基于生态足迹的甘薯燃料乙醇循环产业分析

徽农业科学, Joumal of Anhui Agri.Sci.2010,38(7):3668-3670贵任编轎金爽任校对傳真治基于生态足迹的甘薯燃料乙醇循环产业分析贾春蓉!,夏训峰2,席北斗2,张军(西华师范大学国土资源学院四川南充。67m:2.中国环境科学研究院,北京1002擴要采用生态足迹方法对甘薯燃料乙醇循环产业各子系统(农业生产、乙醇生产、循环生产和废物处理4个子系魷)的生态占用、资源循环利用和污染排放等情况进行了分析。结果表明,甘薯燃料乙醇循环产业链的延长伴随着生态足迹的增长,其中农业生产子系统生态足迹占用面积最大;生态足迹的经济效益随产业链的延长而增加,说明延长产业鲢可以提高资源利用效率;循环生产和废物处理子系统解决了乙醇生产过程中的环境污染问题;系统的能源生态足迹和水生态足迹较大,应重点降低能耗和水耗关键词燃料乙醇;循环产业;生态足迹;甘著中图分类号S26文獻标识码A文章编号0517-6611(2010)07-0668-03Analysis of the Circulation Industry of Pachyrhizus Fuel Ethanol Based on the Ecological Footprint MethodJIA Chun-rong et al( College of Land and reChina West Normal University, Nanchong, Sichuan 637002)Abstract The ecological footprint(EF)method was applied to analyze the EF, resources recycling and environmental pollution among variosubsystems in the circulation system of pachyrhizus fuel ethanol, this system was made up of four subsystems which were the systems of agricul-ture, ethanol production, circulation production and waste treatment. The results indicated that the prolonging of production chain followed thecrease of EF, in which the eF of agriculture occupied the biggest area. It was found that the increase of economic benefit followed the prlonging of industry chain, meaning that the prolonging of production chain was of importance to improve resources utilization efficiency. Thetwo subsystems of circulation production and waste treatment solved the environmental pollution during the ethanol production process. Theof energy and water had high proportions in the system, which suggested that consumption of energy and water should be reduced.Key words Fuel ethanol; Circulation industry; Ecological footprint; Pachyrhizus生物燃料乙醇作为一种“绿色能源”得到了快速发展生产过程中产生的“废物”为原料进行生产活动,可称之为传统的乙醇生产过程会产生大量废物,从而成为了“污染大“次级消费者”;废物处理子系统对燃料乙醇产业共生体中各户”,在此背景下,燃料乙醇循环产业逐渐兴起。燃料乙醇循个生产环节或生产过程产生的废物进行回收分解再利用,环产业系统通过资源化和物质循环利用实现了能量梯级利可称为“分解者”。另外,各子系统之间通过运输进行物质流动用降低了污染排放提高了环境经济、社会效益。日前,国和分配实际上运输业可看成是循环产业系统中的“分配者”。内外学者常用生命周期评价和工业代谢评价方法对循环产2材料与方法业系统进行定量评价23。虽然这2种方法体现了研究的2.1数据来源重庆环球石化有限公司以甘薯为原料生产过程性系统性但因为评价单位不统一导致最终结果的可燃料乙醇企业位于重庆(长寿)化工园区内,占地50.6hm2比性差∽。20世纪90年代加拿大环境经济学家Wim和总规模60万va,是西南地区规模最大的乙醇生产基地其Wackermagal提出了生态足迹概念。它是指生产相应人口所中年产10万t乙醇的一期工程项目已完成占地39.69hm2消费的所有资源和消纳所生产的废弃物所需要的生产性土该研究所用数据主要来源于对该企业一期项目的实地调查,地面积(包括陆地和水域),是一种基于生物物理量评价可持部分数据来源于国内外公开出版的文献资料。续发展程度的概念和方法。生态足迹分析法将不同资源2.2计算项目根据甘薯燃料乙醇循环产业对所在区城的和废弃物通过折算转换成生产该消费所需的原始物质与能环境响应将其分成4种生态足迹类型量的生物生产性面积从而提供了统一的度量基础其最大2.2.1能源足迹。化肥农药机械等根据能量投入转换为优点在于计算结果的可比性强。