1、能 源 草 生 物 液 体 燃 料 利 用 的 关 键 问 题Energy Grass Crops for Liquid Biofuel Production:Key QuestionsI致 谢感谢能源基金会 中国 可持续能 源项目 为本报 告提 供资金支 持 ； 感谢 中 国农业大学谢光辉教授、杨富裕副教授，湖南农业大学易自力教授，国能 生物发电有限公司科技发展部经理庄会永先生，康泰斯（中国）工程有限 公司副 总 裁何 翌 先 生 ， 北 京 友和翔 新 能源 科 技有 限 公 司 总经理 左 海涛 博 士， 农业部规划设计研究院孟海波博士为本报告提供信息与宝贵建议。同时也诚挚地感谢为本报告
2、提出宝贵意见与建议的业内专家与同事。报 告 作 者康利平、安锋、Robert Earley、马冬报 告 声 明本报告 所 有观 点 、 解释 、 结 论均属 作 者个 人 意见 ， 不 代 表项目 资 助 方 。 报告仅限于研究、个人学习或某个组织的内部传阅，不得翻印或者用于商 业目的。如有不妥与谬误之处，敬请读者不吝批评和指正。联 系 方 式 :北 京 市 朝 阳 区 光 华 路 丙 12 号 数 码 01 大厦 1904 室 邮 编 :100020电 话 : 010 -65857324 传 真 : 010 -65857394 网 站 : II前 言从世界各国对生物液体燃料的中长期发展规划及
3、目标，可以看出各国政府对 二 代 液 体 燃 料 寄 予 了 厚 望 ， 以 期 实 现 交 通 能 源 的 补 充 替 代 和 温 室 气 体 减 排 。第二代先进生物液体燃料的原料来源主要有两种：农林废弃物和草本能源作 物 （能源草 ） 。 目前第二 代先进生物液体燃料的研究及示范项目主要集中于农林废 弃物，尤其是农作物秸秆。而能源草在种植、收获、运输及贮藏可实现全程机械 化操作，适合规模化发展，此外，能源草对土地利用要求较低，具有较强的环境 抗逆性，可利用边际和荒弃土地种植，因此，能源草在规模化常年连续生产及土 地利用上具有较大优势。美国将柳枝稷作为主要能源草进行研究开发利用，欧盟 则重
4、点开发利用芒草、虉草及芦竹。中国拥有广泛丰富的能源草种质资源和边际 土地，在能源草开发利用上也具有较强优势。现阶段， 中国对能源草的研究开发利用， 包括品种选育、 对边际土地适应性、 稳定性、种植示范、田间管理与收集运输、燃料开发示范等方面，仍处于初始或 空白阶段，企业及社会对能源草的了解也非常有限。本报告列出能源草进行生物 液体燃料利用的关键问题，并进行了简要回答，其目的是引起科研单位、政府机 构及社会各界对能源草生物液体燃料利用的重视，起到一个抛砖引玉及信息分享 的作用。因中国能源草相关的参考资料及示范项目较少，且能源草利用的部分观 点争议 性及数据偏差仍较大， 因此， 本报告对 关键问题
5、所给出的答案及所涉数据、 观点与结论均属作者个人意见，不代表项目资助方。报告仅限于研究、个人学习 或组织的内部传阅，不得翻印或者用于商业目的。如有不妥与谬误之处，敬请读 者不吝批评和指正。3目 录1. 什么是能源草？ - 1 -2. 能 源 草 进 行 生 物 液 体 燃 料 利 用 需 具 备 哪 些 特 征 ？ .- 1 -3. 可进行生物液体燃料利用的主要能源草种属包括哪些？- 1 -4. 能 源 草 生 物 液 体 燃 料 利 用 路 径 主 要 包 括 哪 些 ？ - 3 -1) 纤 维 素 乙 醇 - 4 -2) 生 物 质 合 成 油 - 4 -3) 生 物 质 裂 解 油 -
6、5 -5. 能 源 草 其 他 交 通 燃 料 利 用 路 径 还 包 括 哪 些 ？ - 6 -1) 燃 烧 发 电 应 用 于 电 驱 动 汽 车 - 6 -2) 生 物 沼 气 应 用 于 清 洁 燃 气 汽 车 - 6 -6. 能 源 草 进 行 生 物 液 体 燃 料 利 用 的 主 要 优 势 有 哪 些 ？ .- 6 -1) 重 要 的 可 再 生 能 源 - 6 -2) 缓 解 能 源 安 全 与 粮 食 安 全 矛 盾 - 6 -3) 优 良 的 生 物 学 特 性 - 6 -4) 能 源 产 出 投 入 比 高 - 7 -5) 纤 维 素 与 半 纤 维 素 含 量 高 -
