影响木薯燃料乙醇产业发展的不利因素及对策

第26卷第3期可耳生能源Vol 26 No. 3008年6月Renewable Energy ResourcesJun.2008影响木薯燃料乙醇产业发展的不利因素及对策黎贞崇,黄志民,杨登峰,陈东(广西科学院,广西南宁530003摘要:文章分析了木薯燃料乙醇的发展现状和发展前景,认为目前我国木薯燃料乙醇产业存在促使木薯原料价格上涨、与其它经济作物争地、破坏生态环境和生物多样性造成水资源紧张对土壤肥力的掠夺加剧等不利因素,提出了推广木薯良种、标准化种植、间作种植低产作物轮作扩大种植面积进口东盟国家的木薯干片、采用高效和清洁的乙醇生产技术、加大科技投入和人才培养力度、加强政策扶持等对策。关键词:木薯;燃料乙醇;不利因素;对策中图分类号:TK6;S533文献标志码:C文章编号:1671-5292(2008)03-0106-05The harmful factors and countermeasure influencingdevelopment of cassava fuel-alcohol industryLI Zhen-chong, HUANG Zhi-min, YANG Deng-feng, CHEN DongGuangxi Academy of Sciences, Nanning 530003, ChinaAbstract: The Development foreground and current situation of cassava fuel -alcoholwere ana-lyzed, the several harmful factors influencing development of cassava fuel-alcohol industry werepointed: the cassava deep processing product increased in price; the waste water of cassava fuelalcohol being aggravated; the land with cash crop fighted; the entironment and species diversitybeing destroyed; the water resources intension being aggravated; the fertility of soil being pillaged,and the several countermeasure had put forward: popularizing the cassava inproved type and stan-dardization planting technology; the cassava inter-planting and the low yield crop planting in rota-tion; enlarging plant area; importing the dry plate of cassava from Southeast Asia; using the highefficiency production technology and clean production technology; increasing the input for Sci-Tecand personnel training: coming on supporting preferential policy, etc.Key words: cassava; fuel-alcohol; harmful factors; countermeasure2001年4月,原国家计委发布了中国实施车原料的燃料乙醇生产和推广应用的试点区域,第用汽油添加燃料乙醇的相关办法,同时国家质量1期年产20万t燃料乙醇项目已于2007年12月技术监督局颁布了“变性燃料乙醇”和“车用燃料初投产。从2007年12月起,广西全面推广应用木乙醇汽油”2个国家标准。作为试点,国家耗资50薯燃料乙醇汽油,到2008年4月中旬,广西基本余亿元建立4个以消化“陈化粮”为主要目标的燃实现以车用乙醇汽油替代常规汽油的目标。