借燃料乙醇工业发展东风开拓我国木薯产业新局面

2003年6月热带农业科,学第23卷第3期Jun.2003CHINESE JOURNAL OF TROPICAL AGRICULTUREVoL 23. No. 3借燃料乙醇工业发展东风开拓我国木薯产业新局面①王文泉②(热带作物生物技术国家重点实验室海南海口571101)李开绵(中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所海南儋州57173要在分析国际燃料乙醇工业发展的基础上,介绍了近年国内在该领域的新趋势和政策导向,特别是以木警为原材料生产燃料乙醇的三大优势及其市场潜力,并对海南发展木薯的系列产业提出了建设性的建议关键词木薯产业;燃料;乙醇中图法分类号F326.12;S533;TQ517.420世纪中期以来,国际上许多科技人氧化处理的增氧剂,可使汽油增加内氧,从员便开始了旨在开发再生能源以最终取代一而充分燃烧,实现节能和环保功效。②乙次能源的研究。目前,国际上所称的“再生醇具有极好的抗爆性能,调合辛烷值一般都能源研究”主要是指以绿色植物(含粮食)为在120以上,它可有效提高汽油的抗爆指数原料制取乙醇用作替代能源的研究。随着地(辛烷值)。③在新标准汽油中,乙醇还可以球上一次能源的日趋枯竭,加之现代诸多高经济有效地降低芳烃、烯烃含量、降低炼油新技术大量加入这一研究领域,可再生的厂的改造费用。④乙醇是太阳能的一种表“绿色能源”将会在新世纪显示出强大的生现形式,在整个自然界这个大系统中,乙醇命力,推动社会的发展和进步。的整个生产和消费过程可形成无污染的闭路循环过程,永恒再生,永不枯竭。1国际燃料乙醇工业的发展概况1.1巴西乙醇因其极优越的物理、化学特性,已巴西政府早在1975年就实施了大力发经不仅是一种优良燃料,同时还作为一种优展燃料乙醇的计划,起因有三:①出于对国良的燃油品质改善剂而广泛使用。它的主要家能源安全和经济发展的考虑。1973年第1特性可以概括为4个方面:①乙醇是燃油次石油危机爆发,油价暴涨,由于当时巴西①收稿日期:200305-28编辑/凌背根②王文泉,男,1963年7月14日出生,博士,研究员;主要研究方向为木薯遗传作图及其重要基因的分子标记。联系电话:(0898)66894533(办);E-mai1:wquanwdhotmail.com中国煤化工CNMHG王文泉等借燃料乙醇工业发展东风,开拓我国木薯产业新局面80%的燃料依赖进口,巴西政府为此损失了美国政府实施燃料乙醇政策以来,促进40亿美元的外汇收入,因而沉重地打击了了美国农业的发展,改善了环境[可明显降低巴西的国民经济。②为了促进国内农业,汽车废气的排放量,降低0t约20%-30%、挥发性特别是甘蔗种植业的发展,保护农民利益有机化合物O)12%左右,有害物质排放总量破少(巴西是全世界最大的甘蔗种植区)。③基于为本国30%以上],减少了原油进口,为社会提供了发展绿色可再生能源闯出新路和保护环境资大量的就业机会。以1997年为例,美国全源这个出发点。1977年,以添加20%乙醇年共生产燃料乙醇500万t,转化粮食1500的新燃料汽油在圣保罗正式投入使用,1980万t,为社会提供了近20万个工作机会,年又将乙醇比例提高到22%,并在全国推行。并使联邦政府增收36亿美元。目前,巴西年产乙醇1000万t左右,其中1.3欧共体国家9伟%用于燃料。巴西是目前世界上唯一不供欧共体的乙醇年产量为175万t左右,应纯燃料汽油的国家,它的主要燃料为4乙醇汽油的使用量大约100万t。199年欧种:纯乙醇(含水乙醇)、乙醇汽油(22乙醇+78%共体通过法律,统一各种矿物油的消费税;汽油)、MEG燃料(GO%乙醇+33甲醇+%汽油)和柴对于可再生资源为原料生产燃料的试验性项油。汽油发动机车辆均使用乙醇汽油,现日,成员国可采取免税政策,而燃料乙醇包在,巴西约有370万辆以乙醇为燃料的专用括在有税收优惠之列。由于燃料乙醇的生产汽车。25a来,实施的燃料乙醇计划给巴西成本较汽油高,故税收优惠的原则是将乙醇带来了三大收益:①形成了独立的经济能汽油的价格调到与汽油相当的水平。欧共体源运行系统;②刺激了农业、乙醇相关行积极发展燃料乙醇是基于以下几方面原因业大发展,收效270亿美元,并增加就业人①石油价格的不断攀升;②减少对石油的数1.52倍;③显著改善了大气和生态环境。