国内外能源植物资源及其开发利用现状
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目前 ,大多数的能源植物尚处于野生或半野生 状态 ,人类正在研究应用遗传改良 、人工栽培或先进 的生物技术等手段 ,通过生物质能转换技术提高利 用生物能源的效率 ,生产出各种清洁燃料 ,从而替代 煤炭 、石油和天然气等石化燃料 ,减少对矿物能源的 依赖 ,保护国家能源资源 ,减轻能源消费给环境造成 的污染 。据估计 ,绿色植物每年固定的能源 ,相当于 600 亿至 800 亿 t 石油 ,即全世界每年石油总产量的 20 至 27 倍 ,约相当于世界主要燃料消耗的 10 倍 ; 而作为能源的利用量还不到其总量的 1 %。目前 , 世界上许多国家都开始开展能源植物或“石油植物” 的栽种研究 ,并通过引种栽培 ,建立起新的能源基 地 ,如“石油植物园”、“能源农场”,以此满足对能源 结构调整和生物质能源需求的需要 。专家认为 ,生 物能源将成为未来持续能源重要部分 ,到 2015 年 , 全球总能耗将有 40 %来自生物能源 。因此 ,能源植 物具有广阔的开发利用前景 。
(11 四川省林业科学研究院 ,四川 成都 610081 ;21 中国林业科学研究院 ,北京 100091)
摘 要 :能源危机是人类即将面临的巨大挑战 ,生物能源的开发利用已成为当今国际上的一大热点 。本文对国内 外能源植物资源培育及其开发利用现状进行了概述 ,并分析了我国能源植物培育和利用存在的问题 ,提出加强生 物燃料油技术的研究与开发 ,有目的 、有选择地引进优良的能源植物资源和先进的技术工艺及主要设备 ,在高起点 上建立我国能源油料植物种质资源开发基地和生物燃料油生产技术体系 ,是我国能源可持续发展战略的关键 ,对 于我国能源植物资源培育与利用以及培育后备能源都具有十分重要的战略意义 。 关键词 :能源植物 ;资源培育 ;开发利用 中图分类号 :72714 文献标识码 :A 文章编号 :1003 - 5508 (2005) 03 - 0020 - 07
全球目前开发利用的主要能源植物
名称 形态 苦配巴 乔木
香槐 乔木 海桐花 小乔木
原产地
亚马逊 河流域
欧洲 、 美国
菲律宾
产量 50 桶·hm - 2或 10～20 L·h - 1
50 桶·hm - 2
50 g·kg - 1
成分 柴油
汽油 汽油
木棉 乔木 澳大利亚 011 kg·kg - 1 重油
麻疯树 黄鼠草 桉树 棕榈
自从诺贝尔奖获得者 、美国加州大学的化学家
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
2 2
四 川 林 业 科 技
26 卷
卡尔文于 1986 年在加州福尼亚种植了大面积的石 油植物获得成功以来 ,在全球迅速掀起了一股开发 研究石油植物的浪潮 。许多科学家们萌生了建立石 油“能源林场”的设想 。“能源林场”有两种 :一是栽 种的木本植物产生碳氢化合物 ,提取后即可制成燃 料 ;二是木本植物直接产生近乎石油的燃料 。在世 界各地相继发现了一些“柴油树”、“酒精树”和“蜡 树”。到目前为止 ,科学家们已发现了 40 多种“石 油”植物 ,主要集中在夹竹桃科 、大戟科 、萝摩科 、菊 科 、桃金娘科以及豆科上 。专家们正在进行品种的 选择和质量的优化 ,并准备尽快实行商业化生产 。 有的直接从树中挤出就可发动汽车 ,有的稍加工提 炼后就可作燃料油和化工产品的原料 ;能源植物大 量种植 ,将在发展经济 、解决能源短缺 、保护环境等 方面作出巨大贡献 。
乔木 草本 乔木 乔木
中国 115～3 t·hm - 2 柴油
美国
1～6 t·hm - 2 石油
澳大利亚 5 桶·t - 1
汽油
热带雨林 10 t·hm - 2 可燃油
使用
不经加 工提炼
稍经 处理
加工
干木 加工
稍经 处理
加工
水蒸气 蒸馏
提炼
2 国外能源植物培育与开发利用概况
20 世纪 70 年代 ,国际上出现了两次石油危机 , 2000 年人们又在油价格猛涨中度过 ,给世界经济带 来巨大影响 ,更使科技工作者加大对新能源的关注 。 不少植物学家试图用植物油脂这种植物能源作为对 石油日益膨胀需求量的对策之一 。
On Domestic and International Situation of Energy Plant Resources and their Exploitation
F EI Shi2min1 ZHAN G Xu2dong2 YAN G Guan2ying1 ZHOU Jing2xing2 L IU Fu2yun1
3期
费世民 ,等 :国内外能源植物资源及其开发利用现状
2 1
乐观 。 随着石油等非再生性矿物资源的不断枯竭 ,从
