甘蔗——车用乙醇产业首选的原料作物

甘蔗糖业2007年第2期 Sugarcane and Canesugar2007年4月甘蔗——一车用乙醇产业首选的原料作物谭显平1张让琴2(1四川省制糖糖料工业研究所,四川资中641200;2四川省农业厅经作处,成都6410041)摘要本文对甘蔗与其他能源作物的发酵成分、经济产量、单位面积的车用乙醇产量、成本和效益等进行了深入全面的分析,结果指出:甘蔗的发酵成分更易转化成乙醇,经济产量比其他能源作物高3~8倍单位面积的车用乙醇的产量是其他能源作物的3~7倍,生产等量车用乙醇需要的土地是其他能源作物的1/15~1/3,原料成本比其他能源作物都低,经济效益比其他能源作物都高,公顷经济效益是其他能源作物的4~40倍,所以,甘蔗是车用乙醇产业首选的原料作物关键词车用乙醇;茎秆作物;块根(茎)作物;籽实作物;成本;效益终结者0前言车用乙醇原料作物常见的有高粱、玉米、甘薯、木薯等,而实际上车用乙醇原料作物有很多我国经济的可持续发展和环境保护要求我们种,根据其可发酵成分的不同,可分为淀粉类作要减少对一次性能源的开发和利用,增加对新能物和糖类作物3";根据各作物的主要收获物则源和可再生能源的开发利用。1999年,国家发又分为茎秆作物、块根(茎)作物和籽实作物布了《中国新能源与可再生能源1999年白皮可发酵成分储存在籽实中的作物为籽实作物如玉书》,进一步强调了新能源与可再生能源的战略米、小麦、水稻等;可发酵成分储存于茎秆中的意义1.203年6月,全国人大把制订《中华作物为茎秆作物如甘蔗、甜高粱茎秆等;可发酵人民共和国可再生能源促进法》列人了五年立法成分储存于块根(茎)中的作物为块根作物如甘规划和2003年立法规划,2004年8月《中华薯、马铃薯、木薯和甜菜等。茎秆作物中甘蔗的人民共和国可再生能源法(草案,征求意见稿)》可发酵成分及其含量多少、经济产量高低、车用形成,同年12月27日全国人大十届十三次会议乙醇产率和产量如何、生产等量车用乙醇需要多审议了这部法律,2005年2月28日十届全国人少土地、原料成本和经济效益如何及其与其他能大十四次会议表决通过了《中华人民共和国可再源作物比有何优势等还未见有报道。本文将对甘生能源法(草案),2006年1月1日正式实施,蔗的上述问题进行探讨,供同行及有关部门参用能源作物生产车用乙醇是解决我国能源紧考缺矛盾的主要途径之一,所以,车用乙醇产业是一个新兴的产业,该产业不仅能促进农业发展,1甘蔗的发酵成分更易转化成乙醇增加农民收入,而且能促进工业和运输业发展增加就业岗位,还能为解决我国能源紧缺矛盾作1.1甘蔗的发酵成分及含量出贡献。所以,车用乙醇生产是可再生能源中带籽实作物的可发酵成分都是淀粉[15(表动产业最多、投资最少的新型能源产业,车用乙1),不同的籽实作物的淀粉含量不同:水稻的最醇是可在土地上反复种植的能源,也是原料种类高,高的最低,只有59%最多、原料产量最大的一种能源,是汽油的真正68%中国煤化工成分主要是淀粉CNMHG18谭显平等:甘蔗一一车用乙醇产业首选的原料作物(甜菜除外),其含量因作物而异:木薯最高,比其他茎秆能源作物低1.2%-2.0%,甘蔗中,为22%-28%,鲜马铃薯的最低,只有12%~糖料甘蔗的蔗糖含量最高,平均达13%-16%25%.甘蔗的可发酵成分与其他茎秆能源作物一还含有0.2%-1.5%的单糖;能源甘蔗的蔗糖样,都是蔗糖、葡萄糖和果糖(表1),其中蔗含量居中,平均12%-15%,其单糖为0.5%糖的含量最高,一般在12%-16%之间,最高2.0%;水果甘蔗的蔗糖含量为10%-13%,单超过17%,比其他茎秆能源作物高;而葡萄糖糖含量为0.8%-2.5%·甜高粱的可发酵成分和果糖(二者都是单糖,统称还原糖)的含量则含量最低,蔗糖含量只有11%-13%,单糖含较低,最高不超过3%,最低的仅0.2%(表1),量为2.0%-4.5%表1车用乙醇原料作物中可发酵成分及其含量312主要可发酵成分、含量及位次次要可发酵成分,含量及位次作物名称主要收获物发酵成分含量(%)位次发酵成分含量(%)位次甘蔗茎秆蔗糖10-16单糖0.2-2.5甜高粱籽粒淀粉59-68甜高粱茎秆蔗糖11-135261单糖2.0-4.5玉米,水稻、小麦籽粒淀粉62-75甘薯、马铃薯、木薯块根(茎)淀粉12-28单糖甜菜块根蔗糖14-16单糖0.13-0.151.2甘蔗的可发酵成分容易转化成乙醇成分比籽实作物和块根(茎)作物(甜菜除外)蔗茎中的可发酵成分经过压榨等工艺过程被的发酵成分更易转化成乙醇。