7、 7 -6) 温 室 气 体 及 污 染 物 减 排 潜 力 大 - 7 -7. 能 源 草 纤 维 素 乙 醇 与 其 他 燃 料 乙 醇 对 比 .- 7 -8. 能 源 草 纤 维 素 乙 醇 当 前 成 本 及 未 来 期 望 如 何 ？ - 8 -9. 国 际 能 源 草 发 展 现 状 及 生 物 液 体 燃 料 利 用 经 验 - 8 -1） 美 国 典 型 能 源 草 柳 枝 稷 的 研 究 与 生 物 液 体 燃 料 利 用 - 8 -2） 欧 洲 能 源 草 种 植 现 状 及 液 体 燃 料 利 用 典 型 案 例 - 11 -3） 中 国 台 湾 - 12 -10. 中
8、 国 能 源 草 进 行 生 物 液 体 燃 料 利 用 的 重 要 性 与 必 要 性 . - 12 -1） 替 代 化 石 交 通 能 源 ， 缓 解 能 源 安 全 - 12 -2） 实 现 交 通 污 染 物 与 温 室 气 体 减 排 - 13 -3） 符 合 “不 与 人 争 粮 、 不 与 粮 争 地 、 不 破 坏 生 态 环 境 ”发 展 原 则 - 14 -4） 可 利 用 边 际 及 废 弃 土 地 进 行 种 植 ， 以 解 决 生 物 液 体 燃 料 原 料 问 题 - 14 -45） 可 提 供 品 质 稳 定 的 原 料 ， 适 合 生 物 液 体 燃 料 产 业
9、 规 模 化 发 展 - 14 -11. 中 国 进 行 能 源 草 生 物 液 体 燃 料 利 用 潜 力 与 优 势 - 14 -1） 宏 观 政 策 层 面 支 持 - 14 -2） 宜 能 边 际 土 地 资 源 丰 富 - 15 -3） 纤 维 素 乙 醇 工 艺 技 术 日 趋 成 熟 - 15 -4） 纤 维 素 乙 醇 的 经 济 前 景 可 观 - 16 -12. 中 国 对 能 源 草 生 物 液 体 燃 料 利 用 的 主 要 科 技 投 入 有 哪 些 ？ - 17 -1） “973”计 划 草 本 能 源 植 物 培 育 及 化 学 催 化 制 备 先 进 液 体 燃
10、 料 的 基 础 研 究 . - 17 -2） “863”计 划 边 际 土 地 能 源 草 分 子 育 种 与 新 种 质 创 制 . - 18 -3） “863”计 划 能 源 草 高 效 制 备 生 物 天 燃 气 关 键 技 术 研 究 . - 18 -4） 国 家 科 技 支 撑 计 划 耐 盐 碱 能 源 草 筛 选 与 新 品 种 培 育 . - 18 -5） 国 家 科 技 支 撑 计 划 生 物 固 碳 潜 力 评 估 与 挖 掘 技 术 研 究 . - 18 -6） 北 京 市 科 技 攻 关 项 目 能 源 草 边 际 土 地 种 植 及 其 利 用 技 术 示 范 研
11、究 - 18 -13. 中 国 有 哪 些 机 构 正 在 进 行 能 源 草 研 究 工 作 ？ - 19 -1） 中 国 农 业 大 学 系 统 的 开 展 能 源 草 选 育 、 能 源 转 化 前 处 理 及 原 料 贮 藏 技 术 . - 19 -2） 湖 南 农 业 大 学 芒 草 资 源 调 查 、 收 集 、 评 价 及 培 育 . - 19 -3） 北 京 草 业 与 环 境 研 究 发 展 中 心 能 源 草 边 际 土 地 规 模 化 种 植 . - 20 -4） 四 川 省 草 原 科 学 研 究 院 能 源 草 种 质 资 源 研 究 . - 21 -5） 其 他 相
12、 关 研 究 - 21 -14. 目 前 中 国 能 源 草 示 范 种 植 基 地 有 哪 些 ？ . - 21 -1） 内 蒙 古 科 尔 沁 地 区 柳 枝 稷 种 植 示 范 基 地 - 21 -2） 湖 南 洞 庭 湖 南 荻 示 范 基 地 - 22 -3） 河 北 涿 州 和 北 京 上 庄 能 源 草 示 范 种 植 基 地 - 22 -4） 四 川 省 草 原 科 学 研 究 院 甘 蔗 属 能 源 草 基 地 - 23 -15. 能 源 草 进 行 生 物 液 体 燃 料 利 用 所 存 在 的 主 要 问 题 ？ . - 24 -1） 缺 乏 进 行 生 物 液 体 燃