依赖;③增加就业机会;④将资金留在本1.2美国国;⑤乙醇汽油提高了汽油的动力性能;美国是世界上燃料乙醇的主要生产国,⑥减轻环境污染问题。其中最直接的动力早在20世纪30年代,美国就已开展了燃料是欧共体国家的农业丰收形成的农产品过剩乙醇的研究及应用工作,而70年代的世界问题。现在欧共体中法国、西班牙和瑞典已石油危机和1990年美国国会通过空气清净生产和使用乙醇汽油。最近,欧共体中的其法《修正案),是美国燃料乙醇发展的2个重它成员国(如荷兰、英国、德国、奥地利等)的农业要契机。1979年,美国开始大力推广使用部也已向政府提出规划,要求发屐燃料乙醇含有10%乙醇的混合燃料;1999年,美国工业。燃料乙醇消费量约450万t,2001年达到1.4其他国家550万t。据美国可再生能源协会预测目前,许多亚洲和非洲的农业资源国(如2004年加州全面禁止MTBE的使用,将使全秦国、南非等)均已制定规划,积极发展燃料乙美乙醇总需求量达到120亿L,随着新乙醇醇工业。厂的投产,2004年乙醇生产能力将达到133综观国际上发达国家燃料乙醇工业的发亿L。展之路,推行燃料乙醇将给国家带来巨大的中国煤化工CNMHG2003年6月热带农业科学第23卷第3期综合收益,表现在刺激农业、维护粮价、完段。粮食这种单一的消费结构,是农业生产善能源安全体系、减少对石油依赖、节约外难以稳定持续发展的根本症结。由于口粮消汇、增加就业、增加财政收入、改善大气环费、饲料消费增长相对比较稳定,若工业深境质量等许多个方面。因此,发展我国的燃加工比例低,则在生产略旺于消费时,即会料乙醇工业同样具有重大的意义。产生严重的粮食过剩问题,以致粮价下滑、生产下降,并导致连续几年的恶性循环2中国发展燃料乙醇生产的必要性此外,甘蔗是我国重要的糖料作物,由中国乙醇产量位居世界第3位。现有专于缺乏有效调节手段,多年来制糖行业大起业乙醇生产企业200余家,另有设立乙醇生大落,因受此牵连,甘蔗种植面积亦大幅波产车间的酿酒企业约700家。但目前专业燃动,蔗农积极性严重受挫。薯类也是我国主料乙醇生产刚刚开始。从乙醇汽油的发展历要粮食作物,占全国粮食总产量的Y%,在史看,燃料乙醇作为可再生能源产业,其发西南地区有许多山地资源还有待开发利用。展的背景和动因都源于缓解能源危机压力,通过发展燃料乙醇产业,走出一条以燃稳定粮食生产,增加农民收人,增加就业和料乙醇生产企业为龙头的道路,战略性地解减少环境污染等决过剩农产品转化增值的问题,是必要和现2.1石油资源日益紧缺实的。①从燃料乙醇产业的前向联系效应我国油气资源相对短缺,自1993年成看,在现有的资源和市场条件下,可以有效为石油净进口国后,供需矛盾日益突出,已解决玉米等粮食作物的转化,形成一个长成为制约我国经济发展的长期压力。2000期、稳定、可控的粮食消费市场,使国家拥年,我国石油净进口量已超过5000万t。有一个可靠的粮食调控手段;可以降低农民据有关部门预测,今后我国石油消费和进囗经营的市场风险和交易费用,实现小规模农量将呈上升趋势。大量进口石油势必影响国户生产与大市场的衔接,使农民在单位面积家外汇平衡和能源(特别是石油)供应安全。石地上得到比原来更高的收入,同时也可以油作为矿物质能源,不可再生。因此从国家减少国家按保护价敞开收购农民余粮的财政能源战略出发,须加快替代能源(特别是可再生补贴。②从燃料乙醇产业的后向联系效应能源)的开发,减少对石油的依赖。看,制约畜牧业发展的因素很多,其中饲料22粮食生产可持续发展的需要成本过高是主要矛盾之一。酒糟是牛、羊的中国是农产品生产和消费大国,主要粮优质饲料,具有蛋白质含量比普通饲料高的食品种产量居世界前列。我国粮食主要品种优点,饲喂酒糟可有效降低饲养成本,对拉中,玉米的68用于饲料、13%用于食用消动畜牧业的发展将起到重大作用。从调整农费,仅8用于工业深加工;小麦的88%用业种植结构的目的和效果看,发展燃料乙醇于制粉消费,仅2%用于工业消费;稻谷的产业,可以推进农业产品标准化、农业生产84%用于口粮消费,7%用于饲料,仅1%用专业化、农业经营一体化,并通过对农户生于工业消费。总体上我国主要粮食品种用于产环节和生产要素的协调重组,大大提高农工业深加工的比例太低,缺乏大规模转化手户生产环节的规模化、专业化、集约化程度,中国煤化工CNMHG王文泉等借燃料乙醇工业发展东风,开拓我国木薯产业新局面为应用现代农业科技奠定组织基础,从而有有关部门的高度重视。