笔者以重庆环球石化有限能源用地(N、P203K2O和农药取值分别为905、13.9、公司甘薯燃料乙醇生产为例拟用生态足迹分析方法对甘薯9.20和102.00M/kg);柴油根据发热值取值为4燃料乙醇循环产业各子系统生态占用、资源循环利用和污染MJ/kg;电力根据热力当量折算的热量为3.6M(kWh),归排放情况进行研究。为能源用地蒸汽采用热点联产,因此蒸汽是电能副产品,不1甘薯燃料乙醇循环产业结构重复计算;根据1m2土地生产8M的乙醇替代化石能甘警燃料乙醇循环产业系统由衣业生产子系统、乙醇生源的能地比转换成相应的用地类型。产子系统、循环生产子系统以及废物处理子系统组成。与自2.2.2水足迹。根据水资源需求量除以单位国土面积所覆然生态系统类似,该系统中同样存在生产者消费者、分解者以及外部环境。农业生产子系统主要为燃料乙醇生产提盖水体(284万m3/km2)折算成水域用地供基本原材料,是燃料乙醇循环产业系统的“生产者”;乙醇2.2.3辅助能足迹。包括可更新辅助能足迹和不可更新辅生产子系统以甘薯为初始原料生产燃料乙醇,是燃料乙醇循助能足迹2类~可甲即新轴助能足迹甘薯种子投人根据单产水平中国煤化工务投入根据最低工资环产业系统的初级消费者”,而循环生产子系统以燃料乙醇(6CNMHO能0.75Mh折合成蔷金项目中央蜒公益性科研院所基本科研业务专项项目(200十一五”国家科技支撑计划重大项目(2009 BADC2BO4能源用地畜力按75M/h折算成能源用地。不可更新范大学科研启动基金项目(05BO48)。0)辅助能足迹:将生产1t燃料乙醇占用的耕地面积归为耕地作者筒介春(980-),女四川射洪人,项士讲师从事区城经类型建设用地按乙醇年产量单位用地面积归为建成地;固收稿日期2009-1204定资产折旧按t钢材5000元/钢材耗能3483M/kg折合387期贾春蓉等基于生态足迹的甘薯燃料乙醇循环产业分析成能源用地。所需稀释水量折算成水域面积。2.2.4染足迹。在污染足迹中只考虑直接产生的污染物被生态足迹由6类土地类型组成,各土地类型生产力不环境吸纳所占用的土地类型。大气污染足迹主要考虑CO2同需乘以一个等价因子将其转换成具有等价生产力的土地的排放按吸收1tCO2需林地0.732hm2折算成林地。固面积。笔者采用WwF在2006年提出的等价因子(耕地废污染足迹按单位国土面积堆积量换算成耕地面积(Ihm2221、森林1.34、草地0.49、水域0.36、建成地221、能源地土地可堆积固废10.9万t);水污染足迹以COD最为显1.34)进行计算。著根据《污水综合排放标准》(GB89781996)一级达标排放甘薯燃料乙醇循环产业系统的能量投入产出情况见表1。衰1甘薯燃料乙醇循环产业投入产出Tablel Input-output table of the drculation industry of pachyrhizus fuel农业生产系统醇生产系统循环生产系统废物处理系统类别 Types数值val141044电力∥(kWh农药∥M265.20水∥6000劳务成本∥元230.00劳务成本∥元化肥∥M2983.87劳务成本∥元30.000折旧∥元140.00业机械∥M736.31折旧∥元53000建设用地∥m2078建设用地∥m2438.50建设用地∥m210395燃油∥M燃油∥MJ1326.82燃油∥MJ2165.600运输成本∥元运输成本∥元畜力∥MJ82547运输成本∥元551.250人力∥M371.24耕地∥/hm水∥m3CoD∥tCO2∥t固废∥产出 Output鲜甘薯∥t7.50杂醇油∥/0004沼气∥m31.20循环水∥m3醇∥t1.000有机肥∥0.30有机肥∥t0.060.300C0产品∥0.56注:甘薯到生产企业的平均运输距离为150km,运输工具为汽车用油为柴油油耗为35L00km,单车运量为8t;公路货运劳动力成本按04元/(t·km)计算;按单位乙醇产量计算的汽车折旧费忽略不Note: The average transport distance from sweet potato to the production enterprise is 150 km, the transportation is car, the oil is diesel oil, the oil consumptionis 35 L/100 km, transport volume of bike is 8 t: Highway freight labor cost is. 49 At/t. km; the automobile depreciation calculated by unit of ethanol3结果与分析-0.6882、-0.0001hm2。按生态足迹类型分能源足迹为甘薯燃料乙醇循环产业生态足迹计算结果见表2,每生0.1173hm2;水足迹为0.3603hm2;辅助能足迹为02706产1t燃料乙醇需要的生态足迹为1.1207hm2。按循环产业hm2;污染足迹为10717hm2被“循环生产-废物处理”子结构分农业生产子系统、乙醇生产子系统循环生产子系系统削减06992hm2余下污染足迹0.3725hm2(图1)。