13、料 利 用 的 优 良 能 源 草 品 种 - 24 -2） 对 能 源 草 生 物 液 体 燃 料 转 化 的 基 础 研 究 投 入 不 足 - 24 -3） 能 源 草 在 收 获 、 收 集 、 贮 存 方 面 的 经 验 仍 待 积 累 - 24 -4） 政 策 支 持 、 产 业 经 济 前 景 不 明 确 ， 企 业 处 于 观 望 状 态 - 25 -5） 农 民 对 能 源 草 的 认 知 存 在 局 限 性 ， 种 植 积 极 性 仍 不 高 - 25 -56） 能 源 草 生 物 液 体 燃 料 产 业 化 发 展 的 其 他 问 题 - 25 -16. 中 国 能 源
14、草 生 物 液 体 燃 料 利 用 的 期 望 与 建 议 ？ - 26 -1） 加 强 科 学 研 究 、 加 大 科 研 投 入 - 26 -2） 在 行 业 规 划 及 实 施 政 策 中 体 现 对 能 源 草 生 物 液 体 燃 料 利 用 的 重 视 - 26 -3） 强 化 示 范 项 目 资 金 支 持 - 26 -4） 出 台 边 际 地 认 定 标 准 及 相 关 的 财 税 扶 持 政 策 - 26 -5） 利 用 碳 税 或 者 温 室 气 体 减 排 机 制 促 进 能 源 草 燃 料 利 用 的 发 展 - 26 -6） 建 立 能 源 草 可 持 续 发 展 原
15、则 ， 尤 其 是 土 地 利 用 原 则 - 26 -7） 建 立 起 “政 府 -科 研 单 位 -企 业 -农 户 ”的 合 作 联 盟 . - 26 -8） 加 强 国 际 交 流 合 作 - 26 -能 源 草 生 物 液 体 燃 料 利 用 的 关 键 问 题1. 什么是能源草？能 源 草 ， 也 被 称 为 草 本 能 源 植 物 。 通 常 是 指 那 些 植 株 高 大 、 生 长 速 度 快 、 且 具 有 高 生 物 质产量的多年生根茎禾草，尤其是 C4 光合利 用 路 径 禾 草 1。 目 前 无 法 规 或 标 准 对 “能 源 草 ” 进 行 定 义 。进 行 生
16、物 液 体 燃 料 或 者 其 他 能 源 化 利 用 的 能 源 草 ， 一 般 都 需 要 品 种 筛 选 优 化 ， 人 工 驯 化 培 育 ， 大 规 模 种 植 。能源草收获期2. 能源草进行生物液体燃料利用需具备哪些特征？1） 光合效率高，生物产量大；2） 投入低（肥料、水、杀虫剂等）；3） 环境抗逆性强，适应性广；4） 品性持续稳定；5） 可持续发展、不破坏生态环境；6） 富含纤维素及半纤维素；7） 最好为多年生。柳枝稷3. 可进行生物液体燃料利用的主要能源草种属包括哪些？所有能源草种属均可作为生物液体燃料生产原料，目前备受关注的能源草品种 主 要 包 括 芒 草 (Miscan
17、thus Anderss.) 、 柳 枝 稷 (Panicum virgatum L.)、 芦 竹 (Arundo donax L.)、 虉 草 ( Phalaris arundinacea L.)、 杂 交 狼 尾 草 （ Pennisetum americanum x P purpureum） 、割手密（Sac charum spontaneum）等。“芒草”是芒属植物的通称， C4 光合途径，分布在东亚和东南亚地区；中国 是 芒 属 植 物 主 要 分 布 中 心 ， 共 有 6 个种 2，其中生物量高、抗逆性强的仅 4 个种，1 解 新 明 , 周 峰 ,赵 燕 慧 等 . 多 年 生
18、 能 源 禾 草 的 产 能 和 生 态 效 益 J. 生态学报. 2008.052 中国植物物种资源信息数据库芒属定义. 2 012 年 3 月 1 日查询.- 1 - 2 -分 别 是 芒 、 五 节 芒 、 荻 、 南 荻 。 此 外 ， 原 产 日 本 的 一 个 芒 、 荻 天 然 杂 交 种 奇 岗， 目前已在欧美开发种植； 芒草的株高、 产量与品种与种植区域相关， 其干物质最 高产量可达 30 吨/公顷以上， 寿命可长达20 年。柳 枝 稷 ， 也 是 一 种 C4 光 合 植 物 ； 广 泛分布于美国大部分地区， 在中国引种已有 10 多年时间，在黄土高原等北方地区 芒草有 较
