(荒地、灘地、鹽堿地、沙地和裸露土地)近200萬畝,如果全部種植能源草,年產值可達到6至17億元,可替代標煤229至267萬噸,減少二氧化碳排放600至700萬噸。
產業化尚存兩個誤區
開發前景與轉化技術相關
左海濤博士認為,生物質是可用來持續性生產替代性液體燃料的唯一資源。能源草作為專用能源植物的一種,其開發利用的前景與生物質能源轉化利用技術的發展息息相關。近年來,生物質能源轉化利用技術取得了長足的進步,包括生物質氣化技術、纖維素乙醇轉化技術、直燃發電技術、固化燃料技術等等。
但每當談論生物質能源產業化的時候,往往存在兩個誤區。一是提出加工成本過高的問題。美國最新的催化反應技術可以把生物質直接轉化成液體燃料(汽油和柴油),其品質相當于、甚至超過了化石類汽油和柴油,而加工轉化成本小于每升2元人民幣。目前北京種植能源草每年每畝地成本70元至80元人民幣,約產出3噸能源草,按照實驗室的4.5:1的提取比例,每畝地可生產液體燃料約0.67噸。
二是提出利用生物質轉化能源的能源效率問題。美國CERES公司按照化石能量比值,即每消耗單位化石能源可提供給用戶的能量,對生物質能源的能源效率進行了評價。結果顯示:火力發電為0.45,汽油為0.81,玉米乙醇為1.36,而纖維素乙醇為10.3。問題的關鍵在于,我們習慣于忽略用煤發電和用原油提煉汽油或柴油的過程中大量的能源消耗問題。
生物質能源前景廣闊
50年后將改變能源結構
目前生物質原料的價格還較低,根據不同的利用方式和生物質原料的品質,我國每噸生物質原料的價格為150至450元人民幣。如果按照熱量等價計算,當國際原油價格在每桶20美元時,生物質原料的價格應該為每噸350元人民幣;當國際原油價格在每桶100美元時,生物質原料的價格應該為每噸1750元人民幣。
生物質能源轉化利用技術的發展正以超乎常人想象的速度進行著。假設,上述最新的催化反應技術普及推廣后,就意味著生物質原料的地位將和原油地位等同,即未來生物質原料的價格將會大幅度提高。
專家認為,生物質能源將成為未來可持續能源的重要部分,隨著石油的日益稀缺和技術的逐步提高,50年后"能源植物"將改變地球的能源結構。
能源植物分三類
按照化學成分,能源植物分為三類:
第一類是富含碳水化合物的能源植物。包括富含糖的能源植物,如菊芋、甘蔗、甜高粱等;富含淀粉的能源植物,如木薯、玉米、甘薯;富含纖維的能源植物,如芒草、桉樹等。利用這些植物可得到生物柴油、燃料乙醇和燃氣。
第二類是富含油脂的能源植物,如油菜、向日葵、棕櫚、花生等。這類能源植物既是人類食物的重要組成部分,也是工業用途非常廣泛的原料。
第三類富含油脂類似石油成分的能源植物,如麻瘋樹、油楠、油棕、銀合歡、香膠樹等,可直接產生接近石油成分的植物,其主要成分是烴類,如烷烴、環烷烴等,富含烴類的植物是植物能源的最佳來源,通過脫脂的處理可作為柴油使用。
各國爭建"能源農場"
1公頃大戟1年收獲25桶石油
目前,許多國家都開展能源植物或石油植物的研究,并通過引種栽培,建立新的能源基地,如"石油植物園"、"能源農場"等,以此滿足對能源結構調整和生物質能源的需要。
美國科學家通過試種發現,種植1公頃含油大戟,一年可收獲25桶生物石油,這些生物石油經改進制成的清潔燃料,成本低于天然能源。大戟原產巴西,把這種含油植物的樹皮割開就可流出膠汁般的汁液,它的成分與石油相似,化學特性同柴油相仿。更為神奇的是它不需任何加工提煉就可以直接作為燃料油使用,如果經過簡單加工還可以提煉出汽油。這種樹每棵每年可產膠汁40~60公斤,是最理想的可直接提供生物石油的植物。
巴西試種油棕樹,3年后開始結果產油,每公頃可產油1萬公斤。
目前,瑞士正準備種植10萬公頃能源植物,借此解決每年50%左右的石油需求量。
而英、法、俄等國也相繼開展了能源植物的研究與應用。
在菲律賓和馬來西亞,有一種被譽為"石油樹"的銀合歡樹,這種樹分泌的液汁石油成分含量很高。經專家測試,某些野草也含有類似"石油"的成分,美國加利福尼亞州境內廣泛生長著一種野草,由于黃鼠等嚙齒動物都害怕它的氣味,當地人稱其為"鼠憂草",1公頃面積的鼠憂草可提煉1噸"石油",若經過雜交人工種植,每公頃產量可高達6噸。
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