统、废物处理子系统的生态足迹分别为0.9940、0.8150、3.1生态足迹经济效益按市场价格(甘薯、乙醇、杂醇油、饔2甘著燃料乙醇循环产业生态足迹计算结果Table 2 The ecological footprint calculation results of the circulation industry of pachyrhizus fuel ethanol生态足迹类型农业生产系统乙醇生产系统循环生产系统废物处理系统Circulation production systeraste treatment systems土地类型土地类型生态足迹土地类型能源足迹0.00440.0105能源地0.0064能源地能源地Energy footprint能源地0.0017能源地0.0017能源地0.0003能源地能源地0.00730.0222能源地水足迹0.355700046水域辅助能足迹0.0138能源地0.0005能源地能源地0.0062能源地能源地中国煤化工∞3能源地02210建成地CNMHO0.00建成地0.0265耕地能源地污染物足迹森林水域水域0.0018林地Pollutant footprint0.7945林地0.的74林地安撒农业科学2010年各子系统生态足肥料、农药耕地、柴油、电、蒸汽等项目,其中农药化肥和电力能源用地比例较大。从各子系统看,甘薯生产子系统能源The accumulated footprint after red足迹最大占到总能源足迹的82.00%;其次是乙醇生产子系统,占10.39%;废物处理子系统的能源足迹最少,仅占0.68%。这进一步验证了农业生产子系统是资源消耗高生产效率较低的环节急需降低这一环节的能耗3.5水足迹水足迹占总生态足迹的32.%,主要是甘薯生产子系统中粗放的灌溉方式消耗了大量水资源,同时乙醇三目案生产过程又存在大量的工艺用水和稀释用水,两大因素导致水足迹比重过高。这说明水资源是燃料乙醇生产的主要原料之一,也是导致乙醇行业污染的重要因素,甘薯燃料乙醇循环产业应降低水耗,防止因工艺需要引起的水环境问题结论图1甘薯燃料乙醇循环产业生态足迹甘薯燃料乙醇循环产业通过延长产业链提高了资源利g1 The ecological footprint of the cyde industry of pachyrhi用效率单位生态足迹收益得到了增加同时通过“循环生产zus fuel ethanol废物处理子系统”使系统废物得到利用降低了污染物排有机肥价格分别为1003750,300040元,CO2副产品放量,说明循环产业是实现资源化减量化的有效模式。此均价按1200元1计算沼气1元/m3,循环水按当地水价计外,能源足迹和水足迹占用大,因此应重点降低系统生产能算,为1.8元/m2)计算各子系统经济效益发现如甘薯生产耗和水耗,其中以农业生产子系统最为迫切后作为最终产品直接消费,其单位生态足迹经济效益为生态足迹方法将不同度量单位归为相同的6类用地提统中,其单位生态足迹经济效益增加了23.71%;在废物处理鲁考文着“可比性,是评价循环产业系统资源利用效率益为8681.6元,经济效益增加了10%;在循环生产子系的有效手段子系统中其单位生态足迹经济效益增加了0.25%。这说明(1]杜风光冯文生燃料乙醇发展现状和前景展望],现代化工,x0626延长产业链可以使生物质能量利用率得到提高,单位生态足迹的收益得到增长。因此,对初级产品进行深加工是提高资[2]闫珍,成升魁闵庆文基于生态足迹方法的玉米-味精生态农业及业系统分析[J农业工程学报2002(9)48-52源效率增加收入的重要途径。但同时可以看出,产业链延3]蔡九菊,建军,张琦等镞铁企业物质流能量洗及其对C2排放的影门.环境科学研究,08,21(1):196-200伸到废物处理系统时经济效益几乎停止增长这也很好地解[4]胡志远戴杜浦耿强等木薯燃料乙醇生命周期能源效率评价[刀释了企业对于环保投入积极性不高的原因。上海交通大学学报,2004,38(10):1715-1718.32农业生产子系统生态足迹农业生产子系统的生态足[5] AYRESR U. Industrial metabolism theory and policy[Cy/ALlENBY BR. RICHARDS D J. The迹占整个循环生产系统生态足迹的88.69%,其中耕地和水资源分别占该子系统的24.90%和35.78%。耕地和水资源[6] AYRES R U. Life cycle analysis: a critique[J].Resources, Conservation&Recycling,1995,14:199-223占用较高一方面说明了自然资源的投入在循环生产系统中[7] WACKERNAGEL M, REES W E Our ecological footprint; reducing humaimpact on the earth[ M]. Cabrela Island: New Society Publishers, 1996占据重要地位;另一方面表明农业生产部门资源消耗高自[8]段宁孙启宏傅强等我国制糖(甘蔗)生态工业模式及典型案例然资源生产效率低,要降低系统的生态足迹必须先从农业部分析[]环境科学研究,x04,1(4):29-32门入手[9]沈亨理农业生态学M]北京:中国农业出版社,196[10]王蜻张旭黄志甲基于LCA的建材生产能耗及污染物排放清单分3.3污染足迹污染足迹为03725hm2,占总生态足迹的析J环竟科学研究200,x0(6):14-153.33.24%。通过循环利用、污染物处理等方式使污染足迹削[I]李胜路明杜凤光中国小麦燃料乙醇的能量收益[].生态学报,200,27(9):3794-380减了0.692hm2,去除率为65.24%。生态足迹在“乙醇生[12]陈敏张丽君,王如松,等.8-20年中国生态足迹动态分析门产阶段增至最大到循环产业-污染处理系统阶段出现(B0家上水y楼△M北京中图国水和电中9了递减现象。在整个循环产业系统中,“循环产业-污染处(14]白钰曹辉魏建乓,等,基于环境污染账户核算的生态足迹模型优理”子系统将酒精糟液、CO2和固废变废为宝减少了污染物化—以珠江三角洲城市群为例[应用生态学报2008,19(8)Word rls3.4能源足迹能源足迹占总生态足迹的10.47%,它包括中国煤化工CNMHG