19、 好 的 适 应 性 3。 柳 枝 稷 株 高 约 为 1-3米 1； 在 美 国 东 南 部 等 优 良 种 植 条 件 下 干 物 质 产 量 可 高 达 35 吨/ 公顷 ，在边际土 地上种植多年平均生物量干重为 5. 2-11. 1 吨/公顷 4；其根茎系统发达，适应性广，可应用于边际土地；收获寿命可达 10 年或者更长。柳 枝 稷 及 其 根 系荻 ， C4 光 合 途 径 ； 分 布 在 中 国 与 日 本 ； 中 国 拥 有 荻 、 南 荻 两 个 种 ， 南 荻 为 中 国特有品 种 5， 主要分布在长江流域湖区及东北、 华北地区 ； 荻草与芒草植物学特 性很类似，之前中国植物
20、物种分类将其归置于芒属或白茅属，但荻草外形小穗无 芒，而后归于荻属 6，但实际研究中也常被列为芒属植物 2。 荻 草 产 量 最 高 也 可 达 30 吨 /公 顷 以 上 ， 具 有 生 物 质 产 量 高 、 燃 烧 特 性 好 和 再 生 能 力 强 等 特 点 ， 是 最 理 想的能源草之一。芦 竹 ， C3 光 合 途 径 ； 遍 布 亚 热 带 和 温 带 地 区 ， 中 国 有 分 布 ； 株 高 3 - 6 米 1； 芦竹的生物质产量随种植地和生产条件的不同有较大变化，通常为 5 - 35 吨/公 顷，意大利 M&G 集团通过优化芦竹品种及其地域、气候和土壤条件，其最大干 物质
21、产量达到了 50 吨 /公 顷 7。 芦 竹 根 状 茎 进 行 无 性 繁 殖 ， 既 耐 寒 耐 热 ， 又 耐 涝 耐http:/ Wang H M, Xu B C, Li F R, et al. Preliminary study on growth response of Panicum virgatum L. to different sites in the Loess plateau. Research of Soil and Water Conservation, 2006, 13 (3): 91 - 93.4 Schmer M R, Vogel K P, Mitchel R
22、 B, et al . Net energy of cellulosic ethanol from switchgrassJ .Proceedings ofthe National Academy of Sciences of the United States of America ,2008, 105 : 464-4695 易 自 立 . 芒 草 研 究 现 状 及 应 用 前 景 . 芒草专题汇报会, 2011.07.09.6 中国植物物种资源信息数据库荻属定义. 2 012 年 3 月 1 日查询. http:/ Nakai7 生 物 燃 料 与 绿 色 化 学 . 康泰斯. http
23、:/ 3 -旱，也具有广泛的生态适应性。虉草，C3 光合途径；广泛分布于欧洲、 亚洲和北美的温带地区，在中国亦 有分布 1；株高 1.5 - 3.0 米，虉草的生物质产量对环境因素的依赖性较大，如土壤类型、降水量和施肥量等，干物质产量约为 5-12 吨/公顷；寿命可达 10 年。芦 竹 （ 左 ） 与 虉 草 （ 右 ）杂交狼尾草，三倍体 C4 植物，无性繁殖。是以美洲狼尾草雄性不育系基因 和非洲象草基因的杂交种。具有生长快、分蘖多、产量高、抗病、耐旱、根系发 达、营养丰富、管理粗放、用途广泛、适应全面、光合效能好等显著特点。目前 主 要 用 作 牧 草 ， 在 中 等 肥 水 条 件 下 种
24、 植 ， 亩 产 鲜 草 20-30 吨。河 北 涿 州 能 源 草 种 植 基 地 杂 交 狼 尾 草以上几种主要的能源草，大部分在我国有自然分布，种质资源丰富。4. 能源草生物液体燃料利用路径主要包括哪些？能源草生物液体燃料利用路径主要包括三条：纤维素乙醇、生物质合成燃料- 4 -和生物质裂解油 。 从工艺上来说， 主要有两种类型： 生物化工工艺和热化学工艺， 一些新兴工艺也会将两者结合。目前，能源草主要利用方式仍是纤维素乙醇的生 物化工工艺路径。1) 纤维素乙醇 目前纤维素燃料乙醇主要工艺设计为纤维生物质经预处理后，利用纤维素酶水解，酵母发酵生产乙醇，如图所示。另一种新兴的工艺路线为生物
