“能源草”：“种”出石油 保护环境
能源危机的今天,人们期盼能找到一种"能源植物",春播绿草,秋收石油……现在这个梦想正一步步变成现实
"北京正在实验种植纤维素类草本能源植物(简称能源草),探索获取生物质能源的新形式。"近日,北京草业与环境研究发展中心副研究员左海涛博士,畅谈了能源植物的美好未来。他说,"能源草"全身是宝,它不仅能在生长过程中消耗二氧化碳、降低温室效应,改良贫瘠土壤,还能作为燃料原料。未来地里真能"种"出石油。
我国约4000种能源植物
可生产燃料还保护环境
左海涛博士说,石油是不可再生的能源,它的枯竭是不可避免的。所以许多国家都在进行替代能源的研究,能源植物的研究便应运而生。
能源植物指能量富集型的植物,它们通过光合作用固定二氧化碳和水,将太阳能以化学能形式储藏在植物中,除直接燃烧产生热能外,还可转化成固态、液态和气态燃料。
能源植物不仅能生产燃料,还能保护环境。
首先,能源植物不含硫化物,因此不会形成酸雨污染大气。
其次,它们还可以通过生物分解避免对土壤、地下水的污染。种植能源植物,不仅可阻止土壤的流失,还可重新建立新土壤层。
能源植物分布面积广,属于可再生资源,若能因地制宜地种植,完全可以实现就地取材,化木为油,省却了矿物能源勘探、钻井、开采和提炼等过程,也减少了产油区与工业区之间的长途运输、管道输送,大大降低成本。
最后,能源植物没有核能的危险性以及风能、潮汐能和地热能的局限性。
左海涛表示,有必要摸清我国能源植物的"家底",才能让生物质能源发展的步伐更稳健。我国约有4000种植物具有能源开发价值,其中有的含油率很高。如木姜子的种子含油率达66.4%,黄脉钓樟的种子含油率高达67.2%。
北京筛选种植3种能源草
4.5吨能源草约转化1吨乙醇
能源植物这么好,北京适合种哪些呢?
左海涛博士说,能源草是最受青睐的新兴能源植物,也是最有发展前途的生物质能源之一。
针对京郊边际土地类型和气候特点,北京草业与环境研究发展中心已筛选出适合北京地区种植的3种能源草:柳枝稷、芦竹和荻。今年开春在昌平区马池口镇种的能源草,如今已经郁郁葱葱,不久就可以收割了。目前本市已在密云、延庆、大兴和昌平等地选择具有代表性的地块(总计3000亩)进行了试种植。
能源草富含碳氢化合物,炭活性高,热值高,燃烧后产生的污染物少,可有效减轻温室效应,而且还可起到固沙、改善土壤、绿化荒地的作用。能源草还能克服利用作物秸秆发展生物质能源存在的生态风险,解决谷物生产燃料乙醇所造成的粮食和饲料原料短缺等问题。
据测算,平均每吨能源草干物质的热值相当于0.65吨标准煤的热值,同时富含植物纤维素的能源草还可以用来提取乙醇,约4.5吨的能源草干物质就可以转化约1吨的纤维素乙醇。
北京市适宜植被恢复的边际土地(荒地、滩地、盐碱地、沙地和裸露土地)近200万亩,如果全部种植能源草,年产值可达到6至17亿元,可替代标煤229至267万吨,减少二氧化碳排放600至700万吨。
产业化尚存两个误区
开发前景与转化技术相关
左海涛博士认为,生物质是可用来持续性生产替代性液体燃料的唯一资源。能源草作为专用能源植物的一种,其开发利用的前景与生物质能源转化利用技术的发展息息相关。近年来,生物质能源转化利用技术取得了长足的进步,包括生物质气化技术、纤维素乙醇转化技术、直燃发电技术、固化燃料技术等等。