长远看 ,液体燃料短缺仍将是困扰人类发展的大问 题 。为此 ,人们把注意力转向可以再生的资源 —森 林 ,除利用其薪材外 ,正加快开发“石油人工林”—直 接能代替石油的烃类和油脂类的树种 ,生物石油的 开发利用已成为当今国际上的一大热点 ,与发达国 家一样 ,我国也同样面临着能源短缺的巨大挑战 ,我 国石化资源贮量的有限性 ,能源需求量的巨大性 ,能 源资源问题已成为关系到国家安全和发展的全局性 问题 。因此 ,加强生物燃料油技术的研究与开发 ,有 目的 、有选择地引进优良的石油植物资源和先进的 技术工艺和主要设备 ,在高起点上发展我国的生物 石油资源与相关技术 ,建立我国能源油料植物种质 资源开发基地和生物燃料油生产技术体系 ,是国家 科技攻关研究的重要内容之一 ,也是我国能源可持 续发展战略的关键之一 ,对于我国石油植物资源培 育与利用以及培育后备能源都具有十分重要的战略 意义 。
在世界各地还先后栽培成功了各种石油植物 , 许多国家纷纷建立一种全新的石油生产基地 —“石 油植物园”。
产于澳大利亚的古巴树 (也称柴油树) ,从成年 树中每棵每年可获得约 25 L 燃料油 ,且这种油可直 接用于柴油机 。巴西一种野生的汉咖树 ,在它体内 含有 15 %的酒精 。产于美国的美洲香槐 ,它生活在 干旱和半干旱地区 ,与我国西部很多环境相似 ,在每 公顷土地上我们可以从这种大戟科植物中能得到约 1 600 L (合 10 桶) 燃料油 。生长在中国海南岛的油 楠树 ,是一种能产柴油的树种 ,一棵直径 0. 4 m 、高 12 m 的油楠树 ,可年产拟柴油物质 10 L ～25 L ,一 棵大树可产 50 L 。巴西生长的香胶树是一种枝干 粗大的常绿乔木 ,1 a 能分泌 40 kg～60 kg 胶液 ,纯 净的胶液不经提炼可直接当柴油使用 ,每公顷香胶 树可年产石油 225 桶 。巴西还有一种油棕榈树 ,也 是一种石油树 ,栽培 3 a 后开花结果 ,每公顷可年产 油 1 万 kg 。另外 ,泰国 、澳大利亚也分别从南洋油 桐 、阔叶木棉中提取出了石油物质 。这意味着 ,广泛 种植能生产石油的树木 ,将使人类在未来获得稳定 的新能源之一 。
Hale Waihona Puke Baidu
能源危机是人类即将面临的巨大挑战 。据预 测 ,若按目前的水平开采世界已探明的能源 ,煤炭资 源尚可开采 100 a ,天然气 50 a～60 a ,地球上石油的 存量已不足 2000 亿吨 ,在 100 多年后将被耗尽 。全 球石化能源消耗量在 1992 年至 1999 年间增加了
10 % ,据预测 ,能源消费在未来 20 a 内还将以平均 2 %的速度增长 。随着社会与经济的发展 ,我国对能 源的需求将会不断增加 , 2000 年能源消费总量达 1218 亿吨标准煤 ,比 1990 年增长 30 %。21 世纪 , 我国将逐步进入中等发达国家行列 ,能源形势不容
1 能源植物及其资源概况
能源植物 ( Energy Plant) (又称“石油植物”或生 物燃料油植物) 通常是指那些具有合成较高还原性 烃的能力 ,可产生接近石油成分和可替代石油使用 的产品的植物 ,以及富含油脂的植物 。因此 ,能源植 物包括 : (1) 富含类似石油成分的能源植物 ,石油的 主要成分是烃类 ,如烷烃 、环烷烃等 ,富含烃类的植 物是植物能源的最佳来源 ,生产成本低 ,利用率高 , 如目前已发现并受到专家赏识的续随子 、绿玉树 、橡 胶树和西蒙德木等 ; (2) 富含碳水化合物的能源植 物 ,利用这些植物所得到的最终产品是乙醇 ,如木 薯 、甜菜 、甘蔗等 ; (3) 富含油脂的能源植物 ,既是人 类食物的重要组成部分 ,也是工业用途非常广泛的 原料 ,世界上富含油的植物达万种以上 ,我国有近千 种以上 ,其中有的含油率很高 ,如木姜子种子含油率 达 6614 % ,黄脉钓樟种子含油率高达 6712 % ,还有 苍耳子等植物 。产油植物大体有 3 类 :一是大戟科 植物 ,其植物油可制成类似石油的燃料 ,大戟科的巴 豆属制成的液体燃料可供柴油机使用 。二是豆科植 物 ,美国加利福尼亚大学化学博士卡尔文在巴西发 现 ,在苦配巴树干上钻个孔 ,就能流出油来 ,每个洞 流油 3 h ,就能得油 10 L ～20 L 。油可以直接在柴 油机上使用 。据估计 ,1 hm2 的苦配巴植物每年可
生产油 50 桶 。三是其他木本植物 ,如油棕榈树 、南 洋油桐树 、澳大利亚的阔叶木棉等 。美国科学家通 过试种 ,种植 1 hm2 含油大戟 ,1 a 至少可收获 25 桶 生物石油 ,经改进 ,甚至可能收获 125 桶 ,成本低于 天然石油 ;巴西试种油棕榈树 ,3 a 后开始结果产油 , 产油 1 万 kg·hm - 2 。
(1. Sichuan Academy of Forestry ,Chengdu 610081 ; 2. Chinese Academy of forestry ,Beijing 100091)