25、质气化后利 用厌氧细菌发酵生产乙醇。纤维素乙醇可直接与汽油混合作为交通燃料使用，低 比例混合无需改变发动车装置。纤维乙醇生物化工工艺路径示意图纤维素乙醇酶解工艺已完成示范应用，达到商业化生产水平。国际大型能源 企 业 已 竞 相 进 入 纤 维 素 乙 醇 行 业 ， 如 BP， Shell， 中 石 油 等 等 ， 此 外 ， 一 些 新 兴 生物能源生产企业也竞相加入， 如加拿大 Iogen 公司 ， 巴西 Dedini 公司， 美国 POET 公司，意大利 M&G 集团，中粮集团等。中国乙醇生产企业也积极开展纤维素乙醇中试与商业化项目， 河南天 冠集团、 中 粮 集 团 分 别 完 成
26、了 3000 吨 、 500 吨 中 试 实 验 ； 并 正 筹 建 大 规 模 商 业 化 装 置 ， 天 冠 集 团 万 吨 级 生 产 装 置 已 成 功 验 收 ， 中 粮 集 团 5 万吨生产装置正在筹建中，预计2014 年可投入生产。2) 生物质合成油 生物质合成燃料生产是通过热化学和化学合成相结合的方式完成，首先通过先 进 的 生 物 质 气 化 工 艺 ， 生 产 出 生 物 质 合 成 气 ， 主 要 成 分 为 CO 和 H2， 合 成 气 经过调整 CO/H2 比， 经 费托合成过程合成生物液体燃料 。 通过控制反应条件， 如温 度 、 压 力 、 CO/H2 比 等 ，
27、 在 催 化 剂 的 作 用 下 ， 生 产 不 同 燃 料 产 品 ， 主 要 包 括 柴 油 、 甲醇、 二甲醚 。 这些生物合成油可直接替代对应的化石燃料， 作为交通能源使用。该 技 术 仍 在 研 究 和 小 范 围 应 用 阶 段 ， 德 国 科 林 公 司 （ CHOREN） 于 2008 年- 5 -建成了年产 1.5 万生物费托合成柴油示范工厂。中国在生物质合成燃料方面的研 究较少，但以煤为原料的费托合成技术已较成熟，为生物质合成油技术奠定了基 础。能 源 草 原 料 气 净预处理 化 化调整 CO/H2比例费 托 合 成产 物 分 离 提纯柴油 甲醇 二甲醚生物质合成油生产工
28、艺流程图3) 生物质裂解油生 物 质 裂 解 油 是 生 物 质 在 中 温 （ 500-600 ） 、 高 速 率 加 热 （ 104-105 /s） 和极短气体滞留时间的条件下，发生直接热解，产物经快速冷却，中间液态产物 分子在进一步断裂生成气体之前冷凝，获得生物质裂解油。生物质裂解油化学组 分复杂，品质不高，可直接或者经过精制后替代化石燃料，可替代航海或非道路 车辆燃料使用。该技术目前也在研究示范应用中，国内一些科研院所如中科院过程工程所， 浙江大学，东北林业大学分别以玉米秸秆、木屑、林业废弃物进行了中试实验， 其中东北林业大学完成了 400 吨/年的示范规模。以上三种为生物液体燃料，可
29、直接替代化石燃料应用。生物液体燃料生产工艺设备- 6 -5. 能源草其他交通燃料利用路径还包括哪些？1) 燃烧发电应用于电驱动汽车 能源草具有热值高，燃烧性能好，不污染环境等性能，是燃烧发电的良好材料。 目前主要以 5% - 20%的比例与原煤混合后燃烧发电。 生物质发电可通过电网 间接应用于电动汽车，实现交通能源替代。中国秸秆等纤维生物质直燃与混燃发电技术也渐趋成熟， 至 2010 年底， 生物质核准发电规模已超过 200 处 8。 国家在政策、 经济等上都在大力扶持生物质发电， 能 源 草 发 电 的 经 济 、 社 会 效 益 潜 力 大 。2) 生物沼气应用于清洁燃气汽车 能源草在厌氧
30、发酵的条件下，可生产沼气。沼气与天然气品性相似，经液化后 可 替 代 液 化 天 然 气 作 为 交 通 燃 料 应 用 。6. 能源草进行生物液体燃料利用的主要优势有哪些？1) 重要的可再生能源 能源草作为光合贮能作物，是一种重要的可再生能源，其开发利用在一定程度上可缓解国家能源安全 及气候变化问题，协助完成国家可再生能源规划。2) 缓解能源安全与粮食安全矛盾生 物 液 体 燃 料 在 “能 源 发 展 ”与 “粮 食 安 全 ”问 题 上 存 在 较 大 争 议 。 中 国 属 地 少 人 多 的 发 展 中 国 家 ， 该 争 议 已 成 为 2006 年至 2011 年生物液体燃料产业
31、发展缓 滞 的 重 要 原 因 。 能 源 草 为 非 粮 能 源 作 物 ， 既 不 与 人 争 粮 ， 又 可 生 产 生 物 液 体 燃 料 ， 可 化 解 争 端 。3) 优良的生物学特性 能源草地下根茎发达，对水分和养分利用率高，具有较强的抗旱性、耐瘠性以及耐极端环境能力，且对土壤质量要求不严格，适应于中性、酸性或者碱性的 边际土地。 与中国“ 不与粮争夺耕地 ”， 利用废弃荒地发展生物能源的政策相符合。生长速度快，产量高。能源草定植 2-3 年后便可达到较高产量；芒草在南欧地 区 种 植 年 最 高 产 量 可 达 30-45 吨 /公 顷 9； 柳 枝 稷 在 美 国 东 南 部
