马铃薯生产燃料乙醇的性能分析

2 马铃薯燃料乙醇的发展机遇
2. 1 是进一步扩大我国燃料乙醇产业的需 要
我国是一个能耗大国 ,随着经济的持续快速增 长 ,能源消费总量也在不断增加 。“十一五”期间 ,我 国经济计划保持 7. 5 %左右的增长速度 ,依据能源 消费弹性系数进行计算 ,能源消费增长速度将维持 在 3. 375 %的水平 。如果设定 2010 ～2020 年我国 GDP 平均增长速度在 7 %左右 ,则计算得出 2010～ 2020 年期间我国能源消费的增长速度为 2. 8 %。由 此推测可知 ,2010 年我国能源需求量将达到 25. 47 亿 t 标准煤 ,2020 年将达到 33. 57 亿 t 标准煤[13] 。 可见 ,我国能源供应正面临着越来越大的压力 。
Abstract : Facing the challenge of China ’s energy security ,fuel ethanol has been considered a renewable and clean fuel
alternative to fossil fuels. This paper gives a brief introduction of potato and the necessity of developing potato fuel ethanol in China. Based on the comparison of capability for fuel production between potato and some other materials ,potato is believed to have the advantage of performance. It’s also pointed out that potato fuel ethanol has a good future in China.
燃料乙醇是指未加变性剂的 、可作为燃料用的 无水乙醇 ,也称燃料酒精 。它是以生物质为原料 ,通 过发酵法 ,再经蒸馏 、脱水得以制成 。燃料乙醇既可 直接作为燃料 ,也可以作为汽油的添加剂 ,替代石油 等化石能源 ,广泛应用于燃料 、电力 、医疗 、化工等领 域 。燃料乙醇是一种清洁的可再生能源 ,在它的整 个生产与使用循环中 ,可以实现 CO2 的自身平衡 ,不 增加温室气体的排放 。而作为车用燃料 ,它具有以 下两个方面的优点[5] :一是辛烷值高 ,抗爆性能好 ; 二是氧含量较高 ,添入到汽油中后 ,可增加汽油的含 氧量 ,使其燃烧更充分 ,从而降低尾气中一氧化碳 、 碳氢化合物等有害物质的排放 。研究表明 ,往汽油
2. 2 符合燃料乙醇生产原料多样化的要求
“十五”期间 ,我国以玉米 、小麦等陈化粮为原料 生产燃料乙醇的目的是为多余粮食的消费找到一条 新途径 ,增加农民的收入和生产的积极性 ,同时也可 减轻国家保存旧粮的负担 ,目前这一任务已基本完 成 。现阶段我国燃料乙醇的生产已经开始使用新 粮 。为了保障国家粮食安全 ,发改委明确指出 ,我国 燃料乙醇的进一步发展 ,不能再用主要粮食作物为 原料 ,需建立新的生产体系 ,实现原料多样化 。
Key words :energy ; fuel ethanol ; potato
能源是经济和社会发展的基本动力 。长期以 来 ,尽管煤 、石油和天然气的应用大大推动了我国的 经济发展和社会进步 ,但其资源却在不可逆消耗当 中 ,无法实现能源的可持续发展 。按照已探明的储 备量和开采速度推算 ,我国石油的平稳供应只能维 持将近 30 a ,天然气不足 60 a ,煤炭不足 100 a[1] 。同 时 ,石油等化石能源的消费也带来了严重的环境污 染问题 。我国 2001 年能源消费的 CO2 排放量约为 31. 12 ×108 t , 占 全 球 能 源 消 费 CO2 排 放 总 量 的 13. 14 % ,占我国 CO2 排放总量的 90 %以上 ,已成为 仅次于美国的世界第二大温室气体排放国[2] 。大城 市污染物中 ,40 %以上的氮氧化合物 、80 %以上的一 氧化碳和 70 %以上的碳氢化合物均来自汽车尾气 排放 , 而 汽 车 尾 气 正 是 来 自 汽 油 的 燃 烧[3] 。我 国
湖南农业科学 2007 , (6) :171～174 Hunan Agricultural Sciences
畜牧水产与加工贮藏
马铃薯生产燃料乙醇的性能分析
苏小军1 ,熊兴耀1 ,谭兴和2 ,刘明月1
(11 湖南农业大学园艺园林学院 ,湖南 长沙 410128 ; 2. 湖南农业大学食品科技学院 ,湖南 长沙 410128)
“十五”期间 ,我国将燃料乙醇的发展列为十大 重点工程之一 ,并投资 50 余亿元 ,批准建立 4 个以 消化小麦 、玉米等陈化粮为主要目标的燃料乙醇企 业 ,年总生产能力超过 100 万 t 。按照“十五”规划 , 我国发展燃料乙醇分三步走 :第一步以陈化粮为原 料生产燃料乙醇 ,并作为含氧添加剂在汽油中掺入 10 % ;第二步在有条件的省区利用当地优势资源进 行燃料乙醇生产 ;第三步就是利用植物秸秆 、稻壳等 纤维素生产燃料乙醇 ,并全面推广 。