Abstract :Energy crisis is t he huge challenge t hat mankind will be faced wit h ,t he exploitation of bio2 logical energy has become a hot point in t he present world. This paper deals wit h t he domestic and in2 ternational present sit uation of cultivation and exploitation of energy resources and t he existing prob2 lems of cultivation and utilization of energy plant resources. It is t he key of sustainable develop ment st rategy of t he energy plant s in our count ry ,t hat is ,t he research for exploitation technology of biologi2 cal f uel oil should be st rengt hened ,and fine energy plant resources and advanced technical technology and major equip ment should be int roduced in order to establish develop ment bases of energy plant species resources and technical systems for t he production of biological f uel oil on high starting point . This has an important st rategic meaning in cultivating and utilizing t he energy plant resources as well as cultivating reserve energy. Key words :Energy plant ,Resource cultivation , Exploitation
第 26 卷 第 3 期 2005 年 6 月
四 川 林 业 科 技 Journal of Sichuan Forestry Science and Technology
Vo1. 26 , No. 3 J une , 2005
国内外能源植物资源 及其开发利用现状
费世民1 ,张旭东2 ,杨灌英1 ,周金星2 ,刘福云1
收稿日期 :2005203209 基金项目 :国家林业局四川森林生态与资源环境研究实验室资助 。 作者简介 :费世民 (19662) ,男 ,汉族 ,博士 ,研究员 ,主要从事森林生态 、森林保育 、林业生态工程和植被恢复等研究 。
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
(11 四川省林业科学研究院 ,四川 成都 610081 ;21 中国林业科学研究院 ,北京 100091)
摘 要 :能源危机是人类即将面临的巨大挑战 ,生物能源的开发利用已成为当今国际上的一大热点 。本文对国内 外能源植物资源培育及其开发利用现状进行了概述 ,并分析了我国能源植物培育和利用存在的问题 ,提出加强生 物燃料油技术的研究与开发 ,有目的 、有选择地引进优良的能源植物资源和先进的技术工艺及主要设备 ,在高起点 上建立我国能源油料植物种质资源开发基地和生物燃料油生产技术体系 ,是我国能源可持续发展战略的关键 ,对 于我国能源植物资源培育与利用以及培育后备能源都具有十分重要的战略意义 。 关键词 :能源植物 ;资源培育 ;开发利用 中图分类号 :72714 文献标识码 :A 文章编号 :1003 - 5508 (2005) 03 - 0020 - 07
全球目前开发利用的主要能源植物
名称 形态 苦配巴 乔木
香槐 乔木 海桐花 小乔木
原产地
亚马逊 河流域
欧洲 、 美国
菲律宾
产量 50 桶·hm - 2或 10～20 L·h - 1
50 桶·hm - 2
50 g·kg - 1
成分 柴油
汽油 汽油
木棉 乔木 澳大利亚 011 kg·kg - 1 重油
麻疯树 黄鼠草 桉树 棕榈
自从诺贝尔奖获得者 、美国加州大学的化学家
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
2 2
四 川 林 业 科 技
26 卷