32、 种 植 最 高 可 达35-40 吨 /公 顷 。 柳 枝 稷 引 进 品 种 在 中 国 北 京 郊 区 种 植 ， 最 大 干 物 质 产 量 也 可 达27 吨/公顷 10。 规模化种植，优良条件下平均干物质产量也可达 15-26 吨/公顷 118 康 利 平 , 孟海波等. 中 国 纤 维 生 物 质 四 种 能 源 转 化 技 术 研 究 报 告 R. 能源与交通创新中心, 农业部规划设 计 研 究 院 . 2010.08.9 I. Lewandowski, JC Clifton-Brownb, JMO Scurlockc, etc.Miscanthus: European exp
33、erience with a novel energy cropJ.Biomass and Bioenergy, 2000,19:209-22710 姜峻. 柳 枝 稷 的 生 成 发 育 与 土 壤 水 分 特 征 . 水 土 保 持 学 报 ， 2007,27(5)75-7811 IEA, Switchgrass Production in the USAR. 2011.- 7 -一次种植，多年收获，种植投入成本低。一般能源草一次种植，可连续稳产 收获 10 年 以 上 ， 优 良 品 种 甚 至 可 达 25 年 ； 在 低 水 肥 投 入 下 也 仍 能 连 续 多 年 实 现 高生物
34、质产量；此外，能源草的抗病性强，无需施用农药，经济产投比较高，效 益 潜 力 大 。4) 能源产出投入比高柳枝稷的能源产出投入比约为 20:1， 是 玉 米 投 入 产 出 比 的 2-2.5 倍 12， 最 大 能 量净产出比甜高粱还要高 13。 按高产量 30 吨/公顷计算， 每公顷柳枝稷可产出高达 50 万 MJ 的 能 量 ， 能 源 利 用 潜 力 极 高 。5) 纤维素与半纤维素含量高 柳 枝 稷 、 芒 草 等 能 源 草 的 纤 维 素 与 半 纤 维 素 含 量 可 达 60%以 上 ， 且 结 构 相 对蓬松，预处理糖转化效率可达 90%以上 14；是二代纤维素乙醇燃料的优
35、质原料来源 。6) 温室气体及污染物减排潜力大以 柳 枝 稷 为 例 ， 其 碳 能 比 (kg/GJ)比 仅 为 1.9， 而 天 然 气 、 石 油 和 煤 炭 的 排 放 量则为 13.8、 22.3 和 24.6；而综合整个能源利用过程，纤维素乙醇与化石汽油相 比，生命周期温室气体减排潜力可达 60-120%15.16.17,， 一 般 水 平 值 也 能 达 到 90%； 此外，纤维素乙醇能大大降低 NOX， CO， 硫 化 物 等 常 规 污 染 物 的 排 放 18。此外，在不占用传统农作物的耕地种植柳枝稷、芒草等能源作物可减少土壤 侵蚀 90以上 。 草本类能源作物能为贫瘠的土
36、壤增加有机成份， 提高天然有机碳 储量，吸收空气中的 CO2，直接影响气候变化。7. 能源草纤维素乙醇与其他燃料乙醇对比能源草纤维素燃料乙醇与玉米、木薯乙醇相比，在单位面积乙醇产量，单位 能源产出、化石能源投产比、温室气体减排等多方面都具备优势，但是在成本方 面仍处于劣势，需通过技术突破来减少成本。12 谢光辉，熊韶峻. 能 源 作 物 柳 枝 稷 及 科 尔 沁 规 模 示 范 . 2011 年 9 月13 Venturi P , Venturi G. Analysis of energy comparis on for crops in European agricultural syst
37、emsJ . Biomass and Bioenergy , 2003 , 25 (3) : 23525514 Deepak.R.Keshwani, Jay J.Cheng. Switchgrass for bioethanol and other value-added applications: A review J. Bioresource Technology 2009,100,1515-1523.15 JEC. Well-to-Wheels analysis of future automotive fuels and powertrains in the European cont