表 1 不同原料单位面积燃料乙醇产量比较
作物
产量 (t/ hm2)
淀粉含 量 ( %)
吨原料产 乙醇量 (t)
玉米
8～10
65～75 0. 36～0. 42
小麦
6～9
60～70 0. 34～0. 39
木薯
25～45
22～28 0. 12～0. 15
甘薯
25～45
18～26 0. 10～0. 14
以发展的眼光看 ,最终解决燃料乙醇大量使用 时的原料问题 ,就必须依靠生物技术等高新技术的 发展 ,通过筛选种植高能 、高产生物资源 ,利用我国 大量的农业和工业废弃物资源 ,实现纤维素燃料乙 醇生产的商业化 。但是 ,在此之前 ,包括目前乃至今 后较长一段时间 ,开发粮食替代资源 ,如薯类 、甘蔗 、 甜高粱等经济作物 ,才是解决我国目前燃料乙醇生 产成本高 、原料有限的根本出路 。
尽管我国马铃薯的生产居世界第一位 ,但加工 业却很薄弱 。与发达国家相比 ,我国马铃薯的精深 加工业只是刚刚起步 ,且产品主要为附加值低的初 级加工品 ,真正用于附加值高产品生产的马铃薯所 占比例很小 ; 而发达国家如美国却高达 50 % ,深加 工企业多达 300 多家[14] 。从行业利用上看 ,发达国 家 80 %的马铃薯淀粉用于医药 、纺织 、造纸及能源 工业等领域 ,而我国目前 90 %的马铃薯淀粉是用于 食品和饲料工业 。因此 ,面临当前形势 ,如何以创新 的思路更加有效地发展我国马铃薯深加工业 ,是迫
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Hale Waihona Puke 中加入 10 %的燃料乙醇后 ,可使其辛烷值提高 3 % , 含氧量 增 加 3. 5 % ; 尾 气 中 一 氧 化 碳 排 放 量 减 少 30 %以上 ,碳氢化合物排放量降低 10 %以上[6 - 7] 。
第 6 期 苏小军等 :马铃薯生产燃料乙醇的性能分析 17 3
切需要解决的问题 。
3 马铃薯生产燃料乙醇的性能比较分析 3. 1 单位面积燃料乙醇产量的比较
根据淀粉水解成葡萄糖再转化为乙醇的化学反 应过程 ,可以推算出 ,1 t 淀粉理论上可产无水乙醇 0. 567 9 t 。从表 1 可以看出 ,马铃薯 、甘薯和木薯单 位面积乙醇产量较高 ,小麦最低 ,玉米其次 (均取平 均值进行比较 ,下表同) 。
收稿日期 :2007 - 06 - 06 基金项目 :湖南省“十一五”科技计划重点项目 (2006NK2006) 作者简介 :苏小军 (1975 - ) ,男 ,湖南永州市人 ,在读博士生 , 主要从事园艺产品采后处理和加工原理及技术方面的研究 。
SO2 的排放量已位居世界第一位[2] 。煤炭燃烧则是 SO2 排放的主要来源 ,占全国大气尘埃总排放量的 87 %。SO2 排放后所形成的酸雨区和污染区已达我 国国土面积的 40 %以上[4] 。可见 ,我国能源安全正 面临严峻挑战 ,发展洁净的可再生能源已成为可持 续发展的必然选择 。
1 马铃薯的基本属性
马铃薯又名土豆 、山药蛋等 ,在我国分布极其广 泛 ,北起黑龙江 ,南至南海诸岛 ,东抵沿海之滨和台 湾省 ,西到青藏高原和新疆 ,均有种植 。由于丰产性 好 、适应性广 、耐旱耐瘠 ,马铃薯已逐步成为人类重 要的粮食 、蔬菜 、饲料和工业原料 。
马铃薯块茎中含丰富的淀粉 ,高则可达其鲜重 的 30 %以上[8] 。皮层和淀粉层中含丰富的含氮物 质 ,这对于微生物发酵有很重要的作用 ,可供给酵母 菌养料 ,所以马铃薯是天然良好的培养基 。从淀粉 结构上来看 ,马铃薯淀粉颗粒较大 ,平均粒径在 30 ～40μm ,微结晶结合力较弱 ,结构松散 ,吸水膨胀力 大 ,易于糊化[9] 。此外 ,马铃薯淀粉分子中还含有亲 水性较强的磷酸基 ,也使得其易于吸水膨胀 。因此 , 马铃薯可作为燃料乙醇生产的理想原料 。薯块 、碎 块 、剔除的 、未成熟的和受伤的马铃薯及马铃薯废弃 物等均可被转化成乙醇[10 - 12 ] 。
2. 3 更加有效地拓展马铃薯深加工业
我国是世界最大的马铃薯生产国 ,拥有丰富的 马铃薯资源 。据联合国粮农 组 织 ( FAO) 的 统 计 , 2005 年全世界马铃薯的种植面积为 1 865 万 hm2 ,总 产量为 32 197 万 t ,我国的种植面积为 440 万 hm2 , 总产量为 7 377 万 t ,约占全世界的 23 %。并且在未 来几年里 ,由于农业产业结构的调整 ,比较效益明显 的马铃薯种植面积将会大幅度增加 。此外 ,由于耕 作方式的改变 ,如南方冬闲田的利用 ,也会使我国马 铃薯的种植面积快速增长 。
按照《变性燃料乙醇及车用乙醇汽油“十一五”
发展专项规划》“, 十一五”期间 ,我国将生产燃料乙 醇 500 万 t ,到 2020 年生产燃料乙醇 1 500 万 t 。目 前 ,我国燃料乙醇的总生产能力还不足 200 万 t ,远 远未达到国家的总体需求 。因此 ,无论是为了满足 车用燃油的需求 ,还是为了缓解能源的供应压力 ,进 一步扩大燃料乙醇产业已成了我国能源可持续发展 的必然要求 。