能源植物

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Hale Waihona Puke • 【化学成分和纤维形态】构树皮综纤维素含量为42-44.3%，木 质素含量为6.5-8.5%，容易制浆；纤维长度分布最为集中，主 要分布于7-13mm，点总数的83.0%，平均长8.3-11.4mm，纤 维比较均匀，平均宽度为16.8-18.9μm，纤维的长宽比为455以 上，具有较好的纤维形态，可作为制浆造纸的原料。但树皮中 大量的树脂和果胶也影响制浆造纸过程及产品的质量。 • 【采收与加工】优质构皮纤维原料最佳收获期为2-5a，综合经 济效益考虑，纤维原料人工林培育最佳周期为2-3a。在夏秋间 采割枝条，除去叶和幼嫩枝梢，趁鲜剥下韧皮，不用刮青，自 然晒干即叫生皮；也可将剥下的生皮，放在蒸锅的木桶里蒸至 水沸，10min后取出，用清水洗去外皮的胶质，晒干，放于干 燥通风处，防止潮湿和太阳曝晒。民间用构皮作土纸，方法是： 1）碱煮：一般是石灰水煮3-4h后，取出。2）打浆：将碱煮过 的构皮进行打浆，使纤维完全分开后，即可放入水中洗浆，除 去杂质。3）抄纸：将洗好的浆状纤维放入含一点胶质的水中， 然后用纸网在浆水中抄纸。4）晒干：粘有纸浆的纸网，取出凉 11 晒干后，即可取下皮纸。纸网可重复使用。
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（二）构树 Broussonetia papyrifera（L.）Vent.
• 【别名与科属】构桃树、楮桃树、楮树、谷木、谷浆树，野毛桑， 桑科（Moraceae）构属。 • 【形态特征】落叶乔木，高10-16m。树皮淡灰色，平滑或浅裂， 全株含乳汁。小枝粗壮，黑褐色或灰褐色，密生绒毛。单叶对生 或轮生，阔卵形至长圆状卵形，长7-20m，宽6-15m，常有2-5深 裂，先端渐尖，基部圆形或近心形，边缘具细锯齿或粗锯齿，表 面深绿色，具粗糙伏毛，背面灰绿色，被密柔毛；叶柄长3-5cm， 密生绒毛；托叶卵状长圆形，早落。花雌雄异株；雄花序为腋生 下垂，长3-8cm，雄花具短梗，有2-3小苞片，花被片基部合生， 上部有毛。雌花序假头状，密生白色细毛；苞片棒状，长约4mm， 先端毛笔状；柱头线形有刺毛，长达9mm。小核果肉质扁球形， 直径2-3cm，表面有小瘤体，鲜红色。花期4-5月，果期7-9月。 • 【生境分布】全国各地都有分布， 朝鲜、日本、越南、印度也 有分布。强阳性树种，耐干旱瘠薄，抗逆性强。多生于海拔5001000m的丘陵、山坡、平坦地或村落附近。 9
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• 目前大部分的能源植物处于野生或半野生状态，科研人员正在利用遗传改良、 人工栽培或先进的生物技术手段，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。 我国已经拥有了一批可以产业化生产的能源植物，如南方的薯类和甘蔗，北 方的甜高粱和旱生灌木，以及在我国广大地区可以发展的木本油料等油脂植 物。能源植物资源不仅在种类、形态、成分及功能上具有丰富的多样性，在 利用形式、方法上也具有广泛的多样化。 • 作为未来的一种新能源，具有许多优点：l）能源植物是新一代的绿色洁净能 源，在当今全世界环境污染严重的情况下，应用它对保护环境十分有利；2） 能源植物分布面积广，若能因地制宜地进行种植，便能就地取木成油，而不 需勘探、钻井、采矿，也减少了长途运输，成本低廉，易于普及推广。3）能 源植物可以迅速生长，能通过规模化种植，保证产量，而且是一种可再生的 种植能源，而非一次能源。4）植物能源使用起来要比核电等能源安全得多， 不会发生爆炸，泄漏等安全事故。5）开发能源植物，还将逐步加强世界各国 在能源方面的独立性，减少对石油市场的依赖，可以在保障能源供应、稳定 经济发展方面发挥积极作用。因此，能源植物具有广阔的开发利用前景。因 2 此，大力开发利用能源植物，是解决目前全球能源危机的重要途径之一。
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二、主要的能源植物