卡尔文于 1986 年在加州福尼亚种植了大面积的石 油植物获得成功以来 ,在全球迅速掀起了一股开发 研究石油植物的浪潮 。许多科学家们萌生了建立石 油“能源林场”的设想 。“能源林场”有两种 :一是栽 种的木本植物产生碳氢化合物 ,提取后即可制成燃 料 ;二是木本植物直接产生近乎石油的燃料 。在世 界各地相继发现了一些“柴油树”、“酒精树”和“蜡 树”。到目前为止 ,科学家们已发现了 40 多种“石 油”植物 ,主要集中在夹竹桃科 、大戟科 、萝摩科 、菊 科 、桃金娘科以及豆科上 。专家们正在进行品种的 选择和质量的优化 ,并准备尽快实行商业化生产 。 有的直接从树中挤出就可发动汽车 ,有的稍加工提 炼后就可作燃料油和化工产品的原料 ;能源植物大 量种植 ,将在发展经济 、解决能源短缺 、保护环境等 方面作出巨大贡献 。
乔木 草本 乔木 乔木
中国 115～3 t·hm - 2 柴油
美国
1～6 t·hm - 2 石油
澳大利亚 5 桶·t - 1
汽油
热带雨林 10 t·hm - 2 可燃油
使用
不经加 工提炼
稍经 处理
加工
干木 加工
稍经 处理
加工
水蒸气 蒸馏
提炼
2 国外能源植物培育与开发利用概况
20 世纪 70 年代 ,国际上出现了两次石油危机 , 2000 年人们又在油价格猛涨中度过 ,给世界经济带 来巨大影响 ,更使科技工作者加大对新能源的关注 。 不少植物学家试图用植物油脂这种植物能源作为对 石油日益膨胀需求量的对策之一 。
On Domestic and International Situation of Energy Plant Resources and their Exploitation
F EI Shi2min1 ZHAN G Xu2dong2 YAN G Guan2ying1 ZHOU Jing2xing2 L IU Fu2yun1
3期
费世民 ,等 :国内外能源植物资源及其开发利用现状
2 1
乐观 。 随着石油等非再生性矿物资源的不断枯竭 ,从
长远看 ,液体燃料短缺仍将是困扰人类发展的大问 题 。为此 ,人们把注意力转向可以再生的资源 —森 林 ,除利用其薪材外 ,正加快开发“石油人工林”—直 接能代替石油的烃类和油脂类的树种 ,生物石油的 开发利用已成为当今国际上的一大热点 ,与发达国 家一样 ,我国也同样面临着能源短缺的巨大挑战 ,我 国石化资源贮量的有限性 ,能源需求量的巨大性 ,能 源资源问题已成为关系到国家安全和发展的全局性 问题 。因此 ,加强生物燃料油技术的研究与开发 ,有 目的 、有选择地引进优良的石油植物资源和先进的 技术工艺和主要设备 ,在高起点上发展我国的生物 石油资源与相关技术 ,建立我国能源油料植物种质 资源开发基地和生物燃料油生产技术体系 ,是国家 科技攻关研究的重要内容之一 ,也是我国能源可持 续发展战略的关键之一 ,对于我国石油植物资源培 育与利用以及培育后备能源都具有十分重要的战略 意义 。
在世界各地还先后栽培成功了各种石油植物 , 许多国家纷纷建立一种全新的石油生产基地 —“石 油植物园”。
产于澳大利亚的古巴树 (也称柴油树) ,从成年 树中每棵每年可获得约 25 L 燃料油 ,且这种油可直 接用于柴油机 。巴西一种野生的汉咖树 ,在它体内 含有 15 %的酒精 。产于美国的美洲香槐 ,它生活在 干旱和半干旱地区 ,与我国西部很多环境相似 ,在每 公顷土地上我们可以从这种大戟科植物中能得到约 1 600 L (合 10 桶) 燃料油 。生长在中国海南岛的油 楠树 ,是一种能产柴油的树种 ,一棵直径 0. 4 m 、高 12 m 的油楠树 ,可年产拟柴油物质 10 L ～25 L ,一 棵大树可产 50 L 。巴西生长的香胶树是一种枝干 粗大的常绿乔木 ,1 a 能分泌 40 kg～60 kg 胶液 ,纯 净的胶液不经提炼可直接当柴油使用 ,每公顷香胶 树可年产石油 225 桶 。巴西还有一种油棕榈树 ,也 是一种石油树 ,栽培 3 a 后开花结果 ,每公顷可年产 油 1 万 kg 。另外 ,泰国 、澳大利亚也分别从南洋油 桐 、阔叶木棉中提取出了石油物质 。这意味着 ,广泛 种植能生产石油的树木 ,将使人类在未来获得稳定 的新能源之一 。
Hale Waihona Puke Baidu
能源危机是人类即将面临的巨大挑战 。据预 测 ,若按目前的水平开采世界已探明的能源 ,煤炭资 源尚可开采 100 a ,天然气 50 a～60 a ,地球上石油的 存量已不足 2000 亿吨 ,在 100 多年后将被耗尽 。全 球石化能源消耗量在 1992 年至 1999 年间增加了
10 % ,据预测 ,能源消费在未来 20 a 内还将以平均 2 %的速度增长 。随着社会与经济的发展 ,我国对能 源的需求将会不断增加 , 2000 年能源消费总量达 1218 亿吨标准煤 ,比 1990 年增长 30 %。21 世纪 , 我国将逐步进入中等发达国家行列 ,能源形势不容
1 能源植物及其资源概况