38、ext: version 3.JRC , EUCAR, CONCAWE. 200816 California Air Resources Board. Detailed California-Modified GREET Pathway for Transportation Fuels: version 2 . Available from http:/www.arb.ca.gov/fuels/lcfs/lcfs.htm.200917 Ou Xunmin, Zhang Xiliang, Chang Shiyan, Guo Qingfang. Energy consumption and GHG
39、 emissions of sixbiofuel pathways by LCA in China, Applied Energy, 2009, 86(S), 197-208.18 Resource Efficient Agricultural Production (REAP). Analysing Ontario Biofuel Options: Greenhouse Gas Mitigation Efficiency and Costs. 2008.01- 8 -项目成本（美元/加仑）纤维素乙醇 玉米乙醇 2020 年期望水平原料成本 1.00 1.17 0.33副产品回收 -0.1 -
40、0.38 -0.09酶制剂成本 0.40 0.04 0.10加工、 发酵、 人工等其他 成本 0.80 0.62 0.22生产厂建设投资 0.55 0.20 0.54净生产成本 2.65 1.65 1.10能源草纤维素乙醇与玉米乙醇、木薯乙醇对比指标 纤 维 素 乙 醇 玉米乙醇 木薯乙醇单 位 面 积 乙 醇 产 量 （ L/ha） 7260 3000 4000单 位 能 量 产 出 （ toe/ha） 4.24 1.75 2.34化石能源投产比 2-36 1.03-1.67 1.6温室气体减排（%） 70-110% 12-32% 20-50%成 本 （ toe/元 ） 8745 5672
41、4974来源：中国生物液体燃料发展战略与政策, 2010. 该书根据 Worldwatch Institute、 Conventionon Biodiversity 及 U.S. National Renewable Energy Laboratory 等研究结果整理得出。8. 能源草纤维素乙醇当前成本及未来期望如何？目前，能源草纤维素乙醇的成本主要聚集于原料收集、纤维素酶及工厂运营 成本上，乙醇成本仍高于 2.5 美元/加仑, 比玉米乙醇高近一倍；据最近研究进展 及 行 业 发 展 表 明 ， 这 三 个 方 面 都 有 较 大 的 下 降 空 间 ， 通 过 技 术 突 破 ， 2020
42、年能源 草纤维素乙醇成本可降低到 1.1 元，比玉米乙醇的利润空间更大，价格竞争性更 强。：来源： 中 国生物 液体燃 料发 展战略与 政策 ,2010； 该书根 据 Worldwatch Institute、 Convention on Biodiversity 及 U.S. National Renewable Eenery Laboratory 等研究结果整理得出。纤维素乙醇 在中国的现状及未来 19；9. 国际能源草发展现状及生物液体燃料利用经验1） 美国典型能源草柳枝稷的研究与生物液体燃料利用美国政府自 1978 年开始支持能源草研究项目， 能源部先后支持了多 个草本能源研究计划，筛
43、选出 18 种最具潜力的禾草 20。自 2000 起，国家生物质能中心协 调 各 个 国 家 实 验 室 进 行 了 生 物 质 性 能 、 收 集 、 运 输 、 储 藏 等 方 面 的 研 发 21。 其19 诺维信. 纤 维 素 乙 醇 在 中 国 的 现 状 及 未 来 . 2010. 0520 Lewandowski I , Scurlockb JM O, Lindvall E, et al . The development and current status of perennial rhizomatous grasses as energy crops in the US a