• （一）续随子Euphorbia lathyris L. • 【别名与科属】千金子、小巴豆、菩萨豆、千两金、打鼓子、 一把伞，大戟科（Euphorbiaceae）大戟属。 • 【形态特征】2年生草本，高约1m，全株无毛，内有白色乳 汁。根短，呈圆锥状而稍弯曲，乳白色，茎直立，圆柱形， 粗壮，淡绿色，有时带粉红色，顶端在开花前分生4枝呈伞 状。单叶交互对生而举展，有短柄，叶先披针形状或卵状披 针形，由下而上逐渐增大，长6-12cm，宽0.8 -1.3cm。先端 锐尖，基部略成心形而有些抱茎，全缘。花单性，无花被， 杯状聚伞花序；各小聚伞花序有卵状披针形苞片2枚，总苞 杯状，4-5裂，裂片三角状披针形；腺体4枚，黄绿色，肉质， 略成新月形；雄花多数，每花有雄蕊1枚；雌花1朵，子房3 室，每室具一胚珠。蒴果近球形。种子为椭圆形或卵圆形， 长5-6mm，直径约4mm，表面灰褐色或灰棕色皱纹。花期47月，果期7-8月。 • 【生境分布】原产欧洲，我国及日本栽培已久。喜阳光，多 生于向阳山坡，生长期需水量不大，抗逆性强。 5
• （二）植物能源转化和利用方式 • （1）生物乙醇 许多生物质经初步加工，能够作为发酵酒精的工业原料，而 乙醇生产已在世界范围内形成仅次于石油化工的大产业，工艺装备技术成熟。 乙醇作为燃料具有热值大、燃烧充分等优点，并能够与现行的内燃机有较好 的相容性。无水乙醇和汽油以一定比例混合可作为车用燃料，乙醇在混合物 中的比例不超过25%时，可以利用原有的汽车发动机，而纯度为92.6-93.8% 的含水乙醇，能够直接作为车用燃料，但需使用专门设计的具有更高压缩比 的发动机。目前的燃料乙醇主要是指无水乙醇，按一定比例加入到汽油或柴 油中，可缓解汽油、柴油短缺的社会问题，同时能够提高汽油和柴油的燃烧 水平，有利于环境保护。 • （2）平台化合物 包括乙醇在内，糖质原料还可以通过生物转化、生物炼制 手段生产乙烯、乳酸、乙二醇、氢气等众多平台化合物，进而合成一系列具 有巨大市场和高附加价值的产品。乙烯及其衍生物是现代化学工业的基础原 料，可通过乙醇氧化路线进行制备。乙酰丙酸也是一种新型平台化合物，是 纤维素转化利用的另一个途径，纤维素在酸的催化水解下，首先分解成单糖， 单糖在酸的持续水解下可以脱水形成5，2-羟甲基糠醛，再经进一步脱羧生 成乙酰丙酸．乙酰丙酸具有良好的反应性，能够进行酯化、氧化还原、取代、 聚合等多种反应，可广泛用于生产石化产品。石油化工原料的生物替代技术 作为一种战略先导技术，在支撑新世纪社会进步与经济发展的技术体系中的 地位已经得到高度重视。
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• （3）生物柴油 生物柴油可以由植物油脂通过酯交换反应来制备，可作为燃 料直接应用于大多数的柴油引擎中，燃烧特性方面优于石化柴油，具有突出 的环境友好性和可再生性，燃点高，生产、使用、贮运过程安全性好。目前， 在生产技术方面，围绕着提高转化产率、降低生产成本已开发出众多新型的 转化技术，并逐步走向成熟。
能源植物资源
一、 概 述
（一）能源植物概念和种类
能源植物（Energy Plant），又称石油植物或生物燃料油植物，通常是指具有合成较高还 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。到目前为止，能源植物有草本、乔木、灌木类，主要集中在夹竹桃科、大戟科、萝科、 菊科、桃金娘科以及豆科。全世界已发现40多种能源植物，有续随子、绿玉树、橡胶树、 西蒙德木、甜菜、甘蔗、木薯、苦配巴树（Copaí fera Officinalis Jacq.）、油棕、小桐子 树、黄连木、象草等。根据所含主要成分的不同，可将能源植物分成：①富含碳水化合物 的能源植物 利用这类植物所得到的最终产品是乙醇。植物种类较多，分布广泛。如菊芋、 木薯、马铃薯、甜菜、高粱、玉米、甘蔗、芒等等，都是生产乙醇的好原料。②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。如油楠、续随子、绿玉树、苦配巴树等。苦 配巴树又称为香胶树，其树汁不需任何加工，即可当柴油用，简单加工就成了汽油，单株 年产树汁达20-30kg，是目前已知的“石油”产量最高、质量最好的能源植物。③富含油 脂的能源植物 它们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。我国 境内含油量较高的树种很多，如小桐子、黄连木、光皮树、油桐、乌桕、翅油果、石栗等。