广西料乙醇生产企业。2006年,我国燃料乙醇生产能的木薯资源优势明显,近几年广西的木薯产量居力达到102万t,已实现年混配1020万t燃料乙全国首位,2007年种植面积达40万hm2。广西大醇汽油的能力。为了推动“非粮燃料乙醇的发展,规模上马木薯燃料乙醇项目是解决“三农”问题和2007年9月,广西被确定为我国第一个以木薯为环境污染问题的有效措施,乙醇汽油将成为木薯收稿日期:2007-11-07,基金项目:广西科技攻关项目(桂科攻060003A2);广西科学院创新基金作者简介:黎贞崇(190-)男,副研究员,主要从事生物质能源和信息学研况。EH中国煤化工CNMHG黎贞崇,等影响木薯燃料乙醇产业发展的不利因素及对策主产区新的经济增长点,但过急发展也将给木薯乙醇的生产原料,木薯具有较强的竞争优势,这些燃料乙醇产业带来不利影响,严重时甚至会阻碍优势有力地推动了木薯燃料乙醇产业的蓬勃发其发展。为了确保广西木薯乙醇汽油能顺利推广展。应用,本文对木薯燃料乙醇产业发展的背景、现状2木薯燃料乙醇的发展现状和不利因素进行了分析,并提出相应的对策,以更目前,我国发展木薯能源仍面临着许多困难好地推动木薯燃料乙醇产业的发展。与问题。长期以来,木薯往往被认为是低效、低值1发展木薯燃料乙醇的背景的农作物,处于自然生长的状态。高产、高淀粉含为了缓解化石能源危机,一些农产品丰富的量的木薯品种相对缺乏,良种覆盖率偏低,尤其是国家正大力发展乙醇汽油供应市场。1975年,巴缺乏发展生物能源的专用品种。以主产区广西为西开始实施“燃料乙醇计划”,以其富产的甘蔗为例,其木薯品种大部分为华南205和华南201,占原料生产乙醇,目前已形成1000多万ta的产种植面积的90%以上。这2个品种已种植多年能;为推广燃料乙醇,美国制定了积极的经济激励品种已严重老化,木薯产量较低,品质较差,单产政策,计划从2006年至2012年,可再生能源燃料仅在150~22.5thm2,平均为19.5thm2。的年使用量从1200万t增加到2300万t。中国我国木薯栽培技术研究力量薄弱,种植与管是继巴西、美国之后全球第三大生物燃料乙醇生理方式粗放,良种率低,农民种植木薯经济效益不产和消费国。“十一五”期间,我国将生产600万t高。木薯主产区的良种培育和生产技术的研究及生物液态燃料,其中燃料乙醇500万t。但“十五”推广工作一直处于落后状态,长期以来,广西木薯期间我国过度使用陈化粮为原料生产燃料乙醇已生产的良种率一直徘徊在20%左右。木薯品种培引起了粮食价格上涨,并带动了其它产品价格的育和高产栽培技术研究及推广力度不足,是导致上涨,因而探索“非粮”能源资源是我国近期发展种植木薯的经济效益低、农民种植木薯作物积极生物质能源的原则,也是发展生物质能源的大势性不高的主要原因。近几年,广西木薯种植面积所趋。直维持在20万~26万hm2在我国的热带、亚热带地区,木薯是最为理想木薯加工技术含量低、木薯深加工层次低、产的不与粮争地的能源作物。近几年我国木薯产业业链短是阻碍木薯产业发展的另一个因素。木薯发展较快,已成为华南农业经济的一个重要组成·加工的初级产品是淀粉和乙醇,中级产品是变性部分。在广西主产区,2007年木薯的种植面积达淀粉、淀粉糖、山梨醇等,高级产品是以淀粉、乙醇40万hm2,古全国种植面积的70%以上。木薯的为原料的产成品。企业生产工艺落后,技术水平与传统深加工产品主要是淀粉和食用乙醇,随着燃发达国家相差甚远,木薯加工企业的水循环利用料乙醇利润空间的加大,木薯原料已大规模流向率和黄浆回收率低。目前,广西部分木薯加工企业燃料乙醇企业。从许多贫困落后地区木薯产业的每生产1t淀粉须耗水25t,而泰国只有15t长期发展经验看,与其它作物相比,木薯产业的经木薯乙醇企业的“三废”处理技术水平不高。济效益、社会效益和扶贫效果较为突出。由于热带在木薯产业发达的广东、广西以及海南等省区,以和亚热带地区的光、热、水资源充足,单位种植面木薯为原料加工淀粉、乙醇的企业基本上还没有积的木薯生物产量高于绝大多数栽培作物。在我成熟的废液处理技术,已经使用的常规生物厌氧国海南等地,10个月生长期的鲜薯产量最高可达技术因为负荷低、启动慢、管理水平低、运行成本90thm2,而且鲜薯的干物质产率和淀粉含量较高、沼气回收效率低等原因,未能显示出技术的优高。