国家《上五计划纲利于推动农业种植结构调整,保障粮食生产要》已正式提出,开发燃料酒精等石油替代和供应安全,实现农业产业化的良性循环。品,并于“十五”期间在全国重点城市大力2.3城市大气环境质量亟待改善推广乙醇汽油的使用。目前,无锡轻大我国大部分城市污染程度严重。根据汽、一汽和中国汽车技术研究中心等单位,1999年度全国338个城市空气质量监测结共组织进行了4种燃料(汽油中燃料乙醇体积比分果统计,2/3的城市超过国家空气质量二级别为0%、77%、10%和15%)3种车型(夏利、富康、桑标准,其中超过三级标准的有137个城市,塔纳)8万km的行车和台架试验。试验结果占统计城市数的40.5%。47个全国环境保护与国外的使用情况基本吻合。2000年在北重点城市中,有23空气质量不达标,其中京、郑州等城市的汽车行车、台架试验等工18个城市空气质量超过三级标准。随着城作已经完成;《变性燃料乙醇》和《车用乙市调整能源结构、使用优质煤炭和工业污染醇汽油》2项产品国家标准已经出台;与推源综合治理的深入开展,机动车尾气污染问广使用车用乙醇汽油相关的法规正在制订之题已突显,主要表现在人口和交通高度集中中;车用乙醇汽油混配储存、销售方案正由的大城市。据有关部门统计,目前我国汽车中石油公司和中石化公司具体负责研究落保有量达2000万辆,摩托车约4500万辆,实,全套方案已报国家计委,纳入总体规划并且以年10%的速度增加。大量的汽车污染实施。物排放,给城市大气环境和人体健康带来了在燃料乙醇市场方面,中国汽车每年消很大影响,它是多年来各工业化国家一直非耗5000万t汽油,若在燃油中添加10%的常重视并重点解决的污染问题。汽油加入一燃料酒精,则每年的需求量为500万t而定量的燃料乙醇后,含氧量增加,辛烷值提我国现在的酒精生产总量只有200万t,燃高,使燃料与空气的混合和燃烧情况有所改料乙醇生产从零做起,其市场总价值为每年善,从而使汽车尾气中一氧化碳C0)和HC20~25亿美元。目前,河南天冠集团公司排放量分别降低30.8%和13.4%,温室气体和黑龙江华润金玉实业有限公司老厂变性燃()要比使用纯汽油减少3.9%,有利于保料乙醇改扩建项目已相继投产,其年生产能护环境和保障城市居民的身体健康。力均为20万t。国内首家以木薯和甘蔗为原料,生产车用燃料乙醇的大型环保能源项中国燃料乙醇工业的启动进程目——广东燃料乙醇项目已签约。该项目由我国的燃料乙醇,除了在抗战时期因油中国科学院广州能源研究所、广东华灵集团料奇缺而进行过小规模生产外,在粮食紧张有限公司共同研究开发,首期投资6.86亿的压力下,一直未将其纳入国家工业发展计元,设计年产燃料乙醇50万t;原料的种划。“九五”期间,中科院、清华、北大等植生产基地设在广东的肇庆市和湛江市。此大学和科研机构的院士、学者,在大量调查外,吉林80万t玉米燃料酒精项目和广西研究基础上,向国务院提出了发展我国燃料50万t甘蔗、木薯燃料乙醇项目正在筹建乙醇工业的政策建议,受到了国家领导人和中。中国煤化工CNMHG2003年6月热带农业科学第23卷第3期2001年,由中国工程院能源与矿业工降低乙醇的生产成本,并加强原料的综合利程学部组织“燃料乙醇”项目交流会,对我用,才能使燃料乙醇的生产过程存在利润。国发展燃料乙醇的技术问题进行了客观的讨但是,发展木薯、甘蔗等高产作物种植业,论。会议指出:①我国已具有生产燃料乙并以其初级产品为原料生产燃料乙醇,是一醇的技术,尤其是乙醇脱水技术十分先进,个具有巨大潜力的产业,有可能成为中国燃耗能低,应该优先利用,而不必花费大量外料乙醇的稳定来源,同时还可作为一些欠发汇购买国外相关的技术和设备,以降低建厂达地区经济发展的重要措施。的投资成本;②考虑到粮食安全问题,除玉米外,可以有选择地在不缺水的地区或不4木薯在燃料乙醇生产中的原料优势适宜种植高产粮食作物的地区,因地制宜,4.1木薯在热带亚热带地区生产系统中具通过发展高产高糖或耐旱耐盐碱的代粮含糖有独特的优点作物(如南方的甘蔗、木薯等,北方的甜高梁等)就地木薯是我国热带亚热带地区重要的能源生产燃料乙醇。这些作物既不与粮食作物争作物,目前90%用于淀粉生产-③。木薯具水争地,又能很好地解决当地农民的就业问有其它作物所不能比拟的一些特性,如超常题,增加农民的收入。