能源植物

能源是现代社会赖以生存和发展的基础，随着社会的发展，能源危机已成为当今世界面临的巨大挑战。据世界能源权威机构1999 年底的分析，世界已探明的主要矿物燃料储量和开采量不容乐观，其中石油剩余可采年限仅有40 年[1]，其年消耗量占世界能源总消耗量的40.5％[2]。从发展的角度看，化石能源终将耗竭，加之其燃烧时产生的有害物质严重污染了生态环境。传统的能源结构已经开始调整，作为未来的主要能源只能依赖于可再生能源和受控核聚变能。因此，国内外的能源研究人员正积极探索发展替代燃料和可再生能源。

生物质是一种重要的可再生能源。生物质能是指利用生物可再生原料和太阳能生产的清洁和可持续利用的能源，包括燃料酒精、生物柴油、生物制氢、生物质气化及液化燃料等。能源植物是最有前景的生物质能之一。本文从能源植物的概念、分类入手，对其国内外研究进展和开发利用现状、生物能源生产技术及存在的问题进行了综述。

1. 能源植物定义

绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部，这种生物质能实际上是太阳能的一种存在形式。所以广义的能源植物几乎可以包括所有植物。植物的生物质能是一种广为人类利用的能源，其使用量仅次于媒、石油和天然气而居于世界

能源消耗总量第四位。但以目前的技术水

平，还不能将所有植物都用于能源开发。因此，一般意义上讲能源植物通常是指那些利用光能效率高，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、糖类淀粉类、纤维素等的植物[3,4]。

2. 能源植物的分类

能源植物种类繁多，生态分布广泛，有草本、乔木和灌木类等。目前全世界已发现的能源植物主要集中在夹竹桃科、大戟科、萝科、菊科、桃金娘科以及豆科，品种主要有绿玉树、续随子、橡胶树、西蒙德木、甜菜、甘蔗、木薯、苦配巴树、油棕榈树、南洋油桐树、黄连木、象草等。为了研究利用方便，这里按其使用的功能和转化为替代能源的化学成分将能源植物主要分为四类。

2.1 富含类似石油成分的能源植物

这类植物合成的分子结构类似于石油烃类，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。目前已发现并受到能源专家赏识的有续随子、绿玉树、西谷椰子、西蒙得木、巴西橡胶树等。例如巴西橡胶树分泌的乳汁与石油成分极其相似，不需提炼就可以直接作为柴油使用，每一株树年产量高达40L。我国海南省特产植物油楠树的树干含有一种类似煤油的淡棕色可燃性油质液体，在树干上钻个洞，就会流出这种液体，也可以直接用作燃料油。

2.2 富含高糖、高淀粉和纤维素等碳水

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。这类植物种类多，且分布广，如木薯、马铃薯、菊芋、甜菜以及禾本科的甘蔗、高粱、玉米等农作物都是生产乙醇的良好原料

2.3 富含油脂的能源植物

这类植物既是人类食物的重要组成部分,又是工业用途非常广泛的原料。对富含油脂的能源植物进行加工是制备生物柴油的有效途径。世界上富含油的植物达万种以上，我国有近千种,有的含油率很高，如桂北木姜子种子含油率达64.4%，樟科植物黄脉钓樟种子含油率高达67.2%。这类植物有些种类存储量很大，如种子含油达15%～25% 的苍耳子广布华北、东北、西北等地，资源丰富，仅陕西省的年产量就达1.35 万t。集中分布于内蒙、陕西、甘肃和宁夏的白沙蒿、黑沙蒿，种子含油16%～23%，蕴藏量高达

50 万t。水花生、水浮莲、水葫芦等一些高等淡水植物也有很大的产油潜力。生存在淡水中的丛粒藻（绿藻门四胞藻目），就如同产油机，能够直接排出液态燃油[6]。

2.4 用于薪炭的能源植物

这类植物主要提供薪柴和木炭。如杨柳科、桃金娘科桉属、银合欢属等。目前世界上较好的薪炭树种有加拿大杨、意大利杨、美国梧桐等。近来我国也发展了一些适合作薪炭的树种，如紫穗槐、沙枣、旱柳、泡桐等，有的地方种植薪炭林3~5 年就见效，平均每公顷（10 000 m2，15 亩）薪炭林可产干柴15 t 左右。美国种植的芒草可燃性强，收获后的干草能利用现有技术轻易制成燃料用于电厂发电。

3. 国内外能源植物研究开发和利用概况

3.1 国际能源植物的研究开发和利用

情况国际上能源植物的研究始于20 世纪50 年代末60 年代初，发展于70 年代，自80 年代以来得到迅速发展。1986 年美国加州大学诺贝尔奖获得者卡尔文博士在加州福尼亚大面积地成功引种了具有极高开发价值的续随子和绿玉树等树种，每公顷可收获

120~140 桶石油，并作了工业应用的可行性分析研究，提出营造“石油人工林”，开创了人工种植石油植物的先河[7]。至此在全球迅速掀起了一股开发研究能源植物的热潮，许多国家都制定了相应的开发研究计划。如日本的“阳光计划”、印度的“绿色能源工程”、美国的“能源农场”和巴西的“酒精能源计划” 等。随着更多的“柴油树”、“酒精树”和“蜡树” 等植物的发现及栽培技术的不断成熟，世界各地纷纷建立了“石油植物园”、“能源林场” 等，栽种一些产生近似石油燃料的植物。英国、法国、日本、巴西、俄罗斯等国也相继开展石油植物的研究与应用，借助基因工程技术培育新树种，采用更先进的栽培技术来提高产量。目前，美国已种植有一百多万公顷的石油速生林，并建立了三角叶杨、桤木、黑槐、桉树等石油植物研究基地；菲律宾有1.2 万公顷的银合欢树，6 年后可收1000 万桶石油；日本则建立了5 万m2 的石油植物试验场，种植15 万株石油植物，年产石油100 多桶；瑞士“绿色能源计划”打算用10 年种植10 万公顷石油植物，解决全国一年50%

石油需求量。泰国利用椰子油制作的汽车燃料加油

站在泰国中部巴蜀府开始营业，成为世界上第一个椰子油加油站。巴西是乙醇燃料开发应用最有特色的国家，实施了世界上规模最大的“乙醇种植”计划。2004 年，巴西的乙醇产量达146 亿L，乙醇消费量超过122 亿L。目前巴西乙醇产量占世界总产量的44%，出口量的66%。美国通过采用基因工程技术，

对木质纤维素进行了成功的乙醇转化。从

1980 年到2000 年的20 年内，美国的燃料乙醇生产量由66.24 亿L 增加到617 亿L。