能源植物 ( Energy Plant) (又称“石油植物”或生 物燃料油植物) 通常是指那些具有合成较高还原性 烃的能力 ,可产生接近石油成分和可替代石油使用 的产品的植物 ,以及富含油脂的植物 。因此 ,能源植 物包括 : (1) 富含类似石油成分的能源植物 ,石油的 主要成分是烃类 ,如烷烃 、环烷烃等 ,富含烃类的植 物是植物能源的最佳来源 ,生产成本低 ,利用率高 , 如目前已发现并受到专家赏识的续随子 、绿玉树 、橡 胶树和西蒙德木等 ; (2) 富含碳水化合物的能源植 物 ,利用这些植物所得到的最终产品是乙醇 ,如木 薯 、甜菜 、甘蔗等 ; (3) 富含油脂的能源植物 ,既是人 类食物的重要组成部分 ,也是工业用途非常广泛的 原料 ,世界上富含油的植物达万种以上 ,我国有近千 种以上 ,其中有的含油率很高 ,如木姜子种子含油率 达 6614 % ,黄脉钓樟种子含油率高达 6712 % ,还有 苍耳子等植物 。产油植物大体有 3 类 :一是大戟科 植物 ,其植物油可制成类似石油的燃料 ,大戟科的巴 豆属制成的液体燃料可供柴油机使用 。二是豆科植 物 ,美国加利福尼亚大学化学博士卡尔文在巴西发 现 ,在苦配巴树干上钻个孔 ,就能流出油来 ,每个洞 流油 3 h ,就能得油 10 L ～20 L 。油可以直接在柴 油机上使用 。据估计 ,1 hm2 的苦配巴植物每年可
生产油 50 桶 。三是其他木本植物 ,如油棕榈树 、南 洋油桐树 、澳大利亚的阔叶木棉等 。美国科学家通 过试种 ,种植 1 hm2 含油大戟 ,1 a 至少可收获 25 桶 生物石油 ,经改进 ,甚至可能收获 125 桶 ,成本低于 天然石油 ;巴西试种油棕榈树 ,3 a 后开始结果产油 , 产油 1 万 kg·hm - 2 。
(1. Sichuan Academy of Forestry ,Chengdu 610081 ; 2. Chinese Academy of forestry ,Beijing 100091)
Abstract :Energy crisis is t he huge challenge t hat mankind will be faced wit h ,t he exploitation of bio2 logical energy has become a hot point in t he present world. This paper deals wit h t he domestic and in2 ternational present sit uation of cultivation and exploitation of energy resources and t he existing prob2 lems of cultivation and utilization of energy plant resources. It is t he key of sustainable develop ment st rategy of t he energy plant s in our count ry ,t hat is ,t he research for exploitation technology of biologi2 cal f uel oil should be st rengt hened ,and fine energy plant resources and advanced technical technology and major equip ment should be int roduced in order to establish develop ment bases of energy plant species resources and technical systems for t he production of biological f uel oil on high starting point . This has an important st rategic meaning in cultivating and utilizing t he energy plant resources as well as cultivating reserve energy. Key words :Energy plant ,Resource cultivation , Exploitation
第 26 卷 第 3 期 2005 年 6 月
四 川 林 业 科 技 Journal of Sichuan Forestry Science and Technology
Vo1. 26 , No. 3 J une , 2005
国内外能源植物资源 及其开发利用现状
费世民1 ,张旭东2 ,杨灌英1 ,周金星2 ,刘福云1
收稿日期 :2005203209 基金项目 :国家林业局四川森林生态与资源环境研究实验室资助 。 作者简介 :费世民 (19662) ,男 ,汉族 ,博士 ,研究员 ,主要从事森林生态 、森林保育 、林业生态工程和植被恢复等研究 。
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