即便是采用间种栽培技术鲜木薯产量也可达越性。有些生产企业采用传统的氧化塘方法处理30~45thm2。若按7t鲜薯或26t木薯干生产1t污水,待废弃的有机成分经自然氧化后达标排放。燃料乙醇计算,仅需要17~20hm2耕地所产的木这种处理方法占地面积大,空气污染严重,处理时薯就可生产1t乙醇。按单位种植面积和单位质间长中国煤化工处理就偷地量的乙醇产出率计算,木薯仅排在甘蔗之后但种排放植木薯的化肥、人工投入要远比甘蔗少作为燃料壤环境CNMH江河水质土107可耳生能源2008,26(3)3木薯燃料乙醇产业发展的不利因素膛内易结焦,锅炉运行效率低下;EM微生物处理3.!木薯乙醇汽油的推广应用促使木薯深加工产法需要较大的场地,并且须要结合氧化塘法进行品价格上涨处理,治污效果差。按照国家发改委的规划,广西世界上一些积极推广燃料乙醇的国家的粮食将建成100万t木薯燃料乙醇的生产规模,生产价格不断上涨。以美国为例用玉米生产乙醇促使100万t的木薯燃料乙醇将产生04万t烟道气、粮价上涨。2006年8月,1蒲式耳(00254t)玉米25万t锅炉灰渣、45万t醪液废渣、1000万t蒸的价格为209美元,同年12月涨到了3美元馏废液,如不加强治理,这些污染物将加速周边环2006年美国燃料乙醇工业消耗了国内约20%的境污染,并引起跨地区纠纷等一系列问题。玉米。在中国,推广使用掺入10%乙醇的汽油是33木薯与其它经济作物争地中国能源替代战略的重要目标,中国启动燃料乙木薯具有抗风、抗旱耐贫瘠和抗病虫害等生醇工程的初衷之一是消化积压的陈化粮。但是,物学特性,与南方的荔枝、龙眼、芒果、芭蕉、甘蔗燃料乙醇生产企业在实际运行中动用了新粮,已等相比具有显著优势。由于种植木薯的化肥、劳动危及到国家粮食安全。力投人少,在一些劳动力缺乏和经济欠发达地区木薯是生产淀粉、变性淀粉、乙醇、葡萄糖、果更多的农民愿意种植木薯。若以同样的土壤条件糖、山梨醇、赖氨酸、柠檬酸、染料、涂料、化妆品等和种植手段,种植木薯要比种植甘蔗获得更高的工业产品的重要原料。2005年,在木薯主产区,多经济效益。2007年,广西中粮生物质能源有限公个燃料乙醇生产企业的投产和扩产,加速了木薯司以450元的价格收购木薯,激发了当地农民原材料的竞争,对当地的淀粉企业造成了相当大种植木薯的积极性。随着木薯原料的短缺,其收购的冲击。广西武鸣县的鲜木薯收购价已从2005年价格还有进一步上涨的可能受经济利益的驱动,的290元/提高到2007年的430元。根据目前占中国木薯种植面积达70%的广西某些县市,甚的情况分析,随着木薯燃料乙醇企业的加入,木至提出了“甘蔗下田、木薯上山”的口号。燃料乙醇薯原材料的短缺,木薯价格攀升的趋势将更加明企业收购体系的建立将有助于解决木薯的销路,显,原材料的争夺将从国内市场扩大到东南亚市在目前原料供不应求且供需缺口进一步拉大的情场等地。况下,木薯的销路已不成问题。在我国南方地区,3.2木薯燃料乙醇废水将加剧环境污染除糖料甘蔗外,其它经济作物都不同程度地存在在木薯燃料乙醇生产过程中产生的“三废”主产品销路问题。木薯产业在产、供、销方面的极大要有烟道气、废渣、废醪等污染物,其中烟道气由优势,推动了木薯种植面积的扩大。燃煤锅炉产生,主要含有二氧化碳、二氧化硫、一3.4破坏生物多样性氧化碳、粉尘等;废渣主要为锅炉灰渣、木薯渣和引人一种非本地的植物或种植基因作物将活性污泥等;废醪来源于乙醇蒸馏阶段,主要成分对当地生物多样性造成破坏,直接或间接地影为悬浮物SS,CODe,BOD5等。木薯乙醇废水是企响着当地的生态环境。大面积单一种植某种作业所在地环境监管部门的重点监管对象,环境监物是目前人类破坏生物多样性的主要方式,这种管部门要求企业采取措施来降低污染物对环境造种植方式还会造成土壤养分流失。植被的单一化成的影响。目前废气和废渣的污染问题已基本解必然导致其它生物群落在种类组成和结构上趋向决,但乙醇废液的处理较为困难。目前我国主要采单一化。用氧化塘法、厌氧一好氧法、EM技术和浓缩燃烧3.5造成水资源紧张法来处理乙醇废液,但这几种处理工艺难以达到木薯乙醇的生产须要消耗大量的水。按现有排放标准。