但每当谈论生物质能源产业化的时候,往往存在两个误区。一是提出加工成本过高的问题。美国最新的催化反应技术可以把生物质直接转化成液体燃料(汽油和柴油),其品质相当于、甚至超过了化石类汽油和柴油,而加工转化成本小于每升2元人民币。目前北京种植能源草每年每亩地成本70元至80元人民币,约产出3吨能源草,按照实验室的4.5:1的提取比例,每亩地可生产液体燃料约0.67吨。
二是提出利用生物质转化能源的能源效率问题。美国CERES公司按照化石能量比值,即每消耗单位化石能源可提供给用户的能量,对生物质能源的能源效率进行了评价。结果显示:火力发电为0.45,汽油为0.81,玉米乙醇为1.36,而纤维素乙醇为10.3。问题的关键在于,我们习惯于忽略用煤发电和用原油提炼汽油或柴油的过程中大量的能源消耗问题。
生物质能源前景广阔
50年后将改变能源结构
目前生物质原料的价格还较低,根据不同的利用方式和生物质原料的品质,我国每吨生物质原料的价格为150至450元人民币。如果按照热量等价计算,当国际原油价格在每桶20美元时,生物质原料的价格应该为每吨350元人民币;当国际原油价格在每桶100美元时,生物质原料的价格应该为每吨1750元人民币。
生物质能源转化利用技术的发展正以超乎常人想象的速度进行着。假设,上述最新的催化反应技术普及推广后,就意味着生物质原料的地位将和原油地位等同,即未来生物质原料的价格将会大幅度提高。
专家认为,生物质能源将成为未来可持续能源的重要部分,随着石油的日益稀缺和技术的逐步提高,50年后"能源植物"将改变地球的能源结构。
能源植物分三类
按照化学成分,能源植物分为三类:
第一类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;富含纤维的能源植物,如芒草、桉树等。利用这些植物可得到生物柴油、燃料乙醇和燃气。
第二类是富含油脂的能源植物,如油菜、向日葵、棕榈、花生等。这类能源植物既是人类食物的重要组成部分,也是工业用途非常广泛的原料。
第三类富含油脂类似石油成分的能源植物,如麻疯树、油楠、油棕、银合欢、香胶树等,可直接产生接近石油成分的植物,其主要成分是烃类,如烷烃、环烷烃等,富含烃类的植物是植物能源的最佳来源,通过脱脂的处理可作为柴油使用。
各国争建"能源农场"
1公顷大戟1年收获25桶石油
目前,许多国家都开展能源植物或石油植物的研究,并通过引种栽培,建立新的能源基地,如"石油植物园"、"能源农场"等,以此满足对能源结构调整和生物质能源的需要。
美国科学家通过试种发现,种植1公顷含油大戟,一年可收获25桶生物石油,这些生物石油经改进制成的清洁燃料,成本低于天然能源。大戟原产巴西,把这种含油植物的树皮割开就可流出胶汁般的汁液,它的成分与石油相似,化学特性同柴油相仿。更为神奇的是它不需任何加工提炼就可以直接作为燃料油使用,如果经过简单加工还可以提炼出汽油。这种树每棵每年可产胶汁40~60公斤,是最理想的可直接提供生物石油的植物。
巴西试种油棕树,3年后开始结果产油,每公顷可产油1万公斤。
目前,瑞士正准备种植10万公顷能源植物,借此解决每年50%左右的石油需求量。
而英、法、俄等国也相继开展了能源植物的研究与应用。
在菲律宾和马来西亚,有一种被誉为"石油树"的银合欢树,这种树分泌的液汁石油成分含量很高。经专家测试,某些野草也含有类似"石油"的成分,美国加利福尼亚州境内广泛生长着一种野草,由于黄鼠等啮齿动物都害怕它的气味,当地人称其为"鼠忧草",1公顷面积的鼠忧草可提炼1吨"石油",若经过杂交人工种植,每公顷产量可高达6吨。
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