44、nd Europe J. Biomass and Bioenergy, 2003, 25: 335 - 36121 Zhao XD. Research and development of bioenergy in the US J. Global Science and Technology Economy- 9 -中，柳枝稷作为先进生物液体燃料原料开发，被美国能源部“原料发展项目”列 为 重 点 。美国在政策上大力支持二代先进纤维素液体燃料的开发利用，根据能源独 立与安全法案 2007 制 定 的 “可 再 生 燃 料 标 准 ”， 到 2022 年增加可再生交通生物 燃料的使用量到 36
45、0 亿 加 仑 （ 约 1.1 亿 吨 ） ， 增 加 到 2008 年的 4 倍 ， 预 计 为 当 年 美国车用能源的 22%， 对 纤 维 素 乙 醇 寄 予 了 非 常 大 的 期 望 ， 2022 年目标值为 160 亿加仑（约 6500 万吨），占先进生物燃料的使用量的 76%， 占 全 部 可 再 生 燃 料 的 44%。 为 达 到 此 目 标 ， 美 国 能 源 部 还 专 门 启 动 了 “生 物 质 项 目 ”来 促 进 先 进 生 物 液 体 燃 料 发 展 22。2005 年， 美国能源部和农业部在 年供 10 亿吨生物质原料技术可行性报告 中 指 出 ， 2030
46、年多年生能源植物将占所有可再生生物能源的 35%， 提 供 3.77 亿吨 原 料 23， 24， 美 国 非 常 看 好 多 年 生 能 源 草 的 未 来 利 用 潜 能 ， 并 已 在 福 罗 里 达 东 南 部等州种植了大面积的柳枝稷，并进行了多元化能源利用，如混燃发电、与煤炭 共气化、固体成型燃料等 25，在原料种植和收集上积累了丰富的经验。在美国东南部等优良种植条件下干物质产量最高可达 35 吨/公顷，但实际大 规模柳枝稷种植产量仍不太高，与试验田水平相差甚远，其中高地生态型柳枝稷 干物质产量约 8.7 4.2 吨/ 公顷， 低地生态型产量约为 12.9 5.9 吨/公顷， 在南方
47、低地势地区优良条件下种植平均产量约为 15.5-22.6 吨/ 公顷。柳枝稷作为生物液 体燃料利用原料也存在诸多风险，如产量、品性不稳定，成本太高，企业、农民 积极性难以调动，难以形成燃料链循环模式等。美 国 能 源 草 的 收 割 与 运 输 （ David Bransby, 2008）Observation, 2006, (8): 42 - 4622 US-DOE. Biomass Program. http:/www1.eere.energy.gov/biomass/23 杜菲, 杨富裕, M.D. Clasler 等. 美国能源草柳枝稷的研究进展J. 安徽农业科学. 2010,38:
48、20334-2033924 US-DOE, USDA. Biomass as feedstock for a bioenergy and bioproducts industry: The technical feasibility of a billion ton annual supply, 2005. http:/feedstockreview.ornl.gov/pdf/billion_ton_vision.pdf25 范希峰, 左海涛等. 芒 和 荻 作 为 草 本 能 源 植 物 的 潜 力 分 析 J. 中国农学通报. 2 010,26(14):381-387- 10 -美国柳枝稷作为生物液体燃料利用原料的主要风险因素：1） 柳 枝 稷 多 年 生 产 量 不 稳 定 。 第 一 年 产 量 为 最 大 产 量 1/3, 第 三 年 可 达 到 最 大 产 量 ， 之 后 产 量 会 大 大 降 低 ；2） 柳 枝 稷 品 性 不 稳 定 。 产 量 受 气 候 、 土 壤 等 外 界 因 素 影 响 大 ， 平 均 变 化 率 可 达50%；3） 柳 枝 稷 对 肥 料 的 需 求 比 虽 比 其 他 草 本 植 物 要 低 ， 但 比 林 业 生 物 质 能 源 作 物 要 高 ，