其中,氧化塘法自净效率较低,自然发的生产水平,中国每生产1t乙醇须要消耗水16t,酵时会产生较为强烈的臭味,有时还会污染地下即使采用新技术,消耗水也在10t左右。按照广水,污染周围环境;厌氧一好氧法处理的中间产物西10中国煤化工,每年将增加对厌氧微生物有抑制作用,效果不理想;废液浓缩燃烧处理法具有处理较彻底的优点,但在锅炉炉地区CNMHG水资源丰富的坏以⊥谢,则小贝源的过度掠夺黎贞崇,等影响木薯燃料乙醇产业发展的不利因素及对策将会加大广东和港澳地区的用水压力。种植、低产作物轮作技术提高了土地的利用率,增3.6加剧对土壤肥力的掠夺加了作物的种类和产量,保持了生物多样性,增加木薯具有良好的生物学特性,吸肥力强,需肥了农民收人量大。长期单一种植木薯,将会消耗较多的土壤另外,根据现有的生态学理论和研究成果力造成土壤的进一步贫瘠。据分析,生产1t鲜薯要提高木薯种植地农田生物群落的多样性和促进要吸收8.20kg纯N,147kgP2O,13.14kgKO。土地的可持续利用,必须合理安排木薯与其它作因此在木薯的主产区,必须提高土壤的肥力,才物的间作轮作。与低产作物轮作是维持生态环境能确保木薯产业的可持续发展。平衡的一个重要手段,在此基础上建立起以多年4对策生作物为主的农场,维持较高的作物密度或保留4.1推广木薯良种和标准化种植技术某些具有较高耐受性的特殊杂草,可提高作物的提高木薯单产是促进木薯燃料乙醇可持续发遗传多样性,确保土地的可持续利用展的主要手段,提高良种率、推广标准化种植技术43以多种形式扩大木薯种植面积是提高木薯单产的有效措施。我国曾采用“公司+提高种植面积是提高木薯总产量的一个简单基地+农户”模式,推广华南5号、华南6号、华南而实用的办法,但扩大种植面积不是简单地侵占7号、华南8号、华南9号,GR911GR891,南植其它作物的耕地,而是利用荒山荒地改造低产果199等具有高产、高淀粉含量、抗逆性强等优良特园和树体老化果园等方式扩大种植面积。广西适性的木薯新品种。木薯行业也可以参考广西甘蔗宜种植木薯的边际性荒地较多,近年来广西利用行业的成功模式,由企业提供良种和化肥,指导农遥感技术遥测到200万hm2可利用荒地。考虑到民实施高效栽培技术,木薯成熟后由企业统一收保护生物多样性和农田作物的多样性,建议最多购,这样既减轻了农民的投入,又增加了农民、企开发10%即20万hm2荒地来种植木薯。木薯土业的收入稳定了原料来源让企业有精力参与到壤适应性强,可在一些其它作物难以产生经济效良种、良法的推广中。实施“公司+基地+农户”模益的未开发荒地种植,因此,可用于种植木薯的土式的关键是确保原料基地的定点供应,杜绝跨区地面积拓展潜力较大。木薯具有易种、易管、易收收购现象,促进产区的企业全力推广良种和良法。贮运方便等优点,适于组织贫困地区农民大面积在此基础上,建立系统化、标准化和精确化的木薯推广种植,容易在短期内形成木薯种植和加工的丰产栽培技术规程提高木薯的质量和单产促进集约化、规模化和产业化。广西作为木薯燃料乙醇标准化的加工生产,从而提高企业的加工效率和的主要生产基地,开发低坡荒地种植木薯是木薯经济效益。产业可持续发展之路。如果广西主产区的良种和标准种植技术推广44进口东南亚国家的木薯干片率达50%以上,则广西每年可增产鲜木薯250万t,木薯是世界三大薯类之一。2004年,世界木解决30万t燃料乙醇的原料问题薯种植总面积达1851万hm2,其中东南亚占世界4.2间作种植、低产作物轮作的16.2%,超过100万hm2以上的国家有尼日利为了充分利用土地,解决木薯与其它作物争亚、刚果、马来西亚、印尼、泰国和莫桑比克,中地、木薯单产低、单位耕地面积种植株数少等问国仅为250万hm2。2004年,世界鲜薯总产量为题,必须实施间作种植低产作物轮作种植技术。20.0亿t其中东南亚产量为477.2万t,占世界木薯生长期长达8-10个月,前期生长较缓慢,且的236%,中国的总产量仅为4202万t。可见,考种植密度较低,未能充分利用光能和土地资源。为虑到物流成本等因素,从东盟国家进口木薯干片了改变这一传统的种植方式,提高土地的利用效是解决目前我国木薯原料紧张的有效途径。