提取出来后,经过稀释处理和添加营养盐后即可用于酒精发酵.其中的单糖通过扩散作用进人酵2甘蔗的光能利用率和经济产量母菌细胞体内,在酵母体内酒化酶系的作用下发最高酵生成乙醇和二氧化碳3:CH2O6-+2C2HOH+2CO2↑2.1甘蔗的光能利用率很高而蔗糖要转化成乙醇则需先将其转化成葡萄甘蔗是C4作物,其C02补偿点低:在5ppm糖和果糖,即酵母菌先将体内的转化酶(蔗糖酶)以下,仅为水稻(80ppm)的1/16;甘蔗的光呼通过扩散作用分泌到细胞体外,再将发酵液中的吸极低:不到水稻的1/50;甘蔗的光饱和点高:蔗糖进行水解,进而转化成葡萄糖和果糖:超过1000001x,是水稻(400001x)的2.5倍C,H,O, +H,O-# CH, 0+CH, O是小麦(2000030001x)的3-5乡而淀粉质原料生产车用乙醇的工艺过程则比在自然光照条件下,甘蔗基本上不会出现光饱和糖质原料生产车用乙醇的工艺过程复杂:淀粉质现象。所以甘蔗能充分利用夏季强烈的阳光;甘原料要先经粉碎后,再进行蒸煮,使植物组织和蔗的光补偿点低,一般为577-18411x,比小细胞破裂,原料内的淀粉由颗粒状变成溶解状态麦、水稻等C3作物的700-20001x低.11,的糊液,然后经糖化过程,将淀粉转变成可发酵故甘蔗又能利用秋冬季节较弱的阳光;所以,甘的糖,再用酵母菌进行发酵,最后得到酒精:蔗的光能利用率远较C3作物高,达2%~3%,(CH1QO3)+mH2O一→nCH2O2+nC1H2O1而能源甘蔗的光能利用率更高,达6%以上,是酒化酶;2 nC.HOH+2nCO,↑C3作物的5-10倍,1淀粉转变成可发酵糖前的蒸煮和糖化等工艺2.2中国煤化工过程是糖质原料所不需要的。所以,甘蔗的发酵CNMHG,其净光合强度甘蔗糖业2007年第2期 Sugarcane and Canesugar也高,一般达34.44~86,40C02mg/dm2h11,分及纤维分等,其比重大(为1g/cm3).所以,平均达52C02mng/dm2·h,比C3作物的5-20CO2甘蔗的经济产量很高,最低的糖料甘蔗的单产也ng/dm2h高3~10倍.故甘蔗的光合产量高,达75000-105000kg/hm2(表2),这一单产是生产的光合产物多,因而用于甘蔗生长和积累的籽实作物的12-20倍,是块根(茎)作物的3干物质也多。所以甘蔗的茎秆发达,茎径一般6倍;高的能源甘蔗一般达150000-300002.5-3.0cm,最大的超过4.0cm,最小的也在kg/hm2,是籽实作物的20~80倍,是块根(茎)2.0cm以上,比籽实作物和块根(茎)作物的作物经济产量的6~8倍。其最高的经济产量则都大;其株高一般250-300cm,高的超过400高达420000kg/hm215,是籽实作物最高单产的c皿,矮的也在200cm以上,远较籽实作物和块35~50倍,是块根(茎)作物最高经济产量的4根(茎)作物高。而且蔗茎实心,富含水分和糖6倍。所以,能源作物中甘蔗的经济产量最高表2车用乙醇原料作物的平均经济产量和最高经济产量1及位次平均经济产量最高经济产量作物名称单产(kg/hm2)位次单产(kg/hm2)位次甘蔗75000~105000180000~420000甜高粱籽粒3750~52509000甜高粱茎秆37500-5250090000玉米、水稻、小麦3750~90008250~12000甘薯、马铃薯、木薯22500-375006750-9600030000-4500090000积土地的车用乙醇产量一般达5403.003单位面积土地甘蔗的车用乙醇27456.00kg/hm(表3),是块根(茎)作物的车产量最高用乙醇产量1840.97-6211.18kg/hm2的3~5倍,是籽实作物车用乙醇单产1257.14~3835.35虽然籽实作物的可发酵成分含量最高,单位kg/hm2的4~7倍,其最高车用乙醇单产高达重量的车用乙醇产量最高,但由于籽实作物的经28261.80-38438.40kg/hm2,是块根(茎)作济产量最低,只有茎秆作物的1/30-1/22,是物车用乙醇单产的6-10倍,是籽实作物车用乙块根(茎)作物的1/12~1/9,故其单位面积的醇最高单产的10-20倍.