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• 【利用部位与化学成分】续随子的叶、茎、种子均 含有碳氢化合物，经处理后即可得到与石油相似成 分的“油”。续随子种子含脂肪油43.3-47.0%，油 中含多种脂肪酸，主要有油酸59.2-81.3%、棕榈酸 4.4-7.2%、亚油酸5.3-2.71%、亚麻酸1.2-2.8%等。 油中尚含萜类、甾类、香豆素和黄酮类等。叶中含 山奈酚、谷甾醇、槲皮素的3-葡萄糖醛酸等。茎中 含卅一烷、谷甾醇、三萜成分蒲分英赛醇和白桦脂 醇。浆汁中含二羟基苯丙氨酸及多种碳氢化合物等。 • 【采收与加工】秋季种子成熟后，南方一般在7月中 旬、下旬；北方8-9月上旬，结果实变黑褐色时采收， 割取全草，晒干，打下种子，去净杂质再晒至全干。
• 【近缘种】构属共有5种，分布于亚洲东部及太平洋岛屿。 我国有3种，即构树、小构树（B. kazinoki Sieb.）和藤构 （B. kaempferi Sieb.），三者茎皮均为优质造纸及人造棉 原料；根、叶均可入药。 • 【资源开发与利用】构树树皮纤维是优质造纸及纺织原料， 用于制作打字蜡纸、引线抄纸、电池隔膜纸等特种长纤维 高档纸张，也可制人造棉与高级混纺原料；树皮、茎、叶 可提制栲胶；果可生食，亦可酿酒；种子出油率约2l%，种 子油组成以不饱和脂肪酸为主，总量达到90%以上，可作 食用或工业用油；果实和茎中乳汁可入药；叶中蛋白含量 丰富，可作饲料和保健食品添加剂；耐干旱瘠薄，抗性强、 生长快、萌芽力强、繁殖容易、耐修剪等，是城乡绿化、 水土保持的重要树种；能抗SO2、HF和Cl2等有毒气体，可 作大气污染严重的工矿区绿化树种
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• 【近缘种】大戟属约2000种，产亚热带和温带地区，我国有60 种以上，广布于全国，有些种类有毒，有些种类茎、叶入药；有 些可为庭园观赏用。同属植物（E.tirucalli L.）也是目前正在开发 利用的能源植物，其茎干中的白色乳汁中含有丰富的烯、萜、醇、 异大戟二烯醇（C30H50O）、天然橡胶、三十一（碳）烷和三 十一烷醇等十二种烃类物质，其成分接近石油成分，不含硫，可 以直接或与其它物质混合成原油，作为燃料油替代石油。 • 【资源开发与保护】种子含脂肪油较高，由于油中含有毒物质， 不可食用，但工业上可用于制肥皂、软皂及润滑油等；种子、茎、 叶及茎中白色乳汁均可入药；茎叶挺拔浓绿，可作花坛背景培植 或自然式庭院培植用；种子浸提液可作土农药，用以防治螟虫、 蚜虫等；其油粕可作饲料和肥料，同时可防治地老虎、蝼蛄等害 虫；生长期为5-7个月，收获期长，生物产量高，其体内除含有 类石油的倍半烯萜外，还含有大量的可发酵糖，可通过发酵生产 酒精。据估计每公顷野生续随子可获取1590L石油、近2400L酒 精，若在遗传性上进行改良，产量还可大幅提高。
• （4）裂解产物 植物质资源向能源转换还有气化和热裂解方式等。植物质的 气化技术包括甲烷的生产和高温气化技术，前者是有机质向碳一化合物转化 的主要形式。热裂解是在缺氧或限制性供氧情况下，对有机质进行高温分解， 产生可利用的油和气，常规裂解仅能产生10-20%的生物油，由于产物组分复 杂，仅能作为燃料利用。目前，国内外有关研究机构期望通过强化对热解过 程的控制和发展产物后续分离炼制技术，产生可应用于石油化工领域的石化 原料。木质素的降解产物不适合作为燃料乙醇的生产原料，但其裂解产物可 直接作为能源物质，从而起到一种较好的补充和替代。此外，木质纤维素还 可以通过燃烧直接进行热力发电。生物质能具有资源容量大、清洁可再生特 性。发展植物能源是解决矿石能源危机的可行措施，生物乙醇和生物柴油产 业已在全球得到较快的发展，生物质能源的开发，是解决未来能源问题的有 效新途径之一。许多能源专家指出， 21世纪将是生物质能源大展宏图的时代。