率,应采取木薯间套种的方式,在木薯行间套种玉中国与东盟各国建立了良好的经济合作关系米、花生、西瓜等作物在实现玉米、花生和西瓜丰和互中国煤化工喜干片的进出口收的同时,这些作物所剩余的肥力完全能满足木贸易薯生长的需求在不增加化肥用量的情况下,间作了“早啊THSCNMHG国越南均签订用进口木薯干片可耳生能源2008,26(3)可享受零关税优惠政策,从而降低了进囗成本。笔具有自主知识产权的技术和产品;另一方面要组者从广西木薯乙醇企业了解到,越南的木薯干片织力量,针对产业化中的关键问题,设立科技专除含砂和熏蒸来虫2个参数较差外,其白度、细项,开展技术攻关,将各种成熟技术加以组装,并度、水分、酸度、粘度灰分等指标都比国内主产区以此为基础组织实施一批示范工程。结合示范工的好。随着国内对木薯原料需求的增加,中国从越程,示范应用高效发酵技术、清洁生产技术、节能南、泰国进口木薯干片的力度还要加大。根据海关技术和有效回收技术等,提升我国木薯燃料乙醇统计,2006年度广西口岸进口木薯产品(主要是封闭运行区的木薯产业规模和整体水平。木薯干片和木薯淀粉,下同)73.2万t;2007年人才是发展木薯燃料乙醇产业的关键要素之月,广西进口木薯产品8.8万t,比2006年1月份一,要实现木薯主产区和木薯乙醇企业的可持续增长35.4%。发展,应重视木薯燃料乙醇产业人才的引进,加大4.5采用高效和清洁的燃料乙醉生产技术人才培训力度,合理使用人才,着力培养高水平的燃料乙醇高效发酵技术与工艺有助于企业节复合型人才,建立专门的人才培养基地,建立官能降耗,降低生产成本提高产品的竞争力。以木产、学、研相结合的人才培养新机制,在研究、生薯乙醇为例,每生产1t质量分数为95%的乙醇,产、管理和市场领域形成一支结构合理的人才队伍。需要木薯干片20~30t,木薯干片的消耗量相差47加强政策扶持1t,成本相差1200元/t。通过推广低温液化、同步燃料乙醇产业发展初期离不开政策的扶持糖化发酵、双浓度流加连续发酵技术,可以降低淀木薯乙醇产业也不例外。科技政策应辐射到原料、粉液化糖化工艺的能耗,从而降低燃料乙醇的生加工和产品销售等各个方面,重点是在风险基金产成本。充分利用木薯淀粉企业的木薯渣和黄浆,制度、实施弹性亏损补贴、原料基地补助、项目将其与木薯干片混合发酵,在提高淀粉企业废物范补助、税收优惠等财税政策上扶持木薯燃料乙利用率的同时,也降低了乙醇企业的原料消耗。醇产业的发展。具体而言,在原料良种培育方面为解决木薯乙醇企业污染严重的难题,必须要扶持良种的搜集和培育企业,通过若干年的扶釆用清洁生产技术,推广闪蒸降温节能、高效杂醇持,建立一批良种培育基地使之形成良种的引种油萃取、CO2高效回收等清洁生产技术,减轻环境和繁育基础在产品加工方面要扶持采用高效发污染。在“三废”处理方面,采用水膜除尘器及静电酵技术和清洁生产技术的企业,通过扶持,推广高除尘器,将烟道废气、粉尘危害降低到最低程度;效生产和清洁生产技术,在降低生产成本的同时,釆用水力冲灰方式处理锅炉灰渣,剩余的灰渣可促进木薯产业的可持续发展。在产品销售方面,利用作填筑道路、生产建材的原料;釆用单独建筑围用木薯燃料乙醇的封闭运行,争取国家的财政补护结构隔离消音,并采用远程监控操作避免噪音贴加快企业技术改造提高发酵效率及产品的竞对生产人员的损害;CO2经洗涤塔洗涤后,进入储争力,最终实现技术外移。气柜收集、压缩、活性炭吸附、干燥、冷凝成二氧化碳液体外运出售。采用有机肥制造新技术将酒糟参考文献渣制成木薯专用有机肥、饲料等高附加值产品实(]宋一平我国生物燃料产业化前景分析中国石油和现生态循环,有助于发展循环经济。化工经济分析2007(13):18-234.6加大科技投入和人才培养力度2]罗兴录广西木薯产业化发展对策门中国农学通报,004,20(6):336-339我国木薯产业技术研究起步晚,与一些发达3]黄洁李开绵叶剑秋中国木薯产业化的发展研究与国家相比,技术水平还有一定差距。由于木薯产业对策中国农学通报,2006,2(5):421-426.是新兴的热带作物产业,长期以来缺乏科研投入4]尤民生刘雨芳侯有明农田生物多样性与害虫综合相关的科研力量不足。我国发展木薯燃料乙醇,实治理生态学报,2004,24(1):117-122现木薯乙醇汽油的封闭运行,必须有强大的科技(5]联中国煤化工RSTAT)一农业力量作为后盾。一方面我们要积极引进国际同类ctions. 2005先进成果,通过“引进消化吸收、再创新”,形成CNMHG110