所以,能源作物中,车用乙醇产量最低(表3).块根(茎)作物的甘蔗单位面积土地的车用乙产量最高可发酵成分和单位重量的车用乙醇产量都居中,其经济产量也居中,故其单位面积的车用乙醇产4生产等量车用乙醇甘蔗所需的量也比籽实作物的高,但都比茎杆作物的低(表土地最少3).茎秆作物中,甘蔗发酵成分的含量比籽实作物和块根(茎)作物都低(甜菜除外),其单位用籽实作物原料生产1t车用乙醇只需重量的车用乙醇产量最低,但由于甘蔗的经济产2347-2983kg,但由于籽实作物的经济产量很量特别高,最低的糖料甘蔗的单产是籽实作物的低,最低的仅3750kg/hm2,高的也仅900010~20倍,是块根(茎)作物的3~6倍,最高kg/hm2,故生产1t车用乙醇的籽实作物原料所的能源甘蔗的单产是籽实作物的20~80倍,是需中国煤化工(表4.用块块根(茎)作物的6~8倍。所以,甘蔗单位面根CNMHG乙醇需要6004谭显平等:甘蔗一一车用乙醇产业首选的原料作物14667kg(表3),但块根(茎)作物的单产较高,用乙醇所需茎秆原料的2.6倍,故甘蔗生产1最低的也有22500kg/hm2,最高单产达45000车用乙醇所需的土地最少:能源甘蔗为0.09911kg/hm2,故生产1t车用乙醇所需的块根(茎)0.0364hm2,水果甘蔗为0.1039~0.1182hm2作物原料,需用土地0.2133-0.3911hm2(表4).糖料甘蔗为0.1314~0.142lhm2,仅是块根(茎)用甘蔗生产1t车用乙醇需要蔗茎10661~17734作物生产1t车用乙醇所需土地面积的1/8kg,是各种能源作物中原料用量最多的,但由于1/3,是籽实作物生产1t车用乙醇所需土地面甘蔗的经济产量特别高,最低的也有75000积的1/15-1/8.所以,能源作物中,生产等量kg/hm2,是生产1t车用乙醇所需茎秆原料的4~车用乙醇原料甘蔗所需的土地最少7倍;最高的达4200000kg/hm2,是生产1t车表3单位面积土地上的原料所产车用乙醇的重量及其位次作物名称主要可发酵成分产车用乙醉重量次要可发酵成分产车用乙醇重量公顷原料产车用乙醇总量位次kg/h(kg/hm2)甘蔗5325.75-24225.5077.25-3231.005403.00~27456.001甜高粱籽粒1257.14~2028.471257.14~2028.47甜高粱茎秆2220.38-3673.95383.55-1208.182603.93-4882.133玉米、大米、小麦1384.99-3835.351257.14-3835.35甘薯、木薯、马铃薯1840.97-5966.10287.66~671.211840.97~6211.18甜菜2260.86-3875.761995-34.522280.81-3910.28表4不同原料作物生产1t车用乙醇所需土地面积作物名称吨车用乙醇所需原料量公顷土地产原料重量吨车用乙醇所需土地面积(kg/hm)( hm/t)甘蔗10661~1773475000~3000000.0991-0.1421甜高粱籽粒2588-29833750~52500.5682~0.6901甜高粱茎秆10754~1440137500-525000.2743~0.2868玉米、大米、小麦2514~28393750~90000.2793~0.6704甘薯、马铃薯、木薯6004~1466722500-375000.2133-0.3911甜菜11507~1315430000~450000.2923~0.3836作物的2倍。块根(茎)作物生产1t车用乙醇5甘蔗生产车用乙醇的原料成本耗用的原料数量大于籽实作物而小于茎秆作物,最低其售价低于籽实作物,比茎秆作物高100-170元/t,故其吨车用乙醇耗用的原料成本较低,比虽然籽实作物生产1t车用乙醇耗用的原料籽实作物的最低原料成本还低50%以上;其最最少,但由于籽实作物的售价最高:高粱价格为高原料成本比茎秆作物高60%以上,故其生产1400-1600元/t,玉米售价为1400-1500元/t,车用乙醇的原料成本较高(表5).