基于生态足迹的甘薯燃料乙醇循环产业分析

安徽农业科学, Joumal of Anhui Agri..Si.2010,38(7):3668-3670贵任编轎金炎资任校对傅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1(1.西华师范大学国土资源学院,四川南充65m02中国环境科学研究院,北京1002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个子系统)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,说明延长产业链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醉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S216文献标识码A文章编号017-6611(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 resources, China West Normal University, Nanchong, Sichuan 637002)Abstract The ecological footprint(EF)method was applied to analyze the EF, resources recycling and environmental pollution among variousubsystems in the circulation system of pachyrhizus fuel ethanol, this system was made up of four subsystems which were the systems of agriculture,ethanol production, circulation production and waste treatment. The results indicated that the prolonging of production chain followed theincrease of EF, in which the EF of agriculture occupied the biggest area. It was found that the increase of economic benefit followed the pro-longing 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. The EFof energy and water had high proportions in the system, which suggested that consumption of energy and water should be reduced.Key words Fuel ethanol; Cireulation 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21。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506hm2比性差。如0世纪90年代加拿大环境经济学家wlm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域的和度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換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、P2O3KO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)的;柴油根据发热值取值为44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M/k;电力根据热力当量折算的热量为36M(kWb),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甘薯燃料乙醇循环产业系统由农业生产子系统、乙醇生重复计算;根据1m2土地生产8M的乙醇替代化石能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。与自然生态系统类似该系统中同样存在生产者消费者、分解者2122水足迹。根据水资源需求量除以单位国土面积所覆以及外部环境。农业生产子系统主要为燃料乙醇生产提2.2.3辅助能足迹。包括可更新辅助能足迹和不可更新辅供基本原材料是燃料乙醇循环产业系统的“生产者”;乙醇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。可更新辅助能足迹:甘薯种子投人根据单产环产业系统的“初级消费者”,而循环生产子系统以燃料乙隙水平换算成占用的耕地面积;人力及劳务投入根据最低工资(6元/h)折算工作时间,再按照劳动耗能075M/h折合成画金项目中夹级公益性科研院所基本科研业务专项项目(0):能源用地畜力按5M/h折算成能源用地。不可更新范大学科研启动基金项目(06B048)。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贯春(1980-),女四川射洪人,硕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3669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1tC2需林地0732hm2折算成林地2。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(1hm2221、森林1.34、草地0.49、水域0.36建成地22能源地土地可堆积固废10.9万t);水污染足迹以COD最为显1.3)进行计算)。著根据《污水综合排放标准》(GB8978-1996)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甘薯燃料乙循环产业投入产出Tablel Input-output table of the drculation industry of pachyrhizus fuel ethanol农业生产系统循环生产系统废物处理系统类别 Types数值141010544电力∥农药∥MJ265.20水∥6000劳务成本∥元230.00劳务成本∥元20.00化肥∥M2983.87劳务成本∥元20.000折旧∥元140.00折旧∥元165.00农业机械∥M736.31折旧∥元153000建设用地∥m20.78建设用地∥0.42电力∥MJ43850建设用地∥m22.780燃油∥M03.95燃油∥1733燃油∥M132682燃油∥MJ2165.600运输成本∥元运输成本∥元4.4畜力∥82547运输成本∥元551.250人力∥M371.24耕地∥hm22806.070.28coD∥t0.810pu鲜甘薯∥t7.50杂醇油∥/0004沼气∥m31.20循环水∥m3乙醇∥11.000有机肥∥t有机肥∥/t0300CO2产品∥t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35L100km,单车运量为8;公路货运劳动力成本按049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 1/100 km, transport volume of bike is 8 t: Highway freight Labor cost is, 49 7/.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03603hm2;辅助能足迹为02706产1t燃料乙醇需要的生态足迹为11207hm2。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0.6992hm2,余下污染足迹03725hm2(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、2甘薯燃料乙醇循环产业生态足迹计算结果stry of pachyrhizus fuel etha生态足迹类型乙醇生产系统废物处理系统生态足迹土地类型土地类型Ecological footprint Land type Ecological footprint Land type Ecological footprint Land type Ecological footprint Land type能源足迹能源地能源地0.0500能源地0.0017能源地0.00】7能源地0.0123能源地0.0073能源地水足迹0.3557水域水域辅助能足迹0.0138能源地0.0005能源地0.0005能源地000能源地能源地能源0.0003能源地0.003地建成地00002建成地00001建成地0.0265耕地0.0001能源地能源地能源地污染物足迹0.2740.0025水域0.0018Pollutant footprint0.6974林地耕地安微农业科学2010年各子系统生态足迹肥料、农药耕地、柴油、电蒸汽等项目,其中农药化肥和电削减后足累讠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 reducing足迹最大占到总能源足迹的8200%;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32.15%,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4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Flg.1 The ecological footprint of the cycle industry of pachyrhl-用效率单位生态足迹收益得到了增加同时通过“循环生产废物处理子系统”使系统废物得到利用降低了污染物排有机肥价格分别为10030.300元,CO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18元m)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75453元;延伸到乙醇生产子系统其单位生态足迹经济效高了各子系统的可比性是评价循环产业系统资源利用效率益为86816元经济效益增加了15.%;在循环生产子系的有效手段统中其单位生态足迹经济效益增加了23.71%;在废物处理参考文献子系统中,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[小现代化工xm626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]珍成升魁,闵庆文基于生态足迹方法的玉米-味精生态农业及产业系统分析J农业工程学报x0,2(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,上建军,张琦,等铜企业物质流能量及其对CO2排放的影阿[.环境科学研究00,21(1):19-20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]胡志远戴村,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海交通大学学报,2004,38(10):75-171832农业生产子系统生态足迹农业生产子系统的生态足s] AYRES R U Industrial metabolism theory and policy[ c/ ALLENBY BR, RICHARDS D J. The greening of industrial ecosystems. Washington迹占整个循环生产系统生态足迹的88.60%,其中耕地和水DC: National Academy Pre6,19%4资源分别占该子系统的2490%和35.78%。耕地和水资源RES RU Life cycle analysis a critique[]].Resouroes, ConservationRecycling,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 humanmpact on the earth[ M]. Cabrela Island: New Society Publishers, 199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]段宁孙启宏傅博强,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,304,1(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,19[10]王婧张旭黄志甲基于LCA的建材生产能耗及污染物排放清单分33污染足迹污染足迹为0.3725hm2,占总生态足迹的析环境竟科学研究300x0(6):149-15332%通过循环利用污染物处理等方式使污染足迹削)胜路明,风光中小麦燃料乙醇的能量收益[,生态学报减了0.692hm2,去除率为65.24%。生态足迹在“乙醇生[12]陈敢张丽君王如松等178-20年中国生态足迹动态分析产阶段”增至最大,到“循环产业-污染处理系统”阶段出现【B]陈家琦,洗水资学橘论[M北京中国水利水电出版社,19资源科学,2005,27(6):132-139了递减现象。在整个循环产业系统中,“循环产业-污染处[14]白钰曹辉魏建兵,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排放。这说明循环产业模式是降低系统污染排放、增加生态[5] World Wide Fund for Nature(wwF). National Footprint Accounts效益的有效模式[eb/ol].hutp://www.Fadprintnetwork.arg/acadEmicEdition2006Wodd rk3.4能源足迹能源足迹占总生态足迹的1047%,它包括