的气候资源利用率,单位面积的光合作用能就价格方面,目前燃料乙醇的价格与汽力和生物能量生产水平最高,目前的鲜薯产油持平或者高于汽油价格,需要依靠政府补量达到60~75t/hm4;抗早、耐瘠薄、适贴。但是在巴西,甘蔗是酒精的主要生产原应性广泛,现在虽然主要在广西、海南和广料,巴西中南部生产每升酒精的成本是0.19东省种植,总面积仅55~70万hm2,但是它美元,而美国为0.33美元,欧洲为0.55美能够在新开垦的荒地种植,适宜我国长江以元。目前巴西的每升汽油零售价为1.75雷南的广大地区栽种,潜在的面积在140万亚尔,而酒精却只有08雷亚尔,显然酒精加m以上。况且,木薯不与主要粮食作物争价格低于汽油。综合而言,燃料乙醇是否能地;淀粉生产率高,块根中淀粉的比率达够进入汽车燃油市场,最终取决于其价格的30%~35%,淀粉具有特殊性竟争力。在原料方面,若以过剩的粮食转化4.2酒精生产率高于其它任何作物为燃料乙醇,就要求粮食的价格处于相对较国外研究机构比较过一些作物发酵法生低的价位,否则必须通过技术手段,大幅度产酒精的产率。见表1。在几种主要的酒表1各种能源作物单位面积产品原料加工酒精量的比较作物种类初级产品年产量/t,hm°)糖或淀粉质量分数伟%原料的酒精产率/(Lt)年酒精生产量/(L·hm2甘蔗12.5甜菜4300甜高梁28002050小麦2250中国煤化工CNMHG王文泉等借燃料乙醇工业发展东风,开拓我国木薯产业新局面精原料作物中,单位面积土地的酒精生产率产品的综合加工工艺。以木薯最高,甘蔗次之。②建设7000hm2的木薯种苗繁殖基国内有关专家认为,本薯是取代玉米等地。研究适应燃料乙醇工业需要的高产、高原料生产酒精的理想替代物,开发木薯酒精淀粉品种及其集约化栽培技术。资源前景看好。在同样土地资源条件下,种③建立7万hm2木薯生产基地。在木植木薯可比种植甘蔗多产1倍酒精;木暮茎薯酒精生产厂附近,作为产业链的配套措秆与蔗渣的产量和功能基本相当,其灰烬均施。是很好的钾肥。利用木薯进行酒精生产,整5.3预期规模效益株作物无废料,利用效率很高。重新认识木薯作为酒精原料作物在热带4.3乙醇生产的工艺成本较低亚热带地区经济发展中的使用价值,对开发大型木薯酒精厂的固定资产投入与销售淀粉加工潜力和创建较长的企业产业链具有收入之比为1:5,建设周期短,投放少,重要意义。以燃料乙醇和其它木薯淀粉加投资回收快,效益高。另外,现有糖厂用糖工企业为龙头,作为木薯转化、增值的动蜜生产酒精的闲置设备经改造后即可用于木力,建立“种植业-加工业-贸易”农工贸薯酒精加工0。体化的木薯产业发展系统。在未来10a中,形成海南省7万hm木薯种植规模,新增产5关于发展海南木薯产业的几点建议值2亿元;配套有700hm2良种快繁基地,5.1以然料乙醇企业为龙头的海南省木薯产值5000万元;年生产燃料乙醇50万七产业链建设目标规划产值20亿元。木薯酒精的副产品产值约2①建设50万t/a酒精联合企业,需消亿元,实现木薯生产、利用和经济发展的良耗鲜木薯300万t,种植木薯约需旱地7万性循环。海南省车用燃料乙醇的全面推广,将会②主导产品为50万t木薯酒精,副产有效减轻城市空气污染,改善居民生活环品有30万t酒精蛋白饲料、40万t二氧化境,有利于实施海南旅游大省的发展战略,碳系列产品。其综合环境、生态效益将显著提高。③种植7万hm2木薯,约需10万农户参与;利用本项目副产品蛋白饲料加工为全参考文献价饲料后,可在木薯种植地发展农户家庭养1 Chang L T. New developments of the use of殖业,生产10万t/a的优质家禽产品。starch. Proceedings of the international5.2产业化项目设计symposium, CIAT Regional Cassava Prografor Asia, Nanning, China. 1996①创建年生产能力50万t的木薯酒精2 Sarma J S. Trends and Prospects for Cassava生产企业。建议在海南通过现有酒精企业的the Developing World. International Food改造,建立年生产50万t燃料乙醇的大型Policy Research Institute, 1991企业。