甘蔗价格比大米和小麦的市价为1500-1700元/t,所以,籽实作物低约90%,比块根(茎)作物低40%籽实作物生产等量车用乙醇的原料成本最高(表·50%,故甘蔗生产1t车用乙醇的原料成本只有5),最低的也达3500元/t以上,最高达4772.801702中国煤化工不仅比籽实作物元/t,是茎秆作物的1.5-2.0,是块根(茎)原料YHCNMHG块根(茎)作物甘蔗糖业2007年第2期 Sugarcane and Canesugar低2%~8%。所以,能源作物中,生产车用乙生产车用乙醇的经济效益不仅比籽实作物明显地醇的原料成本最低的是甘蔗高,而且有的接近于茎秆作物。而甘蔗生产1t车用乙醇的原料成本平均只有1702.70-3889.836甘蔗生产车用乙醇的经济效益元/t,比块根(茎)作物低96198元/t最高故甘蔗生产车用乙醇的经济效益最高:能源甘蔗生产1t车用乙醇的效益高达2361.10~3325.02市场上车用乙醇的售价一般是相同的,所元,公顷效益为17792~109752元,名列各种能以,在生产成本接近的情况下,其经济效益与原源作物之首;水果甘蔗生产1t车用乙醇的经济料成本低呈负相关。籽实作物生产车用乙醇的原效益为156650~2129.95元,公顷效益为9067料成本高达3608.58~4477.18元/t,既高于块49689元,名列第2;糖料甘蔗生产1t车用乙根(茎)作物,也高于茎秆作物,故其经济效益醇的效益为240.85~346506元,公顷效益为最低,如小麦其经济效益仅229.00-1396.40元10362~41427元,名列第3.所以,用甘蔗作原/t(表6),公顷效益还出现了负值,为-85.00~料生产车用乙醇的效益最高3603.00元,是产生负效益的作物之一。块根(茎)作物生产1t车用乙醇的原料成本平均达7甘蔗应是车用乙醇产业首选的1861.98-3981.49元/,比茎杆作物原料成本原料作物高159.28-1416.91元/t,比籽实作物生产车用乙醇的原料成本低514.59-1748.98元/t,故其虽然甘蔗的可发酵成分含量低、吨车用乙醇表5生产1t车用乙醇的原料成本作物名称价格(元/t)吨车用乙醇耗原料量吨车用乙醇原料成本(kg/t)吨成本(元/t位次甘蔗10661~177341599.15-4433.50甜高粱籽粒1400~16002588~29833623.20~4772,80甜高粱茎秆150~25010754~144011613.10~3600.23玉米、大米、小麦1400~17002347~25143519.60-4603.60甘薯、木薯、马铃薯6004~1466700~5133.45甜菜200-30011507~131542301.40-3946.20表6不同原料生产车用乙醇的经济效益作物名称车用乙醇价格原料成本吨车用乙醇效益及位次公顷效益及位次(元/t)(元/t)吨效益(元/t)位次公顷效益(元/hm2)位次甘蔗4000~60001599.15-4433.501566.50~2479.2539067-897361甜高粱籽粒4000~60003623.20-4772.80376.80~1227.206甜高粱茎秆4000~60001613.10-36002386.90~2399.7724791-161683玉米、大米、小麦4000-60003519.60~4603.60229.00-11396.405-9-7978甘薯、马铃薯、木薯4000-60001501.00~5133.452114.50-2800.01614-24141甜菜400600030.40-3946.20169960-2053.804313-9924产量最低,但由于其单位面积经济产量最高、单淀粉更易转化成乙醇、原料价格最低、吨车用乙位面积土地上生产的原料生产车用乙醇的产量最醇中国煤化工齐效益最高。特别高、可发酵成分较籽实作物和块根〔茎)作物的是CNMHG的土地最少,在谭显平等:甘蔗一一车用乙醇产业首选的原料作物相同面积的土地上,生产甘蔗原料所产的车用乙8]莫家让,周承圣.甘蔗栽培育种的生理醇是生产块根〔茎)作物的3~5倍,是籽实作基础[M].