研究以木薯为主要原料的酒精生产工3WJ,GuZB, Jiang y R. Manufacture and艺和无水乙醇的最佳脱水方法。发展木薯副development of modified starch in China.中国煤化工CNMHG2003年6月热带农业科学第23卷第3期Proceedings of the international7林雄,李开棉,黄洁,等.木薯新品种华symposium, CIAT Regional Cassava Program南5号选育报告,热带农业科学,2001(5):for Asia, Nanning, China. 199615~194Jin$ shuren. Production and use of modified8沈光,广西木薯产业的发展前景与对策.热starch and starch derivatives in China. I带农业科学,2001(2):24~27Howeler R H, Tan S L. Cassava's Potential in 9 Rao P J M. Industrial Utilization of Sug-Asia in the 21st Century: Present Situationarcane and its Co-product. Indian Commis-and Future Research and Deve lopment Needssion of Sugar Industry Development, 1997Proceedings of the 6 h Regional Workshop 10 Henry G, Westby A. Global cassava starchheld in Ho Chi Minh city, V2000markets current situation and outlookIn: Howeler R H, Tan S L. Cassava's Poten-5 Byrne D. Breeding CassavaBreedingtial in Asia in the 21Century:PresentReviews,1984(2):73~133Situation and Future Research and Develop-6 Raffaillac j P, Second G. Cassava. Inment Needs, Proceedings of the 6t RegionalCharrier A, Jacquot M, Hamon S, et al. TropWorkshop held in Ho Chi Minh city, Vietnam.000.593~614Science Publishers Inc, 2001. 30-45Developing the Chinese Cassava Industrywith the Development of Fuel-Ethanol IndustryWANG Wenquan 2) LI Kaimiana(1 National Key laboratory for Tropical Crop Biotechnology, CATAS, Haikou 5711012 Tropical Crop Germplasm Research Institute, CATAS, Danzhou, Hainan 571737)Abstract This paper introduces the new developmental trends and policies in Chinese fuelethanol industryespecially the three advantages and market potential of cassava ethanolintermational background in the area. Suggestions on cassavaindustry series in Hainan Province are put forwardKeywords cassava industry; fuel; ethanol中国煤化工CNMHG