福州:福建科学技术出版社,1984,1-8物的4-7倍.所以,甘蔗应是车用乙醇产业首9]刘晓松.全国农牧渔业科技超过选编[M选的原料作物北京:中国农业科技出版社,2002,215-218参考文献[10]北京中作物科技中心“十五”计划作物宋莉,周瑞华.2005能源中国.2005-改良推广专刊[M.北京:中国农村科技杂志社,12-27(10)2005,337-379[2]李彬.乙醇燃料:汽油的真正终结者[N[11]余本水.中国种植科技成果指南[M].北科技日报,2006-2-28(12)京:中国农业出版社,2004,243-265.3]秦耀宗.酒精工艺学[M],北京:中国轻[12]轻工业部甘蔗糖业科学研究所,广东省工业出版社,2003,27-29.农业科学院.中国甘蔗栽培学[M].北京:农业[4]韩锦峰,曹成舟.农作物体内的化学[M].出版社.1985,62-63郑州:河南人民出版社出版,1981,57[13]谭显平.能源甘蔗—生产燃料酒精的5]尹秀波,韩非,苏玉国.甘薯优质高产最佳原料[.甘蔗,2004(2)30-32.栽培技术[M].北京:中国农业出版社,2005,6.[14]苏广达,叶振邦,吴伯全,等.甘蔗栽6]董一忱.甜菜农业生物学[M].北京:北培生物学M].北京:轻工业出版社,1983,京出版社.1984,8-16.171-216.[刀]董一忱.甜菜栽培[M.北京:农业出版[15]邓绍同.现代甘蔗生产与科技[M].广社,1982,15-20州:广东科技科技出版社,1991,71-79Cane is the First-Choice Crop for Raw Material to ProduceAutomobile alcoholTAN Xian-ping(Research Institute of Sugar Crops in Sichuan Province, Sichuan 641200)ZHANG Rang-qin(Economic Crops Office of the Agriculture Department in Sichuan Province, Sichuan 610041)Abstract This paper analyzed the fermentable compositions, economic yield, automobile alcohol output per unitarea, cost and effect etc. for cane with other energy crops. The fermentable compositions of canes can be easilytransformed into alcohol, and the economic yield is 3-8 times of other energy crops, the automobile alcohol outputper unit area is 3-7 times of other energy crops. The land use is one-fifteen to one third of other energy crops forequal quantity Automobile alcohol. The cost of material is 50% lower than other energy crops, the economiceffect is 20%-90% higher than other energy crops for per tonnage automobile alcohol, economic effect per hectareis 10-175 times of other energy crops. According to this paper, cane is the first choice for materials to produceautomobile alcoholKeywords Cane; Automobile alcohol; Economic yield; Cost; EcotYH中国煤化工CNMHG任编校:李金玉)